一种便于控制的仿人手腕部结构论文和设计-戴建生

全文摘要

本实用新型公开了一种便于控制的仿人手腕部结构，包括底座及固定在其上的左右两个末端支架，在末端支架上支承有悬臂的主锥齿轮轴，在主锥齿轮轴上安装有从动同步带轮和主锥齿轮，主锥齿轮安装在悬臂端上，两个主锥齿轮均与一个副锥齿轮啮合，主锥齿轮轴和副锥齿轮轴均由齿轮箱支承，在副锥齿轮轴的两端各固接有一侧摆板，在两个侧摆板的顶部固接有末端连接板；副锥齿轮轴与主锥齿轮轴互相垂直，两个主锥齿轮和副锥齿轮均设置在齿轮箱内；从动同步带轮由主动同步带轮带动，主动同步带轮由舵机驱动，在舵机的输出轴上设有扭矩传感器。本实用新型可以实现空间内多个方向的灵活转动，更大限度地模仿人手手腕的工作空间与运动方式，且便于精确控制。

主设计要求

1.一种便于控制的仿人手腕部结构，其特征在于，采用对称结构，包括底座，在所述底座上固定有左右两个末端支架，在每个所述末端支架的顶部均设有与其垂直、转动连接的主锥齿轮轴，所述主锥齿轮轴悬臂设置，所述主锥齿轮轴的悬臂端设置在两个所述末端支架之间，在每个所述主锥齿轮轴上均安装有从动同步带轮和主锥齿轮，所述主锥齿轮安装在所述主锥齿轮轴的悬臂端上，两个所述主锥齿轮均与一个副锥齿轮啮合，所述副锥齿轮固装在副锥齿轮轴上，所述主锥齿轮轴和所述副锥齿轮轴均由齿轮箱支承，在所述副锥齿轮轴的两端各固接有一侧摆板，两个所述侧摆板分别位于所述齿轮箱的前后两侧，在两个所述侧摆板的顶部固接有末端连接板；所述副锥齿轮轴与所述主锥齿轮轴互相垂直，两个所述主锥齿轮和所述副锥齿轮均设置在所述齿轮箱内；每个所述从动同步带轮通过一条同步齿形带与一个主动同步带轮连接，每个所述主动同步带轮安装在一台舵机的输出轴上，在每台所述舵机的输出轴上均设有输出舵盘，在所述输出舵盘上安装有扭矩传感器，所述舵机的输出轴端部由轴支架支承，所述轴支架设置在两个所述末端支架之间，所述舵机固装在所述底座上。

设计方案

2.根据权利要求1所述的便于控制的仿人手腕部结构，其特征在于，所述舵机设置在所述底座的端部，并通过端板和固定支架与所述底座固接。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于仿生机器人技术领域，特别是一种便于控制的仿人手腕部结构。

背景技术

机械手广泛应用于工业生产中的焊接、装配、切割、搬运等多种作业环境，而机械手腕部作为连接机械手与机械臂的核心枢纽，对其灵活性与鲁棒性提出了很高的要求。现有技术中，机械手腕部的传动装置多种多样，其结构大体以串联结构为主，能够实现机械手腕的多自由度运动，但由于本身结构的限制，大多不能实现交叉轴线情境下的多自由度灵活运动，与人手腕部的工作空间与工作模式存在较大差异。

综合分析，目前大多数仿生机械手腕具有如下的缺点：

1)机械手腕大多采用串联结构，导致腕部两运动自由度轴线在空间中不相交，与人手腕部实际运动存在较大的偏差。即使部分两自由度运动轴线相交的设计方案，也存在相交点偏离机构中心的情况，不能够最大限度的模仿人手腕部的工作空间与工作模式。

2)运动方式单一，串联结构条件下不具备两自由度联动以实现多种运动方式的能力。

3)鲁棒性差，串联模式下容易出现级联故障，影响整体手腕的运动能力。

为使仿生机械手手腕在社会生活领域发挥更多的作用、具有更大的实用价值，最基本的就是从机构设计方面进行创新突破，探索研制运行方式灵活、鲁棒性强、结构紧凑的两自由度十字交叉轴仿生机械手腕部结构。

发明内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够更大限度模仿人手腕部工作空间与运动方式且便于精确控制的仿人手腕部结构。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种便于控制的仿人手腕部结构，采用对称结构，包括底座，在所述底座上固定有左右两个末端支架，在每个所述末端支架的顶部均设有与其垂直、转动连接的主锥齿轮轴，所述主锥齿轮轴悬臂设置，所述主锥齿轮轴的悬臂端设置在两个所述末端支架之间，在每个所述主锥齿轮轴上均安装有从动同步带轮和主锥齿轮，所述主锥齿轮安装在所述主锥齿轮轴的悬臂端上，两个所述主锥齿轮均与一个副锥齿轮啮合，所述副锥齿轮固装在副锥齿轮轴上，所述主锥齿轮轴和所述副锥齿轮轴均由齿轮箱支承，在所述副锥齿轮轴的两端各固接有一侧摆板，两个所述侧摆板分别位于所述齿轮箱的前后两侧，在两个所述侧摆板的顶部固接有末端连接板；所述副锥齿轮轴与所述主锥齿轮轴互相垂直，两个所述主锥齿轮和所述副锥齿轮均设置在所述齿轮箱内；每个所述从动同步带轮通过一条同步齿形带与一个主动同步带轮连接，每个所述主动同步带轮安装在一台舵机的输出轴上，在每台所述舵机的输出轴上均设有输出舵盘，在所述输出舵盘上安装有扭矩传感器，所述舵机的输出轴端部由轴支架支承，所述轴支架设置在两个所述末端支架之间，所述舵机固装在所述底座上。

在上述方案的基础上，本实用新型还做了如下改进：

所述舵机设置在所述底座的端部，并通过端板和固定支架与所述底座固接。

本实用新型具有的优点和积极效果是：通过引入前端的齿轮箱结构，实现了驱动轴同轴共线条件下，机械手腕部两自由度运动轴线正交的灵活运动模式，可以实现空间内多个方向的灵活转动，更大限度地模仿人手手腕的工作空间与运动方式，使仿人手腕能够适应更加狭窄复杂的工作环境。通过将驱动舵机后置，有效地降低了手腕前端的结构尺寸，实现了末端的紧凑型设计。通过采用同步齿形带传动，增加了结构的缓冲吸震性能，并可实现不同轴间距条件下的灵活调整，提升了仿生机械手腕部整体结构的鲁棒性。采用扭矩传感器直接获取舵机的输出扭矩，可增加输出扭矩的测量精度，便于实现对仿人手腕部运动的精确控制。

附图说明

图1为本实用新型的立体示意图；

图2为本实用新型的原理图。

图中：101扭矩传感器，102输出舵盘，103固定支架，104舵机，105副舵盘，106端板，107底座，201从动同步带轮，202末端支架，203同步齿形带，204轴支架，205主动同步带轮，301末端连接板，302侧摆板，303齿轮箱，304副锥齿轮，305副锥齿轮轴，306主锥齿轮，307主锥齿轮轴。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图2，一种便于控制的仿人手腕部结构，采用对称结构，包括底座107，在所述底座107上固定有左右两个末端支架202，在每个所述末端支架102的顶部均设有与其垂直、转动连接的主锥齿轮轴307，所述主锥齿轮轴307悬臂设置，所述主锥齿轮轴307的悬臂端设置在两个所述末端支架202之间，在每个所述主锥齿轮轴307上均安装有从动同步带轮201和主锥齿轮306，所述主锥齿轮306安装在所述主锥齿轮轴307的悬臂端上，两个所述主锥齿轮306均与一个副锥齿轮304啮合，所述副锥齿轮304固装在副锥齿轮轴305上，所述主锥齿轮轴307和所述副锥齿轮轴305均由齿轮箱303支承，在所述副锥齿轮轴305的两端各固接有一侧摆板302，两个所述侧摆板302分别位于所述齿轮箱303的前后两侧，在两个所述侧摆板302的顶部固接有末端连接板301；所述副锥齿轮轴305与所述主锥齿轮轴307互相垂直，两个所述主锥齿轮306和所述副锥齿轮304均设置在所述齿轮箱303内，所述齿轮箱303与所述主锥齿轮轴307固接；每个所述从动同步带轮201通过一条同步齿形带203与一个主动同步带轮205连接，每个所述主动同步带轮205安装在一台舵机104的输出轴上，在每台所述舵机104的输出轴上均设有输出舵盘102，在所述输出舵盘102上安装有扭矩传感器101，所述舵机104的输出轴端部由轴支架204支承，所述轴支架204设置在两个所述末端支架202之间，所述舵机104固装在所述底座107上。扭矩采用串联在舵机输出轴上的扭矩传感器101直接获取，可增加输出扭矩的测量精度，便于实现对仿人手腕部运动的精确控制。

在本实施例中，所述舵机104设置在所述底座107的端部，并通过端板106和固定支架103与所述底座107固接。在所述舵机104的输出轴上还设有副舵盘105。

本实用新型的工作原理：

舵机104的输出轴通过输出舵盘102与扭矩传感器101连接，可实现在工作过程中对舵机输出扭矩的实时测量。舵机104驱动主动同步带轮205，通过同步齿形带203将扭矩传递给从动同步带轮201，从动同步带轮201带动主锥齿轮轴307和主锥齿轮306转动，两个主锥齿轮306带动副锥齿轮304、副锥齿轮轴305、侧摆板302和末端连接板301转动。在末端连接板301上连接机器人手腕以上的其他结构。当两台舵机104同向等速转动时，两个主锥齿轮306带动相对静止的副锥齿轮304、副锥齿轮轴305和齿轮箱303一起绕主锥齿轮轴307转动，从而驱动末端连接板带动执行结构绕主锥齿轮轴307做弯曲伸展运动；当两台舵机104反向等速转动时，两个主锥齿轮306将转动传递到副锥齿轮304，副锥齿轮304带动副锥齿轮轴305转动，从而驱动末端连接板302带动执行结构绕副锥齿轮轴305做内收外展运动；当两台舵机的转速不同时，末端连接板带动执行结构绕主锥齿轮轴307和副锥齿轮轴305两轴线做复合转动，实现其他方向的灵活转动。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

设计图

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主设计要求

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