基于串并混联的六自由度仿人机械臂及机器人

摘要

本发明实施例公开了一种基于串并混联的六自由度仿人机械臂及机器人。该基于串并混联的六自由度仿人机械臂包括：肩关节、肘关节、腕关节、大臂外壳和小臂外壳；所述大臂外壳两侧分别与肩关节的第二输出连接板和肘关节的第一电机连接座紧固，所述小臂外壳两侧分别与肘关节的第四输出连接板和腕关节的第二电机连接座紧固。本发明实施例通过采用串并混联的结构，并采用不同的执行机构，以在降低电机负担的同时，增加对肩关节的控制、以提高运动的精确度。

权利要求

1.一种基于串并混联的六自由度仿人机械臂，其特征在于，包括：肩关节、肘关节、腕关节、大臂外壳和小臂外壳；

所述肩关节包括：第一电机、第一行星减速器、第一旋转编码器、第一电机连接件、第一轴套、第一轴承盖、第一连轴器、第一输入轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一输出轴、第一深沟球轴承、第一推力球轴承、第一角接触轴承、第二轴承盖、两个第一输出连接板、第二输出连接板、两个第一轴端盖片，以及第二电机、第二行星减速器、第二旋转编码器、第一电机连接板、第二连轴器、第一传动齿轮、两个第二深沟球轴承、第二传动齿轮、两个第三深沟球轴承、第一套筒、第二套筒、第四深沟球轴承、第二角接触轴承、第一直齿轮减速器前盖、第一直齿轮减速器体、第二直齿轮减速器后盖、第一连接板、两个第二连接板、第一壳体、两个第一磁编码器固定块、两个第一L型躯干连接板；

所述第一电机、所述第一行星减速器和所述第一旋转编码器顺次连接，并依次通过第一电机连接件、第一轴套、第一轴承盖与第一直齿轮减速器前盖固定；第一行星减速器的输出轴通过第一连轴器与第一输入轴相连；第一输入轴与第一锥齿轮连接，第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合；第二锥齿轮、第一深沟球轴承、第一推力球轴承、以及第一角接触轴承均固定在第一输出轴上，所述两个第一输出连接板分别安装在所述第一输出轴的两端，并通过两个第一轴端盖片分别固定所述两个第一输出连接板；第二输出连接板与所述两个第一输出连接板固定连接；第二电机、第二行星减速器、第二旋转编码器顺次连接，并通过第一电机连接板与第一直齿轮减速器前盖固定；第二行星减速器的输出轴通过第二连轴器与第一传动齿轮相连；所述两个第二深沟球轴承分别安装在所述第一传动齿轮两侧，所述两个第三深沟球轴承分别安装在所述第二传动齿轮两侧，所述第一传动齿轮与所述第二传动齿轮啮合，且所述第二传动齿轮安装在第一套筒上；所述第一套筒与所述第一连接板、所述第二套筒紧固，所述第四深沟球轴承和所述第二角接触轴承均安装在所述第二套筒与所述第一输入轴之间；所述第一连接板通过所述两个第二连接板与所述第一壳体固定；所述两个第一磁编码器固定块，安装在所述第一壳体内；所述第一直齿轮减速器前盖与所述第一直齿轮减速器体、所述第二直齿轮减速器后盖和所述第一连接板固定连接；所述两个第一L型躯干连接板分别固定在所述第一直齿轮减速器体两侧；

所述肘关节包括：第三电机、第三行星减速器、第三旋转编码器、第三连轴器、第二输入轴、第三锥齿轮、第四锥齿轮、第二输出轴、两个第三角接触轴承、第二轴端盖片、两个第三输出连接板、第四输出连接板，以及第四电机、第四行星减速器、第四旋转编码器、第三传动齿轮、第一石墨自润滑轴承、第四传动齿轮、两个第五深沟球轴承、第二壳体、两个第二磁编码器固定块、第一壳盖、第二壳盖、第一电机连接座、第三壳体；

所述第三电机、所述第三行星减速器和所述第三旋转编码器依次连接，且所述第三行星减速器的输出轴与所述第二输入轴通过所述第三连轴器连接，所述第二输入轴末端装有第三锥齿轮，第三锥齿轮与第四锥齿轮啮合；所述第四锥齿轮固定在所述第二输出轴上，所述两个第二输出轴两端分别装在所述第三角接触轴承两侧，所述第二轴端盖片安装在所述第三角接触轴承远离第四锥齿轮的一侧；所述两个第三输出连接板分别安装在所述第二输出轴两侧，且均与所述第四输出连接板连接；

所述第四电机、所述第四行星减速器和所述第四旋转编码器依次连接，所述第四行星减速器的输出轴与所述第三传动齿轮的一端连接；所述第一石墨自润滑轴承安装在所述第三传动齿轮的另一端；所述第三传动齿轮与所述第四传动齿轮啮合，所述第四传动齿轮套设在所述第三连轴器上，所述两个第五深沟球轴承和所述第二轴承盖均套设在所述第四传动齿轮上；所述第二轴端盖片与所述第二壳体固定连接，所述第二输出轴穿过所述第二壳体，所述两个第二磁编码器固定块安装在第二壳体内部内；所述第一壳盖和所述第二壳盖均设置在所述第二壳体外部；所述第三传动齿轮与所述第四传动齿轮的外部装有第一电机连接座，所述两个第五深沟球轴承外侧装有第三壳体，所述第三壳体与所述第一电机连接座紧固；

所述腕关节包括：第五电机、第五行星减速器、第五旋转编码器、第一连接筒、两个第六深沟球轴承、第二电机连接座、第一轴承筒、第三磁编码器固定块、第四磁编码器固定块、第一舵机连接件、两个第二舵机连接件、两个第三舵机连接件、第一大功率舵机、前腕固定板；

所述第五电机、所述第五行星减速器和所述第五旋转编码器依次连接，所述第五行星减速器的输出轴与所述第一连接筒通过顶丝紧固；所述两个第六深沟球轴承均套设在所述第一连接筒的外侧，所述第二电机连接座与所述第一连接筒固定连接；所述两个第六深沟球轴承均套设在所述第一轴承筒上，所述第二电机连接座与所述第一轴承筒紧固；所述第三磁编码器固定块固定在所述第一轴承筒上，且所述第三磁编码器固定块与所述第四磁编码器固定块紧固；所述第一轴承筒与所述第一舵机连接件紧固，所述两个第二舵机连接件分别与所述第一舵机连接件两侧紧固，所述两个第三舵机连接件安装在所述两个第二舵机连接件中间，且所述第一大功率舵机安装在所述两个第三舵机连接件中间，所述前腕固定板安装在所述第一大功率舵机的输出轴；

所述大臂外壳两侧分别与所述第二输出连接板和所述第一电机连接座紧固，所述小臂外壳两侧分别与所述第四输出连接板和所述第二电机连接座紧固。

2.根据权利要求1所述的仿人机械臂，其特征在于，所述第一传动齿轮和第二传动齿轮的齿数比，所述第三锥齿轮和所述第四锥齿轮的齿数比，所述第三传动齿轮和所述第四传动齿轮的齿数比均为预设值。

3.根据权利要求1所述的仿人机械臂，其特征在于，所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮的齿数比为1:2。

4.根据权利要求1所述的仿人机械臂，其特征在于，所述第一传动齿轮与所述第二传动齿轮齿数比为1:2。

5.根据权利要求1所述的仿人机械臂，其特征在于，所述第三锥齿轮与所述第四锥齿轮齿数比为1:2。

6.根据权利要求1所述的仿人机械臂，其特征在于，所述第三传动齿轮与所述第四传动齿轮齿数比为1:2。

7.根据权利要求1所述的仿人机械臂，其特征在于，所述第一输入轴与所述第一锥齿轮，所述第一输入轴与所述第一锥齿轮，所述第四行星减速器的输出轴与所述第三传动齿轮，均通过顶丝紧固。

8.一种仿人体上肢机器人，其特征在于，包括：如权利要求1-7任一项所述的仿人机械臂。

说明书

基于串并混联的六自由度仿人机械臂及机器人

技术领域

[0001] 本发明实施例涉及仿人机械臂技术领域，具体涉及一种基于串并混联的六自由度仿人机械臂及机器人。

背景技术

[0002] 机械臂能够替人类完成很多工作，或协助人类工作。尤其是在恶劣环境下的工作，机械臂较人类有更大的优势。采用与人臂同构化的仿人机械臂设计，能够很好地控制和规划其运动。

[0003] 目前已有的机械臂的关节结构设计主要有串联和并联两类。对于采用串联关节结构设计的方案，由于各自由度都由单独电机驱动，使得电机负担大，影响负载；而对于采用并联关节结构设计的方案，其每个自由度都有多个电机耦合驱动，分摊电机负担，具有一定的负载能力，然而其肩部关节控制难度较大，仿生度相对较低。

发明内容

[0004] 本发明实施例的一个目的是用以解决现有的仿人机械臂仿生程度低，负载能力差的问题。

[0005] 本发明实施例提出了一种基于串并混联的六自由度仿人机械臂，包括：肩关节、肘关节、腕关节、大臂外壳和小臂外壳。

[0006] 所述肩关节包括：第一电机、第一行星减速器、第一旋转编码器、第一电机连接件、第一轴套、第一轴承盖、第一连轴器、第一输入轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第一输出轴、第一深沟球轴承、第一推力球轴承、第一角接触轴承、第二轴承盖、两个第一输出连接板、第二输出连接板、两个第一轴端盖片，以及第二电机、第二行星减速器、第二旋转编码器、第一电机连接板、第二连轴器、第一传动齿轮、两个第二深沟球轴承、第二传动齿轮、两个第三深沟球轴承、第一套筒、第二套筒、第四深沟球轴承、第二角接触轴承、第一直齿轮减速器前盖、第一直齿轮减速器体、第二直齿轮减速器后盖、第一连接板、两个第二连接板、第一壳体、两个第一磁编码器固定块、两个第一L型躯干连接板；

[0007] 所述第一电机、所述第一行星减速器和所述第一旋转编码器顺次连接，并依次通过第一电机连接件、第一轴套、第一轴承盖与第一直齿轮减速器前盖固定；第一行星减速器的输出轴通过第一连轴器与第一输入轴相连；第一输入轴与第一锥齿轮连接，第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合；第二锥齿轮、第一深沟球轴承、第一推力球轴承、以及第一角接触轴承均固定在第一输出轴上，所述两个第一输出连接板分别安装在所述第一输出轴的两端，并通过两个第一轴端盖片分别固定所述两个第一输出连接板；第二输出连接板与所述两个第一输出连接板固定连接；第二电机、第二行星减速器、第二旋转编码器顺次连接，并通过第一电机连接板与第一直齿轮减速器前盖固定；第二行星减速器的输出轴通过第二连轴器与第一传动齿轮相连；所述两个第二深沟球轴承分别安装在所述第一传动齿轮两侧，所述两个第三深沟球轴承分别安装在所述第二传动齿轮两侧，所述第一传动齿轮与所述第二传动齿轮啮合，且所述第二传动齿轮安装在第一套筒上；所述第一套筒与所述第一连接板、所述第二套筒紧固，所述第四深沟球轴承和所述第二角接触轴承均安装在所述第二套筒与所述第一输入轴之间；所述第一连接板通过所述两个第二连接板与所述第一壳体固定；所述两个第一磁编码器固定块，安装在所述第一壳体内；所述第一直齿轮减速器前盖与所述第一直齿轮减速器体、所述第二直齿轮减速器后盖和所述第一连接板固定连接；所述两个第一L型躯干连接板分别固定在所述第一直齿轮减速器体两侧；

[0008] 所述肘关节包括：第三电机、第三行星减速器、第三旋转编码器、第三连轴器、第二输入轴、第三锥齿轮、第四锥齿轮、第二输出轴、两个第三角接触轴承、第二轴端盖片、两个第三输出连接板、第四输出连接板，以及第四电机、第四行星减速器、第四旋转编码器、第三传动齿轮、第一石墨自润滑轴承、第四传动齿轮、两个第五深沟球轴承、第二壳体、两个第二磁编码器固定块、第一壳盖、第二壳盖、第一电机连接座、第三壳体；

[0009] 所述第三电机、所述第三行星减速器和所述第三旋转编码器依次连接，且所述第三行星减速器的输出轴与所述第二输入轴通过所述第三连轴器连接，所述第二输入轴末端装有第三锥齿轮，第三锥齿轮与第四锥齿轮啮合；所述第四锥齿轮固定在所述第二输出轴上，所述两个第二输出轴两端分别装在所述第三角接触轴承两侧，所述第二轴端盖片安装在第三角接触轴承远离第四锥齿轮的一侧；所述两个第三输出连接板分别安装在所述第二输出轴两侧，且均与所述第四输出连接板连接；

[0010] 所述第四电机、所述第四行星减速器和所述第四旋转编码器依次连接，所述第四行星减速器的输出轴与所述第三传动齿轮的一端连接；所述第一石墨自润滑轴承安装在所述第三传动齿轮的另一端；所述第三传动齿轮与所述第四传动齿轮啮合，所述第四传动齿轮套设在所述第三连轴器上，所述两个第五深沟球轴承和所述第二轴承盖均套设在所述第四传动齿轮上；所述第二轴端盖片与所述第二壳体固定连接，所述第二输出轴穿过所述第二壳体，所述两个第二磁编码器固定块安装在第二壳体内部内；所述第一壳盖和所述第二壳盖均设置在所述第二壳体外部；所述第三传动齿轮与所述第四传动齿轮的外部装有第一电机连接座，所述两个第五深沟球轴承外侧装有第三壳体，所述第三壳体与所述第一电机连接座紧固；

[0011] 所述腕关节包括：第五电机、第五行星减速器、第五旋转编码器、第一连接筒、两个第六深沟球轴承、第二电机连接座、第一轴承筒、第三磁编码器固定块、第四磁编码器固定块、第一舵机连接件、两个第二舵机连接件、两个第三舵机连接件、第一大功率舵机、前腕固定板；

[0012] 所述第五电机、所述第五行星减速器和所述第五旋转编码器依次连接，所述第五行星减速器的输出轴与所述第一连接筒通过顶丝紧固；所述两个第六深沟球轴承均套设在所述第一连接筒的外侧，所述第二电机连接座与所述第一连接筒固定连接；所述两个第六深沟球轴承均套设在所述第一轴承筒上，所述第二电机连接座与所述第一轴承筒紧固；所述第三磁编码器固定块固定在所述第一轴承筒上，且所述第三磁编码器固定块与所述第四磁编码器固定块紧固；所述第一轴承筒与所述第一舵机连接件紧固，所述两个第二舵机连接件分别与所述第一舵机连接件两侧紧固，所述两个第三舵机连接件安装在所述两个第二舵机连接件中间，且所述第一大功率舵机安装在所述两个第三舵机连接件中间，所述前腕固定板安装在所述第一大功率舵机的输出轴；

[0013] 所述大臂外壳两侧分别与所述第二输出连接板和所述第一电机连接座紧固，所述小臂外壳两侧分别与所述第四输出连接板和所述第二电机连接座紧固。

[0014] 可选的，所述第一传动齿轮和第二传动齿轮的齿数比，所述第三锥齿轮和所述第四锥齿轮的齿数比，所述第三传动齿轮和所述第四传动齿轮的齿数比均为预设值。

[0015] 可选的，所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮的齿数比为1:2。

[0016] 可选的，所述第一传动齿轮与所述第二传动齿轮齿数比为1:2。

[0017] 可选的，所述第三锥齿轮与所述第四锥齿轮齿数比为1:2。

[0018] 可选的，所述第三传动齿轮与所述第四传动齿轮齿数比为1:2。

[0019] 可选的，所述第一输入轴与所述第一锥齿轮，所述第一输入轴与所述第一锥齿轮，所述第四行星减速器的输出轴与所述第三传动齿轮，均通过顶丝紧固。

[0020] 本发明还提出了一种仿人体上肢机器人，包括上述的仿人机械臂。

[0021] 由上述技术方案可知，本发明实施例提出的基于串并混联的六自由度仿人机械臂及机器人通过采用串并混联的结构，并采用不同的执行机构，以在降低电机负担的同时，增加对肩关节的控制、以提高运动的精确度。

附图说明

[0022] 通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

[0023] 图1示出了本发明一实施例提供的一种基于串并混联的六自由度仿人机械臂的外部结构示意图；

[0024] 图2示出了本发明一实施例提供的一种基于串并混联的六自由度仿人机械臂中肩关节的结构示意图；

[0025] 图3示出了本发明一实施例提供的一种基于串并混联的六自由度仿人机械臂中第一壳体的结构示意图；

[0026] 图4示出了本发明一实施例提供的一种基于串并混联的六自由度仿人机械臂中肩关节的剖视图；

[0027] 图5示出了本发明一实施例提供的一种基于串并混联的六自由度仿人机械臂中肘关节的结构示意图；

[0028] 图6示出了本发明一实施例提供的一种基于串并混联的六自由度仿人机械臂中第二壳体的结构示意图；

[0029] 图7示出了本发明一实施例提供的一种基于串并混联的六自由度仿人机械臂中肘关节的剖视图；

[0030] 图8示出了本发明一实施例提供的一种基于串并混联的六自由度仿人机械臂中腕关节的结构示意图；

[0031] 图9示出了本发明一实施例提供的一种基于串并混联的六自由度仿人机械臂中第一轴承的结构示意图；

[0032] 其中，1、肩关节；2、肘关节；3、腕关节；4、大臂外壳；5、小臂外壳；

[0033] 1-1、第一电机；1-2、第一行星减速器；1-3、第一旋转编码器；1-4、第一电机连接件；1-5、第一轴套；1-6、第一轴承盖；1-7、第一连轴器；1-8、第一输入轴；1-9、第一锥齿轮；1-10、第二锥齿轮；1-11、第一输出轴；1-12、第一深沟球轴承；1-13、第一推力球轴承；1-14、第一角接触轴承；1-15、第二轴承盖；1-16-1、第一输出连接板a；1-16-2、第一输出连接板b；
1-17、第二输出连接板；1-18-1、第一轴端盖片a；1-18-2、第一轴端盖片b；1-19、第二电机；
1-20、第二行星减速器；1-21、第二旋转编码器；1-22、第一电机连接板；1-23、第二连轴器；
1-24、第一传动齿轮；1-25-1、第二深沟球轴承a；1-25-2、第二深沟球轴承b；1-26、第二传动齿轮；1-27-1、第三深沟球轴承a；1-27-2、第三深沟球轴承b；1-28、第一套筒；1-29、第二套筒；1-30、第四深沟球轴承1-31、第二角接触轴承；1-32、第一直齿轮减速器前盖；1-33、第一直齿轮减速器体；1-34、第二直齿轮减速器后盖；1-35、第一连接板；1-36-1、第二连接板a；
1-36-2、第二连接板b；1-37、第一壳体；1-38-1、第一磁编码器固定块a；1-38-2、第一磁编码器固定块b；1-39-1、第一L型躯干连接板组成a；1-39-2、第一L型躯干连接板组成b；

[0034] 2-1、第三电机；2-2、第三行星减速器；2-3、第三旋转编码器；2-4、第三连轴器；2-5、第二输入轴；2-6、第三锥齿轮；2-7、第四锥齿轮；2-8、第二输出轴；2-9-1、第三角接触轴承a；2-9-2、第三角接触轴承b；2-10、第二轴端盖片；2-11-1、第三输出连接板a；2-11-2、第三输出连接板b；2-12、第四输出连接板；2-13、第四电机；2-14、第四行星减速器；2-15、第四旋转编码器；2-16、第三传动齿轮；2-17、第一石墨自润滑轴承；2-18、第四传动齿轮；2-19-
1、第五深沟球轴承a；2-19-2、第五深沟球轴承b；2-20、第二壳体；2-21-1、第二磁编码器固定块a；2-21-2、第二磁编码器固定块b；2-22、第一壳盖；2-23、第二壳盖；2-24、第一电机连接座；2-25、第三壳体；

[0035] 3-1、第五电机；3-2、第五行星减速器；3-3、第五旋转编码器；3-4、第一连接筒；3-5-1、第六深沟球轴承a；3-5-2、第六深沟球轴承b；3-6、第二电机连接座；3-7、第一轴承筒；
3-8、第三磁编码器固定块；3-9、第四磁编码器固定块；3-10、第一舵机连接件；3-11-1、第二舵机连接件a；3-11-2、第二舵机连接件b；3-12-1、第三舵机连接件a；3-12-2、第三舵机连接件b；3-13、第一大功率舵机；3-14、前腕固定板。

具体实施方式

[0036] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0037] 图1示出了本发明一实施例提供的一种基于串并混联的六自由度仿人机械臂的外部结构示意图，参见图1，该仿人机械臂包括：肩关节1、肘关节2、腕关节3、大臂外壳4、以及小臂外壳5，其中；

[0038] 肘关节2分别与肩关节1、腕关节3连接，

[0039] 大臂外壳4分别连接肩关节1和肘关节2，小臂外壳5分别连接肘关节2和腕关节3。

[0040] 图2-4分别示出了本发明一实施例提供的一种基于串并混联的六自由度仿人机械臂中肩关节和第一壳体的结构示意图，以及肩关节的剖视图，参见图2-4，该肩关节1包括：第一电机1-1、第一行星减速器1-2、第一旋转编码器1-3、第一电机连接件1-4、第一轴套1-
5、第一轴承盖1-6、第一连轴器1-7、第一输入轴1-8、第一锥齿轮1-9、第二锥齿轮1-10、第一输出轴1-11、第一深沟球轴承1-12、第一推力球轴承1-13、第一角接触轴承1-14、第二轴承盖1-15、两个第一输出连接板1-16、第二输出连接板1-17、两个第一轴端盖片1-18，以及第二电机1-19、第二行星减速器1-20、第二旋转编码器1-21、第一电机连接板1-22、第二连轴器1-23、第一传动齿轮1-24、两个第二深沟球轴承1-25、第二传动齿轮1-26、两个第三深沟球轴承1-27、第一套筒1-28、第二套筒1-29、第四深沟球轴承1-30、第二角接触轴承1-31、第一直齿轮减速器前盖1-32、第一直齿轮减速器体1-33、第二直齿轮减速器后盖1-34、第一连接板1-35、两个第二连接板1-36、第一壳体1-37、两个第一磁编码器固定块1-38、两个第一L型躯干连接板1-39。

[0041] 肩关节1的各部件的连接关系如下：

[0042] 第一电机1-1、第一行星减速器1-2、第一旋转编码器顺次连接1-3，依次通过第一电机连接件1-4、第一轴套1-5、第一轴承盖1-6与第一直齿轮减速器前盖1-32固定。第一行星减速器1-2的输出轴通过第一连轴器1-6与第一输入轴1-8相连。第一输入轴1-8与第一锥齿轮1-9通过顶丝固定，第一锥齿轮1-9与第二锥齿轮1-10啮合。第二锥齿轮1-10与第一深沟球轴承1-12、第一推力球轴承1-13、第一角接触轴承1-14一同固定在第一输出轴1-12上，第一输出轴1-10两端分别固定第一输出连接板1-15，并通过第一轴端盖片1-17分别固定。第二输出连接板1-16与两个第一输出连接板1-15固定。

[0043] 第二电机1-19、第二行星减速器1-20、第二旋转编码器顺次连接1-21，通过第一电机连接板1-22与第一直齿轮减速器前盖1-32固定。第二行星减速器1-20的输出轴通过第二连轴器1-23与第一传动齿轮1-23相连。第一传动齿轮1-23两侧分别安装第二深沟球轴承1-24，并与第二传动齿轮1-25啮合。第二传动齿轮1-25两侧分别安装第三深沟球轴承1-27，并安装在第一套筒1-28上。第一套筒1-28与第一连接板1-34和第二套筒1-29紧固。第二套筒
1-29与第一输入轴1-8间装有第四深沟球轴承1-30、第二角接触轴承1-31，保证两者间能够实现相对滑动。

[0044] 第一连接板1-35通过两个第二连接板1-36与第一壳体1-37固定。第一壳体1-37内装有两个第一磁编码器固定块1-38用以固定磁编码器电路板。第一直齿轮减速器前盖1-32与第一直齿轮减速器体1-33、第二直齿轮减速器后盖1-34和第一连接板1-35固定。第二直齿轮减速器后盖1-34外侧开口用以固定磁编码器电路板。第一直齿轮减速器体1-33两侧分别固定第一L型躯干连接板1-39。

[0045] 图5-图7分别示出了本发明一实施例提供的一种基于串并混联的六自由度仿人机械臂中肘关节和第二壳体的结构示意图，以及肘关节的剖视图，参见图5-图7，肘关节2包括：第三电机2-1、第三行星减速器2-2、第三旋转编码器2-3、第三连轴器2-4、第二输入轴2-5、第三锥齿轮2-6、第四锥齿轮2-7、第二输出轴2-8、两个第三角接触轴承2-9、第二轴端盖片2-10、两个第三输出连接板2-11、第四输出连接板2-12，以及第四电机2-13、第四行星减速器2-14、第四旋转编码器2-15、第三传动齿轮2-16、第一石墨自润滑轴承2-17、第四传动齿轮2-18、两个第五深沟球轴承2-19、第二壳体2-20、两个第二磁编码器固定块2-21、第一壳盖2-22、第二壳盖2-23、第一电机连接座2-24、第三壳体组成2-25。

[0046] 肘关节2的各部件的连接关系如下：

[0047] 第三电机2-1、第三行星减速器2-2、第三旋转编码器2-3顺次连接，第三行星减速器2-2的输出轴与第二输入轴2-5通过第三连轴器2-3连接，第二输入轴2-5末端装有第三锥齿轮2-6，第三锥齿轮2-6与第四锥齿轮2-7啮合。第四锥齿轮2-7被固定在第二输出轴2-8上。第二输出轴2-8两端分别装有第三角接触轴承2-9，且在远离第四锥齿轮2-7对侧装有第二轴端盖片2-10。第二输出轴2-8两侧末端分别装有第三输出连接板2-11，第四输出连接板2-12与两个第三输出连接板2-11固定。

[0048] 第四电机2-13、第四行星减速器2-14、第四旋转编码器2-15顺次连接，第四行星减速器2-14的输出轴与第三传动齿轮2-16通过顶丝固定。第三传动齿轮2-16的另一端装有第一石墨自润滑轴承2-17。第三传动齿轮2-16与第四传动齿轮2-18啮合。第四传动齿轮2-18套在第三连轴器2-5上，两个第五深沟球轴承2-19及第二轴承盖片2-10套在第四传动齿轮2-18上。第二轴端盖片2-9与第二壳体2-20固定。第二输出轴2-8穿过第二壳体2-20。第二壳体2-20内部上下两端各装有第二磁编码器固定块2-21用以固定磁编码器电路板，并在外部装有第一壳盖2-22和第二壳盖2-23。第三传动齿轮2-16与第四传动齿轮2-18的外部装有第一电机连接座2-24，两个第五深沟球轴承2-19外侧装有第三壳体2-25，第三壳体2-25与第一电机连接座2-24紧固。第三壳体2-25外侧开口用以固定磁编码器电路板。

[0049] 图8和图9分别示出了本发明一实施例提供的一种基于串并混联的六自由度仿人机械臂中腕关节和第一轴承的结构示意图，参见图8和图9，腕关节3包括：第五电机3-1、第五行星减速器3-2、第五旋转编码器3-3、第一连接筒3-4、两个第六深沟球轴承3-5、第二电机连接座3-6、第一轴承筒3-7、第三磁编码器固定块3-8、第四磁编码器固定块3-9、第一舵机连接件3-10、两个第二舵机连接件3-11、两个第三舵机连接件3-12、第一大功率舵机3-13、前腕固定板组成3-14，其中；

[0050] 腕关节3的各部件的连接关系如下：

[0051] 第五电机3-1、第五行星减速器3-2、第五旋转编码器3-3顺次连接，第五行星减速器3-2的输出轴与第一连接筒3-4通过顶丝紧固，第一连接筒3-4的外侧套有两个第六深沟球轴承3-5-1。第一连接筒3-7的外侧固定有第二电机连接座3-6，两个第六深沟球轴承3-5装有第一轴承筒3-7，第二电机连接座3-6与第一轴承筒3-7紧固。第一轴承筒3-7上固定第三磁编码器固定块3-8，第三磁编码器固定块3-8与第四磁编码器固定块3-9紧固，第四磁编码器固定块3-9用以固定磁编码器电路板。第一轴承筒上3-7具有限位螺丝开孔，第一轴承筒3-7上具有限位槽。第一轴承筒3-7与第一舵机连接件3-10紧固，第一舵机连接件3-10两侧与第二舵机连接件3-11紧固，第二舵机连接件3-11中间装有两个第三舵机连接件3-12，两个第三舵机连接件3-12间安装第一大功率舵机3-13，第一大功率舵机3-13的输出轴安装前腕固定板3-14。

[0052] 本实施例通过采用串并混联的结构，并采用不同的执行机构，以在降低电机负担的同时，增加对肩关节的控制、以提高运动的精确度。

[0053] 下面对本申请提出的仿人机械臂的各部件型号、参数进行举例说明：

[0054] 1.肩部执行机构：

[0055] a)两个电机参数：Maxon DCX系列，石墨电刷，球轴承，外径35mm，额定功率80W，额定电压24V，输出力矩121mNm；

[0056] b)减速器：Maxon GPX系列行星齿轮箱，3级减速，外径42，减速比156:1，最大输出力矩15Nm

[0057] c)减速箱：

[0058] i.直齿轮组：线切割加工，碳素钢制，齿数比1:2

[0059] 1.传入直齿轮模数1.5齿数22

[0060] 2.传出直齿轮模数1.5齿数44

[0061] ii.锥齿轮组：日本KG，钢制，齿数比1:2

[0062] 1.传入锥齿轮模数1.5齿数18

[0063] 2.传出锥齿轮模数1.5齿数36

[0064] d)编码器：Maxon ENX 16线旋转编码器+AS5045磁编码器芯片

[0065] e)舵机：无

[0066] 2.肘部执行机构：

[0067] a)两个电机参数：Maxon DCX系列，石墨电刷，球轴承，外径26mm，额定功率40W，额定电压24V，输出力矩57.8mNm；

[0068] b)减速器：Maxon GPX系列行星齿轮箱，3级减速，外径32，减速比186:1，最大输出力矩6.6Nm

[0069] c)减速箱：

[0070] i.直齿轮组：线切割加工，碳素钢制，齿数比1:2

[0071] 1.传入直齿轮模数1齿数24

[0072] 2.传出直齿轮模数1齿数48

[0073] ii.锥齿轮组：日本KG，钢制，齿数比1:2

[0074] 1.传入锥齿轮模数1齿数20

[0075] 2.传出锥齿轮模数1齿数40

[0076] d)编码器：Maxon ENX 16线旋转编码器+AS5045磁编码器芯片

[0077] e)舵机：无

[0078] 3.腕部执行机构：

[0079] a)一个电机参数：Maxon DCX系列，石墨电刷，球轴承，外径22mm，额定功率20W，额定电压24V，输出力矩31.5mNm；

[0080] b)减速器：Maxon GPX系列行星齿轮箱，3级减速，外径26，减速比231:1，最大输出力矩6Nm

[0081] c)齿轮箱：无

[0082] d)编码器：Maxon ENX 16线旋转编码器+AS5045磁编码器芯片

[0083] e)舵机：Hitec HSR-5980SG，金属齿轮，6V，24kg/cm

[0084] 下面参照图1-9对该基于串并混联的六自由度仿人机械臂的工作原理进行详细说明：

[0085] 1、肩关节运动

[0086] 肩关节采用串联结构设计，包含两个彼此独立运动自由度，其工作原理分别为：

[0087] 肩关节第一个自由度运动：第一电机1-1转动时，运动依次通过第一行星减速器1-2、第一连轴器1-6和第一输入轴1-8传递给第一锥齿轮1-9。第一锥齿轮1-9带动第二锥齿轮
1-10转动。第二锥齿轮1-10带动第一输出轴1-12运动，继而带动第一输出连接板1-15和第二输出连接板1-16转动。在运动过程中，第一旋转编码器1-3能够采集第一电机1-1的转速，第一磁编码器固定块1-38上固定的磁编码器电路能够采集第一输出轴1-12的转角。

[0088] 肩关节第二个自由度运动：第二电机1-19转动时，运动依次通过第二行星减速器1-20、第二连轴器1-23传递给第一传动齿轮1-23。第一传动齿轮1-23带动第二传动齿轮1-
25转动。第二传动齿轮1-25带动第一套筒1-28转动，继而带动第一连接板1-34、第二连接板
1-36、第二套筒1-29、第一壳体1-37整体转动。由于第二套筒1-29与第一输入轴1-8间装有第四深沟球轴承1-30、第二角接触轴承1-31，两者间能够实现相对滑动，故第二电机1-19转动时不会影响肩关节第一个自由度。在运动过程中，第二旋转编码器1-21能够采集第二电机1-19的转速，第二直齿轮减速器后盖1-34外侧开口处固定的磁编码器电路能够采集第二传动齿轮1-25的转角。

[0089] 2、肘关节运动

[0090] 肘关节采用并联结构设计，包含两个耦合运动自由度，其工作原理为：

[0091] 第三电机2-1转动时，运动依次通过第三行星减速器2-2、第三连轴器2-3和第二输入轴2-5传递给第三锥齿轮2-6，第三锥齿轮2-6带动第四锥齿轮2-7转动。第四锥齿轮2-7带动第二输出轴2-8运动，继而带动第三输出连接板2-11和第四输出连接板2-12转动；

[0092] 第四电机2-13转动时，运动通过第四行星减速器2-14传递给第三传动齿轮2-16。第三传动齿轮2-16带动第四传动齿轮2-18转动。第四传动齿轮2-18带动第三连轴器2-5转动。由于第三连轴器2-5与第二轴端盖片2-9和第二壳体2-20固定，第四电机2-13的转动不仅会引起第二壳体2-20的转动，该转动还会使得第四锥齿轮2-7与第三锥齿轮2-6之间转动。故第四电机的转动使得肘部两个自由度同时耦合运动。

[0093] 在运动过程中，第三旋转编码器2-3能够采集第三电机2-1的转速，第四旋转编码器2-15能够采集第四电机2-13的转速，第二磁编码器固定块2-21上固定的磁编码器电路能够采集第二输出轴2-8的转角，第三壳体2-25外侧开口处固定的磁编码器电路能够采集第四传动齿轮2-18的转角。

[0094] 3、腕关节运动

[0095] 腕关节采用串联结构设计，包含两个彼此独立运动自由度，其工作原理分别为：

[0096] 腕关节第一个自由度运动：第五电机3-1转动时，运动通过第五行星减速器3-2传递给第一连接筒3-7。第一连接筒3-7带动第一舵机连接件3-10转动。在运动过程中，第五旋转编码器3-3能够采集第五电机3-1的转速，第四磁编码器固定块3-9上固定的磁编码器电路能够采集第五行星减速器3-2的转角。

[0097] 腕关节第二个自由度运动：第一大功率舵机3-13转动时，带动前腕固定板3-14转动。

[0098] 具体实施方式二：结合图2、图3说明本实施方式，本实施方式的第一锥齿轮1-9与第二锥齿轮1-10齿数比为1:2，这样设计使得结构更加合理。其它组成及连接关系与上述内容相同。

[0099] 具体实施方式三：结合图2、图4说明本实施方式，本实施方式的第一传动齿轮1-23与第二传动齿轮1-25齿数比为1:2，这样设计使得结构更加合理。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。

[0100] 具体实施方式四：结合图5、图6说明本实施方式，本实施方式的第三锥齿轮2-6与第四锥齿轮2-7齿数比为1:2，这样设计使得结构更加合理。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

[0101] 具体实施方式五：结合图5、图7说明本实施方式，本实施方式的第三传动齿轮2-16与第四传动齿轮2-18齿数比为1:2，这样设计使得结构更加合理。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。

[0102] 基于相同的发明创造，本发明还提出了一种仿人体上肢机器人，包括上述的仿人机械臂；

[0103] 该仿人机械臂中的连轴器均采用刚性联轴器，以防止传动部件过载，提高装置整体的安全性；外壳及连接板等，均采用铝制材料，以降低机器人的整机重量，提高机器人的动作灵活性。

[0104] 应该注意的是上述实施方式对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施方式。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

[0105] 虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。