[发明专利]一种模块化七自由度绳驱动仿人臂

说明书

本发明涉及机器人研究和工程领域，更具体地，涉及一种模块化七自由度绳驱动仿人臂。具体包括肩部模块、肘部模块、腕部模块以及将各模块相连的臂连接件，所述肩部模块、腕部模块为三自由度结构，所述肘部模块为单自由度结构，肩部模块通过一个臂连接件连接肘部模块，肘部模块也通过一个臂连接件连接腕部模块，臂连接件是连接各模块的关键部件，采用臂接口、模块接口的快速装配。该仿人臂整体呈现七自由度的转动，所述肩部模块、肘部模块、腕部模块分别连接有驱动机构，所述驱动机构联动各运动链组，分别驱使肩部模块、肘部模块、腕部模块运动。驱动机构独立于各模块之外设置，通过鲍登线管连接各模块进行驱动，从而减轻模块的整体重量。

技术领域

本发明涉及机器人研究和工程领域，更具体地，涉及一种模块化七自由度绳驱动仿人臂。

背景技术

目前服务机器人在迎宾、教育、向导等方面应用比较多，这些机器人的共同特点是仅需语言交流，没有肢体动作，因此也被认为是“残疾人”。目前也有部分服务机器人拥有仿人臂，但主要以工业机械臂为主，仅在手臂自由度和外形上与人手臂相仿。工业机械臂在设计上，由于其驱动部分安装在关节处，手臂重量重、体积大、不能进行高速的人机交互，因此作为服务机器人使用存在效率低、安全性低等问题。目前解决手臂重量重的一个重要方法是将驱动机构与手臂关节分开布置，将驱动机构布置在肩基座，使得手臂重量大幅降低，而绳索传动可以满足该方法。绳索传动具有较高的柔顺性，相对于刚性传动机构如齿轮、凸轮、轴等其具有如下优点：1)绳索可以进行长距离传动，可以将较重的驱动机构布置在肩基座处减轻执行末端重量；2)绳索不需要润滑，传动效率高；3)：绳索自重比大，可以承受较大的载荷；4)绳索传动路径容易改变，占用空间小；5)可以模仿人手肌腱驱动，具有较好的仿生性能等。

公开号为CN110666833A公开的一种基于并联机构的绳驱动七自由度仿人机械臂将腕部和肘部电机布置在肩部，关节与电机之间通过绳索传递运动与力，但其绳索传递路径布满整个手臂，腕部绳索经过肘部时需要进行解耦绕绳比较困难，拆解困难，不便于维护，

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述解耦绕绳的缺陷，提供一种模块化七自由度绳驱动仿人臂，模块化设计使得各模块可以独立于手臂进行单独驱动，通过模块化接口可以快速完成手臂装配与模块更换，而不需要重新缠绕绳索也没有绳索耦合。使用鲍登线管将驱动机构与各模块分开布置，使得手臂重量降低，此外，大部分结构可使用3D打印加工，使得制造成本非常低廉。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种模块化七自由度绳驱动仿人臂，包括肩部模块、肘部模块、腕部模块以及将各模块相连的臂连接件，所述肩部模块、腕部模块为三自由度结构，所述肘部模块为单自由度结构。肩部模块通过一个臂连接件连接肘部模块，肘部模块也通过一个臂连接件连接腕部模块，该仿人臂整体呈现七自由度的转动。

所述肩部模块包括肩固定平台、肩活动平台以及用于连接肩固定平台、肩活动平台的肩连杆和若干运动链组，所述肩活动平台转动连接有肩转动体，并通过肩转动体端部连接臂连接件。肩连杆分别与肩固定平台、肩活动平台铰接，其中肩固定平台、肩活动平台之间有两个自由度，肩活动平台与肩转动体有一个自由度。

所述肘部模块包括肘固定平台、肘活动平台以及用于连接肘固定平台、肘活动平台的肘连杆和若干运动链组，所述肘固定平台、肘活动平台分别连接臂连接件。肘固定平台与肘活动平台有一个自由度，肘固定平台通过臂连接件连接肩转动体，肘活动平台通过另一臂连接件连接腕部模块的腕固定平台。

所述腕部模块包括腕固定平台、腕活动平台以及用于连接腕固定平台、腕活动平台的腕连杆和若干运动链组，所述腕固定平台连接有腕固定体，并通过腕固定体端部连接臂连接件。腕连杆分别与腕固定平台、腕活动平台铰接，腕固定平台与腕活动平台之间有两个自由度。腕部固定平台与腕部活动平台之间也是两个自由度，其原理与肩部模块相似，腕活动平台与手掌之间有一个自由度。