一种人形机器人的腕部系统
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202411424310.6 | 申请日 | 2024-10-12 |
| 公开(公告)号 | CN119427421A | 公开(公告)日 | 2025-02-14 |
| 申请人 | 九光智能(北京)技术有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 何俊培; 徐志根; 廖小华; | 第一发明人 | 何俊培 |
| 权利人 | 九光智能(北京)技术有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 九光智能(北京)技术有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：北京市 | 城市 | 当前专利权人所在城市：北京市通州区 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：北京市通州区滨惠北一街3号院1号楼1层1-8-363 | 邮编 | 当前专利权人邮编：101199 |
| 主IPC国际分类 | B25J17/02 | 所有IPC国际分类 | B25J17/02 ; B25J9/10 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 北京市中闻律师事务所 | 专利代理人 | 冯梦洪; |
| 摘要 | 本 发明 公开一种人形 机器人 的腕部系统，降低了零部件的加工难度和加工成本，安装和拆卸简单方便， 手腕 的抗冲击能 力 强，减小了轴向背隙，提高了运动 精度 和可靠性，行星滚柱 丝杆 体积小且推力较大，使得腕部的体积更小，负载能力大。其包括：小臂套筒(1)、手腕 基座 (2)、基座端固定轴、力 传感器 (4)、行星滚柱 丝杠 (5)、行星滚柱丝杆(6)、 支撑 轴、输出端固定轴、旋转基座(8)。 | ||
| 权利要求 | 1.一种人形机器人的腕部系统，其特征在于：其包括：小臂套筒(1)、手腕基座(2)、基座端固定轴、力传感器(4)、行星滚柱丝杠(5)、行星滚柱丝杆(6)、支撑轴、输出端固定轴、旋转基座(8)； |
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| 说明书全文 | 一种人形机器人的腕部系统技术领域[0001] 本发明涉及人形机器人的技术领域，尤其涉及一种人形机器人的腕部系统。 背景技术[0002] 人型机器人(英语：Android)，又称仿生人，是一种旨在模仿人类外观和行为的机器人(robot)。尤其特指具有和人类相似肌体的种类。直到最近，人型机器人的概念之前在科学幻想领域，常见于电影、电视、漫画、小说等。现今，机器人学方面的进展已经可以设计出功能化拟真化的人形机器人(humanoid robot)。 [0003] 人形机器人的手腕作为人形机器人手臂的关键部件，在多个领域有着广泛的应用。例如，人形机器人手腕可用于自动化生产线，进行精密装配、搬运和检测等工作，包括智能3C产线，实现对软排线、SIM卡等典型零件的精细化装配。人形机器人的手腕在医疗领域中可以辅助进行手术，或作为残疾人的假肢设备，增强他们的生活自理能力。在航空航天领域，手腕可以用于空间站的维护工作或作为宇航员的辅助工具。 [0004] 人形机器人的手腕是机器人设计中的一个重要部分，它通常需要具备高度的灵活性和精确性，以模拟人类手腕的动作。以下是人形机器人手腕的一些关键特点： [0007] 3.驱动机制：手腕的驱动可以是电动的、液压的或气动的。电动驱动因其高效率和易于控制而常用于精密操作。 [0010] 6.材料选择：手腕的材料需要既轻又强，以支持快速移动和承受重复使用带来的磨损。 [0011] 7.安全性：考虑到与人类互动的可能性，手腕的设计还需要考虑到安全特性，以防止意外伤害。 [0012] 8.维护和耐用性：手腕的设计应便于维护，并且能够承受长时间的使用而不出现性能下降。 [0013] 人形机器人的手腕设计是一个多学科的领域，涉及到机械工程、电子工程、计算机科学和生物力学等多个领域。随着技术的进步，人形机器人的手腕设计也在不断地发展和完善。但是，目前仍然存在一些缺陷：加工难度和加工成本高，拆装复杂，抗冲击能力不强，轴向背隙比较大，可靠性低，行星滚柱丝杆受到不同方向的力而容易变形破坏，重量和体积均比较大。 发明内容[0014] 为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种人形机器人的腕部系统，其降低了零部件的加工难度和加工成本，安装和拆卸简单方便，手腕的抗冲击能力强，减小了轴向背隙，提高了运动精度和可靠性，行星滚柱丝杆体积小且推力较大，使得腕部的体积更小，负载能力大。 [0015] 本发明的技术方案是：这种人形机器人的腕部系统，其包括：小臂套筒(1)、手腕基座(2)、基座端固定轴、力传感器(4)、行星滚柱丝杠(5)、行星滚柱丝杆(6)、支撑轴、输出端固定轴、旋转基座(8)； [0017] 手腕基座包括圆盘和框架，圆盘的右端面设有两个凸台(21)，每个凸台的中间有一个通孔(22)，两个基座端固定轴(31)的每一个都是穿过一个基座端关节球头轴承(23)、一个通孔安装在一个凸台上，两个力传感器(4)的每一个分别与一个基座端关节球头轴承、一个行星滚柱丝杠(5)连接，平行的两个行星滚柱丝杠被框架隔开，行星滚柱丝杠内部的行星滚柱丝杆(6)做伸缩往复运动，并带动对应的输出端关节球头轴承(26)运动； [0018] 两个输出端固定轴(32)的每一个都是穿过一个输出端关节球头轴承，并穿过一个主驱动轴(81)固定，主驱动轴的中心轴部分穿过两个滚动轴承(83)，另一端用副驱动轴(82)穿过其中一个滚动轴承，滚动轴承的内圈被主驱动轴和副驱动轴的端面锁紧，滚动轴承的外圈被旋转基座(8)卡住； [0019] 驱动器控制主驱动轴动作，主支撑轴、副支撑轴在手腕基座的框架的一角，旋转基座的一端通过两个滚动轴承与主驱动轴、副驱动轴连接，另一端被主支撑轴(71)穿过，主支撑轴穿过两个滚动轴承、旋转基座、副支撑轴(72)，并通过锁紧螺母来紧固，两个滚动轴承嵌套在手腕基座内的，其中一个滚动轴承的内圈和主支撑轴端面贴合，另一个滚动轴承的内圈和副支撑轴的端面贴合； [0020] 通过两个行星滚柱丝杆同步伸出，带动旋转基座围绕支撑轴转动而实现腕部的俯仰运动； [0021] 通过一个行星滚柱丝杆伸出量等于另一个行星滚柱丝杆收缩量，带动主驱动轴旋转而实现腕部的横滚运动； [0022] 通过一个行星滚柱丝杆伸出量不等于另一个行星滚柱丝杆收缩量，[0023] 带动主驱动轴旋转而实现腕部的复合运动。 [0024] 本发明的有益技术效果为： [0026] 2、手腕基座不仅给基座端关节球头轴承充当支撑，还给主支撑轴、副支撑轴充当支持，还起到手腕在做俯仰运动时机械限位作用，减少了零部件的数量，降低了安装难度，减少了成本。 [0027] 3、主驱动轴，基座端固定轴，输出端固定轴一分为二，分别固定一个关节球轴承，这样可以降低加工难度，保障同轴度，安装简单方便。 [0028] 4、本方案俯仰和横滚的旋转轴线有偏置，这样的好处是可以保证一定结构强度的情况下，尽可能得降低体积。 [0030] 图1是根据本发明的人形机器人的腕部系统处于零位的结构示意图。 [0031] 图2是图1的俯视图。 [0032] 图3是图1的左视图。 [0033] 图4是图1的V‑V向剖视图。 [0034] 图5是图1的U‑U向剖视图。 [0035] 图6是图1的T‑T向剖视图。 [0036] 图7是根据本发明的人形机器人的腕部系统处于后仰位的结构示意图。 [0037] 图8是图7的俯视图。 [0038] 图9是图8的W‑W向剖视图。 [0039] 图10是根据本发明的人形机器人的腕部系统处于前俯位的结构示意图。 [0040] 图11是图10的Y‑Y向剖视图。 [0041] 图12是根据本发明的人形机器人的腕部系统处于横滚状态的结构示意图。 [0042] 图13是根据本发明的人形机器人的腕部系统处于复合状态的结构示意图。 具体实施方式[0043] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 [0044] 为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。 [0045] 如图1‑图13所示，这种人形机器人的腕部系统，其包括：小臂套筒1、手腕基座2、基座端固定轴、力传感器4、行星滚柱丝杠5、行星滚柱丝杆6、支撑轴、输出端固定轴、旋转基座8； [0046] 小臂套筒通过其内部的弹簧顶针公端11与小臂组件连接，驱动器12安装在小臂套筒内，通过紧固螺钉14将小臂套筒与手腕基座固定连接； [0047] 手腕基座包括圆盘和框架，圆盘的右端面设有两个凸台21，每个凸台的中间有一个通孔22，两个基座端固定轴31的每一个都是穿过一个基座端关节球头轴承23、一个通孔安装在一个凸台上，两个力传感器4的每一个分别与一个基座端关节球头轴承、一个行星滚柱丝杠5连接，平行的两个行星滚柱丝杠被框架隔开，行星滚柱丝杠内部的行星滚柱丝杆6做伸缩往复运动，并带动对应的输出端关节球头轴承26运动； [0048] 两个输出端固定轴32的每一个都是穿过一个输出端关节球头轴承，并穿过一个主驱动轴81固定，主驱动轴的中心轴部分穿过两个滚动轴承83，另一端用副驱动轴82穿过其中一个滚动轴承，滚动轴承的内圈被主驱动轴和副驱动轴的端面锁紧，滚动轴承的外圈被旋转基座8卡住； [0049] 驱动器控制主驱动轴动作，主支撑轴、副支撑轴在手腕基座的框架的一角，旋转基座的一端通过两个滚动轴承与主驱动轴、副驱动轴连接，另一端被主支撑轴71穿过，主支撑轴穿过两个滚动轴承、旋转基座、副支撑轴72，并通过锁紧螺母来紧固，两个滚动轴承嵌套在手腕基座内的，其中一个滚动轴承的内圈和主支撑轴端面贴合，另一个滚动轴承的内圈和副支撑轴的端面贴合； [0050] 通过两个行星滚柱丝杆同步伸出，带动旋转基座围绕支撑轴转动而实现腕部的俯仰运动； [0051] 通过一个行星滚柱丝杆伸出量等于另一个行星滚柱丝杆收缩量，带动主驱动轴旋转而实现腕部的横滚运动； [0052] 通过一个行星滚柱丝杆伸出量不等于另一个行星滚柱丝杆收缩量，[0053] 带动主驱动轴旋转而实现腕部的复合运动。 [0054] 本发明的有益技术效果为： [0055] 1、小臂套筒末端有弹簧顶针公端作为电器接口，安装简单方便，便于后期拆装和维护，小臂套筒内部可以集中放置驱动器和电路板等电子元器件，方便后期做防水防尘保护，且散热性能更好一些。 [0056] 2、手腕基座不仅给基座端关节球头轴承充当支撑，还给主支撑轴、副支撑轴充当支持，还起到手腕在做俯仰运动时机械限位作用，减少了零部件的数量，降低了体积，降低了安装难度，减少了成本。 [0057] 3、主驱动轴，基座端固定轴，输出端固定轴一分为二，分别固定一个关节球轴承，这样可以降低加工难度，保障同轴度，安装简单方便。 [0058] 4、本方案俯仰和横滚的旋转轴线有偏置，这样的好处是可以保证一定结构强度的情况下，尽可能地降低体积。 [0059] 5、减小轴向背隙，位置精度更高，从而提高了运动控制的精度 [0060] 6、行星滚柱丝杆不容易变形破坏，耐冲击，可靠性高。 [0061] 优选地，所述驱动器12安装在小臂套筒内，通过驱动器螺钉13固定在小臂套筒内。将驱动器集成到小臂套筒内部，优点是散热好，缺点是安装复杂。 [0062] 优选地，所述弹簧顶针公端连接顶针电路板111，顶针电路板通过电路板螺钉113固定到小臂套筒，驱动器连接驱动器电路板，力传感器、顶针电路板、驱动器电路板通过线束112连接。 [0063] 优选地，所述驱动器集成在行星滚柱丝杠的内部。将驱动器集成到行星滚柱丝杠内部，优点是安装更简单，缺点是散热不好。 [0064] 优选地，所述基座端固定轴穿过一个基座端关节球头轴承、一个通孔后通过防松垫片24和锁紧螺母25来紧固；输出端固定轴穿过输出端关节球头轴承、主驱动轴后通过防松垫片和锁紧螺母来紧固。 [0065] 优选地，所述手腕基座的框架处有限位缓冲区73。 [0068] 优选地，所述力传感器为二维力传感器或多维力传感器。力传感器采用二维或多维力传感器的优点是感知更精确，但是成本会增加，且重量体积也会增加。 [0069] 优选地，所述手腕基座的框架等间隔地布置椭圆孔27。这样能够减轻框架的重量，从而使整个装置轻量化。 |
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