本發(fā)明涉及機(jī)械手，尤其涉及一種人形機(jī)器人復(fù)合運(yùn)動(dòng)手腕及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、仿人機(jī)器人手腕是一種高度精密的機(jī)器人裝置，模仿人類手腕的靈活性和功能性，是連接機(jī)器人上臂和末端執(zhí)行器的關(guān)鍵部件。機(jī)器人手腕通常由多個(gè)關(guān)節(jié)組成，每個(gè)關(guān)節(jié)都對(duì)應(yīng)手腕的一個(gè)自由度。這些關(guān)節(jié)可以是旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、滑動(dòng)關(guān)節(jié)或兩者的組合，以模擬人手腕的屈伸、旋轉(zhuǎn)和側(cè)向彎曲等動(dòng)作。其中，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)指的是允許手腕在水平或垂直平面內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，類似于人類手腕的旋轉(zhuǎn)能力；屈伸關(guān)節(jié)是指模擬手腕的屈曲和伸展，通常位于手腕的前側(cè)；側(cè)向彎曲關(guān)節(jié)則是允許手腕向內(nèi)或向外彎曲，提供額外的運(yùn)動(dòng)范圍。為了驅(qū)動(dòng)這些關(guān)節(jié)，手腕采用了多種驅(qū)動(dòng)技術(shù)，如電動(dòng)、液壓、氣動(dòng)等，每種技術(shù)都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用場景。目前的技術(shù)多依賴于有限的自由度和傳統(tǒng)的機(jī)械連接方式，這些方法雖然可以完成基本的抓取和操作任務(wù)，但在復(fù)雜環(huán)境中的適應(yīng)性和操作的靈活性上仍有限。手腕作為連接人形機(jī)械手和機(jī)械臂的重要部分，其設(shè)計(jì)直接影響到機(jī)器人執(zhí)行精細(xì)任務(wù)的能力。例如，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)往往不能有效模仿人類手腕的自然運(yùn)動(dòng)，限制了機(jī)器人在執(zhí)行多變?nèi)蝿?wù)時(shí)的靈活性和準(zhǔn)確性。因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種人形機(jī)器人復(fù)合運(yùn)動(dòng)手腕，其具體技術(shù)方案如下：

2、一種人形機(jī)器人復(fù)合運(yùn)動(dòng)手腕，連接在人形機(jī)械手和機(jī)械臂之間，包括：基座、第一伸縮控制組件、第二伸縮控制組件、關(guān)節(jié)連桿、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、非對(duì)心萬向節(jié)、滑動(dòng)伸縮組件、支撐連接桿和動(dòng)平臺(tái)，所述第一伸縮控制組件、第二伸縮控制組件和滑動(dòng)伸縮組件呈三點(diǎn)分布固定設(shè)置在基座上，關(guān)節(jié)連桿兩端分別與第一伸縮控制組件和第二伸縮控制組件的頂部伸縮端活動(dòng)連接，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的一端固定套接在關(guān)節(jié)連桿的中間桿體上、另一端通過非對(duì)心萬向節(jié)與滑動(dòng)伸縮組件活動(dòng)連接，動(dòng)平臺(tái)位于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上方，支撐連接桿固定連接在動(dòng)平臺(tái)與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)之間且分布于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)兩端。

3、進(jìn)一步的，所述第一伸縮控制組件和第二伸縮控制組件結(jié)構(gòu)相同，均包括：伺服電缸，在伺服電缸下方設(shè)置有第一軸承座并與其活動(dòng)連接，伺服電缸的絲杠軸端部安裝有第二軸承座；所述關(guān)節(jié)連桿的兩端分別與兩個(gè)第二軸承座活動(dòng)連接。

4、進(jìn)一步的，所述關(guān)節(jié)連桿兩端設(shè)有通孔，關(guān)節(jié)連桿的通孔端嵌置于第二軸承座上，并與第二軸承座上兩側(cè)軸孔對(duì)齊后活動(dòng)連接。

5、進(jìn)一步的，所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的一端設(shè)有u型座、另一端固定安裝有第三軸承座，u型座兩側(cè)支架上設(shè)有對(duì)應(yīng)穿孔，關(guān)節(jié)連桿穿接在所述穿孔內(nèi)；兩側(cè)支架以及第三軸承座的側(cè)面還各設(shè)有一個(gè)連接孔，各連接孔內(nèi)接入所述的支撐連接桿。

6、進(jìn)一步的，所述滑動(dòng)伸縮組件包括：包覆殼體、直線導(dǎo)軌、滑動(dòng)軸、第四軸承座、魚眼軸承和第五軸承座，所述直線導(dǎo)軌安裝在包覆殼體內(nèi)并與所述滑動(dòng)軸滑動(dòng)連接，且滑動(dòng)軸的外伸縮端從包覆殼體下端伸出與魚眼軸承的螺紋保持架相連接；所述第四軸承座安裝在包覆殼體的上端，并與所述非對(duì)心萬向節(jié)的下端活動(dòng)連接；所述第五軸承座安裝在所述基座上并與所述魚眼軸承的帶孔球形內(nèi)圈活動(dòng)連接。

7、進(jìn)一步的，所述活動(dòng)連接采用銷釘和軸承配合連接。

8、進(jìn)一步的，所述基座上還設(shè)有固定連桿，所述固定連桿頂部設(shè)有萬向節(jié)軸承，所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的中間桿體與所述萬向節(jié)軸承配合連接。

9、進(jìn)一步的，所述動(dòng)平臺(tái)與人形機(jī)械手連接，所述基座與機(jī)械臂連接。

10、一種人形機(jī)器人復(fù)合運(yùn)動(dòng)手腕的控制方法，所述第一伸縮控制組件、第二伸縮控制組件通過伺服電缸控制伸縮后經(jīng)關(guān)節(jié)連桿傳動(dòng)，同時(shí)由滑動(dòng)伸縮組件配合，使得旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)發(fā)生傾斜和角度旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行側(cè)傾運(yùn)動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)或兩者的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。

11、進(jìn)一步的，當(dāng)兩個(gè)伺服電缸同時(shí)伸長時(shí)，所述軸承座和旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)相同的角度，滑動(dòng)伸縮組件縮短，從而使所述動(dòng)平臺(tái)靠近兩電缸側(cè)向上傾斜，遠(yuǎn)離兩電缸側(cè)向下傾斜，從而實(shí)現(xiàn)手腕的側(cè)傾運(yùn)動(dòng)；

12、當(dāng)其中一側(cè)伺服電缸伸長而另一側(cè)伺服電缸縮短時(shí)，所述軸承座和旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)相同的角度，滑動(dòng)伸縮組件縮短，從而使動(dòng)平臺(tái)沿縮短方向向下傾斜，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)手腕的俯仰運(yùn)動(dòng)；

13、當(dāng)其中一側(cè)伺服電缸伸長而另一側(cè)伺服電缸靜止時(shí)，所述軸承座和旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)相同的角度，所述滑動(dòng)伸縮組件偏移且縮短，從而使所述動(dòng)平臺(tái)向伸長方向的斜向上方向傾斜，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)手腕的側(cè)傾和俯仰的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。

14、有益效果：本發(fā)明的人形機(jī)器人復(fù)合運(yùn)動(dòng)手腕，與傳統(tǒng)的二自由度機(jī)械手腕相比可以實(shí)現(xiàn)手腕的側(cè)傾和俯仰的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，可以在僅有兩個(gè)電缸的情況下，通過創(chuàng)新的機(jī)械設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，解決現(xiàn)有技術(shù)中人形機(jī)器人手腕的靈活性、空間效率、復(fù)位能力和動(dòng)力傳遞效率的限制，實(shí)現(xiàn)人形機(jī)器人手腕的側(cè)傾和俯仰的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，使其能夠進(jìn)行更加復(fù)雜和多樣化的動(dòng)作，為實(shí)現(xiàn)更高級(jí)、更復(fù)雜操作、更精細(xì)的機(jī)器人應(yīng)用提供了可能。

技術(shù)特征：

1.一種人形機(jī)器人復(fù)合運(yùn)動(dòng)手腕，連接在人形機(jī)械手和機(jī)械臂之間，其特征在于，包括：基座（9）、第一伸縮控制組件、第二伸縮控制組件、關(guān)節(jié)連桿、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（13）、非對(duì)心萬向節(jié)（4）、滑動(dòng)伸縮組件（6）、支撐連接桿（2）和動(dòng)平臺(tái)（1），所述第一伸縮控制組件、第二伸縮控制組件和滑動(dòng)伸縮組件（6）呈三點(diǎn)分布固定設(shè)置在基座（9）上，關(guān)節(jié)連桿兩端分別與第一伸縮控制組件和第二伸縮控制組件的頂部伸縮端活動(dòng)連接，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（13）的一端固定套接在關(guān)節(jié)連桿的中間桿體上、另一端通過非對(duì)心萬向節(jié)（4）與滑動(dòng)伸縮組件（6）活動(dòng)連接，動(dòng)平臺(tái)（1）位于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（13）上方，支撐連接桿（2）固定連接在動(dòng)平臺(tái)（1）與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（13）之間且分布于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（13）兩端。

2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合運(yùn)動(dòng)手腕，其特征在于，所述第一伸縮控制組件和第二伸縮控制組件結(jié)構(gòu)相同，均包括：伺服電缸（11），在伺服電缸（11）下方設(shè)置有第一軸承座（10）并與其活動(dòng)連接，伺服電缸（11）的絲杠軸端部安裝有第二軸承座（12）；所述關(guān)節(jié)連桿的兩端分別與兩個(gè)第二軸承座（12）活動(dòng)連接。

3.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合運(yùn)動(dòng)手腕，其特征在于，所述關(guān)節(jié)連桿兩端設(shè)有通孔，關(guān)節(jié)連桿的通孔端嵌置于第二軸承座（12）上，并與第二軸承座（12）上兩側(cè)軸孔對(duì)齊后活動(dòng)連接。

4.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合運(yùn)動(dòng)手腕，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（13）的一端設(shè)有u型座、另一端固定安裝有第三軸承座（3），u型座兩側(cè)支架上設(shè)有對(duì)應(yīng)穿孔，關(guān)節(jié)連桿穿接在所述穿孔內(nèi)；兩側(cè)支架以及第三軸承座（3）的側(cè)面還各設(shè)有一個(gè)連接孔，各連接孔內(nèi)接入所述的支撐連接桿（2）。

5.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合運(yùn)動(dòng)手腕，其特征在于，所述滑動(dòng)伸縮組件（6）包括：包覆殼體、直線導(dǎo)軌（603）、滑動(dòng)軸（605）、第四軸承座（5）、魚眼軸承（7）和第五軸承座（8），所述直線導(dǎo)軌（603）安裝在包覆殼體內(nèi)并與所述滑動(dòng)軸（605）滑動(dòng)連接，且滑動(dòng)軸（605）的外伸縮端從包覆殼體下端伸出與魚眼軸承（7）的螺紋保持架相連接；所述第四軸承座（5）安裝在包覆殼體的上端，并與所述非對(duì)心萬向節(jié)（4）的下端活動(dòng)連接；所述第五軸承座（8）安裝在所述基座（9）上并與所述魚眼軸承（7）的帶孔球形內(nèi)圈活動(dòng)連接。

6.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合運(yùn)動(dòng)手腕，其特征在于，所述活動(dòng)連接采用銷釘和軸承配合連接。

7.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合運(yùn)動(dòng)手腕，其特征在于，所述基座（9）上還設(shè)有固定連桿（14），所述固定連桿（14）頂部設(shè)有萬向節(jié)軸承，所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（13）的中間桿體與所述萬向節(jié)軸承配合連接。

8.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合運(yùn)動(dòng)手腕，其特征在于，所述動(dòng)平臺(tái)（1）與人形機(jī)械手連接，所述基座（9）與機(jī)械臂連接。

9.一種采用權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)所述的復(fù)合運(yùn)動(dòng)手腕的控制方法，其特征在于，所述第一伸縮控制組件、第二伸縮控制組件通過伺服電缸（11）控制伸縮后經(jīng)關(guān)節(jié)連桿傳動(dòng)，同時(shí)由滑動(dòng)伸縮組件（6）配合，使得旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（13）發(fā)生傾斜和角度旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)（1）進(jìn)行側(cè)傾運(yùn)動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)或兩者的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。

10.如權(quán)利要求9所述的復(fù)合運(yùn)動(dòng)手腕的控制方法，其特征在于，當(dāng)兩個(gè)伺服電缸（11）同時(shí)伸長時(shí)，所述軸承座（3）和旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)（13）旋轉(zhuǎn)相同的角度，滑動(dòng)伸縮組件（6）縮短，從而使所述動(dòng)平臺(tái)（1）靠近兩電缸側(cè)向上傾斜，遠(yuǎn)離兩電缸側(cè)向下傾斜，從而實(shí)現(xiàn)手腕的側(cè)傾運(yùn)動(dòng)；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種人形機(jī)器人復(fù)合運(yùn)動(dòng)手腕及其控制方法，手腕結(jié)構(gòu)包括：基座、關(guān)節(jié)連桿、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、非對(duì)心萬向節(jié)、支撐桿、動(dòng)平臺(tái)，所述基座上呈三點(diǎn)分布固定設(shè)置有第一伸縮控制組件、第二伸縮控制組件和滑動(dòng)伸縮組件，關(guān)節(jié)連桿兩端分別與第一伸縮控制組件和第二伸縮控制組件的頂部伸縮端活動(dòng)連接，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的一端固定套接在關(guān)節(jié)連桿的中間桿體上、另一端通過非對(duì)心萬向節(jié)與滑動(dòng)伸縮組件活動(dòng)連接，動(dòng)平臺(tái)通過支撐桿連接安裝在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上方；由兩組伸縮控制組件控制伸縮后經(jīng)關(guān)節(jié)連桿傳動(dòng)，同時(shí)由滑動(dòng)伸縮組件配合，使得旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)發(fā)生傾斜和角度旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行側(cè)傾運(yùn)動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)或兩者復(fù)合運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)快速、復(fù)雜、精細(xì)的手腕動(dòng)作。

技術(shù)研發(fā)人員：楊明,李積豪,張海運(yùn),郭建亮,徐維,柴澤華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：寧波工程學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15