申请/专利权人：华南理工大学

申请日：2019-06-28

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN110202559B

主分类号：B25J9/04

分类号：B25J9/04;B25J9/10;B25J9/12

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2019.10.08#实质审查的生效;2019.09.06#公开

摘要：本发明公开一种面向人机协作仿生轻量化机械臂，包括第一机臂、第二机臂、腕关节、肘关节和肩关节，肩关节与肘关节之间的为第一机臂，肘关节与腕关节之间的为第二机臂，所述腕关节为三自由度的运动副，腕关节包括一个两自由度的并联机构串联一个单自由度虎克铰机构，肘关节为单自由度的转动关节，肩关节为三自由度并联球关节机构，所述机械臂还包括一个肘关节驱动电机和三个腕关节驱动电机，设于第二机臂上靠近肩关节的一端的肘关节驱动电机和腕关节驱动电机均通过绳驱传动分别控制肘关节和腕关节。本发明的机械臂通过减少碰撞惯量来提高人机交互的安全性。

主权项：1.一种面向人机协作仿生轻量化机械臂，其特征在于，包括第一机臂、第二机臂、腕关节、肘关节和肩关节，肩关节与肘关节之间的为第一机臂，肘关节与腕关节之间的为第二机臂，所述腕关节为三自由度的运动副，腕关节包括一个两自由度的并联机构串联一个单自由度虎克铰机构，肘关节为单自由度的转动关节，肩关节为三自由度并联球关节机构，所述机械臂还包括一个肘关节驱动电机和三个腕关节驱动电机，设于第二机臂上靠近肩关节的一端的肘关节驱动电机和腕关节驱动电机均通过绳驱传动分别控制肘关节和腕关节；所述第一机臂和第二机臂连接处为肘关节，第一机臂和第二机臂通过齿轮啮合，过齿轮的圆心设有用于保持啮合距离的连接杆，齿轮上设有用于控制肘关节实现转动的动滑轮；所述肩关节包括三个摇臂和用于控制三个摇臂实现独立周转运动的传动机构，三个所述摇臂都布置在传动机构的周向，所述传动机构包括三组复合传动组件，一组复合传动组件对应与一个摇臂连接；所述每个摇臂包括螺杆、一个带轮、一个绕绳轮和用于连接带轮与绕绳轮的内连杆，带轮和绕绳轮均设于螺杆上，内连杆与带轮固定，绕绳轮在内连杆上滑动，绕绳轮上固定有螺母，螺母与螺杆相配合。

全文数据：一种面向人机协作仿生轻量化机械臂技术领域本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种面向人机协作仿生轻量化机械臂。背景技术随着机器人技术的发展，机器人越来越多地进入人类生产生活的非结构化环境。机器人与人共融将成为新一代机器人的本质特征，所以人机协作机器人是当前机器人主要的研究和发展的方向之一。随着机器人技术的发展和机器人生产商的大力推动，协作机器人开始进入到人类的生产生活中。协作机器人在制造业、医疗、服务等领域有广泛的应用前景。特别是针对电子消费品行业和家具行业的柔性装配，结合了人类技能与机器人重复工作能力的人机协作系统将改变目前全手动装配的现状，把柔性装配带入一个全新的时代。目前，协作机器人主要通过两种方法来保障人机协作中的安全问题。一种是通过柔性关节的方法，通常由刚性杆件和柔性关节或由刚性杆件和刚柔关节组成，刚柔关节是由部分刚性关节和部分柔性关节组成的，柔性关节在与人发生交互的时候较为柔顺，能够避免刚性碰撞，但是这种方法会使得机器人整体刚度下降，控制精度降低。另一种是通过增加关节力传感器的方法，来获知外部的交互信息，在与人发生接触或者在交互过程中采取相应的调整策略，但是这种方法会受到控制响应速度以及传感器可靠性的限制。人类的手臂为七自由度，其中肩关节为三个自由度并联，肘关节为一个自由度，腕关节为三个自由度并联，传统工业机器人一般为六个自由度的串联机构，与人交互起来需要进行与人手臂的工作位姿的相似性匹配，而且可达区间和灵活工作区间较小。发明内容本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种七自由度的面向人机协作仿生轻量化机械臂，该机械臂通过减少碰撞惯量来提高人机交互的安全性。本发明的技术方案为：一种面向人机协作仿生轻量化机械臂，包括第一机臂、第二机臂、腕关节、肘关节和肩关节，肩关节与肘关节之间的为第一机臂，肘关节与腕关节之间的为第二机臂，所述腕关节为三自由度的运动副，腕关节包括一个两自由度的并联机构串联一个单自由度虎克铰机构，肘关节为单自由度的转动关节，肩关节为三自由度并联球关节机构，所述机械臂还包括一个肘关节驱动电机和三个腕关节驱动电机，设于第二机臂上靠近肩关节的一端的肘关节驱动电机和腕关节驱动电机均通过绳驱传动分别控制肘关节和腕关节。其中，腕关节、肘关节和肩关节的设计与人手相符合，可以达到与人手相近的工作位姿，不需再进行转化，该机械臂的设计具有轻量化的优点，肘关节和腕关节的驱动均采用绳驱传动的方式，机械臂的主要质量集中在肩关节处，并且减少了传动部件的质量，保证在机器人进行人机协作的过程中机械臂的碰撞惯量尽量小来实现人机交互的安全性。所述第一机臂和第二机臂连接处为肘关节，第一机臂和第二机臂通过齿轮啮合，过齿轮的圆心设有用于保持啮合距离的连接杆，齿轮上设有用于控制肘关节实现转动的动滑轮。所述第一机臂和第二机臂的齿轮上设有两对动滑轮，每个齿轮上各设有两个动滑轮，同一个齿轮上的动滑轮位于同一直径上且距圆心距离相等，两对动滑轮的绕绳均与连接杆平行，两对动滑轮的绕绳均通过收放线与肘关节驱动电机连接。其中，两根收放线方向相反地绕于肘关节驱动电机的输出端上，肘关节驱动电机输出端往返转带动收放绳分别进行收放动作，从而实现肘关节的往返运动，肘关节的转动角度为180°，可以通过调整动滑轮的绕绳圈数来调整减速比，减速比的调整范围为2的整数倍。所述腕关节的两自由度的并联结构上设有四对用于实现腕关节转动的动滑轮，相对设置的两对动滑轮为一组，有两组动滑轮分别控制一个自由度，每组动滑轮通过收放线与一个腕关节驱动电机连接。其中，两组动滑轮分别实现腕关节关于x轴和y轴的转动。所述虎克铰上设有两根反方向环绕圆柱的连接线，经定滑轮传出，与一个腕关节驱动电机连接。其中，虎克铰通过腕关节驱动电机实现关于z轴的转动，可以根据实际需求来调节绕绳圈数。在腕关节驱动电机和或肘关节驱动电机的绳驱传动中串联弹性件以调节腕关节或肘关节的刚度。其中，在收放绳中串联弹簧可增加机械臂的柔性，从而进一步增强交互过程中的安全性，也能满足不同工况的实际需求。所述肩关节包括三个摇臂和用于控制三个摇臂实现独立周转运动的传动机构，所述三个摇臂都布置在传动机构的周向，所述传动机构包括三组复合传动组件，一组复合传动组件对应与一个摇臂连接；所述每个摇臂包括螺杆、一个带轮、一个绕绳轮和用于连接带轮与绕绳轮的内连杆，带轮和绕绳轮均设于螺杆上，内连杆与带轮固定，绕绳轮在内连杆上滑动，绕绳轮上固定有螺母，螺母与螺杆相配合。所述传动机构还包括中心轴和球关节外圆，每组复合传动组件包括肩关节驱动电机、齿轮传动、带轮传动和绕绳传动，齿轮传动将肩关节驱动电机的非同轴旋转传输到中心轴的同轴旋转，带轮传动将中心轴的同轴旋转传输到对应的摇臂上，绕绳传动约束摇臂与球关节外圆相切并进行纯滚动。其中，中心轴用于约束摇臂的周转运动，同时可提供齿轮与带轮的安装空间；带轮传动分别将三个由齿轮传出的同轴旋转传动到并联球关节的外圆相切的小绕绳轮结构的自转运动，采用带轮能进行远距离传输以减少传动部分的质量；绕绳传动的目的是分别使与球关节外圆相切的绕绳轮能啮合球关节外圆进行纯滚动，采用绕绳传动的方式能够减少结构的质量。第一组复合传动组件包括第一驱动电机、第一齿轮、第一皮带、第一带轮和第一绕绳轮，设于中心轴上的第一齿轮与第一驱动电机的输出端传动配合，第一皮带的两端分别设置第一带轮，其中一个第一带轮与中心轴上的第一齿轮同轴转动，另一个带轮设于对应的摇臂上并与第一绕绳轮同轴转动，第一绕绳轮上设有第一绕绳；第二组复合传动组件包括第二驱动电机、第二齿轮、第二皮带、第二带轮和第二绕绳轮，设于中心轴上的第二齿轮与第二驱动电机的输出端传动配合，第二皮带的两端分别设置第二带轮，其中一个第二带轮与中心轴上的第二齿轮同轴转动，另一个带轮设于对应的摇臂上并与第二绕绳轮同轴转动，第二绕绳轮上设有第二绕绳；第三组复合传动组件包括第三驱动电机、第三齿轮、第三皮带、第三带轮和第三绕绳轮，设于中心轴上的第三齿轮与第三驱动电机的输出端传动配合，第三皮带的两端分别设置第三带轮，其中一个第三带轮与中心轴上的第三齿轮同轴转动，另一个带轮设于对应的摇臂上并与第三绕绳轮同轴转动，第三绕绳轮上设有第三绕绳。第一绕绳包括两根沿不同方向8字绕向的绳，绳的两端分别固定在第一绕绳轮和球关节外圆上；第二绕绳包括两根沿不同方向8字绕向的绳，绳的两端分别固定在第二绕绳轮和球关节外圆上；第三绕绳包括两根沿不同方向8字绕向的绳，绳的两端分别固定在第三绕绳轮和球关节外圆上。其中，采用此种结构是为了实现球关节外圆与绕绳轮之间的滚动运动，能够约束摇臂的周转运动。所述中心轴的上端采用轴套轴结构；第一齿轮与第一带轮通过法兰固连，第一齿轮和第一带轮之间跨过第二齿轮和第二带轮，法兰与中心轴之间用轴承连接；第二齿轮与第二带轮固连，第二齿轮与第二带轮与中心轴之间设有轴承。其中，轴套轴的结构能够保证各组复合传动组件在同轴转动过程中不发生干涉。螺杆的上端和下端分别连接上周转平台和下周转平台，上周转平台与下周转平台之间还设有多根竖直的支撑杆，上周转平台的上方和下周转平台的下方均固定设有水平的连接杆，连接杆的另一端套设在中心轴上。其中，连接杆提供了摇臂的周转约束，支撑杆提供摇臂的固连约束，摇臂的整体结构为上下对称的，能够保证整体结构的对称性以及提高系统刚度。所述三个肩关节驱动电机均设于球关节外圆的内部，其中一个肩关节驱动电机与另两个肩关节驱动电机呈相反方向设置。采用此结构是为了简化中心轴上端的结构，将中心轴上端的结构简化为两层，能够减小所用轴承的尺寸，从而减小装置整体的质量和尺寸。所述摇臂上设有三自由度的并联球关节和用于输出动力的载物台，载物台与第一机臂连接。本发明的原理为：肩关节的运动原理为，三个肩关节驱动电机输出端的非同轴旋转，分别经过齿轮传动传送到中心轴的同轴旋转上，在经过带轮传动传出到与球关节外圆相切的绕绳轮上，绕绳轮转动的时候与球关节外圆通过绕绳传动的方式进行配合，在摇臂连接杆的周转约束下，三个摇臂实现三个独立的周转运动，三个独立的周转运动为并联球关节提供相应的运动驱动，最终实现并联球关节的球面运动，肩关节上的载物台与第一机臂相连。肘关节通过绳驱传动和齿轮啮合，采用一个肘关节驱动电机控制收放动作。保证其收放线几何关系具体原理为，两个滑轮连线过圆心，且离圆心相等，作动滑轮绕线方向的延长线，过圆心做其与延长线的垂线，所得的两个直角三角形全等，最短边与动滑轮收放绳路方向相同，所以收放时能一直保证收放长度一致。腕关节上为一个两自由度并联机构串联一个转动机构，两自由度并联机构在几何上对收放线的约束原理与肘关节相同，拓展了成二维空间。本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：本机械臂采用串并混联的结构，串联结构的机器人适应性强、工作空间大、机械结构简单、控制相对易于实现，并联结构机器人运动惯量小，关节刚度高，运动精度高，负载能力大，串并混联的机械臂能同时兼顾到两者的优点。本机械臂的肩关节采用了3-PcSS-1RTR球关节并联机构，其中P为移动副，S为球副，R为转动副，T为虎克铰，c表示绕着球心旋转，3-PcSS表示3个连接着两个球副的连杆绕着球心旋转，1RTR表示中间有一个由两个转动副和一个虎克铰组成的连接部分，对Goessling机构进行球铰链代换，传统的Goessling机构为3-PcRR机构，既有3个连接着两个转动副的连杆绕着球心旋转，因为经过了转动副到球副的替代，可以把原来转动副的空间力分析变成实现二力杆的受力分析，从而更容易进行受力分析工作，同时保存了原有并联机构较好工作空间、灵巧工作空间及运动学特性。并且针对该结构，专门设计了轻量化的传动方式，采用了齿轮传动，带轮传递和线驱动三种传动方式结合的方式，把整个肩关节的质量控制在2.5kg的范围左右。本机械臂采用了绳驱的传动方式，进行远距离的传动，驱动电机质量集中在肩关节附近，这样可以减少机械臂运动过程中的转动惯量，使其与人进行交互的时候更加的安全。本机械臂的绳驱线的收放都采用同一个驱动电机，传统的绳驱收和放要用两个驱动电机实现，传统设计上的绳驱无法保证收放的绳长一致，所以必须用两个驱动实现不同长度的收放绳长，本发明从几何设计上实现了收放绳长的一致性，因而使得用一个电机能同时实现绳驱的收放，在保证其功能性的基础上大幅度的减少了电机的数量，从而实现整臂的轻量化的特点还降低了制作成本。通过这种方法，在整体尺寸接近成年人手臂尺寸的情况下，使得整条手臂的质量在4.5kg左右，与成年人手臂质量相符，交互更加符合人机工学。本机械臂采用了刚柔耦合的设计，在绳驱上，方便在绳子之间串联不同刚度的弹簧，使得整个机械臂运动关节具有不同的柔性，使其在人机交互的过程中更加的安全的同时满足不同的作业需求。附图说明图1为本仿生轻量化机械臂的结构示意图。图2为本仿生轻量化机械臂另一视角的结构示意图。图3为腕关节的结构示意图。图4为肘关节的结构示意图。图5为本仿生轻量化机械臂的收放绳示意图，图中示出肘关节驱动电机和其中一个腕关节驱动电机的收放绳。图6为肩关节的结构示意图。图7为肩关节的剖面示意图，本图中未示出载物台和中心轴。图8为摇臂的结构示意图。图9为肩关节中球关节外圆与绕绳轮实现啮合运动的绕绳示意图。图10为本发明肘关节收放绳的简化示意图。图11为现有技术中收放绳的简化示意图。图12为本发明腕关节收放绳的简化示意图。图13为增加弹簧的肘关节收放绳的简化示意图。其中，图中所示，1为肩关节、2为肘关节、3为腕关节、4为第一机臂、5为第二机臂、6为腕关节驱动电机、7为肘关节驱动电机、1-1为摇臂、1-2为中心轴、1-3为球关节外圆、1-4为驱动电机、1-51为第一齿轮、1-52为第二齿轮、1-53为第三齿轮、1-6为带轮、1-61为第一带轮、1-62为第二带轮、1-63为第三带轮、1-7为绕绳轮、1-8为法兰、1-9为螺杆、1-10为内连杆、1-11为螺母、1-12为上周转平台、1-13为下周转平台、1-14为支撑杆、1-15为连接杆、1-16为载物台、2-1为动滑轮的收放绳、2-2为连接杆、2-3为齿轮、3-1为两组动滑轮的收放绳、3-2为虎克铰的连接绳、3-3为两自由度并联结构、3-4为虎克铰。具体实施方式下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。实施例1本实施例一种面向人机协作仿生轻量化机械臂，如图1和2所示，包括第一机臂、第二机臂、腕关节、肘关节和肩关节，肩关节与肘关节之间的为第一机臂，肘关节与腕关节之间的为第二机臂，腕关节为三自由度的运动副，腕关节包括一个两自由度的并联机构串联一个单自由度虎克铰机构，肘关节为单自由度的转动关节，肩关节为三自由度并联球关节机构，机械臂设有一个肘关节驱动电机和三个腕关节驱动电机，设于第二机臂上靠近肩关节的一端的肘关节驱动电机和腕关节驱动电机均通过绳驱传动分别控制肘关节和腕关节。其中，腕关节、肘关节和肩关节的设计与人手相符合，可以达到与人手相近的工作位姿，不需再进行转化，该机械臂的设计具有轻量化的优点，肘关节和腕关节的驱动均采用绳驱传动的方式，机械臂的主要质量集中在肩关节处，并且减少了传动部件的质量，保证在机器人进行人机协作的过程中机械臂的碰撞惯量尽量小来实现人机交互的安全性。如图4所示，第一机臂和第二机臂连接处为肘关节，第一机臂和第二机臂通过齿轮啮合，过齿轮的圆心设有用于保持啮合距离的连接杆，齿轮上设有用于控制肘关节实现转动的动滑轮。第一机臂和第二机臂的齿轮上设有两对动滑轮，每个齿轮上各设有两个动滑轮，同一个齿轮上的动滑轮位于同一直径上且距圆心距离相等，两对动滑轮的绕绳均与连接杆平行，两对动滑轮的绕绳均通过收放线与肘关节驱动电机连接。其中，两根收放线方向相反地绕于肘关节驱动电机的输出端上，肘关节驱动电机输出端往返转带动收放绳分别进行收放动作，从而实现肘关节的往返运动，肘关节的转动角度为180°，可以通过调整动滑轮的绕绳圈数来调整减速比，减速比的调整范围为2的整数倍。如图3所示，腕关节的两自由度的并联机构由6个非对心虎克铰组成，分别上平面和下平面各3个布置，上下平面分别相隔120°各布置一个，上下平面布置方向反向，上下各一对虎克铰由连杆相连，可以实现两自由度转动，两自由度的并联结构上设有四对用于实现腕关节转动的动滑轮，相对设置的两对动滑轮为一组，有两组动滑轮分别控制一个自由度，每组动滑轮通过收放线与一个腕关节驱动电机连接。其中，两组动滑轮分别实现腕关节关于x轴和y轴的转动。同时，在两自由度并联机构之间，增加一个由两个对心虎克铰相接的连杆，虎克铰上设有两根反方向环绕圆柱的连接线，经定滑轮传出，与一个腕关节驱动电机连接，来实现z轴的转动，可以根据实际需求来调节绕绳圈数。虎克铰包括位于同一平面且相互垂直的两个转动副。如图6～9所示，肩关节包括三个摇臂和用于控制三个摇臂实现独立周转运动的传动机构，三个摇臂都布置在传动机构的周向，传动机构包括三组复合传动组件，一组复合传动组件对应与一个摇臂连接；每个摇臂包括螺杆、一个带轮、一个绕绳轮和用于连接带轮与绕绳轮的内连杆，带轮和绕绳轮均设于螺杆上，内连杆与带轮固定，绕绳轮在内连杆上滑动，绕绳轮上固定有螺母，螺母与螺杆相配合。传动机构还包括中心轴和球关节外圆，每组复合传动组件包括肩关节驱动电机、齿轮传动、带轮传动和绕绳传动，齿轮传动将肩关节驱动电机的非同轴旋转传输到中心轴的同轴旋转，带轮传动将中心轴的同轴旋转传输到对应的摇臂上，绕绳传动约束摇臂与球关节外圆相切并进行纯滚动。其中，中心轴用于约束摇臂的周转运动，同时可提供齿轮与带轮的安装空间；带轮传动分别将三个由齿轮传出的同轴旋转传动到并联球关节的外圆相切的小绕绳轮结构的自转运动，采用带轮能进行远距离传输以减少传动部分的质量；绕绳传动的目的是分别使与球关节外圆相切的绕绳轮能啮合球关节外圆进行纯滚动，采用绕绳传动的方式能够减少结构的质量。第一组复合传动组件包括第一驱动电机、第一齿轮、第一皮带、第一带轮和第一绕绳轮，设于中心轴上的第一齿轮与第一驱动电机的输出端传动配合，第一皮带的两端分别设置第一带轮，其中一个第一带轮与中心轴上的第一齿轮同轴转动，另一个带轮设于对应的摇臂上并与第一绕绳轮同轴转动，第一绕绳轮上设有第一绕绳；第二组复合传动组件包括第二驱动电机、第二齿轮、第二皮带、第二带轮和第二绕绳轮，设于中心轴上的第二齿轮与第二驱动电机的输出端传动配合，第二皮带的两端分别设置第二带轮，其中一个第二带轮与中心轴上的第二齿轮同轴转动，另一个带轮设于对应的摇臂上并与第二绕绳轮同轴转动，第二绕绳轮上设有第二绕绳；第三组复合传动组件包括第三驱动电机、第三齿轮、第三皮带、第三带轮和第三绕绳轮，设于中心轴上的第三齿轮与第三驱动电机的输出端传动配合，第三皮带的两端分别设置第三带轮，其中一个第三带轮与中心轴上的第三齿轮同轴转动，另一个带轮设于对应的摇臂上并与第三绕绳轮同轴转动，第三绕绳轮上设有第三绕绳。第一绕绳包括两根沿不同方向8字绕向的绳，绳的两端分别固定在第一绕绳轮和球关节外圆上；第二绕绳包括两根沿不同方向8字绕向的绳，绳的两端分别固定在第二绕绳轮和球关节外圆上；第三绕绳包括两根沿不同方向8字绕向的绳，绳的两端分别固定在第三绕绳轮和球关节外圆上。其中，采用此种结构是为了实现球关节外圆与绕绳轮之间的滚动运动，能够约束摇臂的周转运动。中心轴的上端采用轴套轴结构；第一齿轮与第一带轮通过法兰固连，第一齿轮和第一带轮之间跨过第二齿轮和第二带轮，法兰与中心轴之间用轴承连接；第二齿轮与第二带轮固连，第二齿轮与第二带轮与中心轴之间设有轴承。其中，轴套轴的结构能够保证各组复合传动组件在同轴转动过程中不发生干涉。螺杆的上端和下端分别连接上周转平台和下周转平台，上周转平台与下周转平台之间还设有多根竖直的支撑杆，上周转平台的上方和下周转平台的下方均固定设有水平的连接杆，连接杆的另一端套设在中心轴上。其中，连接杆提供了摇臂的周转约束，支撑杆提供摇臂的固连约束，摇臂的整体结构为上下对称的，能够保证整体结构的对称性以及提高系统刚度。三个肩关节驱动电机均设于球关节外圆的内部，其中一个肩关节驱动电机与另两个肩关节驱动电机呈相反方向设置。采用此结构是为了简化中心轴上端的结构，将中心轴上端的结构简化为两层，能够减小所用轴承的尺寸，从而减小装置整体的质量和尺寸。摇臂上设有三自由度的并联球关节和用于输出动力的载物台，载物台与第一机臂连接。如图5所示，本发明的原理为：肩关节的运动原理为，三个肩关节驱动电机输出端的非同轴旋转，分别经过齿轮传动传送到中心轴的同轴旋转上，在经过带轮传动传出到与球关节外圆相切的绕绳轮上，绕绳轮转动的时候与球关节外圆通过绕绳传动的方式进行配合，在摇臂连接杆的周转约束下，三个摇臂实现三个独立的周转运动，三个独立的周转运动为并联球关节提供相应的运动驱动，最终实现并联球关节的球面运动，肩关节上的载物台与第一机臂相连。如图10和11所示，肘关节通过绳驱传动和齿轮啮合，采用一个肘关节驱动电机控制收放动作。保证其收放线几何关系具体原理为，两个滑轮连线过圆心，且离圆心相等，作动滑轮绕线方向的延长线，过圆心做其与延长线的垂线，所得的两个直角三角形全等，最短边与动滑轮收放绳路方向相同，所以收放时能一直保证收放长度一致。如图12所示，腕关节上为一个两自由度并联机构串联一个转动机构，两自由度并联机构在几何上对收放线的约束原理与肘关节相同，拓展了成二维空间。实施例2本实施例一种，与实施例1相比，其不同之处在于，如图13所示，在腕关节驱动电机和或肘关节驱动电机的绳驱传动中串联弹性件以调节腕关节或肘关节的刚度，弹性件可采用弹簧。在收放绳中串联弹簧可增加机械臂的柔性，从而进一步增强交互过程中的安全性，也能满足不同工况的实际需求。如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

权利要求：1.一种面向人机协作仿生轻量化机械臂，其特征在于，包括第一机臂、第二机臂、腕关节、肘关节和肩关节，肩关节与肘关节之间的为第一机臂，肘关节与腕关节之间的为第二机臂，所述腕关节为三自由度的运动副，腕关节包括一个两自由度的并联机构串联一个单自由度虎克铰机构，肘关节为单自由度的转动关节，肩关节为三自由度并联球关节机构，所述机械臂还包括一个肘关节驱动电机和三个腕关节驱动电机，设于第二机臂上靠近肩关节的一端的肘关节驱动电机和腕关节驱动电机均通过绳驱传动分别控制肘关节和腕关节。2.根据权利要求1所述一种面向人机协作仿生轻量化机械臂，其特征在于，所述第一机臂和第二机臂连接处为肘关节，第一机臂和第二机臂通过齿轮啮合，过齿轮的圆心设有用于保持啮合距离的连接杆，齿轮上设有用于控制肘关节实现转动的动滑轮。3.根据权利要求2所述一种面向人机协作仿生轻量化机械臂，其特征在于，所述第一机臂和第二机臂的齿轮上设有两对动滑轮，每个齿轮上各设有两个动滑轮，同一个齿轮上的动滑轮位于同一直径上且距圆心距离相等，两对动滑轮的绕绳均与连接杆平行，两对动滑轮的绕绳均通过收放线与肘关节驱动电机连接。4.根据权利要求1所述一种面向人机协作仿生轻量化机械臂，其特征在于，所述腕关节的两自由度的并联结构上设有四对用于实现腕关节转动的动滑轮，相对设置的两对动滑轮为一组，有两组动滑轮，每组动滑轮通过收放线与一个腕关节驱动电机连接。5.根据权利要求1所述一种面向人机协作仿生轻量化机械臂，其特征在于，所述虎克铰上设有两根反方向环绕圆柱的连接线，经定滑轮传出，与一个腕关节驱动电机连接。6.根据权利要求1所述一种面向人机协作仿生轻量化机械臂，其特征在于，在腕关节驱动电机和或肘关节驱动电机的绳驱传动中串联弹性件以调节腕关节或肘关节的刚度。7.根据权利要求1所述一种面向人机协作仿生轻量化机械臂，其特征在于，所述肩关节包括三个摇臂和用于控制三个摇臂实现独立周转运动的传动机构，所述三个摇臂都布置在传动机构的周向，所述传动机构包括三组复合传动组件，一组复合传动组件对应与一个摇臂连接；所述每个摇臂包括螺杆、一个带轮、一个绕绳轮和用于连接带轮与绕绳轮的内连杆，带轮和绕绳轮均设于螺杆上，内连杆与带轮固定，绕绳轮在内连杆上滑动，绕绳轮上固定有螺母，螺母与螺杆相配合。8.根据权利要求7所述一种面向人机协作仿生轻量化机械臂，其特征在于，所述传动机构还包括中心轴和球关节外圆，每组复合传动组件包括肩关节驱动电机、齿轮传动、带轮传动和绕绳传动，齿轮传动将肩关节驱动电机的非同轴旋转传输到中心轴的同轴旋转，带轮传动将中心轴的同轴旋转传输到对应的摇臂上，绕绳传动约束摇臂与球关节外圆相切并进行纯滚动。9.根据权利要求8所述一种面向人机协作仿生轻量化机械臂，其特征在于，所述三个肩关节驱动电机均设于球关节外圆的内部，其中一个肩关节驱动电机与另两个肩关节驱动电机呈相反方向设置。10.根据权利要求7所述一种面向人机协作仿生轻量化机械臂，其特征在于，所述摇臂上设有三自由度的并联球关节和用于输出动力的载物台，载物台与第一机臂连接。

百度查询： 华南理工大学 一种面向人机协作仿生轻量化机械臂

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