本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于仿人機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)電路板。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂由多個(gè)互成直角的關(guān)節(jié)組成。該種結(jié)構(gòu)的機(jī)械臂對(duì)外形并沒有嚴(yán)格的限制，進(jìn)而現(xiàn)有的機(jī)械臂對(duì)其驅(qū)動(dòng)電路的尺寸和形狀，也并沒有嚴(yán)格的限制，可以做的很大，常常放置于一設(shè)備箱中。在設(shè)備箱中，從各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)器中引出驅(qū)動(dòng)線和各種反饋線，分別連接到機(jī)械臂的各個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)。

而在機(jī)器人設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，隨著設(shè)計(jì)水平的提高以及工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，仿人機(jī)械已經(jīng)成為越來(lái)越重要的發(fā)展方向，并且，因?yàn)榉氯藱C(jī)械的動(dòng)作能夠接近于人的肢體動(dòng)作，因此，仿人機(jī)械能夠適用于人工工作條件，再加上能夠設(shè)計(jì)出精密控制的機(jī)電控制電路，仿人機(jī)械的設(shè)計(jì)和制造已經(jīng)成為機(jī)器人設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的一個(gè)重要方向。

由于仿人機(jī)械的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人具有顯著的差異，其對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制電路的要求相比于傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人更加精密，傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿足仿人機(jī)械的設(shè)計(jì)。

例如，對(duì)于仿人機(jī)械臂的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，由于仿人機(jī)械臂中各個(gè)關(guān)節(jié)需要模仿人的手臂而進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣，對(duì)于仿人機(jī)械臂的形狀、大小提出了嚴(yán)格的限制，并且，由于人的手臂具有多種轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，這樣便要求仿人機(jī)械臂中控制電路能夠滿足這種轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的要求，避免仿人機(jī)械臂在完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，電路走線不能與仿人機(jī)械臂產(chǎn)生纏繞。因此，針對(duì)仿人機(jī)械臂，需要依據(jù)其形態(tài)和運(yùn)動(dòng)自由度而重新設(shè)計(jì)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種用于仿人機(jī)械臂的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路板，以融合與仿人機(jī)械臂的整體設(shè)計(jì)之中，適應(yīng)仿人機(jī)械臂的各種自由度的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)配合控制線路的合理布置，避免線路扭曲、纏繞。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種用于仿人機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)電路板；

所述驅(qū)動(dòng)電路板位于所述仿人機(jī)械臂中的轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)；

所述驅(qū)動(dòng)電路板包括轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路和抬臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路；其中，

所述轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路電連接于所述轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)，以控制所述轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述抬臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路電連接于與所述轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)相鄰的抬臂關(guān)節(jié)，以控制所述抬臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)具有電路板安裝端面；

當(dāng)所述仿人機(jī)械臂處于伸展?fàn)顟B(tài)時(shí)，所述電路板安裝端面正對(duì)于與所述轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)相鄰的抬臂關(guān)節(jié)，并且所述電路板安裝端面與所述抬臂關(guān)節(jié)之間具有一容納空間；

所述驅(qū)動(dòng)電路板安裝于所述電路板安裝端面，且位于所述容納空間中。

進(jìn)一步，所述電路板安裝端面安裝有滑槽；

所述驅(qū)動(dòng)電路板通過(guò)所述滑槽安裝于所述電路板安裝端面。

進(jìn)一步，所述驅(qū)動(dòng)電路板安裝有散熱器；

當(dāng)所述驅(qū)動(dòng)電路板安裝于所述電路板安裝端面時(shí)，所述散熱器緊壓所述電路板安裝端面，以將所述驅(qū)動(dòng)電路板的熱量傳遞至所述電路板安裝端面，進(jìn)而通過(guò)所述轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)散熱。

進(jìn)一步，所述驅(qū)動(dòng)電路板設(shè)有轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路連接器和抬臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路連接器；

所述轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)所述轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路連接器，電連接于所述轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)；

所述抬臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)所述抬臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路連接器，電連接于所述抬臂關(guān)節(jié)。

進(jìn)一步，所述驅(qū)動(dòng)電路板具有相對(duì)而設(shè)的第一側(cè)邊和第二側(cè)邊，所述第一側(cè)邊和第二側(cè)邊相互平行且呈直線狀；

所述驅(qū)動(dòng)電路板還具有相對(duì)而設(shè)的第三側(cè)邊和第四側(cè)邊，所述第三側(cè)邊和第四側(cè)邊均呈外凸的拱形；

所述驅(qū)動(dòng)電路板通過(guò)所述第一側(cè)邊和第二側(cè)邊插接于所述滑槽。

進(jìn)一步，所述仿人機(jī)械臂包括沿著所述仿人機(jī)械臂的軸線的方向交錯(cuò)排列的轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)和抬臂關(guān)節(jié)；其中，

所述轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)包括第一減速器端和第一電機(jī)端；

所述抬臂關(guān)節(jié)包括第二減速器端和第二電機(jī)端；其中，

所述第一減速器端和第一電機(jī)端以垂直于所述軸線方向的第一端面為第一對(duì)接面相互軸接，所述第一減速器端的中心軸和第一電機(jī)端的中心軸與所述軸線重合，以在轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)下、在第一對(duì)接面內(nèi)圍繞其中心軸產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述第二減速器端和第二電機(jī)端以沿所述軸線方向延伸的第二端面為第二對(duì)接面相互軸接，所述第二減速器端的中心軸和第二電機(jī)端的中心軸均與所述軸線的方向垂直，以在所述抬臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)下、在第二對(duì)接面內(nèi)圍繞垂直于所述軸線方向的中心軸產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；

每個(gè)第一減速器端和與其相鄰的第二減速器端固定連接，每個(gè)第一電機(jī)端和與其相鄰的第二電機(jī)端固定連接。

進(jìn)一步，所述電路板安裝端面位于所述第一電機(jī)端。

進(jìn)一步，當(dāng)所述仿人機(jī)械臂處于伸展?fàn)顟B(tài)時(shí)：

所述仿人機(jī)械臂的軸線呈直線狀；

所述仿人機(jī)械臂中所有的轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)中的第一減速器端的中心軸和第一電機(jī)端的中心軸均與所述軸線重合；

所述仿人機(jī)械臂中所有的抬臂關(guān)節(jié)中的第二減速器端的中心軸和第二電機(jī)端的中心軸均與所述軸線垂直。

進(jìn)一步，每一級(jí)轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)均安裝一個(gè)所述驅(qū)動(dòng)電路板。

從上述方案可以看出，本發(fā)明的用于仿人機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)電路板，根據(jù)仿人機(jī)械臂的形狀而布置于轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)正對(duì)于相鄰的抬臂關(guān)節(jié)的電路板安裝端面，當(dāng)仿人機(jī)械臂處于伸展?fàn)顟B(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路板恰好布置于相鄰的轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)和抬臂關(guān)節(jié)之間，這種結(jié)構(gòu)節(jié)省了驅(qū)動(dòng)電路板的安裝空間，使得轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)和抬臂關(guān)節(jié)的長(zhǎng)度可以大大縮短，進(jìn)而增加仿人機(jī)械臂的整體靈活性。進(jìn)一步地，因?yàn)椋?qū)動(dòng)電路板同時(shí)緊鄰轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)和抬臂關(guān)節(jié)，從而有利于驅(qū)動(dòng)電路板向轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)和抬臂關(guān)節(jié)連線的布置。本發(fā)明實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電路板采用滑槽的方式安裝固定，并通過(guò)連接器與其它部分進(jìn)行電氣連接，從而易于安裝和調(diào)試。驅(qū)動(dòng)電路板采用高速實(shí)時(shí)總線ethercat來(lái)傳輸控制信號(hào)，具有實(shí)時(shí)響應(yīng)快、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

仿人機(jī)械臂要求各個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的體積小、重量輕、效率高。驅(qū)動(dòng)電路板不僅要對(duì)電機(jī)提供伺服驅(qū)動(dòng)，而且要接受來(lái)自電機(jī)的霍爾反饋和旋轉(zhuǎn)編碼器的位置反饋，同時(shí)要能夠提供制動(dòng)保護(hù)等功能。因此，本發(fā)明實(shí)施例能夠?qū)Ⅱ?qū)動(dòng)電路的體積設(shè)計(jì)的很小并隱藏于仿人機(jī)械臂的各個(gè)關(guān)節(jié)中，使得機(jī)械臂的外形與大小與普通人的胳膊類似。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中仿人機(jī)械臂的局部設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路板實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路板實(shí)施例原理圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的制動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電路圖；

圖5為本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路板實(shí)施例所適用的仿人機(jī)械臂的整體結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，為本發(fā)明中仿人機(jī)械臂的局部設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖。參見圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例中，用于仿人機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)電路板41結(jié)合于仿人機(jī)械臂的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中，驅(qū)動(dòng)電路板41位于所述仿人機(jī)械臂中的轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10。如圖2所示，為本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路板實(shí)施例理結(jié)構(gòu)圖。其中，所述驅(qū)動(dòng)電路板包括轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路411和抬臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路412。其中，所述轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路411電連接于所述轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10，以控制所述轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10的轉(zhuǎn)動(dòng)。所述抬臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路412電連接于與所述轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10相鄰的抬臂關(guān)節(jié)20，以控制所述抬臂關(guān)節(jié)20的轉(zhuǎn)動(dòng)。

如圖1所示，所述轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10具有電路板安裝端面，當(dāng)所述仿人機(jī)械臂處于伸展?fàn)顟B(tài)時(shí)，所述電路板安裝端面正對(duì)于與所述轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10相鄰的抬臂關(guān)節(jié)20，并且所述電路板安裝端面與所述抬臂關(guān)節(jié)之間具有一容納空間。所述驅(qū)動(dòng)電路板41安裝于所述電路板安裝端面，且位于所述容納空間中。

為了便于驅(qū)動(dòng)電路板41的安裝和測(cè)試，所述電路板安裝端面安裝有滑槽，所述驅(qū)動(dòng)電路板41通過(guò)所述滑槽安裝于所述電路板安裝端面。同時(shí)，為了有利于所述驅(qū)動(dòng)電路板41的散熱，所述驅(qū)動(dòng)電路板安裝有散熱器，所述散熱器固定在轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路411和抬臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路412上，當(dāng)所述驅(qū)動(dòng)電路板41安裝于所述電路板安裝端面時(shí)，所述散熱器緊壓所述電路板安裝端面，以將所述驅(qū)動(dòng)電路板41的熱量傳遞至所述電路板安裝端面，進(jìn)而通過(guò)所述轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10散熱。

另外，為了便于與轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)和抬臂關(guān)節(jié)的連接和拆裝，本發(fā)明實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)電路板設(shè)有轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路連接器和抬臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路連接器。所述轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路411通過(guò)所述轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路連接器電連接于所述轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10，所述抬臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路412通過(guò)所述抬臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路連接器電連接于所述抬臂關(guān)節(jié)20。

繼續(xù)參見圖2所示，為了匹配電路板安裝端面的滑槽，便于驅(qū)動(dòng)電路板41的安裝，所述驅(qū)動(dòng)電路板41具有相對(duì)而設(shè)的第一側(cè)邊413和第二側(cè)邊414，所述第一側(cè)邊413和第二側(cè)邊414相互平行且呈直線狀，進(jìn)而，所述驅(qū)動(dòng)電路板41可通過(guò)所述第一側(cè)邊413和第二側(cè)邊414插接于所述滑槽。同時(shí)，為了匹配仿人機(jī)械臂的外形，使得驅(qū)動(dòng)電路板41端部不至于探出仿人機(jī)械臂外側(cè)，以保持仿人機(jī)械臂的整體美觀，所述驅(qū)動(dòng)電路板還具有相對(duì)而設(shè)的第三側(cè)邊415和第四側(cè)邊416，所述第三側(cè)邊415和第四側(cè)邊416均呈外凸的拱形，外凸的拱形設(shè)計(jì)一方面便于對(duì)驅(qū)動(dòng)電路板41在滑槽中進(jìn)行插拔時(shí)的握持，另一方面也與仿人機(jī)械臂外弧形表面相似，能夠使得驅(qū)動(dòng)電路板41端部不至于探出仿人機(jī)械臂外側(cè)，還能保持仿人機(jī)械臂的整體美觀。

本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路板實(shí)施例，其原理如圖3所示，驅(qū)動(dòng)電路板上安裝兩個(gè)插卡型電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路411主要由轉(zhuǎn)臂電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及其配套附屬電路構(gòu)成，抬臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路412主要由抬臂電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及其配套附屬電路構(gòu)成，進(jìn)而分別驅(qū)動(dòng)抬臂關(guān)節(jié)和轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)的電機(jī)。直流48v為驅(qū)動(dòng)器提供動(dòng)力電源，直流24v為驅(qū)動(dòng)器提供邏輯控制電源。關(guān)節(jié)端絕對(duì)值編碼器和電機(jī)端相對(duì)值編碼器以及電機(jī)的霍爾傳感器反饋回來(lái)的電機(jī)和關(guān)節(jié)的位置信號(hào)通過(guò)各自的連接器輸入到相應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出三相電機(jī)動(dòng)力電流給電機(jī)。

為了使機(jī)械臂在沒有供電的情況下保持?jǐn)嚯娗暗臓顟B(tài)，還需要用制動(dòng)器來(lái)阻止電機(jī)在斷電時(shí)旋轉(zhuǎn)。電機(jī)在通電時(shí)，制動(dòng)器松開，電機(jī)按驅(qū)動(dòng)器的要求旋轉(zhuǎn)。由于制動(dòng)器需要的電流較大，而制動(dòng)控制信號(hào)為ttl電平，因此采用如圖4所示的電路來(lái)驅(qū)動(dòng)制動(dòng)器。其中，u8為光電耦合的mosfet繼電器(常開型)，繼電器最大輸出電流為1a，耐壓60v。光耦的發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流為5～10ma。為防止制動(dòng)器線圈在斷電瞬間產(chǎn)生的浪涌電壓電壓擊穿mosfet繼電器，采用雙向瞬態(tài)電壓抑制(transientvoltagesuppress，tvs)二極管d10來(lái)吸收瞬時(shí)高壓。作為一個(gè)具體實(shí)施例，該tvs二極管d10的型號(hào)為smf30ca，在mosfet繼電器引腳3、4兩端電壓大于33.3v時(shí)能夠瞬間導(dǎo)通，從而吸收制動(dòng)器線圈產(chǎn)生的浪涌電壓。

圖5示出了本發(fā)明驅(qū)動(dòng)電路板實(shí)施例所適用的仿人機(jī)械臂的整體結(jié)構(gòu)。同時(shí)參見圖1和圖5所示。所述仿人機(jī)械臂包括沿著所述仿人機(jī)械臂的軸線30的方向交錯(cuò)排列的轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10和抬臂關(guān)節(jié)20。

每個(gè)所述轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10包括第一減速器端12和第一電機(jī)端14。其中，所述第一減速器端12具有沿軸線30方向延伸的中心軸122、以及垂直于該中心軸122的第一端面124，所述第一電機(jī)端14具有沿軸線30方向延伸的中心軸142、以及垂直于該中心軸142的第一端面144；所述第一減速器端12和第一電機(jī)端14以垂直于所述軸線30方向的第一端面124和144為第一對(duì)接面16相互軸接，所述第一減速器端12的中心軸122和第一電機(jī)端14的中心軸142與所述軸線30重合，以在轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路411的驅(qū)動(dòng)下、在第一對(duì)接面16內(nèi)圍繞其中心軸122、124產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

每個(gè)所述抬臂關(guān)節(jié)20包括第二減速器端22和第二電機(jī)端24。其中，所述第二減速器端22具有沿軸線30方向延伸的第二端面224、以及垂直于第二端面224的中心軸222，所述第二電機(jī)端24具有沿軸線30方向延伸的第二端面244、以及垂直于第二端面244的中心軸242。所述第二減速器端22和第二電機(jī)端24以沿所述軸線30方向延伸的第二端面224和244為第二對(duì)接面26相互軸接，所述第二減速器端22的中心軸222和第二電機(jī)端24的中心軸242均與所述軸線30的方向垂直，以在所述抬臂關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路412的驅(qū)動(dòng)下、在第二對(duì)接面26內(nèi)圍繞垂直于所述軸線30方向的中心軸222、242產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

每個(gè)第一減速器端12和與其相鄰的第二減速器端22固定連接，每個(gè)第一電機(jī)端14和與其相鄰的第二電機(jī)端24固定連接，以使固定連接的兩個(gè)部件在其中一個(gè)部件產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)另一部件與之一起轉(zhuǎn)動(dòng)。具體地，如圖5所示，在任意一個(gè)轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10中，其第一減速器端12和與其相鄰的一個(gè)抬臂關(guān)節(jié)20的第二減速器端22相鄰，而和與其相鄰的另一個(gè)抬臂關(guān)節(jié)20的第二減速器端22之間由該轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10的第一電機(jī)端14隔開，因此，該轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10的第一減速器端12和與其相鄰的第二減速器端22固定連接。類似地，在該轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10中，其第一電機(jī)端14和與其相鄰的一個(gè)抬臂關(guān)節(jié)20的第二電機(jī)端24之間由該轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10的第一減速器端12隔開，則其和與其相鄰的一個(gè)第二電機(jī)端24固定連接。

在本實(shí)施例中，每個(gè)轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10可以仿人機(jī)械臂的軸線30為中心進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，具有360°以內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，其轉(zhuǎn)動(dòng)類似于人類手臂的扭轉(zhuǎn)動(dòng)作。而與其相鄰的抬臂關(guān)節(jié)20則以垂直于軸線30的方向?yàn)橹行倪M(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，具有360°以內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，其轉(zhuǎn)動(dòng)類似于人類手臂的抬舉動(dòng)作。進(jìn)一步地，相鄰的轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10和抬臂關(guān)節(jié)20必然通過(guò)電機(jī)端或者減速器端固定連接，從而將相互垂直或者正交的兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行組合，從而在三維立體空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)多角度、位置的組合，以滿足仿人機(jī)械臂能夠停留在任一方向和角度的要求。而其中的驅(qū)動(dòng)電路板41無(wú)論仿人機(jī)械臂如何轉(zhuǎn)動(dòng)，均不妨礙轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)和抬臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)，并且，驅(qū)動(dòng)電路板41位于轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)面向抬臂關(guān)節(jié)的端面上，因此，對(duì)于轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)和抬臂關(guān)節(jié)而言，不必像現(xiàn)有機(jī)械臂那樣，為了迎合驅(qū)動(dòng)電路板41的大小而設(shè)計(jì)的過(guò)長(zhǎng)。進(jìn)而，一方面美化了仿人機(jī)械臂的外觀，另一方面因?yàn)檗D(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)和抬臂關(guān)節(jié)不必設(shè)計(jì)過(guò)長(zhǎng)而對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)、位置的控制更加精細(xì)，可移動(dòng)的覆蓋區(qū)域范圍更大。

圖5所示實(shí)施例中，通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10和一個(gè)抬臂關(guān)節(jié)20的組合即可實(shí)現(xiàn)幾乎四個(gè)自由度內(nèi)全角度、位置的覆蓋，優(yōu)選地，本實(shí)施例中的仿人機(jī)械臂中轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10和抬臂關(guān)節(jié)20的總數(shù)至少為七個(gè)，通過(guò)兩兩相接的轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10和抬臂關(guān)節(jié)20的多組組合，以滿足三維立體空間內(nèi)六自由度移動(dòng)的要求，提高機(jī)械臂的操作精度。其中，所述電路板安裝端面位于轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10的第一電機(jī)端12，每一級(jí)轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10均安裝一個(gè)所述驅(qū)動(dòng)電路板41，即每個(gè)轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10的第一電機(jī)端14均設(shè)置一塊驅(qū)動(dòng)電路板41，驅(qū)動(dòng)電路板41設(shè)置在該轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10的第一電機(jī)端14上。相鄰的兩個(gè)關(guān)節(jié)的第一電機(jī)端14和第二電機(jī)端24固定連接在一起，因此其之間不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)在驅(qū)動(dòng)電路板41設(shè)置在第一電機(jī)端14上時(shí)，該驅(qū)動(dòng)電路板41與第一電機(jī)端14和第二電機(jī)端24之間的連線(例如，電機(jī)動(dòng)力線、編碼線等)可在第一電機(jī)端14和第二電機(jī)端24的內(nèi)部進(jìn)行，例如通過(guò)固定的線槽實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路板41與第一減速器12和第二減速器22之間的連線非常少，大多僅為傳感器連線一種，因此，驅(qū)動(dòng)電路板41設(shè)置在該轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10的第一電機(jī)端14上能夠簡(jiǎn)化關(guān)節(jié)之間的連線結(jié)構(gòu)和布線布局。

圖5所示實(shí)施例中，當(dāng)所述仿人機(jī)械臂處于伸展?fàn)顟B(tài)時(shí)。所述仿人機(jī)械臂的軸線30呈直線狀，仿人機(jī)械臂中所有的轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10中的第一減速器端12的中心軸122和第一電機(jī)端14的中心軸142均與所述軸線30重合，所述仿人機(jī)械臂中所有的抬臂關(guān)節(jié)20中的第二減速器端22的中心軸222和第二電機(jī)端24的中心軸242均與所述軸線30垂直。進(jìn)而，仿人機(jī)械臂整體呈筆直的狀態(tài)。

為了仿照人類手臂的結(jié)構(gòu)，可通過(guò)如圖5所示的七關(guān)節(jié)機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)一種仿人機(jī)械臂。其中，一個(gè)轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10和一個(gè)抬臂關(guān)節(jié)20組合形成腕部關(guān)節(jié)w，一個(gè)轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10和一個(gè)抬臂關(guān)節(jié)20組合形成肩部關(guān)節(jié)s，兩個(gè)轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10和位于其之間的一個(gè)抬臂關(guān)節(jié)20組合形成肘部關(guān)節(jié)e，肘部關(guān)節(jié)e設(shè)置在腕部關(guān)節(jié)w和肩部關(guān)節(jié)s之間，并按照轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10和抬臂關(guān)節(jié)20交錯(cuò)排列的順序進(jìn)行設(shè)置，即可實(shí)現(xiàn)類似于、甚至超出人類手臂的自由度。

優(yōu)選地，每個(gè)第一減速器端12具有沿其中心軸122貫穿第一減速器端12的第一中空腔體126，每個(gè)第一電機(jī)端14具有沿其中心軸142貫穿第一電機(jī)端14的第一中空腔體146，在一個(gè)轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10中，第一減速器端12和第一電機(jī)端14軸接在一起，因此其第一中空腔體126和146保持對(duì)準(zhǔn)。

類似地，每個(gè)抬臂關(guān)節(jié)20的第二減速器端22或者第二電機(jī)端24具有沿軸線30方向貫穿第二減速器端22或者第二電機(jī)端24的第二中空腔體246，如圖1所示。其中，在圖5所示的實(shí)施例中，第二中空腔體246位于每個(gè)抬臂關(guān)節(jié)20的第二電機(jī)端24中。

優(yōu)選地，第二中空腔體246位于第二減速器端22或者第二電機(jī)端24的背離第二對(duì)接面26的一側(cè)。

本發(fā)明實(shí)施例中，由所述驅(qū)動(dòng)電路板41和與驅(qū)動(dòng)電路板41連接的線纜42共同構(gòu)成了電氣機(jī)構(gòu)40。其中，線纜42交替地通過(guò)第一中空腔體126、146和第二中空腔體246、以與各個(gè)轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10和抬臂關(guān)節(jié)20連接。

在本發(fā)明實(shí)施例中，轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10和抬臂關(guān)節(jié)20均具有中空的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的仿人機(jī)械臂以其自身的軸線30方向?yàn)橹行倪M(jìn)行旋轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，其線纜42采用中心走線的方式，而非暴露在機(jī)械臂的外圍。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行的特點(diǎn)，每個(gè)關(guān)節(jié)的截面基本呈圓形，如果機(jī)械臂的線纜放置在機(jī)械臂的外殼上，必然會(huì)導(dǎo)致外殼的造型為非圓形，從而提高加工成本。進(jìn)一步地，由于每一個(gè)關(guān)節(jié)的兩部分之間均具有相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如果機(jī)械臂的線纜放置在機(jī)械臂的外殼上，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)必然導(dǎo)致線纜42的長(zhǎng)度的變化，因此為了避免線纜被拉斷，必然需要提供大量的冗余量。

而本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)中心走線的方式以及中空腔體的設(shè)置方向，轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10在旋轉(zhuǎn)時(shí)，線纜42的長(zhǎng)度不會(huì)隨著其轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生劇烈變化，而抬臂關(guān)節(jié)20在旋轉(zhuǎn)時(shí)，線纜42的長(zhǎng)度變化有限，因此只需要為每個(gè)抬臂關(guān)節(jié)10的轉(zhuǎn)動(dòng)提供線纜長(zhǎng)度變化的冗余量即可。

其中，可通過(guò)總線的方式為每個(gè)關(guān)節(jié)的電機(jī)提供電源和控制信號(hào)，則線纜42可為由電源線和控制總線形成的總線線纜。其中，可采用高速實(shí)時(shí)的ethercat總線，電源線采用20a的動(dòng)力線和5a的控制線，這樣控制總線和電源線外層包圍屏蔽層后的直徑可為9mm。則對(duì)應(yīng)地，第一中空腔體和第二中空腔體的直徑至少為11mm，以供總線線纜通過(guò)。

優(yōu)選地，為了避免增加抬臂關(guān)節(jié)的長(zhǎng)度，與相鄰的轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10和抬臂關(guān)節(jié)20連接的一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路板41設(shè)置在轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10內(nèi)。由于轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)20的相對(duì)旋轉(zhuǎn)方向與機(jī)械臂的軸線方向垂直或正交，因此抬臂關(guān)節(jié)20的長(zhǎng)度的增加必然影響整個(gè)機(jī)械臂的靈活程度和精密度，因此根據(jù)鄰近的結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，為相鄰的一對(duì)轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10和抬臂關(guān)節(jié)20提供在一起的驅(qū)動(dòng)電路板41，并且該驅(qū)動(dòng)電路板41設(shè)置在轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10內(nèi)。

為了避免線纜42由于每個(gè)關(guān)節(jié)的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而發(fā)生扭轉(zhuǎn)而與高速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)轉(zhuǎn)子形成摩擦、導(dǎo)致壞損，每個(gè)轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10還包括一個(gè)卡線夾182和一個(gè)彈簧夾184。其中，卡線夾182設(shè)置在第一電機(jī)端14的第一中空腔體146內(nèi)，以將線纜42固定在其中。彈簧夾184設(shè)置在第一減速器端12的第一中空腔體126內(nèi)，以將線纜42可調(diào)整地固定在其中。

其中，卡線夾182與線纜42固定連接，每個(gè)卡線夾182與線纜42之間不發(fā)生相對(duì)移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。而彈簧夾184與線纜42可調(diào)整地連接，線纜42與彈簧夾184之間具有相對(duì)移動(dòng)的自由度，在彈簧夾184的調(diào)整固定作用下，能夠使在此轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10內(nèi)，卡線夾182與彈簧夾184之間的線纜42能夠保持拉直的形態(tài)，以避免由于纏繞而與電機(jī)轉(zhuǎn)子形成摩擦的問(wèn)題。

彈簧夾184調(diào)整的線纜42的長(zhǎng)度在于由于抬臂關(guān)節(jié)20的轉(zhuǎn)動(dòng)而造成的線纜42長(zhǎng)度的變化，因此在彈簧夾184的調(diào)整固定作用下，在相鄰的一對(duì)轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)10和抬臂關(guān)節(jié)20中，兩個(gè)卡線夾182之間的線纜42能夠保持拉直的形態(tài)，以避免由于纏繞而與電機(jī)轉(zhuǎn)子形成摩擦的問(wèn)題。

本發(fā)明的用于仿人機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)電路板，根據(jù)仿人機(jī)械臂的形狀而布置于轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)正對(duì)于相鄰的抬臂關(guān)節(jié)的電路板安裝端面，當(dāng)仿人機(jī)械臂處于伸展?fàn)顟B(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路板恰好布置于相鄰的轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)和抬臂關(guān)節(jié)之間，這種結(jié)構(gòu)節(jié)省了驅(qū)動(dòng)電路板的安裝空間，使得轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)和抬臂關(guān)節(jié)的長(zhǎng)度可以大大縮短，進(jìn)而增加仿人機(jī)械臂的整體靈活性。進(jìn)一步地，因?yàn)?，?qū)動(dòng)電路板同時(shí)緊鄰轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)和抬臂關(guān)節(jié)，從而有利于驅(qū)動(dòng)電路板向轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)和抬臂關(guān)節(jié)連線的布置。本發(fā)明實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電路板采用滑槽的方式安裝固定，并通過(guò)連接器與其它部分進(jìn)行電氣連接，從而易于安裝和調(diào)試。驅(qū)動(dòng)電路板采用高速實(shí)時(shí)總線ethercat來(lái)傳輸控制信號(hào)，具有實(shí)時(shí)響應(yīng)快、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

仿人機(jī)械臂要求各個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的體積小、重量輕、效率高。驅(qū)動(dòng)電路板不僅要對(duì)電機(jī)提供伺服驅(qū)動(dòng)，而且要接受來(lái)自電機(jī)的霍爾反饋和旋轉(zhuǎn)編碼器的位置反饋，同時(shí)要能夠提供制動(dòng)保護(hù)等功能。因此，本發(fā)明實(shí)施例能夠?qū)Ⅱ?qū)動(dòng)電路的體積設(shè)計(jì)的很小并隱藏于仿人機(jī)械臂的各個(gè)關(guān)節(jié)中，使得機(jī)械臂的外形與大小與普通人的胳膊類似。

另外，本發(fā)明實(shí)施例中，每個(gè)轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)可以仿人機(jī)械臂的軸線為中心進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，具有360°以內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，其轉(zhuǎn)動(dòng)類似于人類手臂的扭轉(zhuǎn)動(dòng)作。而與其相鄰的抬臂關(guān)節(jié)則以垂直于軸線的方向?yàn)橹行倪M(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，具有360°以內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，其轉(zhuǎn)動(dòng)類似于人類手臂的抬舉動(dòng)作。進(jìn)一步地，相鄰的轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)和抬臂關(guān)節(jié)必然通過(guò)電機(jī)端或者減速器端固定連接，從而將相互垂直或者正交的兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行組合，從而在三維立體空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)多角度、位置的組合，以滿足機(jī)械手臂能夠停留在任一方向和角度的要求。

本實(shí)施例的仿人機(jī)械臂通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)和一個(gè)抬臂關(guān)節(jié)的組合即可實(shí)現(xiàn)幾乎四個(gè)自由度內(nèi)全角度、位置的覆蓋，通過(guò)兩兩相接的轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)和抬臂關(guān)節(jié)的多組組合，以滿足三維立體空間內(nèi)六自由度移動(dòng)的要求，提高機(jī)械臂的操作精度。

進(jìn)一步地，根據(jù)本實(shí)施例的仿人機(jī)械臂以其自身的軸線方向?yàn)橹行倪M(jìn)行旋轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，其線纜采用中心走線的方式，而非暴露在機(jī)械臂的外圍。根據(jù)本實(shí)施例的機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行的特點(diǎn)，每個(gè)關(guān)節(jié)的截面基本呈圓形，如果機(jī)械臂的線纜放置在機(jī)械臂的外殼上，必然會(huì)導(dǎo)致外殼的造型為非圓形，從而提高加工成本。進(jìn)一步地，由于每一個(gè)關(guān)節(jié)的兩部分之間均具有相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如果機(jī)械臂的線纜放置在機(jī)械臂的外殼上，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)必然導(dǎo)致線纜的長(zhǎng)度的變化，因此為了避免線纜被拉斷，必然需要提供大量的冗余量。而本實(shí)施例通過(guò)中心走線的方式以及中空腔體的設(shè)置方向，轉(zhuǎn)臂關(guān)節(jié)在旋轉(zhuǎn)時(shí)，線纜的長(zhǎng)度不會(huì)隨著其轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生劇烈變化，而抬臂關(guān)節(jié)在旋轉(zhuǎn)時(shí)，線纜的長(zhǎng)度變化有限，因此只需要為每個(gè)抬臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)提供線纜長(zhǎng)度變化的冗余量即可。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。