本發(fā)明涉及服務(wù)機(jī)器人，具體涉及一款模塊化且具有柔性觸覺傳感器的仿人形機(jī)械臂。

背景技術(shù)：

1、服務(wù)機(jī)器人技術(shù)，特別是仿人形機(jī)械臂領(lǐng)域，目前正處于快速發(fā)展階段。人工智能和機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)日益成熟，仿人形機(jī)器人已經(jīng)開始在各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，機(jī)器人已經(jīng)成為解決人力短缺、提高生產(chǎn)效率和改善生活質(zhì)量的重要工具。它們配備了多種傳感器來感知環(huán)境和力控制，實(shí)現(xiàn)一些基本操作。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，機(jī)械臂的有效載荷、運(yùn)動精度和關(guān)節(jié)運(yùn)動范圍及人機(jī)交互體驗(yàn)仍有待提升，整體來看，機(jī)械臂技術(shù)水平在不斷提高，市場應(yīng)用逐漸擴(kuò)大，特別是在老齡化嚴(yán)重的國家和地區(qū)，但面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)，如操作的精細(xì)度、靈活性和安全性以及機(jī)械臂的有效負(fù)載能力，仍是當(dāng)前需要重點(diǎn)解決的問題，因此需要一款模塊化且具有柔性觸覺傳感器的仿人形機(jī)械臂來滿足人們的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一款模塊化且具有柔性觸覺傳感器的仿人形機(jī)械臂，包括機(jī)械臂大臂；所述機(jī)械臂大臂上安裝有兩個肘關(guān)節(jié)，兩個肘關(guān)節(jié)上分別安裝有肩關(guān)節(jié)與機(jī)械臂小臂，機(jī)械臂大臂內(nèi)安裝有下扣蓋一與下扣蓋二，肩關(guān)節(jié)內(nèi)安裝有上扣蓋一與上扣蓋二，下扣蓋一與上扣蓋一內(nèi)安裝有驅(qū)動結(jié)構(gòu)，驅(qū)動結(jié)構(gòu)上安裝有聯(lián)動結(jié)構(gòu)，下扣蓋二與上扣蓋二內(nèi)均安裝有控制結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)采集板，機(jī)械臂大臂、肩關(guān)節(jié)與機(jī)械臂小臂的外表面均覆蓋有電容式電子皮膚，電容式電子皮膚上電性連接有壓力傳感器，兩個數(shù)據(jù)采集板電性連接在電容式電子皮膚上。

2、優(yōu)選的，所述肘關(guān)節(jié)包括兩個關(guān)節(jié)件一與兩個關(guān)節(jié)件二，兩個關(guān)節(jié)件二分別轉(zhuǎn)動安裝在兩個關(guān)節(jié)件一上，兩個關(guān)節(jié)件一分別固定安裝在下扣蓋一與上扣蓋一的一側(cè)，兩個關(guān)節(jié)件二分別轉(zhuǎn)動安裝在機(jī)械臂小臂與下扣蓋二的一側(cè)。

3、優(yōu)選的，所述關(guān)節(jié)件一的一側(cè)固定安裝有固定軸，固定軸上套接有軸承一，固定軸固定安裝在軸承一的內(nèi)圈上，固定軸的一端固定安裝有定位法蘭盤，定位法蘭盤與軸承一內(nèi)圈的一側(cè)相接觸，軸承一的外圈固定套接有連接套環(huán)，連接套環(huán)固定安裝在關(guān)節(jié)件二上，連接套環(huán)轉(zhuǎn)動安裝在關(guān)節(jié)件一上。

4、優(yōu)選的，兩個所述關(guān)節(jié)件二的內(nèi)壁均固定安裝有安裝座，兩個安裝座的內(nèi)壁均安裝有軸承二，兩個軸承二的外圈分別固定安裝在兩個安裝座的內(nèi)壁上，兩個軸承二的內(nèi)圈均固定安裝有旋轉(zhuǎn)軸，兩個旋轉(zhuǎn)軸分別固定安裝在機(jī)械臂小臂與下扣蓋二的一側(cè)。

5、優(yōu)選的，所述驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括四個電機(jī)一與四個電機(jī)二，位于同一側(cè)的兩個電機(jī)一與兩個電機(jī)二分別固定安裝在下扣蓋一與上扣蓋一的內(nèi)壁上，位于同一側(cè)的電機(jī)一與電機(jī)二相互電性連接，四個電機(jī)一的兩個輸出端分別安裝有驅(qū)動錐齒輪與傳動輪一，四個驅(qū)動錐齒輪上均安裝有軸承三，四個軸承三的外圈分別對稱固定安裝在下扣蓋一與上扣蓋一的內(nèi)壁上，四個電機(jī)二的輸出端均安裝有傳動輪二，位于同一側(cè)的傳動輪一與傳動輪二上傳動安裝有同一個傳動帶。

6、優(yōu)選的，所述聯(lián)動結(jié)構(gòu)包括連接軸，連接軸轉(zhuǎn)動安裝在關(guān)節(jié)件一上，連接軸上轉(zhuǎn)動安裝有兩個準(zhǔn)雙面齒輪與兩個主動錐齒輪，位于同一側(cè)的準(zhǔn)雙面齒輪與主動錐齒輪之間相互固定安裝，旋轉(zhuǎn)軸的一端安裝有從動錐齒輪，從動錐齒輪與兩個主動錐齒輪相嚙合，兩個驅(qū)動錐齒輪分別與兩個準(zhǔn)雙面齒輪相嚙合。

7、優(yōu)選的，所述控制結(jié)構(gòu)包括兩個電機(jī)控制器，兩個電機(jī)控制器分別固定安裝在下扣蓋二與上扣蓋二的內(nèi)壁上，兩個電機(jī)控制器分別電性連接在相對應(yīng)的電機(jī)一與電機(jī)二上，兩個電機(jī)控制器上均電性連接有姿態(tài)傳感器。

8、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果在于：

9、（1）本發(fā)明，該機(jī)械臂肘關(guān)節(jié)部分的機(jī)械傳動采用兩組電機(jī)、準(zhǔn)雙面齒輪、主動錐齒輪等結(jié)構(gòu)配合的傳動形式來實(shí)現(xiàn)差動控制，該技術(shù)克服了多自由度下關(guān)節(jié)過多，不能接近人型的設(shè)計(jì)，同時克服了在較大負(fù)載需求下機(jī)器人手臂過大的缺點(diǎn)，從而設(shè)計(jì)出從外形和功能上都與人相似的結(jié)構(gòu)。

10、（2）該機(jī)器臂關(guān)節(jié)體積小，內(nèi)部空間占用合理，同時將電機(jī)控制器和配套觸覺皮膚傳感器的數(shù)據(jù)采集板放置于關(guān)節(jié)控制腔體內(nèi)，減小電機(jī)與驅(qū)動器的走線距離，使整個關(guān)節(jié)變的模塊化，具有高度可移性，內(nèi)部零部件布局合理，零件具有一定的尺寸限制，從而保證各零件的安裝，這使得關(guān)節(jié)腔體能夠呈圓柱型從而使得外表光滑，模塊化機(jī)器關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)可以使機(jī)器人更加靈活和可定制，由于其模塊化的結(jié)構(gòu)，不同的模塊可以按需組合，以滿足特定的任務(wù)需求，使得機(jī)器人可以在不同的環(huán)境和任務(wù)中應(yīng)用。

11、（3）通過電容式電子皮膚技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在機(jī)器人在搬運(yùn)過程中的壓力信息監(jiān)測，使機(jī)械臂獲得大幅面多感知的能力，為人機(jī)共處提供安全圖保障，為人機(jī)協(xié)作提供交互手段。

技術(shù)特征：

1.一款模塊化且具有柔性觸覺傳感器的仿人形機(jī)械臂，包括機(jī)械臂大臂（1）；其特征在于：所述機(jī)械臂大臂（1）上安裝有兩個肘關(guān)節(jié)（2），兩個肘關(guān)節(jié)（2）上分別安裝有肩關(guān)節(jié)（3）與機(jī)械臂小臂（4），機(jī)械臂大臂（1）內(nèi)安裝有下扣蓋一（5）與下扣蓋二（6），肩關(guān)節(jié)（3）內(nèi)安裝有上扣蓋一（51）與上扣蓋二（61），下扣蓋一（5）與上扣蓋一（51）內(nèi)安裝有驅(qū)動結(jié)構(gòu)，驅(qū)動結(jié)構(gòu)上安裝有聯(lián)動結(jié)構(gòu)，下扣蓋二（6）與上扣蓋二（61）內(nèi)均安裝有控制結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)采集板，機(jī)械臂大臂（1）、肩關(guān)節(jié)（3）與機(jī)械臂小臂（4）的外表面均覆蓋有電容式電子皮膚，電容式電子皮膚上電性連接有壓力傳感器，兩個數(shù)據(jù)采集板電性連接在電容式電子皮膚上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一款模塊化且具有柔性觸覺傳感器的仿人形機(jī)械臂，其特征在于：所述肘關(guān)節(jié)（2）包括兩個關(guān)節(jié)件一（21）與兩個關(guān)節(jié)件二（22），兩個關(guān)節(jié)件二（22）分別轉(zhuǎn)動安裝在兩個關(guān)節(jié)件一（21）上，兩個關(guān)節(jié)件一（21）分別固定安裝在下扣蓋一（5）與上扣蓋一（51）的一側(cè)，兩個關(guān)節(jié)件二（22）分別轉(zhuǎn)動安裝在機(jī)械臂小臂（4）與下扣蓋二（6）的一側(cè)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一款模塊化且具有柔性觸覺傳感器的仿人形機(jī)械臂，其特征在于：所述關(guān)節(jié)件一（21）的一側(cè)固定安裝有固定軸（211），固定軸（211）上套接有軸承一（212），固定軸（211）固定安裝在軸承一（212）的內(nèi)圈上，固定軸（211）的一端固定安裝有定位法蘭盤（213），定位法蘭盤（213）與軸承一（212）內(nèi)圈的一側(cè)相接觸，軸承一（212）的外圈固定套接有連接套環(huán)（214），連接套環(huán)（214）固定安裝在關(guān)節(jié)件二（22）上，連接套環(huán)（214）轉(zhuǎn)動安裝在關(guān)節(jié)件一（21）上。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一款模塊化且具有柔性觸覺傳感器的仿人形機(jī)械臂，其特征在于：兩個所述關(guān)節(jié)件二（22）的內(nèi)壁均固定安裝有安裝座（215），兩個安裝座（215）的內(nèi)壁均安裝有軸承二（216），兩個軸承二（216）的外圈分別固定安裝在兩個安裝座（215）的內(nèi)壁上，兩個軸承二（216）的內(nèi)圈均固定安裝有旋轉(zhuǎn)軸（217），兩個旋轉(zhuǎn)軸（217）分別固定安裝在機(jī)械臂小臂（4）與下扣蓋二（6）的一側(cè)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一款模塊化且具有柔性觸覺傳感器的仿人形機(jī)械臂，其特征在于：所述驅(qū)動結(jié)構(gòu)包括四個電機(jī)一（511）與四個電機(jī)二（512），位于同一側(cè)的兩個電機(jī)一（511）與兩個電機(jī)二（512）分別固定安裝在下扣蓋一（5）與上扣蓋一（51）的內(nèi)壁上，位于同一側(cè)的電機(jī)一（511）與電機(jī)二（512）相互電性連接，四個電機(jī)一（511）的兩個輸出端分別安裝有驅(qū)動錐齒輪（513）與傳動輪一（519），四個驅(qū)動錐齒輪（513）上均安裝有軸承三（514），四個軸承三（514）的外圈分別對稱固定安裝在下扣蓋一（5）與上扣蓋一（51）的內(nèi)壁上，四個電機(jī)二（512）的輸出端均安裝有傳動輪二（520），位于同一側(cè)的傳動輪一（519）與傳動輪二（520）上傳動安裝有同一個傳動帶（521）。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一款模塊化且具有柔性觸覺傳感器的仿人形機(jī)械臂，其特征在于：所述聯(lián)動結(jié)構(gòu)包括連接軸（515），連接軸（515）轉(zhuǎn)動安裝在關(guān)節(jié)件一（21）上，連接軸（515）上轉(zhuǎn)動安裝有兩個準(zhǔn)雙面齒輪（516）與兩個主動錐齒輪（517），位于同一側(cè)的準(zhǔn)雙面齒輪（516）與主動錐齒輪（517）之間相互固定安裝，旋轉(zhuǎn)軸（217）的一端安裝有從動錐齒輪（518），從動錐齒輪（518）與兩個主動錐齒輪（517）相嚙合，兩個驅(qū)動錐齒輪（513）分別與兩個準(zhǔn)雙面齒輪（516）相嚙合。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一款模塊化且具有柔性觸覺傳感器的仿人形機(jī)械臂，其特征在于：所述控制結(jié)構(gòu)包括兩個電機(jī)控制器（611），兩個電機(jī)控制器（611）分別固定安裝在下扣蓋二（6）與上扣蓋二（61）的內(nèi)壁上，兩個電機(jī)控制器（611）分別電性連接在相對應(yīng)的電機(jī)一（511）與電機(jī)二（512）上，兩個電機(jī)控制器（611）上均電性連接有姿態(tài)傳感器。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一款模塊化且具有柔性觸覺傳感器的仿人形機(jī)械臂，包括機(jī)械臂大臂；機(jī)械臂大臂上安裝有兩個肘關(guān)節(jié)，兩個肘關(guān)節(jié)上分別安裝有肩關(guān)節(jié)與機(jī)械臂小臂，機(jī)械臂大臂內(nèi)安裝有下扣蓋一與下扣蓋二，肩關(guān)節(jié)內(nèi)安裝有上扣蓋一與上扣蓋二，下扣蓋一與上扣蓋一內(nèi)安裝有驅(qū)動結(jié)構(gòu)，驅(qū)動結(jié)構(gòu)上安裝有聯(lián)動結(jié)構(gòu)，下扣蓋二與上扣蓋二內(nèi)均安裝有控制結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)采集板；本發(fā)明，該機(jī)械臂肘關(guān)節(jié)部分的機(jī)械傳動采用兩組電機(jī)、準(zhǔn)雙面齒輪、主動錐齒輪等結(jié)構(gòu)配合的傳動形式來實(shí)現(xiàn)差動控制，該技術(shù)克服了多自由度下關(guān)節(jié)過多，不能接近人型的設(shè)計(jì)，同時克服了在較大負(fù)載需求下機(jī)器人手臂過大的缺點(diǎn)，從而設(shè)計(jì)出從外形和功能上都與人相似的結(jié)構(gòu)。

技術(shù)研發(fā)人員：馬藝萱,李洋,郭士杰,朱德良,謝淦軒,趙琦,鄭若璞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19