CN104511909A - 机器人手臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人手臂，包括一手部机构，一小臂连接手部机构，一大臂的一端通过一肘部连接于小臂，大臂的另一端连接一肩部，肘部或/和肩部的关节通过带传动实现小臂与大臂、大臂与肩部之间的相对转动。本发明提供的一种机器人手臂采用同步带传动，结构简单，重量轻，具有足够的走线空间，易于外观设计，且可实现四自由度的摆动和转动。

Description

机器人手臂

技术领域

本发明涉及一种机器人手臂，特别是一种多自由度的机器人手臂。

背景技术

国内现有的展示机器人手臂自由度数较少，一般为一至三个自由度。目前机器人手臂的肘部和肩部的关节普遍采用锥齿轮传动，结构复杂，重量较大，没有充足的走线空间。

因此，现有技术还有待于更进一步的改进和发展。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种实现四自由度的机器人手臂。

本发明的目的是采用如下技术手段实现的：

一种机器人手臂，包括一手部机构，一小臂连接所述手部机构，一大臂的一端通过一肘部连接于所述小臂，所述大臂的另一端连接一肩部，所述肘部或/和所述肩部的关节通过带传动实现所述小臂与所述大臂、所述大臂与所述肩部之间的相对转动。

优选的，所述肘部包括一肘部摆动轴固定连接于所述小臂，所述肘部摆动轴的一端连接一肘部大带轮，所述肘部大带轮通过一肘部同步带连接一肘部小带轮，从而实现带传动。

优选的，还包括一同步带张紧装置，所述同步带张紧装置包括一肘部带轮张紧块和一肘部带轮张紧片，通过旋转张紧螺钉，实现所述肘部同步带的张紧。

优选的，所述肘部小带轮与一肘部摆动直流电机连接，所述肘部摆动直流电机提供动力，通过带传动转化为所述小臂的摆动。

优选的，所述肘部摆动轴的另一端连接一第一肘部直齿轮以及一第二肘部直齿轮，所述第二肘部直齿轮与所述第一肘部直齿轮啮合传动。

优选的，所述第一肘部直齿轮或所述第二肘部直齿轮的一侧设有一第一肘部电位计，记录所述小臂的摆动角度。

优选的，所述肘部还包括一肘部旋转支架固定于所述大臂，一肘部旋转轴与所述肘部旋转支架通过至少一深沟球轴承实现相对旋转。

优选的，所述肘部旋转轴上设有一尼龙齿轮及至少一肘部电机齿轮与所述尼龙齿轮啮合传动，所述肘部直齿轮过所述肘部旋转支架连接一肘部旋转直流电机以及一第二肘部电位计，所述肘部旋转直流电机提供动力，通过齿轮传动将动力传递给所述肘部旋转轴，从而实现所述小臂与所述大臂的相对旋转。

优选的，所述肩部设有一大臂外展转轴与所述大臂固定，所述大臂外展转轴与一肩部大带轮连接，所述肩部大带轮通过一肩部同步带与一肩部小带轮相连，通过带传动实现所述肩部与所述大臂的相对摆动。

优选的，所述肩部小带轮与一大臂外展直流电机相连，一肩部带轮张紧片与所述大臂外展直流电机相连，并且通过张紧螺钉实现所述肩部同步带的张紧，从而实现同步张紧。

优选的，所述大臂外展转轴一侧设有一第一肩部直齿轮和一第二肩部直相互齿轮啮合传动。

优选的，所述第一肩部直齿轮或所述第二肩部直齿轮设有一第一肩部电位计。

优选的，所述肩部设有一肩部旋转支架，一肩部旋转直流电机连接于所述肩部旋转支架，所述肩部旋转支架通过一肩部旋转箱体连接至一连接法兰上，所述连接法兰连接于一机器人本体上。

优选的，所述肩部旋转箱体内设有一深沟球轴承，其外圈与所述肩部旋转箱体配合，其内圈与一肩部空心轴配合。

优选的，所述肩部空心轴内可放置内部电线，实现内部走线。

优选的，所述连接法兰可拆卸的装设于所述机器人本体上。

优选的，所述机器人手臂具有四自由度。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

所述肘部或/和所述肩部的关节通过带传动实现所述小臂与所述大臂、所述大臂与所述肩部之间的相对转动，采用同步带传动，结构简单，重量轻，具有足够的走线空间，易于外观设计，且可实现四自由度的摆动和转动。

附图说明

图1是本发明机器人手臂的立体图；

图2是本发明机器人手臂肘部的立体图；

图3是本发明机器人手臂另一视角肘部的立体图；

图4是本发明机器人手臂肩部的立体图；

图5是本发明机器人手臂另一视角的肩部的立体图；

图6是本发明机器人手臂肩部的剖视图。

附图标记：

手部机构1             小臂2              肘部3

大臂4                  肩部5                连接法兰6

肘部大带轮7            肘部同步带8          肘部小带轮9

张紧螺钉10             肘部带轮张紧块11     肘部带轮张紧块12

肘部电机齿轮13         肘部旋转直流电机14   第二肘部电位计15

尼龙齿轮16             肘部旋转轴17         第一肘部电位计18

肘部摆动轴19           第一肘部直齿轮20     第二肘部直齿轮21

肘部摆动直流电机22     肘部旋转支架23       肘部摆动支架24

肩部旋转直流电机25     电机法兰26           肩部旋转支架27

肩部旋转箱体28         肩部摆动支架29       张紧螺钉30

大臂外展转轴31         大臂外展直流电机32   第一肩部直齿轮33

第一肩部直齿轮34       电位计法兰35         第二肩部电位计36

第一肩部旋转直齿轮37   肩部大带轮38         肩部同步带39

肩部小带轮40           肩部带轮张紧片41     第二肩部旋转直齿轮42

第一肩部电位计43       肩部轴承压盖44       肩部空心轴45

深沟球轴承46           深沟球轴承47

具体实施方式

以下采用图示及文字对本发明进行具体描述。

如图1所示，本发明公开了一种机器人手臂，尤指一种四自由度的展示机器人的手臂结构。该机器人手臂包括一手部机构1，手部机构1的上方连接一小臂2，小臂2的上方设有大臂4，小臂2与大臂4通过肘部3连接，大臂4的上方设有肩部5。

手部机构1通过接口连接固定至小臂2上，可随小臂2一起运动，小臂2通过肘部3与大臂4连接，也通过该肘部3实现小臂2与大臂4的相对运动。

所述肘部3包括一肘部摆动机构和一肘部旋转机构。

如图2及图3所示，所述肘部摆动机构包括一肘部摆动轴19连接于小臂2，肘部摆动轴19的一端与一肘部大带轮7通过键连接，肘部大带轮7通过一肘部同步带8连接一肘部小带轮9，肘部小带轮9与一肘部摆动直流电机22连接。肘部摆动轴19的另一端连接一第一肘部直齿轮20，一第二肘部直齿轮21与该第一肘部直齿轮20啮合传动，该第二肘部直齿轮21的一侧设有一第一肘部电位计18，第一肘部电位计18与一肘部摆动支架24连接，当小臂2摆动时，第一肘部电位计18会记录小臂2的摆动角度。所述肘部3还设有同步带张紧装置，同步带张紧装置包括肘部带轮张紧块11和肘部带轮张紧片12组成，通过旋转张紧螺钉10，实现肘部同步带8的张紧。在实现小臂2摆动时，肘部摆动直流电机22通过带传动将动力传递给肘部摆动轴19，由于小臂2固定于肘部摆动轴19，因此带传动将肘部摆动直流电机22的旋转转化成小臂2的前后摆动。第一肘部电位计18记录小臂2的摆动角度，从而将信号反馈给控制系统，以控制小臂2的摆动。

所述肘部旋转机构包括一肘部旋转轴17，肘部旋转轴17的一端与肘部摆动支架24通过螺钉固定，另一端与肘部旋转支架23之间通过深沟球轴承（图中未示出）实现相对转动。肘部旋转轴17上设有一尼龙齿轮16，尼龙齿轮16两侧设有肘部电机齿轮13与尼龙齿轮16啮合传动，肘部电机齿轮13通过肘部旋转支架23连接一肘部旋转直流电机14以及一第二肘部电位计15。在实现小臂2旋转时，肘部旋转直流电机14通过肘部电机齿轮13与尼龙齿轮16的传动将动力传递给肘部旋转轴17，由于肘部旋转直流电机14固定于肘部旋转支架23，而肘部旋转支架23又固定于大臂4，大臂4不动时，肘部旋转轴17就带动肘部旋转支架23旋转，而小臂22固定于肘部摆动轴19，肘部摆动轴19又连接在肘部旋转支架23上。因此，肘部旋转直流电机14的旋转，就转化成了小臂2的旋转，由第二肘部电位计15记录小臂2的旋转角度，将信号反馈给控制系统，以控制小臂2的旋转。

上述是小臂2相对大臂4的旋转及摆动，以实现小臂2的多方向运动，从而使机器人手臂能够方便的抓取。

如图4至图6所示，肘部3的上方连接有大臂4，大臂4的上侧设有肩部5，肩部5上设有一大臂外展转轴31固定于大臂4上，大臂外展转轴31通过平键与一肩部大带轮38连接，肩部大带轮38通过一肩部同步带39与一肩部小带轮40相连，肩部小带轮40与一大臂外展直流电机32相连，肩部带轮张紧片41与大臂外展直流电机32相连，并且通过张紧螺钉30实现肩部同步带39张紧，第一肩部直齿轮33和第二肩部直齿轮34分别和第一肩部电位计43和大臂外展轴31相连，肩部摆动支架29与肩部空心轴45通过螺钉连接。在实现大臂4外展摆动时，大臂外展直流电机32通过带传动将动力传递给大臂外展转轴31，大臂4固定在大臂外展转轴31上，这样大臂外展直流电机32的旋转就转化成了大臂4的向外侧摆动，由第一肩部电位计43记录大臂4外展角度，将信号反馈给控制系统，以控制大臂4的外展。

大臂4上还设有一肩部旋转直流电机25连接于肩部旋转支架27，肩部旋转支架27通过肩部旋转箱体28固定到连接法兰6上，肩部旋转箱体28内设有一深沟球轴承46，其外圈与肩部旋转箱体28配合，内圈与肩部空心轴45配合，轴承外圈通过肩部轴承压盖44压紧，轴承内圈通过第三肩部旋转直齿轮47压紧。肩部旋转支架27通过肩部轴承压盖44定位后连接，第一肩部旋转直齿轮37和第二肩部旋转直齿轮42分别与肩部旋转直流电机25和第二肩部电位计36连接，第一肩部旋转直齿轮37与第二旋转直齿轮42相互啮合传动。当手臂整体前后摆动时，通过第一肩部旋转直齿轮37和第二肩部旋转直齿轮42的齿轮传动将动力传递给肩部空心轴45，肩部空心轴45固定在肩部摆动支架29上，利用所述肩部空心轴45，可放置内部电线，从而实现内部走线。肩部旋转直流电机25通过肩部旋转支架27和肩部旋转箱体28固定到连接法兰6上，连接法兰6可拆卸地装设于机器人本体上，可方便快捷的将连接法兰6自机器人本体上拆卸，从而将整个手臂拆卸下来，实现模块化。所述肩部旋转直流电机25通过驱动肩部空心轴45，带动肩部摆动支架29前后转动。大臂4通过大臂外展转轴31安装在肩部摆动支架29上，这样肩部摆动支架29就带动大臂4前后摆动。肩部旋转直流电机25的旋转就转化成了整条手臂的前后摆动。摆动过程中，由第二肩部电位计36记录整条手臂前后摆动的角度，将信号反馈给控制系统。

本发明的机器人手臂通过肘部3及肩部5的上述摆动及旋转结构来实现四自由度运动。

综上，本发明机器人手臂具有以下有益效果：

（1）肘部摆动轴19的旋转通过肘部同步带8传动实现，肘部摆动直流电机22与肘部带轮张紧片12连接，通过张紧螺钉10实现肘部同步带8张紧，使得肘部摆动直流电机22通过带传动将动力传递给肘部摆动轴19，由于小臂2固定于肘部摆动轴19，因此带传动将肘部摆动直流电机的旋转转化成小臂2的前后摆动。采用同步带传动，结构简单，重量轻，具有足够的走线空间，易于外观设计。

（2）大臂外展轴31的旋转通过肩部同步带39传动实现，大臂外展直流电机32与肩部张紧片41连接，通过张紧螺钉30实现肩部同步带39张紧，使得大臂外展直流电机32通过带传动将动力传递给大臂外展转轴31，大臂4固定在大臂外展转轴31上，这样大臂外展直流电机32的旋转就转化成了大臂4的向外侧摆动。

（3）深沟球轴承46安装于肩部空心轴45上，通过第三肩部旋转直齿轮47压紧深沟球轴承46内圈，通过肩部空心轴45可以使手部的电线进入到机器人本体内部。

（4）连接法兰6可拆卸地装设于机器人本体上，可方便快捷的将连接法兰6自机器人本体上拆卸，从而将整个手臂拆卸下来，实现模块化。

（5）整个手臂的摆动或旋转通过四个电位计记录，可通过系统精确的调节四自由度关节的运动。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (17)

1.一种机器人手臂，其特征在于，包括一手部机构，一小臂连接所述手部机构，一大臂的一端通过一肘部连接于所述小臂，所述大臂的另一端连接一肩部，所述肘部或/和所述肩部的关节通过带传动实现所述小臂与所述大臂、所述大臂与所述肩部之间的相对转动。

2.根据权利要求1所述的机器人手臂，其特征在于：所述肘部包括一肘部摆动轴固定连接于所述小臂，所述肘部摆动轴的一端连接一肘部大带轮，所述肘部大带轮通过一肘部同步带连接一肘部小带轮，从而实现带传动。

3.根据权利要求2所述的机器人手臂，其特征在于：还包括一同步带张紧装置，所述同步带张紧装置包括一肘部带轮张紧块和一肘部带轮张紧片，通过旋转张紧螺钉，实现所述肘部同步带的张紧。

4.根据权利要求2所述的机器人手臂，其特征在于：所述肘部小带轮与一肘部摆动直流电机连接，所述肘部摆动直流电机提供动力，通过带传动转化为所述小臂的摆动。

5.根据权利要求2所述的机器人手臂，其特征在于：所述肘部摆动轴的另一端连接一第一肘部直齿轮以及一第二肘部直齿轮，所述第二肘部直齿轮与所述第一肘部直齿轮啮合传动。

6.根据权利要求5所述的机器人手臂，其特征在于：所述第一肘部直齿轮或所述第二肘部直齿轮的一侧设有一第一肘部电位计，记录所述小臂的摆动角度。

7.根据权利要求1所述的机器人手臂，其特征在于：所述肘部还包括一肘部旋转支架固定于所述大臂，一肘部旋转轴与所述肘部旋转支架通过至少一深沟球轴承实现相对旋转。

8.根据权利要求7所述的机器人手臂，其特征在于：所述肘部旋转轴上设有一尼龙齿轮及至少一肘部电机齿轮与所述尼龙齿轮啮合传动，所述肘部直齿轮通过所述肘部旋转支架连接一肘部旋转直流电机以及一第二肘部电位计，所述肘部旋转直流电机提供动力，通过齿轮传动将动力传递给所述肘部旋转轴，从而实现所述小臂与所述大臂的相对旋转。

9.根据权利要求1所述的机器人手臂，其特征在于：所述肩部设有一大臂外展转轴与所述大臂固定，所述大臂外展转轴与一肩部大带轮连接，所述肩部大带轮通过一肩部同步带与一肩部小带轮相连，通过带传动实现所述肩部与所述大臂的相对摆动。

10.根据权利要求8所述的机器人手臂，其特征在于：所述肩部小带轮与一大臂外展直流电机相连，一肩部带轮张紧片与所述大臂外展直流电机相连，并且通过张紧螺钉实现所述肩部同步带的张紧，从而实现同步张紧。

11.根据权利要求8所述的机器人手臂，其特征在于：所述大臂外展转轴一侧设有一第一肩部直齿轮和一第二肩部直相互齿轮啮合传动。

12.根据权利要求11所述的机器人手臂，其特征在于：所述第一肩部直齿轮或所述第二肩部直齿轮设有一第一肩部电位计。

13.根据权利要求1所述的机器人手臂，其特征在于：所述肩部设有一肩部旋转支架，一肩部旋转直流电机连接于所述肩部旋转支架，所述肩部旋转支架通过一肩部旋转箱体连接至一连接法兰上，所述连接法兰连接于一机器人本体上。

14.根据权利要求13所述的机器人手臂，其特征在于：所述肩部旋转箱体内设有一深沟球轴承，其外圈与所述肩部旋转箱体配合，其内圈与一肩部空心轴配合。

15.根据权利要求14所述的机器人手臂，其特征在于：所述肩部空心轴内可放置内部电线，实现内部走线。

16.根据权利要求13所述的机器人手臂，其特征在于：所述连接法兰可拆卸的装设于所述机器人本体上。

17.根据权利要求1所述的机器人手臂，其特征在于：所述机器人手臂具有四自由度。