[发明专利]一种轻型混合驱动仿生机械臂

说明书

本发明涉及一种轻型混合驱动仿生机械臂，该轻型混合驱动仿生机械臂，包括肩关节、肘关节、腕关节、手爪、连接肩关节和肘关节的上臂组、连接肘关节和腕关节的下臂组，所述肘关节设置有固定件、沿固定件转动的旋转件、辅助旋转件沿固定件旋转的连接撑，和驱动件实现肘关节较好的刚性支撑；通过被动柔顺件和驱动件的配合实现肘关节优异的被动柔顺性，肘关节满足了优异的刚性和柔顺性需求，显著提高了机械臂的使用效果。其中，被动柔顺件的弹簧和气动阻尼杆配合设置，实现了机械臂稳定的高柔顺性能，提高了机械臂使用精度。

技术领域

本发明涉及机械臂领域，尤其涉及一种轻型混合驱动仿生机械臂。

背景技术

人机交互技术一直以来是科学界研究的热点，因为它是推动传统工业机器人边界的一个关键特征。线驱动机械臂本身具有低摩擦、低惯量、柔顺性好等特性，因此，现在的研究焦点主要集中在如何提高机械臂关节的刚性性能上，而机械臂关节刚性性能的提高往往会削减其柔顺性和惯量优势，机械臂的刚性和柔顺性较差的配合影响了机械臂的使用效果。另外，现有的线驱动机器人结构一般均较为复杂，难以实现模块化，且制造、安装、维护较为困难，无法实现大范围的使用。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种轻型混合驱动仿生机械臂，可以使肘关节同时具有优异的刚性和优异的柔顺性，两者较好配合提高了机械臂精度。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种轻型混合驱动仿生机械臂，包括肩关节、肘关节、腕关节、手爪、连接肩关节和肘关节的上臂组、连接肘关节和腕关节的下臂组，所述肘关节包括：

与上臂组连接的固定件，所述固定件上设有第一固定轴，所述固定件的边缘外侧至少局部形成有以第一固定轴与固定件的交点为圆心的第一圆弧面；

与下臂组连接的旋转件，所述旋转件上设有第二固定轴，所述旋转件的边缘外侧至少局部形成有以第二固定轴与旋转件的交点为圆心的第二圆弧面，以沿第一圆弧面旋转；

连接撑，所述连接撑的两端分别与第一固定轴和第二固定轴转动连接；

驱动旋转件沿固定件旋转的驱动件，所述驱动件包括两个第一滑轮，两个第一滑轮于第一圆弧面和第二圆弧面一侧偏心设于固定件和旋转件上；和两个第二滑轮，两个第二滑轮于第一圆弧面和第二圆弧面另一侧偏心设于固定件和旋转件上；和驱动绳，其一端缠绕于两个第一滑轮上，另一端缠绕于两个第二滑轮上；和驱动部，以能够往复牵拉驱动绳使旋转件沿固定件转动；

两个被动柔顺件，两个被动柔顺件设于所述下臂组上，并分别作用于所述驱动绳的两端以始终绷紧驱动绳，每个被动柔顺件包括两个相对设置的第一安装座和第二安装座，所述第一安装座和所述第二安装座之间并联设有气动阻尼杆和弹簧，所述第一安装座上设有绳固定部，所述第二安装座固设于下臂组上。

本申请机械臂的肘关节作用原理如下：使用时，在驱动件的作用下，通过肘关节实现机械臂的上臂组和下臂组相对转动，具体的，驱动部牵拉驱动绳向一个方向转动，例如由第一滑轮向第二滑轮方向转动，在驱动绳作用下，旋转件沿固定件转动，其中，连接撑的作用是辅助旋转件沿固定件转动，提高转动刚度。在旋转件转动时，两个被动柔顺件同时作用，以使驱动绳在使用过程始终保持紧绷状态，且可以对肘关节转动起到一定的缓冲作用，显著提高了肘关节作用的被动柔顺性，从而提高线驱动机械臂的使用精度，及延长其高精度的使用寿命。

其中，被动柔顺件的使用方案有以下两种：