基於並聯差分驅動關節的七自由度仿人機械臂的製作方法

2023-05-03 13:39:06

基於並聯差分驅動關節的七自由度仿人機械臂的製作方法
【專利摘要】基於並聯差分驅動關節的七自由度仿人機械臂，它涉及一種七自由度仿人機械臂，以解決現有機械臂體積大，運動精度差等問題。本發明包括肩關節、肘關節、腕關節，殼體、大臂外殼和小臂外殼，肩關節上的第一法蘭盤設置在殼體的底部，肩關節上的第一外圈齒輪軸筒的外表面通過第三滾動軸承與殼體連接肘關節上的肘關節轉軸的兩端分別通過第六滾動軸承安裝在大臂外殼上的吊耳中，小臂外殼固裝在肘關節中的肘關節轉軸上，腕關節上的第二法蘭盤固裝在小臂外殼內。本發明用於機器人上。
【專利說明】基於並聯差分驅動關節的七自由度仿人機械臂

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種七自由度仿人機械臂，具體涉及一種基於並聯差分驅動關節的七自由度仿人機械臂。

【背景技術】
[0002]七自由度仿人機械臂能夠替人類完成很多工作，或協助人類工作。尤其是在惡劣環境下的工作，仿人機械臂較人類有更大的優勢。但是目前的已有的機械臂大多是以串聯結構設計為主，這種結構運動精度差，而且每個自由度都有單獨電機驅動，使得電機負擔大，從而導致電機尺寸增加。而現有的並聯結構，多為連杆鉸鏈形式，運動範圍也受到了很大限制。


【發明內容】

[0003]本發明的為解決現有機械臂體積大，運動精度差等問題，而提出一種基於並聯差分驅動關節的七自由度仿人機械臂。
[0004]本發明的基於並聯差分驅動關節的七自由度仿人機械臂包括肩關節、肘關節、腕關節，殼體、大臂外殼和小臂外殼，肩關節包括第一內圈電機、第一中圈電機、第一外圈電機、第一法蘭盤、第一內圈減速器、第一中圈減速器、第一外圈減速器、第一中圈主軸、第一外圈主軸、第一內圈傳動齒輪、第一中圈傳動齒輪、第一外圈傳動齒輪、第一內圈直齒輪、第一內圈齒輪軸、第一內圈錐齒輪、第一中圈齒輪軸筒、第一中圈直齒輪、第一中圈錐齒輪、第二滾動軸承、第一外圈齒輪軸筒、第一外圈直齒輪、第一後連接架、第一前連接架、第一中心軸、第一連接套、第一軸上小錐齒輪、第一軸上大錐齒輪、第一前小錐齒輪、第一前大錐齒輪、兩個第一連接元件、滾針軸承、第三滾動軸承、兩個第一滾動軸承、兩個第四滾動軸承和兩個第五滾動軸承，第一內圈電機、第一中圈電機和第一外圈電機沿同一圓周均布設置在第一法蘭盤的上端面上，第一內圈減速器的輸入端與第一內圈電機的輸出端連接，第一中圈減速器的輸入端與第一中圈電機的輸出端連接，第一外圈減速器的輸入端與第一外圈電機的輸出端連接，第一內圈傳動齒輪固裝在第一內圈減速器的輸出軸上，第一中圈主軸的輸入端與第一中圈減速器的輸出軸連接，第一中圈傳動齒輪固裝在第一中圈主軸的輸出端上，第一外圈主軸的輸入端與第一外圈減速器的輸出軸連接，第一外圈傳動齒輪固裝在第一外圈主軸的輸出端上，第一內圈直齒輪與第一內圈傳動齒輪哨合，第一內圈直齒輪固裝在第一內圈齒輪軸的輸入端上，第一內圈錐齒輪固裝在第一內圈齒輪軸的輸出端上，第一中圈齒輪軸筒位於第一內圈直齒輪與第一內圈錐齒輪之間，且第一中圈齒輪軸筒通過兩個第一滾動軸承套裝在第一內圈齒輪軸上，第一中圈直齒輪與第一中圈傳動齒輪嚙合，第一中圈直齒輪固裝在第一中圈齒輪軸筒的輸入端上，第一中圈錐齒輪固裝在第一中圈齒輪軸筒的輸出端上，第一外圈齒輪軸筒位於第一中圈傳動齒輪與第一中圈錐齒輪之間，且第一外圈齒輪軸筒通過兩個第二滾動軸承套裝在第一中圈齒輪軸筒上，第一外圈直齒輪與第一外圈傳動齒輪嚙合，第一外圈直齒輪固裝在第一外圈齒輪軸筒的輸入端上，第一後連接架固裝在第一外圈齒輪軸筒的輸出端上，第一前連接架設置在第一後連接架的上方，第一前連接架與第一後連接架通過第一中心軸連接，第一中心軸的兩端分別通過第四滾動軸承安裝在第一後連接架上，第一軸上小錐齒輪與第一內圈錐齒輪嚙合，第一軸上大錐齒輪與第一中圈錐齒輪嚙合，第一軸上小錐齒輪和第一軸上大錐齒輪均通過第五滾動軸承安裝在中心軸上，第一前小錐齒輪與第一軸上小錐齒輪嚙合，第一前大錐齒輪與第一軸上大錐齒輪嚙合，第一前小錐齒輪與第一前大錐齒輪通過第一連接元件連接，大臂外殼垂直第一前大錐齒輪的上端面設置，且大臂外殼與第一前大錐齒輪焊接在一起，第一連接套通過滾針軸承套裝在大臂外殼上，第一連接套與第一前連接架固定連接，第一法蘭盤設置在殼體的底部，第一外圈齒輪軸筒的外表面通過第三滾動軸承與殼體連接，肘關節包括電機座、肘關節電機、肘關節減速器、肘關節小錐齒輪、肘關節大錐齒輪、肘關節轉軸和兩個第六滾動軸承，電機座固裝在大臂外殼內，肘關節電機設置在電機座上，肘關節減速器的輸入端與肘關節電機的輸出端連接，肘關節小錐齒輪固裝在肘關節減速器的輸出端上，肘關節大錐齒輪與肘關節小錐齒輪嚙合，肘關節大錐齒輪固裝在肘關節轉軸上，肘關節轉軸的兩端分別通過第六滾動軸承安裝在大臂外殼上的吊耳中，小臂外殼固裝在肘關節轉軸上，腕關節包括第二法蘭盤、第二內圈電機、第二中圈電機、第二外圈電機、第二內圈減速器、第二中圈減速器、第二外圈減速器、第二內圈傳動齒輪、第二中圈主軸、第二中圈傳動齒輪、第二外圈主軸、第二外圈傳動齒輪、第二內圈直齒輪、第二內圈齒輪軸、第二內圈錐齒輪、第二中圈齒輪軸筒、第七滾動軸承、第二中圈直齒輪、第二中圈錐齒輪、第二外圈齒輪軸筒、第九滾動軸承、第二外圈直齒輪、第二後連接架、第二前連接架、第二中心軸、第二軸上小錐齒輪、第二軸上大錐齒輪、第十一滾動軸承、第二前小錐齒輪、第二前大錐齒輪、第二連接套、第二連接元件、兩個第八滾動軸承和兩個第十滾動軸承，第二內圈電機、第二中圈電機和第二外圈電機沿同一圓周均布設置在第二法蘭盤的上端面上，第二內圈減速器的輸入端與第二內圈電機的輸出端連接，第二中圈減速器的輸入端與第二中圈電機的輸出端連接，第二外圈減速器的輸入端與第二外圈電機的輸出端連接，第二內圈傳動齒輪固裝在第二內圈減速器的輸出軸上，第二中圈主軸的輸入端與第二中圈減速器的輸出軸連接，第二中圈傳動齒輪固裝在第二中圈主軸的輸出端上，第二外圈主軸的輸入端與第二外圈減速器的輸出軸連接，第二外圈傳動齒輪固裝在第二外圈主軸的輸出端上，第二內圈直齒輪與第二內圈傳動齒輪嚙合，第二內圈直齒輪固裝在第二內圈齒輪軸的輸入端上，第二內圈錐齒輪固裝在第二內圈齒輪軸的輸出端上，第二中圈齒輪軸筒位於第二內圈直齒輪與第二內圈錐齒輪之間，且第二中圈齒輪軸筒通過第七滾動軸承套裝在第二內圈齒輪軸上，第二中圈直齒輪與第二中圈傳動齒輪嚙合，第二中圈直齒輪固裝在第二中圈齒輪軸筒的輸入端上，第二中圈錐齒輪固裝在第二中圈齒輪軸筒的輸出端上，第二外圈齒輪軸筒位於第二中圈傳動齒輪與第二中圈錐齒輪之間，且第二外圈齒輪軸筒通過兩個第八滾動軸承套裝在第二中圈齒輪軸筒上，第二外圈齒輪軸筒的外表面通過第九滾動軸承與小臂外殼連接，第二外圈直齒輪與第二外圈傳動齒輪嚙合，第二外圈直齒輪固裝在第二外圈齒輪軸筒的輸入端上，第二後連接架固裝在第二外圈齒輪軸筒的輸出端上，第二前連接架設置在第二後連接架的上方，第二前連接架與第二後連接架通過第二中心軸連接，第二中心軸的兩端發分別通過第十滾動軸承安裝在第二後連接架上，第二軸上小錐齒輪與第二內圈錐齒輪嚙合，第二軸上大錐齒輪與第二中圈錐齒輪嚙合，第二軸上小錐齒輪和第二軸上大錐齒輪均通過第十一滾動軸承安裝在第二中心軸上，第二前小錐齒輪與第二軸上小錐齒輪嚙合，第二前大錐齒輪與第二軸上大錐齒輪嚙合，第二前小錐齒輪與第二前大錐齒輪通過第二連接元件連接，第二連接套與第二前連接架固定連接，第二法蘭盤固裝在小臂外殼內。
[0005]本發明與現有技術相比具有以下有益效果:
[0006]本發明的肩關節和腕關節均為並聯驅動的三自由度關節結構，在每個自由度運動時都有兩個電機承擔，因此，分擔了電機的負擔，且電機並聯設置，從而減小電機的體積，增加了結構的緊湊性。本發明利用了輪繫結構，增加了運動的精確性、運動範圍。運動精度相比現有技術提高了一倍以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本發明的外部結構立體圖；
[0008]圖2是大臂外殼33和殼體35與肩關節C連接結構立體圖；
[0009]圖3是內圈電機1、中圈電機2、外圈電機3、第一法蘭盤4、內圈減速器5、中圈減速器6、外圈減速器7、中圈主軸8、外圈主軸9、內圈傳動齒輪11、中圈傳動齒輪12、外圈傳動齒輪13、內圈直齒輪14、內圈齒輪軸15和內圈錐齒輪16的位置關係立體圖；
[0010]圖4是圖3的左視圖；
[0011]圖5是肩關節C的結構立體圖(去掉第一前連接架24、第一中心軸25、第一連接套26、第一軸上小錐齒輪27、第一軸上大錐齒輪28、第一前小錐齒輪29、第一前大錐齒輪30)；
[0012]圖6是肩關節C和殼體35的內部結構剖視圖(去掉第一前連接架24、第一中心軸25、第一連接套26、第一軸上小錐齒輪27、第一軸上大錐齒輪28、第一前小錐齒輪29、第一前大錐齒輪30)；
[0013]圖7是內圈錐齒輪16、中圈錐齒輪19、後連接架23、前連接架24和連接套26的位置關係立體圖；
[0014]圖8是第一軸上小錐齒輪27與第一內圈錐齒輪16嚙合、第一前小錐齒輪29與第一軸上小錐齒輪27嚙合，第一軸上大錐齒輪28與第一中圈錐齒輪19嚙合，第一前大錐齒輪30與第一軸上大錐齒輪28嚙合的立體圖；
[0015]圖9是圖2的A-A旋轉截面圖；
[0016]圖10是圖3的俯視圖；
[0017]圖11是大臂外殼33和小臂外殼45與肩關節C的位置關係立體圖；
[0018]圖12是電機座38、肘關節電機39、肘關節減速器40、肘關節小錐齒輪41、肘關節大錐齒輪42、肘關節轉軸43和大臂外殼33的位置關係立體圖；
[0019]圖13是大臂外殼33的結構立體圖；
[0020]圖14是肘關節減速器40、肘關節小錐齒輪41、肘關節大錐齒輪42、肘關節轉軸43和小臂外殼45的位置關係立體圖；
[0021]圖15是第二法蘭盤46與小臂外殼45的位置關係立體圖；
[0022]圖16是腕關節E和小臂外殼45的內部結構剖視圖(去掉第二前連接架70、第二中心軸71、第二連接套78、第二軸上小錐齒輪73、第二軸上大錐齒輪74、第二前小錐齒輪76、第二前大錐齒輪77)；
[0023]圖17是腕關節E的結構立體圖(去掉第二前連接架70、第二中心軸71、第二連接套78、第二軸上小錐齒輪73、第二軸上大錐齒輪74、第二前小錐齒輪76、第二前大錐齒輪77)；
[0024]圖18是第二內圈錐齒輪60、第二中圈錐齒輪64、第二後連接架69、第二前連接架70和第二連接套78的位置關係立體圖；
[0025]圖19是第二軸上小錐齒輪73與第二內圈錐齒輪60嚙合、第二前小錐齒輪76與第二軸上小錐齒輪73嚙合，第二軸上大錐齒輪74與第二中圈錐齒輪64嚙合，第二前大錐齒輪77與第二軸上大錐齒輪74嚙合的立體圖；
[0026]圖20是圖19的B-B旋轉截面圖；
[0027]圖21是圖17的俯視圖(去掉第二內圈直齒輪58、第二中圈直齒輪63、第二中圈錐齒輪64、第二外圈直齒輪68和第二後連接架69)。

【具體實施方式】
[0028]【具體實施方式】一:結合圖1?圖21說明本實施方式，本實施方式包括肩關節C、肘關節D、腕關節E，殼體35、大臂外殼33和小臂外殼45，
[0029]肩關節C包括第一內圈電機1、第一中圈電機2、第一外圈電機3、第一法蘭盤4、第一內圈減速器5、第一中圈減速器6、第一外圈減速器7、第一中圈主軸8、第一外圈主軸9、第一內圈傳動齒輪11、第一中圈傳動齒輪12、第一外圈傳動齒輪13、第一內圈直齒輪14、第一內圈齒輪軸15、第一內圈錐齒輪16、第一中圈齒輪軸筒17、第一中圈直齒輪18、第一中圈錐齒輪19、第二滾動軸承20、第一外圈齒輪軸筒21、第一外圈直齒輪22、第一後連接架23、第一前連接架24、第一中心軸25、第一連接套26、第一軸上小錐齒輪27、第一軸上大錐齒輪28、第一前小錐齒輪29、第一前大錐齒輪30、兩個第一連接元件32、滾針軸承34、第三滾動軸承36、兩個第一滾動軸承10、兩個第四滾動軸承31和兩個第五滾動軸承37，第一內圈電機1、第一中圈電機2和第一外圈電機3沿同一圓周均布設置在第一法蘭盤4的上端面上，第一內圈減速器5的輸入端與第一內圈電機I的輸出端連接，第一中圈減速器6的輸入端與第一中圈電機2的輸出端連接,第一外圈減速器7的輸入端與第一外圈電機3的輸出端連接，第一內圈傳動齒輪11固裝在第一內圈減速器5的輸出軸上，第一中圈主軸8的輸入端與第一中圈減速器6的輸出軸連接，第一中圈傳動齒輪12固裝在第一中圈主軸8的輸出端上，第一外圈主軸9的輸入端與第一外圈減速器7的輸出軸連接，第一外圈傳動齒輪13固裝在第一外圈主軸9的輸出端上,第一內圈直齒輪14與第一內圈傳動齒輪11哨合,第一內圈直齒輪14固裝在第一內圈齒輪軸15的輸入端上,第一內圈錐齒輪16固裝在第一內圈齒輪軸15的輸出端上,第一中圈齒輪軸筒17位於第一內圈直齒輪14與第一內圈錐齒輪16之間，且第一中圈齒輪軸筒17通過兩個第一滾動軸承10套裝在第一內圈齒輪軸15上，第一中圈直齒輪18與第一中圈傳動齒輪12哨合,第一中圈直齒輪18固裝在第一中圈齒輪軸筒17的輸入端上，第一中圈錐齒輪19固裝在第一中圈齒輪軸筒17的輸出端上，第一外圈齒輪軸筒21位於第一中圈傳動齒輪12與第一中圈錐齒輪19之間,且第一外圈齒輪軸筒21通過兩個第二滾動軸承20套裝在第一中圈齒輪軸筒17上，第一外圈直齒輪22與第一外圈傳動齒輪13哨合，第一外圈直齒輪22固裝在第一外圈齒輪軸筒21的輸入端上,第一後連接架23固裝在第一外圈齒輪軸筒21的輸出端上，第一前連接架24設置在第一後連接架23的上方，第一前連接架24與第一後連接架23通過第一中心軸25連接，第一中心軸25的兩端分別通過第四滾動軸承31安裝在第一後連接架23上，第一軸上小錐齒輪27與第一內圈錐齒輪16嚙合，第一軸上大錐齒輪28與第一中圈錐齒輪19嚙合，第一軸上小錐齒輪27和第一軸上大錐齒輪28均通過第五滾動軸承37安裝在中心軸25上，第一前小錐齒輪29與第一軸上小錐齒輪27嚙合，第一前大錐齒輪30與第一軸上大錐齒輪28嚙合，第一前小錐齒輪29與第一前大錐齒輪30通過第一連接元件32連接，大臂外殼33垂直第一前大錐齒輪30的上端面設置，且大臂外殼33與第一前大錐齒輪30焊接在一起，第一連接套26通過滾針軸承34套裝在大臂外殼33上，第一連接套26與第一前連接架24固定連接，第一法蘭盤4設置在殼體35的底部，第一外圈齒輪軸筒21的外表面通過第三滾動軸承36與殼體35連接，
[0030]肘關節D包括電機座38、肘關節電機39、肘關節減速器40、肘關節小錐齒輪41、肘關節大錐齒輪42、肘關節轉軸43和兩個第六滾動軸承44，電機座38固裝在大臂外殼33內，肘關節電機39設置在電機座38上，肘關節減速器40的輸入端與肘關節電機39的輸出端連接，肘關節小錐齒輪41固裝在肘關節減速器40的輸出端上，肘關節大錐齒輪42與肘關節小錐齒輪41嚙合，肘關節大錐齒輪42固裝在肘關節轉軸43上，肘關節轉軸43的兩端分別通過第六滾動軸承44安裝在大臂外殼33上的吊耳33-1中，小臂外殼45固裝在肘關節轉軸43上，
[0031]腕關節E包括第二法蘭盤46、第二內圈電機47、第二中圈電機48、第二外圈電機49、第二內圈減速器50、第二中圈減速器51、第二外圈減速器52、第二內圈傳動齒輪53、第二中圈主軸54、第二中圈傳動齒輪55、第二外圈主軸56、第二外圈傳動齒輪57、第二內圈直齒輪58、第二內圈齒輪軸59、第二內圈錐齒輪60、第二中圈齒輪軸筒61、第七滾動軸承62、第二中圈直齒輪63、第二中圈錐齒輪64、第二外圈齒輪軸筒65、第九滾動軸承67、第二外圈直齒輪68、第二後連接架69、第二前連接架70、第二中心軸71、第二軸上小錐齒輪73、第二軸上大錐齒輪74、第十一滾動軸承75、第二前小錐齒輪76、第二前大錐齒輪77、第二連接套78、第二連接元件79、兩個第八滾動軸承66和兩個第十滾動軸承72，第二內圈電機47、第二中圈電機48和第二外圈電機49沿同一圓周均布設置在第二法蘭盤46的上端面上，第二內圈減速器50的輸入端與第二內圈電機47的輸出端連接,第二中圈減速器51的輸入端與第二中圈電機48的輸出端連接,第二外圈減速器52的輸入端與第二外圈電機49的輸出端連接，第二內圈傳動齒輪53固裝在第二內圈減速器50的輸出軸上，第二中圈主軸54的輸入端與第二中圈減速器51的輸出軸連接，第二中圈傳動齒輪55固裝在第二中圈主軸54的輸出端上，第二外圈主軸56的輸入端與第二外圈減速器52的輸出軸連接，第二外圈傳動齒輪57固裝在第二外圈主軸56的輸出端上，第二內圈直齒輪58與第二內圈傳動齒輪53嚙合，第二內圈直齒輪58固裝在第二內圈齒輪軸59的輸入端上，第二內圈錐齒輪60固裝在第二內圈齒輪軸59的輸出端上，第二中圈齒輪軸筒61位於第二內圈直齒輪58與第二內圈錐齒輪60之間，且第二中圈齒輪軸筒61通過第七滾動軸承62套裝在第二內圈齒輪軸59上，第二中圈直齒輪63與第二中圈傳動齒輪55嚙合，第二中圈直齒輪63固裝在第二中圈齒輪軸筒61的輸入端上，第二中圈錐齒輪64固裝在第二中圈齒輪軸筒61的輸出端上，第二外圈齒輪軸筒65位於第二中圈傳動齒輪55與第二中圈錐齒輪64之間，且第二外圈齒輪軸筒65通過兩個第八滾動軸承66套裝在第二中圈齒輪軸筒61上，第二外圈齒輪軸筒65的外表面通過第九滾動軸承67與小臂外殼45連接，第二外圈直齒輪68與第二外圈傳動齒輪57嚙合，第二外圈直齒輪68固裝在第二外圈齒輪軸筒65的輸入端上，第二後連接架69固裝在第二外圈齒輪軸筒65的輸出端上，第二前連接架70設置在第二後連接架69的上方，第二前連接架70與第二後連接架69通過第二中心軸71連接，第二中心軸71的兩端發分別通過第十滾動軸承72安裝在第二後連接架69上，第二軸上小錐齒輪73與第二內圈錐齒輪60嚙合，第二軸上大錐齒輪74與第二中圈錐齒輪64嚙合，第二軸上小錐齒輪73和第二軸上大錐齒輪74均通過第i^一滾動軸承75安裝在第二中心軸71上，第二前小錐齒輪76與第二軸上小錐齒輪73嚙合，第二前大錐齒輪77與第二軸上大錐齒輪74嚙合，第二前小錐齒輪76與第二前大錐齒輪77通過第二連接元件79連接，第二連接套78與第二前連接架70固定連接，第二法蘭盤46固裝在小臂外殼45內。第一後連接架23與第一前連接架24都能獨立的繞第一中心軸25轉動。第二後連接架69與第二前連接架70都能獨立的繞第二中心軸71轉動。
[0032]工作原理:
[0033]一、肩關節C的運動:
[0034]肩關節C的第一個自由度運動:第一外圈電機3轉動時,運動依次通過第一外圈減速器7、第一外圈主軸9、第一外圈傳動齒輪13傳遞給第一外圈直齒輪22，第一外圈直齒輪22帶動第一外圈齒輪軸筒21轉動，第一外圈齒輪軸筒21帶動第一後連接架23繞X軸轉動。
[0035]肩關節C的第二個自由度運動:第一內圈電機I轉動，通過第一內圈減速器5、第一內圈傳動齒輪11帶動第一內圈直齒輪14轉動，通過第一內圈齒輪軸15帶動第一內圈錐齒輪16轉動，見圖6，第一內圈錐齒輪16帶動第一軸上小錐齒輪27轉動，見圖8，第一中圈電機2轉動，通過第一中圈減速器6、第一中圈主軸8、第一中圈傳動齒輪12帶動第一中圈直齒輪18轉動，通過第一中圈齒輪軸筒17帶動第一中圈錐齒輪19轉動，見圖6，第一中圈錐齒輪19帶動第一軸上大錐齒輪28轉動，見圖8，當第一軸上大錐齒輪28與第一軸上小錐齒輪27同向轉動時，第一前小錐齒輪29與第一前大錐齒輪30有相反的轉動趨勢，由於第一前小錐齒輪29與第一前大錐齒輪30是固定連接的，因此，第一前小錐齒輪29與第一前大錐齒輪30繞Y軸轉動速度為0，致使第一前連接架24、第一前大錐齒輪30與第一前小錐齒輪29 —起繞Z軸做圓周運動。
[0036]肩關節C的第三個自由度運動:當第一軸上大錐齒輪28與第一軸上小錐齒輪27反向轉動時，第一前小錐齒輪29與第一前大錐齒輪30轉動方向相同，由於第一前小錐齒輪29與第一前大錐齒輪30是固定連接的，因此，致使第一前小錐齒輪29與第一前大錐齒輪30 一起繞Y軸做圓周運動。
[0037]二、肘關節D的運動:
[0038]肘關節電機39轉動時，運動依次通過肘關節減速器40、肘關節小錐齒輪41傳遞給肘關節大錐齒輪42，肘關節大錐齒輪42帶動肘關節轉軸43和小臂外殼45繞肘關節轉軸43的軸線轉動。
[0039]三、腕關節E的運動:
[0040]腕關節E的第一個自由度運動:第二外圈電機49轉動時，運動依次通過第二外圈減速器52、第二外圈主軸56、第二外圈傳動齒輪57傳遞給第二外圈直齒輪68，第二外圈直齒輪68帶動第二外圈齒輪軸筒65轉動，第二外圈齒輪軸筒65帶動第二後連接架69繞X'軸轉動。
[0041]腕關節E的第二個自由度運動:第二內圈電機47轉動，通過第二內圈減速器50、第二內圈傳動齒輪53帶動第二內圈直齒輪58轉動，通過第二內圈齒輪軸59帶動第二內圈錐齒輪60轉動，見圖16，第二內圈錐齒輪60帶動第二軸上小錐齒輪73轉動，見圖19，第二中圈電機48轉動，通過第二中圈減速器51、第二中圈主軸54、第二中圈傳動齒輪55帶動第二中圈直齒輪63轉動，通過第二中圈齒輪軸筒61帶動第二中圈錐齒輪64轉動，見圖16，第二中圈錐齒輪64帶動第二軸上大錐齒輪74轉動，見圖19，當第二軸上大錐齒輪74與第二軸上小錐齒輪73同向轉動時，第二前小錐齒輪76與第二前大錐齒輪77有相反的轉動趨勢，由於第二前小錐齒輪76與第二前大錐齒輪77是固定連接的，因此，第二前小錐齒輪76與第二前大錐齒輪77繞Y'軸轉動速度為0，致使第二前連接架70、第二前大錐齒輪77與第二前小錐齒輪76—起繞Z'軸做圓周運動。
[0042]腕關節E的第三個自由度運動:當第二軸上大錐齒輪74與第二軸上小錐齒輪73反向轉動時，第二前小錐齒輪76與第二前大錐齒輪77轉動方向相同，由於第二前小錐齒輪76與第二前大錐齒輪77是固定連接的，因此，致使第二前小錐齒輪76與第二前大錐齒輪77—起繞Y'軸做圓周運動。
[0043]【具體實施方式】二:結合圖7、圖8、圖9、圖18、圖19、圖20說明本實施方式，本實施方式的第一外圈齒輪軸筒21與第一後連接架23製成一體，第一連接套26與第一前連接架24製成一體，第二外圈齒輪軸筒65與第二後連接架69製成一體，第二連接套78與第二前連接架70製成一體。這樣設計使得第一後連接架23、第一前連接架24、第二後連接架69和第二前連接架70的穩定性得到提高。其它組成及連接關係與【具體實施方式】一相同。
[0044]【具體實施方式】三:【具體實施方式】四:結合圖3和圖4說明本實施方式，本實施方式的第一內圈傳動齒輪11、第一中圈傳動齒輪12和第一外圈傳動齒輪13的齒數相同。這樣設計使得結構更加合理。其它組成及連接關係與【具體實施方式】一或二相同。
[0045]【具體實施方式】四:結合圖5和圖6說明本實施方式,本實施方式的第一內圈直齒輪14、第一中圈直齒輪18和第一外圈直齒輪22的齒數相同。這樣設計使得結構更加合理。其它組成及連接關係與【具體實施方式】三相同。
[0046]【具體實施方式】五:結合圖8和圖9說明本實施方式，本實施方式的第一內圈錐齒輪16、第一軸上小錐齒輪27和第一前小錐齒輪29的齒數相同。這樣設計使得結構更加合理。其它組成及連接關係與【具體實施方式】四相同。
[0047]【具體實施方式】六:結合圖8和圖9說明本實施方式，本實施方式的第一內圈錐齒輪16、第一軸上小錐齒輪27和第一前小錐齒輪29的齒數、大端直徑、分度圓錐角、圓錐面均相同，所述第一中圈錐齒輪19、第一軸上大錐齒輪28和第一前大錐齒輪30的齒數、大端直徑、分度圓錐角、圓錐面均相同。這樣設計使得結構更加合理。其它組成及連接關係與【具體實施方式】五相同。
[0048]【具體實施方式】七:結合圖17說明本實施方式，本實施方式的第二內圈傳動齒輪53、第二中圈傳動齒輪55和第二外圈傳動齒輪57的齒數相同。這樣設計使得結構更加合理。其它組成及連接關係與【具體實施方式】六相同。
[0049]【具體實施方式】八:結合圖16和圖17說明本實施方式，本實施方式的第二內圈直齒輪58、第二中圈直齒輪63和第二外圈直齒輪68的齒數相同。這樣設計使得結構更加合理。其它組成及連接關係與【具體實施方式】七相同。
[0050]【具體實施方式】九:結合圖19說明本實施方式，本實施方式的第二內圈錐齒輪60、第二軸上小錐齒輪73和第二前小錐齒輪76的齒數相同。。這樣設計使得結構更加合理。其它組成及連接關係與【具體實施方式】八相同。
[0051]【具體實施方式】十:結合圖19說明本實施方式，本實施方式的第二內圈錐齒輪60、第二軸上小錐齒輪73和第二前小錐齒輪76的齒數、大端直徑、分度圓錐角、圓錐面均相同，所述第二中圈錐齒輪64、第二軸上大錐齒輪74和第二前大錐齒輪77的齒數、大端直徑、分度圓錐角、圓錐面均相同。這樣設計使得結構更加合理。其它組成及連接關係與【具體實施方式】九相同。
【權利要求】
1.一種基於並聯差分驅動關節的七自由度仿人機械臂，其特徵在於:所述基於並聯差分驅動關節的七自由度仿人機械臂包括肩關節(C)、肘關節(D)、腕關節(E)，殼體(35)、大臂外殼(33)和小臂外殼(45), 肩關節(C)包括第一內圈電機(I)、第一中圈電機(2)、第一外圈電機(3)、第一法蘭盤(4)、第一內圈減速器(5)、第一中圈減速器(6)、第一外圈減速器(7)、第一中圈主軸(8)、第一外圈主軸(9)、第一內圈傳動齒輪(11)、第一中圈傳動齒輪(12)、第一外圈傳動齒輪(13)、第一內圈直齒輪(14)、第一內圈齒輪軸(15)、第一內圈錐齒輪(16)、第一中圈齒輪軸筒(17)、第一中圈直齒輪(18)、第一中圈錐齒輪(19)、第二滾動軸承(20)、第一外圈齒輪軸筒(21)、第一外圈直齒輪(22)、第一後連接架(23)、第一前連接架(24)、第一中心軸(25)、第一連接套(26)、第一軸上小錐齒輪(27)、第一軸上大錐齒輪(28)、第一前小錐齒輪(29)、第一前大錐齒輪(30)、兩個第一連接元件(32)、滾針軸承(34)、第三滾動軸承(36)、兩個第一滾動軸承(10)、兩個第四滾動軸承(31)和兩個第五滾動軸承(37)，第一內圈電機(I)、第一中圈電機(2)和第一外圈電機(3)沿同一圓周均布設置在第一法蘭盤(4)的上端面上，第一內圈減速器(5)的輸入端與第一內圈電機(I)的輸出端連接，第一中圈減速器(6)的輸入端與第一中圈電機(2)的輸出端連接，第一外圈減速器(7)的輸入端與第一外圈電機(3)的輸出端連接，第一內圈傳動齒輪(11)固裝在第一內圈減速器(5)的輸出軸上，第一中圈主軸(8)的輸入端與第一中圈減速器(6)的輸出軸連接，第一中圈傳動齒輪(12)固裝在第一中圈主軸(8)的輸出端上，第一外圈主軸(9)的輸入端與第一外圈減速器(7)的輸出軸連接，第一外圈傳動齒輪(13)固裝在第一外圈主軸(9)的輸出端上，第一內圈直齒輪(14)與第一內圈傳動齒輪(11)哨合，第一內圈直齒輪(14)固裝在第一內圈齒輪軸(15)的輸入端上，第一內圈錐齒輪(16)固裝在第一內圈齒輪軸(15)的輸出端上,第一中圈齒輪軸筒(17)位於第一內圈直齒輪(14)與第一內圈錐齒輪(16)之間，且第一中圈齒輪軸筒(17)通過兩個第一滾動軸承(10)套裝在第一內圈齒輪軸(15)上，第一中圈直齒輪(18)與第一中圈傳動齒輪(12)哨合，第一中圈直齒輪(18)固裝在第一中圈齒輪軸筒(17)的輸入端上，第一中圈錐齒輪(19)固裝在第一中圈齒輪軸筒(17)的輸出端上，第一外圈齒輪軸筒(21)位於第一中圈傳動齒輪(12)與第一中圈錐齒輪(19)之間,且第一外圈齒輪軸筒(21)通過兩個第二滾動軸承(20)套裝在第一中圈齒輪軸筒(17)上，第一外圈直齒輪(22)與第一外圈傳動齒輪(13)哨合，第一外圈直齒輪(22)固裝在第一外圈齒輪軸筒(21)的輸入端上，第一後連接架(23)固裝在第一外圈齒輪軸筒(21)的輸出端上，第一前連接架(24)設置在第一後連接架(23)的上方，第一前連接架(24)與第一後連接架(23)通過第一中心軸(25)連接，第一中心軸(25)的兩端分別通過第四滾動軸承(31)安裝在第一後連接架(23)上，第一軸上小錐齒輪(27)與第一內圈錐齒輪(16)嚙合，第一軸上大錐齒輪(28)與第一中圈錐齒輪(19)嚙合，第一軸上小錐齒輪(27)和第一軸上大錐齒輪(28)均通過第五滾動軸承(37)安裝在中心軸(25)上，第一前小錐齒輪(29)與第一軸上小錐齒輪(27)嚙合，第一前大錐齒輪(30)與第一軸上大錐齒輪(28)嚙合，第一前小錐齒輪(29)與第一前大錐齒輪(30)通過第一連接元件(32)連接，大臂外殼(33)垂直第一前大錐齒輪(30)的上端面設置，且大臂外殼(33)與第一前大錐齒輪(30)焊接在一起，第一連接套(26)通過滾針軸承(34)套裝在大臂外殼(33)上，第一連接套(26)與第一前連接架(24)固定連接，第一法蘭盤(4)設置在殼體(35)的底部，第一外圈齒輪軸筒(21)的外表面通過第三滾動軸承(36)與殼體(35)連接， 肘關節(D)包括電機座(38)、肘關節電機(39)、肘關節減速器(40)、肘關節小錐齒輪(41)、肘關節大錐齒輪(42)、肘關節轉軸(43)和兩個第六滾動軸承(44)，電機座(38)固裝在大臂外殼(33)內，肘關節電機(39)設置在電機座(38)上，肘關節減速器(40)的輸入端與肘關節電機(39)的輸出端連接，肘關節小錐齒輪(41)固裝在肘關節減速器(40)的輸出端上，肘關節大錐齒輪(42)與肘關節小錐齒輪(41)嚙合，肘關節大錐齒輪(42)固裝在肘關節轉軸(43)上，肘關節轉軸(43)的兩端分別通過第六滾動軸承(44)安裝在大臂外殼(33)上的吊耳(33-1)中，小臂外殼(45)固裝在肘關節轉軸(43)上， 腕關節(E)包括第二法蘭盤(46)、第二內圈電機(47)、第二中圈電機(48)、第二外圈電機(49)、第二內圈減速器(50)、第二中圈減速器(51)、第二外圈減速器(52)、第二內圈傳動齒輪(53)、第二中圈主軸(54)、第二中圈傳動齒輪(55)、第二外圈主軸(56)、第二外圈傳動齒輪(57)、第二內圈直齒輪(58)、第二內圈齒輪軸(59)、第二內圈錐齒輪(60)、第二中圈齒輪軸筒￠1)、第七滾動軸承￠2)、第二中圈直齒輪￠3)、第二中圈錐齒輪￠4)、第二外圈齒輪軸筒￠5)、第九滾動軸承￠7)、第二外圈直齒輪￠8)、第二後連接架￠9)、第二前連接架(70)、第二中心軸(71)、第二軸上小錐齒輪(73)、第二軸上大錐齒輪(74)、第i^一滾動軸承(75)、第二前小錐齒輪(76)、第二前大錐齒輪(77)、第二連接套(78)、第二連接元件(79)、兩個第八滾動軸承￠6)和兩個第十滾動軸承(72)，第二內圈電機(47)、第二中圈電機(48)和第二外圈電機(49)沿同一圓周均布設置在第二法蘭盤(46)的上端面上，第二內圈減速器(50)的輸入端與第二內圈電機(47)的輸出端連接，第二中圈減速器(51)的輸入端與第二中圈電機(48)的輸出端連接，第二外圈減速器(52)的輸入端與第二外圈電機(49)的輸出端連接，第二內圈傳動齒輪(53)固裝在第二內圈減速器(50)的輸出軸上，第二中圈主軸(54)的輸入端與第二中圈減速器(51)的輸出軸連接，第二中圈傳動齒輪(55)固裝在第二中圈主軸(54)的輸出端上，第二外圈主軸(56)的輸入端與第二外圈減速器(52)的輸出軸連接，第二外圈傳動齒輪(57)固裝在第二外圈主軸(56)的輸出端上，第二內圈直齒輪(58)與第二內圈傳動齒輪(53)嚙合，第二內圈直齒輪(58)固裝在第二內圈齒輪軸(59)的輸入端上，第二內圈錐齒輪￠0)固裝在第二內圈齒輪軸(59)的輸出端上，第二中圈齒輪軸筒(61)位於第二內圈直齒輪(58)與第二內圈錐齒輪(60)之間，且第二中圈齒輪軸筒(61)通過第七滾動軸承￠2)套裝在第二內圈齒輪軸(59)上，第二中圈直齒輪￠3)與第二中圈傳動齒輪(55)嚙合，第二中圈直齒輪￠3)固裝在第二中圈齒輪軸筒￠1)的輸入端上，第二中圈錐齒輪￠4)固裝在第二中圈齒輪軸筒￠1)的輸出端上，第二外圈齒輪軸筒￠5)位於第二中圈傳動齒輪(55)與第二中圈錐齒輪￠4)之間，且第二外圈齒輪軸筒￠5)通過兩個第八滾動軸承￠6)套裝在第二中圈齒輪軸筒￠1)上，第二外圈齒輪軸筒￠5)的外表面通過第九滾動軸承￠7)與小臂外殼(45)連接，第二外圈直齒輪￠8)與第二外圈傳動齒輪(57)嚙合，第二外圈直齒輪￠8)固裝在第二外圈齒輪軸筒￠5)的輸入端上，第二後連接架(69)固裝在第二外圈齒輪軸筒￠5)的輸出端上，第二前連接架(70)設置在第二後連接架(69)的上方，第二前連接架(70)與第二後連接架￠9)通過第二中心軸(71)連接，第二中心軸(71)的兩端發分別通過第十滾動軸承(72)安裝在第二後連接架￠9)上，第二軸上小錐齒輪(73)與第二內圈錐齒輪￠0)嚙合，第二軸上大錐齒輪(74)與第二中圈錐齒輪(64)嚙合，第二軸上小錐齒輪(73)和第二軸上大錐齒輪(74)均通過第i^一滾動軸承(75)安裝在第二中心軸(71)上，第二前小錐齒輪(76)與第二軸上小錐齒輪(73)嚙合，第二前大錐齒輪(77)與第二軸上大錐齒輪(74)嚙合，第二前小錐齒輪(76)與第二前大錐齒輪77)通過第二連接元件(79)連接，第二連接套(78)與第二前連接架(70)固定連接，第二法蘭盤(46)固裝在小臂外殼(45)內。
2.根據權利要求1所述基於並聯差分驅動關節的七自由度仿人機械臂，其特徵在於:所述第一外圈齒輪軸筒(21)與第一後連接架(23)製成一體，所述第一連接套(26)與第一前連接架(24)製成一體，所述第二外圈齒輪軸筒￠5)與第二後連接架￠9)製成一體，所述第二連接套(78)與第二前連接架(70)製成一體。
3.根據權利要求1或2所述基於並聯差分驅動關節的七自由度仿人機械臂，其特徵在於:所述第一內圈傳動齒輪(11)、第一中圈傳動齒輪(12)和第一外圈傳動齒輪(13)的齒數相同。
4.根據權利要求3所述基於並聯差分驅動關節的七自由度仿人機械臂，其特徵在於:所述第一內圈直齒輪(14)、第一中圈直齒輪(18)和第一外圈直齒輪(22)的齒數相同。
5.根據權利要求4所述基於並聯差分驅動關節的七自由度仿人機械臂，其特徵在於:所述第一內圈錐齒輪(16)、第一軸上小錐齒輪(27)和第一前小錐齒輪(29)的齒數相同。
6.根據權利要求5所述基於並聯差分驅動關節的七自由度仿人機械臂，其特徵在於:所述第一內圈錐齒輪(16)、第一軸上小錐齒輪(27)和第一前小錐齒輪(29)的齒數、大端直徑、分度圓錐角、圓錐面均相同，所述第一中圈錐齒輪(19)、第一軸上大錐齒輪(28)和第一前大錐齒輪(30)的齒數、大端直徑、分度圓錐角、圓錐面均相同。
7.根據權利要求6所述基於並聯差分驅動關節的七自由度仿人機械臂，其特徵在於:所述第二內圈傳動齒輪(53)、第二中圈傳動齒輪(55)和第二外圈傳動齒輪(57)的齒數相同。
8.根據權利要求7所述基於並聯差分驅動關節的七自由度仿人機械臂，其特徵在於:所述第二內圈直齒輪(58)、第二中圈直齒輪￠3)和第二外圈直齒輪￠8)的齒數相同。
9.根據權利要求8所述基於並聯差分驅動關節的七自由度仿人機械臂，其特徵在於:所述第二內圈錐齒輪(60)、第二軸上小錐齒輪(73)和第二前小錐齒輪(76)的齒數相同。
10.根據權利要求9所述基於並聯差分驅動關節的七自由度仿人機械臂，其特徵在於:所述第二內圈錐齒輪￠0)、第二軸上小錐齒輪(73)和第二前小錐齒輪(76)的齒數、大端直徑、分度圓錐角、圓錐面均相同，所述第二中圈錐齒輪(64)、第二軸上大錐齒輪(74)和第二前大錐齒輪(77)的齒數、大端直徑、分度圓錐角、圓錐面均相同。
【文檔編號】B25J17/00GK104385295SQ201410491229
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月24日 優先權日:2014年9月24日
【發明者】朱延河, 趙傑 申請人:哈爾濱工業大學