本發(fā)明涉及機(jī)器人，具體地說是一種仿生可攀爬和操作的機(jī)械臂。

背景技術(shù)：

近幾十年來，空間技術(shù)的快速發(fā)展，使人類在探索太空活動得到了進(jìn)一步延伸。太空是一個微重力、高真空、強(qiáng)輻射、大溫差的惡劣環(huán)境，宇航員探索宇宙太空潛在危險很大。設(shè)計(jì)一種空間機(jī)器人可以協(xié)助或代替宇航員完成大量危險的太空任務(wù)已成為機(jī)器人領(lǐng)域重要的研究方向，尤其是面向空間站應(yīng)用的機(jī)器人更是各個國家研究的熱點(diǎn)。該類機(jī)器人主要面向兩大任務(wù)：一種是應(yīng)用在空間站艙外，協(xié)助宇航員完成空間站上大型組件的組裝、修理以及勘察工作的艙外空間服務(wù)機(jī)器人；另一種是應(yīng)用于空間站艙內(nèi)，用于協(xié)助宇航員完成空間站中的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，監(jiān)控艙內(nèi)科學(xué)儀器的艙內(nèi)空間服務(wù)機(jī)器人。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，艙內(nèi)空間服務(wù)機(jī)器人正朝著小型化、智能化、多功能性、高穩(wěn)定性的方向發(fā)展。

現(xiàn)有艙內(nèi)爬行機(jī)器人末端執(zhí)行器大多采用吸附式，不具備額外的操作能力，無法適應(yīng)于空間站艙內(nèi)儀器的操作工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有艙內(nèi)爬行機(jī)器人吸附式末端執(zhí)行器存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種仿生可攀爬和操作的機(jī)械臂。該仿生可攀爬和操作的機(jī)械臂模擬自然界昆蟲尺蠖，既可以爬行又可以操作，適用于空間站艙內(nèi)科學(xué)儀器操作工作。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明的機(jī)械臂為兩端帶有夾持關(guān)節(jié)模塊、中間具有五自由度的串聯(lián)對稱式構(gòu)型機(jī)器人，包括依次串聯(lián)的第一夾持關(guān)節(jié)模塊、第一回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊、第一俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)、第二俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)、第三俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)、第二回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊及第二夾持關(guān)節(jié)模塊，所述第一回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊及第二回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊分別驅(qū)動所述機(jī)械臂回轉(zhuǎn)，提供兩個回轉(zhuǎn)自由度，所述第一俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)、第二俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)及第三俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動或共同驅(qū)動所述機(jī)械臂翻轉(zhuǎn)，提供三個翻轉(zhuǎn)自由度；所述第一夾持關(guān)節(jié)模塊及第二夾持關(guān)節(jié)模塊為機(jī)械臂的末端執(zhí)行器，所述機(jī)械臂通過第一夾持關(guān)節(jié)模塊及第二夾持關(guān) 節(jié)模塊夾持定位；

其中：所述第一夾持關(guān)節(jié)模塊與第二夾持關(guān)節(jié)模塊結(jié)構(gòu)相同，均包括夾持關(guān)節(jié)伺服電機(jī)、夾持關(guān)節(jié)殼體、夾持關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)、雙向螺桿、左手指及右手指，該夾持關(guān)節(jié)伺服電機(jī)安裝在所述夾持關(guān)節(jié)殼體上，輸出端通過所述夾持關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)動安裝在夾持關(guān)節(jié)殼體上的雙向螺桿相連，驅(qū)動所述雙向螺桿旋轉(zhuǎn)，所述左手指及右手指的一端為夾持端，另一端分別與所述雙向螺桿兩端的螺紋段螺紋連接，通過所述雙向螺桿的旋轉(zhuǎn)帶動左、右手指夾持或放松；所述左手指及右手指另一端的兩側(cè)均設(shè)有滑槽，該左手指及右手指另一端兩側(cè)的夾持關(guān)節(jié)殼體上均設(shè)有滑軌，所述左手指及右手指另一端兩側(cè)的滑槽分別與兩側(cè)的所述滑軌滑動連接，實(shí)現(xiàn)所述左手指及右手指沿滑軌往復(fù)運(yùn)動；

所述夾持關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)為齒輪傳動機(jī)構(gòu)，包括夾持關(guān)節(jié)小齒輪及夾持關(guān)節(jié)大齒輪，該夾持關(guān)節(jié)小齒輪通過小齒輪聯(lián)軸器與所述夾持關(guān)節(jié)伺服電機(jī)的輸出端相連，所述夾持關(guān)節(jié)大齒輪安裝在雙向螺桿上、隨所述雙向螺桿旋轉(zhuǎn)，并與所述夾持關(guān)節(jié)小齒輪嚙合傳動；

所述夾持關(guān)節(jié)殼體包括夾持關(guān)節(jié)下殼體、夾持關(guān)節(jié)左殼體、夾持關(guān)節(jié)軸端端蓋、夾持關(guān)節(jié)上殼體及夾持關(guān)節(jié)右殼體，該夾持關(guān)節(jié)上殼體安裝在夾持關(guān)節(jié)下殼體上，兩端分別與所述夾持關(guān)節(jié)左殼體及夾持關(guān)節(jié)右殼體連接，所述夾持關(guān)節(jié)軸端端蓋安裝在夾持關(guān)節(jié)上殼體上；所述夾持關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)位于夾持關(guān)節(jié)軸端端蓋的下方，所述夾持關(guān)節(jié)下殼體上開有通孔，所述左手指及右手指的一端均由該通孔伸出；所述雙向螺桿的兩端分別通過軸承轉(zhuǎn)動安裝在夾持關(guān)節(jié)軸承支座上，兩端的所述夾持關(guān)節(jié)軸承支座分別固定在夾持關(guān)節(jié)上殼體上，所述夾持關(guān)節(jié)伺服電機(jī)通過兩側(cè)設(shè)置的伺服電機(jī)支座固定在夾持關(guān)節(jié)模塊軸承支座上；所述雙向螺桿兩端螺紋段的螺紋旋向相反；

所述第一回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊及第二回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊結(jié)構(gòu)相同、均包括回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)殼體、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)及回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤，該回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)殼體通過夾持關(guān)節(jié)連桿與第一夾持關(guān)節(jié)模塊或第二夾持關(guān)節(jié)模塊相連，所述回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)安裝在回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)殼體內(nèi)，輸出端通過所述回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤連接、驅(qū)動該回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動；所述回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)包括回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪及回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪軸，該回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪通過回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)聯(lián)軸器與所述回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)的輸出端相連，該回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)上安裝有回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)連接塊，所述回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪軸的一端轉(zhuǎn)動安裝在回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)連接塊，另一端與所述回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤相連，所述回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪軸上的齒輪 部分與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪嚙合傳動；所述回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤的下表面安裝有支撐圈，該支撐圈隨回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤繞所述回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)殼體的軸向中心線轉(zhuǎn)動；所述回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤的下邊緣設(shè)有限位塊，所述回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)殼體的內(nèi)表面上設(shè)有限位螺釘，所述回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤及支撐圈的轉(zhuǎn)動通過限位塊及限位螺釘限位；

所述第一俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)一端的輸出端通過回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連桿與第一回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊相連，另一端通過第一俯仰關(guān)節(jié)連桿與所述第二俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)一端的輸出端連接，該第二俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)的另一端通過第二俯仰關(guān)節(jié)連桿與所述第三俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)的輸出端相連，該第三俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)通過第三俯仰關(guān)節(jié)連桿安裝在所述第二回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊上；所述第一俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)、第二俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)及第三俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)的電機(jī)本體上設(shè)有電機(jī)外法蘭，所述第一俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)上的電機(jī)外法蘭與所述回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連桿連接，所述第二俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)上的電機(jī)外法蘭與所述第一俯仰關(guān)節(jié)連桿連接，所述第三俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)上的電機(jī)外法蘭與所述第二俯仰關(guān)節(jié)連桿連接。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為：

1.本發(fā)明模仿自然界昆蟲尺蠖的身體結(jié)構(gòu)，采用五自由度對稱構(gòu)型設(shè)計(jì)，機(jī)械臂可實(shí)現(xiàn)三種運(yùn)動步態(tài)，運(yùn)動靈活，具有很好的越障能力。

2.本發(fā)明為兼?zhèn)湟苿犹匦院筒僮魈匦裕瑪[脫了固定式機(jī)器人操作范圍小的限制；本發(fā)明可以爬行到目標(biāo)位置，然后固定，之后完成操作任務(wù)。

3.本發(fā)明的各關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，將主要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行模塊化封裝，共包括三種模塊：夾持關(guān)節(jié)模塊、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊及俯仰關(guān)節(jié)模塊，模塊化設(shè)計(jì)使機(jī)械臂的可替換性強(qiáng)，便于固件更新升級。

4.本發(fā)明的驅(qū)動電機(jī)采用小型伺服電機(jī)，其內(nèi)部帶有減速器，可同時實(shí)現(xiàn)精確運(yùn)動定位及輸出力矩要求；且伺服電機(jī)整體體積小，質(zhì)量輕，可以大大減小有效載荷的發(fā)射成本。

5.本發(fā)明的結(jié)構(gòu)緊湊，關(guān)鍵元器件均保護(hù)在殼體的內(nèi)部,受到很好的保護(hù)。

6.本發(fā)明結(jié)構(gòu)新穎，功能多樣，各關(guān)節(jié)工作靈活，適用于限制性環(huán)境下的移動和操作任務(wù)，如空間站艙內(nèi)儀器科學(xué)操作任務(wù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明安裝完畢狀態(tài)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明第一(二)夾持關(guān)節(jié)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明第一(二)夾持關(guān)節(jié)模塊的爆炸圖；

圖4為本發(fā)明第一(二)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明第一(二)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊的爆炸圖；

圖6為本發(fā)明第一(二)夾持關(guān)節(jié)連桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明第一(二)俯仰關(guān)節(jié)連桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明第三俯仰關(guān)節(jié)連桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為本發(fā)明第一(二、三)俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖12a為本發(fā)明尺蠖式運(yùn)動步態(tài)示意圖；

圖12b為本發(fā)明翻轉(zhuǎn)運(yùn)動步態(tài)的示意圖；

圖12c為本發(fā)明回轉(zhuǎn)運(yùn)動步態(tài)的示意圖；

其中：1為第一夾持關(guān)節(jié)模塊，2為第一夾持關(guān)節(jié)連桿，3為第一回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊，4為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連桿，5為第一俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)，5a為電機(jī)外法蘭，5b為電機(jī)本體，6為第一俯仰關(guān)節(jié)連桿，7為第二俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)，8為第二俯仰關(guān)節(jié)連桿，9為第三俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)，10為第三俯仰關(guān)節(jié)連桿，11為第二回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊，12為第二夾持關(guān)節(jié)連桿，13為第二夾持關(guān)節(jié)模塊，14為右手指，15為滑軌，16為左手指，17為夾持關(guān)節(jié)下殼體，18為夾持關(guān)節(jié)左殼體，19為夾持關(guān)節(jié)軸端端蓋，20為夾持關(guān)節(jié)上殼體，21為夾持關(guān)節(jié)大齒輪，22為夾持關(guān)節(jié)軸承支座，23為夾持關(guān)節(jié)小齒輪，24為小齒輪聯(lián)軸器，25為夾持關(guān)節(jié)伺服電機(jī)，26為伺服電機(jī)支座，27為雙向螺桿，28為夾持關(guān)節(jié)右殼體，29為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤，30為支撐圈，31為限位塊，32為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪軸，33為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪，34為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)連接塊，35為軸承，36為軸承墊圈，37為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)聯(lián)軸器，38為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)，39為限位螺釘，40為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)殼體，41為滑槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。

本發(fā)明的機(jī)械臂為兩端帶有夾持關(guān)節(jié)模塊、中間具有五自由度的串聯(lián)對稱式構(gòu)型機(jī)器人，五自由度分別為兩個回轉(zhuǎn)自由度及三個翻轉(zhuǎn)自由度。如圖1所示，本發(fā)明包括依次串聯(lián)的第一夾持關(guān)節(jié)模塊1、第一回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊3、第一俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)5、第二俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)7、第三俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)9、第二回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊11及第二夾持關(guān)節(jié)模塊13，第一回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊3通過第一夾持關(guān)節(jié)連桿2與第一夾持關(guān)節(jié)模塊1連接，第一俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)5一端的輸出端通過回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連桿4與第一回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊3相連，另一端通過第一俯仰關(guān)節(jié)連桿6與第二俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)7一端的輸出端連接，該第二俯仰關(guān) 節(jié)伺服電機(jī)7的另一端通過第二俯仰關(guān)節(jié)連桿8與第三俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)9的輸出端相連，該第三俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)9通過第三俯仰關(guān)節(jié)連桿10安裝在第二回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊11上，第二回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊11通過第二夾持關(guān)節(jié)連桿12與第二夾持關(guān)節(jié)模塊13連接。第一回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊3及第二回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊11可分別驅(qū)動機(jī)械臂回轉(zhuǎn)，提供兩個回轉(zhuǎn)自由度，第一俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)5、第二俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)7及第三俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)9獨(dú)立驅(qū)動或共同驅(qū)動機(jī)械臂翻轉(zhuǎn)，提供三個翻轉(zhuǎn)自由度；第一夾持關(guān)節(jié)模塊1及第二夾持關(guān)節(jié)模塊13為機(jī)械臂的末端執(zhí)行器，機(jī)械臂通過第一夾持關(guān)節(jié)模塊1及第二夾持關(guān)節(jié)模塊13夾持定位。

如圖2、圖3所示，第一夾持關(guān)節(jié)模塊1與第二夾持關(guān)節(jié)模塊13結(jié)構(gòu)相同，均包括夾持關(guān)節(jié)伺服電機(jī)25、夾持關(guān)節(jié)殼體、夾持關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)、雙向螺桿27、左手指16及右手指14，該夾持關(guān)節(jié)殼體主要起保護(hù)密封作用，包括夾持關(guān)節(jié)下殼體17、夾持關(guān)節(jié)左殼體18、夾持關(guān)節(jié)軸端端蓋19、夾持關(guān)節(jié)上殼體20及夾持關(guān)節(jié)右殼體28，夾持關(guān)節(jié)上殼體20固接在夾持關(guān)節(jié)下殼體17上，兩端分別與夾持關(guān)節(jié)左殼體18及夾持關(guān)節(jié)右殼體28固接，夾持關(guān)節(jié)軸端端蓋19固定在夾持關(guān)節(jié)上殼體20上。在夾持關(guān)節(jié)上殼體20的下表面固接有兩個夾持關(guān)節(jié)模塊軸承支座22，夾持關(guān)節(jié)伺服電機(jī)25通過兩側(cè)設(shè)置的伺服電機(jī)支座26固定在夾持關(guān)節(jié)模塊軸承支座22上，并進(jìn)一步固定在夾持關(guān)節(jié)模塊上殼體20上。雙向螺桿27的兩端分別通過軸承轉(zhuǎn)動安裝在夾持關(guān)節(jié)軸承支座22上，雙向螺桿27的兩端為螺紋段，兩端螺紋段的螺紋旋向相反。夾持關(guān)節(jié)伺服電機(jī)25的輸出端通過夾持關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)與雙向螺桿27相連，驅(qū)動雙向螺桿27旋轉(zhuǎn)；本發(fā)明的夾持關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)位于夾持關(guān)節(jié)軸端端蓋19的下方、為齒輪傳動機(jī)構(gòu)，包括夾持關(guān)節(jié)小齒輪23及夾持關(guān)節(jié)大齒輪21，該夾持關(guān)節(jié)小齒輪23通過小齒輪聯(lián)軸器24與夾持關(guān)節(jié)伺服電機(jī)25的輸出端相連，夾持關(guān)節(jié)大齒輪21通過螺釘固定在雙向螺桿27的一端、隨雙向螺桿27旋轉(zhuǎn)，并與夾持關(guān)節(jié)小齒輪23嚙合傳動。左手指16及右手指14的一端為夾持端，另一端分別與雙向螺桿27兩端的螺紋段螺紋連接，通過雙向螺桿27的旋轉(zhuǎn)帶動左、右手指16、14夾持或放松。夾持關(guān)節(jié)下殼體17上開有通孔，左手指16及右手指14的一端均由該通孔伸出。左手指16及右手指14另一端的兩側(cè)均設(shè)有滑槽41，該左手指16及右手指14另一端兩側(cè)的夾持關(guān)節(jié)上殼體20兩相對的內(nèi)表面均固接有滑軌15，左手指16及右手指14另一端兩側(cè)的滑槽41分別與兩側(cè)的滑軌15滑動連接，實(shí)現(xiàn)左手指16及右手指14沿滑軌15往復(fù) 運(yùn)動。

如圖4、圖5所示，第一回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊3及第二回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊11結(jié)構(gòu)相同、均包括回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)殼體40、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)38、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)及回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤29，該回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)殼體40通過第一夾持關(guān)節(jié)連桿2或第二夾持關(guān)節(jié)連桿12分別與第一夾持關(guān)節(jié)模塊1的夾持關(guān)節(jié)伺服電機(jī)25或第二夾持關(guān)節(jié)模塊13的夾持關(guān)節(jié)伺服電機(jī)25相連，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)38通過螺栓固定在回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)殼體40內(nèi)，輸出端通過回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤29連接、驅(qū)動該回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤29轉(zhuǎn)動；本發(fā)明的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)包括回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪33及回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪軸32，該回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪33通過回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)聯(lián)軸器37與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)38的輸出端相連，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)38上安裝有回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)連接塊34，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪軸32的一端安裝有軸承35，通過軸承墊圈36轉(zhuǎn)動安裝在回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)連接塊34上，同時回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪軸32的另一端與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤29相連，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪軸32上的齒輪部分與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪33嚙合傳動。在回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤29的下表面安裝有支撐圈30，該支撐圈30的材質(zhì)為鐵氟龍、隨回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤29繞所述回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)殼體40的軸向中心線轉(zhuǎn)動。回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤29的下邊緣設(shè)有限位塊31，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)殼體40的內(nèi)表面上設(shè)有限位螺釘39，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤29及支撐圈30的轉(zhuǎn)動通過限位塊31及限位螺釘39限位。

如圖1及圖6所示，第一、二夾持關(guān)節(jié)連桿2、12均為u型，該u型開口端的兩側(cè)分別固定在夾持關(guān)節(jié)伺服電機(jī)25的兩側(cè)，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)殼體40的底面固接在該u型的底部。

如圖1及圖7所示，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連桿4為u型，該u型的底部固接在第一回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊3的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤29上表面，u型開口端的兩側(cè)分別與第一俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)5一端的兩側(cè)連接。

如圖1及圖8所示，第一、二俯仰關(guān)節(jié)連桿6、8均為u型，第一俯仰關(guān)節(jié)連桿6的u型底部固接在第一俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)5的另一端，第一俯仰關(guān)節(jié)連桿6的u型開口端兩側(cè)分別與第二俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)7一端的兩側(cè)連接。第二俯仰關(guān)節(jié)連桿8的u型底部固接在第二俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)7的另一端，第二俯仰關(guān)節(jié)連桿8的u型開口端兩側(cè)分別與第三俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)9輸出端的兩側(cè)連接。

如圖1及圖9所示，第三俯仰關(guān)節(jié)連桿10為平放的u型，第三俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)9通過該第三俯仰關(guān)節(jié)連桿10固定在第二回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊11的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤29上表面。

如圖1及圖10所示，第一俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)5、第二俯仰關(guān)節(jié) 伺服電機(jī)7及第三俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)9的電機(jī)本體5b上設(shè)有電機(jī)外法蘭5a，第一俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)5上的電機(jī)外法蘭5a與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連桿4固接、電機(jī)本體5b與u型第一俯仰關(guān)節(jié)連桿6的底部固接，當(dāng)?shù)谝桓┭鲫P(guān)節(jié)伺服電機(jī)5轉(zhuǎn)動時，使第一俯仰關(guān)節(jié)連桿6相對于回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連桿4轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動；第二俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)7上的電機(jī)外法蘭5a與u型第一俯仰關(guān)節(jié)連桿6開口端的一側(cè)固接、電機(jī)本體5b與u型第二俯仰關(guān)節(jié)連桿8的底部固接，當(dāng)?shù)诙┭鲫P(guān)節(jié)伺服電機(jī)7轉(zhuǎn)動時，使第二俯仰關(guān)節(jié)連桿8相對于第一俯仰關(guān)節(jié)連桿6轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動；第三俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)9上的電機(jī)外法蘭5a與u型第二俯仰關(guān)節(jié)連桿8開口端的一側(cè)固接、電機(jī)本體5b通過第三俯仰關(guān)節(jié)連桿10固接在第二回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊11的回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)盤29上表面，當(dāng)?shù)谌┭鲫P(guān)節(jié)伺服電機(jī)9轉(zhuǎn)動時，使第三俯仰關(guān)節(jié)連桿10相對于第二俯仰關(guān)節(jié)連桿8轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動。

本發(fā)明的機(jī)械臂具有三種運(yùn)動步態(tài)，圖12a、圖12b及圖12c中的字母g表示夾持關(guān)節(jié)模塊，r表示回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊，p表示俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)。

如圖11及圖12a所示，為尺蠖式運(yùn)動步態(tài)，其運(yùn)動機(jī)理與尺蠖相類似，具體步驟為：第(1)步，第一夾持關(guān)節(jié)模塊g1先放開物體；第(2)步，第二俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)p2處角度增大；第(3)步，第一夾持關(guān)節(jié)模塊g1夾緊物體；第(4)步，第二夾持關(guān)節(jié)模塊g2放開物體；第(5)步，第二俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)p2處角度減小，最后第二夾持關(guān)節(jié)模塊g2夾緊物體，完成尺蠖式運(yùn)動步態(tài)。

如圖11及圖12b所示，為翻轉(zhuǎn)運(yùn)動步態(tài)，具體步驟為：第(1)步，第二夾持關(guān)節(jié)模塊g2放開物體；第(2)步和第(3)步為第一、二、三俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī)p1、p2、p3運(yùn)動使機(jī)械臂發(fā)生翻轉(zhuǎn)；第(4)步，第二夾持關(guān)節(jié)模塊g2夾緊物體。

如圖11及圖12c所示，為回轉(zhuǎn)運(yùn)動步態(tài)，具體步驟為：第(1)步，第二夾持關(guān)節(jié)模塊g2放開物體；第(2)步，第一、二、三俯仰關(guān)節(jié)模塊p1、p2、p3運(yùn)動將第二夾持關(guān)節(jié)模塊g2抬起，同時回轉(zhuǎn)第一回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊p1轉(zhuǎn)動，使機(jī)械臂發(fā)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動；第(3)步，控制第一、二、三俯仰關(guān)節(jié)模塊p1、p2、p3，使第二夾持關(guān)節(jié)模塊g2靠近物體；第(4)步，第二夾持關(guān)節(jié)模塊g2夾緊物體。

本發(fā)明的工作原理為：

第一夾持關(guān)節(jié)模塊1和第二夾持關(guān)節(jié)模塊13作為機(jī)械臂的末端執(zhí)行器，用于夾持物體和定位作用。機(jī)械臂共有五個關(guān)節(jié)模塊，包括兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊和三個俯仰關(guān)節(jié)模塊(即三個俯仰關(guān)節(jié)伺服電機(jī))。 其中，

夾持關(guān)節(jié)模塊原理為：夾持關(guān)節(jié)伺服電機(jī)25通過伺服電機(jī)支座26固定在夾持關(guān)節(jié)模塊軸承支座22、并進(jìn)一步固定在夾持關(guān)節(jié)模塊上殼體20上，夾持關(guān)節(jié)伺服電機(jī)25的輸出端裝有小齒輪聯(lián)軸器24，帶動夾持關(guān)節(jié)小齒輪23轉(zhuǎn)動，夾持關(guān)節(jié)小齒輪23與夾持關(guān)節(jié)大齒輪21嚙合，夾持關(guān)節(jié)大齒輪21通過螺釘固定在雙向螺桿27上，右手指14和左手指16分別開有螺紋，并與雙向螺桿27嚙合，通過夾持關(guān)節(jié)伺服電機(jī)25的驅(qū)動、帶動左、右手指16、14實(shí)現(xiàn)夾持運(yùn)動，并且左、右手指16、14前后端開有滑槽，使左、右手指16、14在滑軌15上往復(fù)運(yùn)動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)夾持定位作用。

回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊原理為：回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)38通過螺栓固定于回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)殼體40內(nèi)，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)38的輸出端裝有回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)聯(lián)軸器37，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪33固定于回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)聯(lián)軸器37上，回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)38轉(zhuǎn)動將帶動回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪33轉(zhuǎn)動，同時回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪33與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪軸32嚙合，其中回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪軸32一端安裝有軸承35，通過軸承墊圈36固定于回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)連接塊34上，同時回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)齒輪軸32另一端與回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊轉(zhuǎn)盤29相連，同時回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊轉(zhuǎn)盤29固定于鐵氟龍材質(zhì)的支撐圈30上，二者共同繞回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)殼體40的軸向中心線轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明共有五個自由度，通過控制夾持關(guān)節(jié)、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)及俯仰關(guān)節(jié)的運(yùn)動，使機(jī)械臂既具有爬行能力又具有操作能力。本發(fā)明的各關(guān)節(jié)采用模塊化關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)，使機(jī)械臂功能具有多樣性，適用于空間站艙內(nèi)科學(xué)儀器操作工作。