CN104723357B - 机器人臂及包括该机器人臂的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人臂，其包括连接到线缆的端部并且在牵拉线缆时可转动的第一关节部，通过连杆连接到第一关节部的第二关节部，和由可转动地安装在第二关节部的旋转板与被设置成连续地接触旋转板的一对导辊组成的导线器，其中线缆在导辊之间通过。

Description

机器人臂及包括该机器人臂的机器人

技术领域

本公开涉及机器人臂和包括该机器人臂的机器人。更具体地，本公开涉及机器人臂和包括该机器人臂的机器人，其防止线缆的长度由在机器人臂中的关节的旋转而改变，所述机器人臂具有多个由线缆驱动的关节。

背景技术

具体地，机器人臂，在工业安装中使用的可佩带的机器人臂通常由多个连杆和关节组成，从而与佩带者的手臂一起移动。机器人臂给佩带者的动作增添了辅助力，从而允许佩带者通过抓住物体容易地运输较重的物体。

在相关技术领域中，在可佩带的机器人臂的每个关节中设置了电动机，因此，在整个手臂上提供了多个电动机。但是，这多个电动机使机器人臂的重量过度增大，并且当由于过重而使佩带者变得疲劳时，工作效率就显著下降。

相应地，为解决该问题，在近几年，已经不再为每个关节提供电动机，而是提供连接多个关节的线缆和驱动线缆的驱动单元。而且，多个关节已经通过少量的驱动单元移动，因此减少了机器人臂的重量。然而，为操作特定的连杆，当通过向线缆施加张力来操作机器人手臂时，在连杆的相对角度改变的同时，线缆的长度不能改变。

在本背景部分中所公开的以上信息仅为增加对本发明的背景的理解，并且因此其不应被看作该信息形成对本领域的技术人员已知的相关技术的确认。

发明内容

本公开已经致力提供机器人臂和具有该机器人臂的机器人，该机器人臂包括允许线缆通过关节的中心的导线器，所述关节的角度一直在改变，以防止与特定连杆接合的线缆的长度由于连杆之间的角度的改变而改变。

在优选的实施例中，机器人臂可包括：与线缆的端部连接以便在牵拉线缆时旋转的第一关节部；通过连杆与第一关节部连接的第二关节部；和由可旋转地安装在第二关节部的旋转板和被设置成连续地接触旋转板的一对导辊(idle roller)组成的导线器，其中线缆在导辊之间通过。

插入到第二关节部的插入轴被设置在旋转板上，并且在插入轴的外周表面设置有轴承。因此，第二关节部可围绕插入轴旋转。在旋转板的轴向上可插入一对导辊轴，并且导辊可被设置在导辊轴的端部。该对导辊可被设置成从旋转板向外突出。该对导辊被放置成使得该对导辊彼此接触的点连续地位于旋转板的中心轴线上。该对导辊可被放置成使该对导辊彼此接触的点连续地位于第二关节部的中心轴线上。线缆可连续地通过该对导辊的接触点。

根据本公开的实施例的机器人臂可包括：第一连杆，其一端连接到线缆并且当牵拉线缆时旋转；第二连杆，其一端可旋转地连接到第一连杆的另一端；第三连杆，其一端可旋转连接到第二连杆的另一端；和导线器，其可在第二连杆和第三连杆互相接触的位置自由转动，并且一对彼此接触的导辊被设置在导线器上。

自由旋转的旋转板可被布置在第二连杆和第三连杆彼此接触的位置上，并且导线器被设置在旋转板上。一对导辊的接触点可被设置在旋转板的中心轴线上。通过该对导辊的接触点，线缆可连续地经过，并且当第二连杆旋转时，线缆围绕作为轴的导辊弯曲。当线缆弯曲时，导辊可转动，使得连接各自导辊的中心的线将线缆的弯曲角分成两半。

根据本公开的实施例的机器人可包括机器人臂，该机器人臂具有与线缆的端部连接以便当牵拉该线缆时旋转的第一关节部，通过连杆与第一关节部连接的第二关节部，和在其上的一对导辊被设置成连续地与可旋转地布置在第二关节部上的旋转板接触的导线器。

根据具有上述结构的机器人臂，由于线缆的长度不因连杆之间的角度的改变而改变，所以可准确控制要操作的目标连杆。进一步地，因为结构不复杂，因此降低了对操作失败的担心，并且可均匀且连续地提供操作力以提高产品的价值。

附图说明

现在，将参考由附图例证的某些示例性实施例详细描述本发明的上述和其他特征，其中附图在下文中仅作为例证说明给出，因此并非限制本发明，其中：：

图1为根据本公开的实施例的机器人臂和包括该机器人臂的机器人的配置图；

图2为根据本公开的实施例的沿线A-A的机器人臂和包括该机器人臂的机器人的截面图；以及

图3为说明根据本公开的实施例的机器人臂和包括该机器人臂的机器人的操作状态的图。

应当理解，附图不必按比例绘制，而是呈现出说明本发明基本原理的各种特征的稍简化表示。本文所公开的本发明的特定设计特征，包括例如特定尺寸、取向、位置和形状，部分地由预期的特定应用和使用环境来确定。在附图中，贯穿于附图的几个图中，相同的附图标记指代本发明的相同或等同部件。

具体实施方式

在下文将详细参考本公开的各种实施例，其中本公开的实例在附图中示出并且在下面进行描述。尽管本公开将结合示例性实施例进行描述，但应该清楚，本说明并非旨在将本公开限制到那些示例性实施例。相反，本公开不仅旨在覆盖示例性实施例，而且也覆盖包括在如由所附权利要求所限定的本公开的精神和保护范围内的各种变化、修改、等效和其他实施例。

这里使用的术语只是用于说明特定的实施例，并不意图限制本发明。这里使用的单数形式意图还包括复数形式，除非上下文明确地另有说明。另外要明白当用在本说明书中时，术语“包括”指定陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，不过并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合的存在或增加。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列术语的任何或全部的组合。

在下文中，将参考附图描述本公开的机器人臂和包括该机器人臂的机器人的优选实施例。

图1为根据本公开的实施例的机器人臂和包括该机器人臂的机器人的配置图。根据本公开的实施例的机器人臂和包括该机器人臂的机器人包括：与线缆200的端部连接并且在牵拉线缆200时转动的第一关节部120；通过连杆连接到第一关节部120的第二关节部140；和由可旋转地安装在第二关节部140的旋转板310与被设置成连续接触旋转板310的一对导辊331组成的导线器300，其中线缆200在导辊331之间通过。

更详细地，机器人臂包括第一连杆110、第二连杆130和第三连杆150，并且可包括：由第一连杆110的一端与第二连杆130的一端组成的、具有待与铰链销结合的通孔的第一关节部120，和由第二连杆130的另一端与第三连杆150的一端组成的也具有通孔的第二关节部140。当牵拉线缆200时，线缆200用来在牵拉的方向上使第一关节部120和第一连杆110转动。在第一连杆110处可设置夹持器(未示出)或其他连杆，并且第三连杆150的另一端可结合到安装机器人臂的机器人的上部(未示出)，或与另一个连杆再接合。可选择地，第二关节部140可接合到机器人的上部。

同时，第二连杆130与除上述线缆200之外的另外的线缆200连接，因此，当通过牵拉另外的线缆200施加外力时，第二连杆130可围绕第二关节部140的中心点旋转，并且在旋转时，第二连杆130与第三连杆150形成预定的角度。因此，在根据本公开的实施例的机器人臂中，即使在第二连杆130和第三连杆150之间的角度改变，但为了防止线缆200因此而产生的长度变化，在第二关节部140处设置了导线器300，从而，允许线缆200连续地通过第二关节部140的中心点，而与第二关节部140的转动无关。

图2更详细地描述了用于以上操作的导线器300的构造，其中插入到第二关节部140的插入轴311被设置在旋转板310上，并且在插入轴311的外周表面上设置有轴承312。因此，第二关节部140和第三关节部被设置成可绕插入轴311枢转。

旋转板310具有一个暴露于外部的表面，并且另一个表面面向第二关节部140的内部。插入轴311可以是沿着旋转板310的外周表面形成的圆柱形面板，或者可以形成为在旋转板的另一个表面上朝向第二关节部140的内部延伸的圆柱形的棒状。插入轴311的形状可以应用到各个实施方式中。

同时，在旋转板310的轴向上，将具有圆棒形状的一对导辊轴330插入，并且导辊331优选地设置在导辊轴330的端部。进一步地，该对导辊331优选地被设置成从旋转板310向外突出。因此，当导辊轴330插入到旋转板310时，其一端部暴露到外部，并且导辊331被安装在所暴露的端部。导辊331可为由不同于导辊轴的材料制成的分开的导辊331，或者导辊331可通过沿着导辊轴330的外周表面在导辊轴330的端部上形成突起而配置。进一步地，导辊轴330可从外部插入到旋转板310中或可从旋转板310上突出。

同时，该对导辊331优选地被放置成使得该对导辊331彼此接触的点连续地位于旋转板310的中心轴线上。为此，导辊轴330和导辊331优选地被放置成围绕旋转板310的中心轴线400彼此面对。进一步地，该对导辊331优选地被放置成使得该对导辊331彼此接触的点连续地位于第二关节部140的中心轴线上。此外，线缆200优选地被配置成连续地通过该对导辊331的接触点。即，使线缆200定位成连续地通过在该对导辊331之间。

因此，旋转板310的中心轴线400与第二关节部140的中心轴线连续地叠合，并且线缆200通过连续地可旋转的旋转板310的中心轴线400，和第二连杆130与第三连杆150的中心轴线。因此，线缆200可连续地通过预定的点而不受来自第二关节部140的转动的任何影响。

图3为示出根据本公开的实施例的机器人臂的操作状态的图。如上所述，线缆200被设置成与第一连杆110连接，并且在一对导辊331之间通过。图3(A)示出第二连杆130和第三连杆150位于同一条线上，并且线缆200通过旋转板310的中心轴线400的情况。然后，当第二连杆130通过外力转动时，第二连杆130如图3(B)所示转动，并且第一连杆也一起移动，且因此，线缆200围绕导辊331弯曲。在这种情况下，当线缆200弯曲时，旋转板310也一起转动，并且如上所述，旋转板310可相对于第二关节部140转动，并且导辊331通过线缆200的力的平衡连续地位于线缆200的弯曲部分。因此，不管线缆200的弯曲角如何，导辊331连续地位于线缆200的弯曲部分的中心。即，连接一对导辊331的中心的线连续地平分由线缆200形成的角。

旋转板310可以转动，并且因为导辊331形成为一对，因此，不管线缆200的弯曲度和弯曲方向(例如，顺时针方向和逆时针方向)如何，线缆200均被支撑在两侧。因此，线缆200可通过旋转板310的中心轴线400，并且当未牵拉线缆200时，即使线缆200弯曲，起初位于旋转板310的中心轴线400上的线缆200的点仍位于旋转板310的中心轴线400上。相应地，由于从位于旋转板310的中心轴线400上的线缆220的点直到与第一连杆110连接的端部的长度大体上保持恒定，所以，即使线缆200由于第二连杆130的转动而弯曲，也能够防止故障和/或误操作。

同时，在导辊331的直径过大的情况下，线缆200的弯曲角就大，当线缆200在导辊331的外周表面上移动时，线缆200的长度可能改变。因此，导辊331的直径优选地设为这样的值，即，在线缆200的弯曲角的可允许的范围内使由外周表面而产生的长度变化最小的值。

根据具有上述结构的机器人臂，因为线缆200的长度保持恒定，与连杆的角度无关，所以可准确控制要操作的目标连杆。而且，该结构不复杂，因此，降低了对失败的担心，并且可连续提供均匀的操作力，从而提高产品的价值。

已参照优选实施例详细描述了本发明的内容。然而，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的原则和精神的情况下，可在这些实施例中进行改变，本发明的范围由所附权利要求及其等效限定。

Claims (11)

1.一种机器人臂，包括：

第一关节部，连接到线缆的端部并且在牵拉所述线缆时可转动；

第二关节部，通过连杆连接到所述第一关节部；以及

导线器，由可转动地安装在所述第二关节部的旋转板和被设置成连续地接触所述旋转板的一对导辊组成，其中所述线缆在所述导辊之间通过，

其中将所述一对导辊放置成使所述一对导辊相互接触的点连续地位于所述旋转板的中心轴线上。

2.根据权利要求1所述的机器人臂，其中在所述旋转板上设置有插入到所述第二关节部的插入轴，并且在所述插入轴的外周表面设置有轴承，使得所述第二关节部可围绕所述插入轴转动。

3.根据权利要求2所述的机器人臂，其中在所述旋转板的轴方向上插入一对导辊轴，并且所述一对导辊中的每个被分别设置在所述一对导辊轴中的一个的端部。

4.根据权利要求1所述的机器人臂，其中所述一对导辊被设置成从所述旋转板向外突出。

5.根据权利要求1所述的机器人臂，其中将所述一对导辊放置成使所述一对导辊相互接触的点连续地位于所述第二关节部的中心轴线上。

6.根据权利要求1所述的机器人臂，其中所述线缆连续地通过所述一对导辊的接触点。

7.一种机器人臂，包括：

第一连杆，所述第一连杆的一端与线缆连接并且在牵拉所述线缆时旋转；

第二连杆，所述第二连杆的一端可转动地连接到所述第一连杆的另一端；

第三连杆，所述第三连杆的一端可转动地连接到所述第二连杆的另一端；以及

导线器，所述导线器在所述第二连杆和所述第三连杆互相连接的位置自由旋转，并且在所述导线器上设置有一对彼此接触的导辊，

其中将所述一对导辊放置成使所述一对导辊相互接触的点连续地位于所述旋转板的中心轴线上。

8.根据权利要求7所述的机器人臂，其中自由旋转的旋转板被布置在所述第二连杆和所述第三连杆互相连接的位置，并且所述导线器被设置在所述旋转板上。

9.根据权利要求7所述的机器人臂，其中所述线缆连续地经过所述一对导辊的接触点，并且当所述第二连杆转动时，所述线缆围绕作为轴的所述一对导辊中的一个或多个弯曲。

10.根据权利要求9所述的机器人臂，其中当所述线缆弯曲时，所述一对导辊中的一个或多个转动，使得连接所述一对导辊中的一个或多个的中心的线将所述线缆的弯曲角划分成两半。

11.一种包括机器人臂的机器人，所述机器人臂具有连接到线缆的端部并且在牵拉所述线缆时可转动的第一关节部，通过连杆连接到所述第一关节部的第二关节部，和导线器，在所述导线器上，一对导辊被设置成连续地接触可转动地布置在所述第二关节部上的旋转板，其中将所述一对导辊放置成使所述一对导辊相互接触的点连续地位于所述旋转板的中心轴线上。