CN106313009B - 多关节机器人 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种多关节机器人，属于机器人领域。所述多关节机器人包括一上身壳体和两手臂壳体，手臂壳体包括大臂壳体和小臂壳体，大臂壳体第一端连接上身壳体，大臂壳体第二端通过第一旋转摆动机构连接小臂壳体，第一旋转摆动机构的第一电机带动小臂壳体绕着第一电机的输出轴转动，用以模拟人类肘关节的旋转动作，具有一个自由度，第一旋转摆动机构的第二电机带动小臂壳体绕着换向器输出轴转动，用以模拟人类肘关节的摆动动作，具有一个自由度，因此，多关节机器人的手臂关节具有两个自由度，采用直流无刷行星减速电机作为第一电机和第二电机，使得本发明的成本不会像现有的采用舵机的多关节机器人一样费用高昂，但又具有多关节机器人的功能。

Description

多关节机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别涉及一种多关节机器人。

背景技术

在服装的展示方式上，衣服模特形成了职业模特和假体模特两种，其中假体模特由仿人体的模型穿戴，以固定的姿态展示服装，广泛应用于店铺的橱窗和展台，成本较低，可以长时间持续展示服装，但由于假体模特不能模拟出在动态下的穿戴效果，且不能给消费者造成强烈的视觉冲击以增强购买欲。

因此，为了解决上述问题，现有的衣服模特采用了动态的衣服模特，例如中国专利公开的2015105011702“一种十六自由度衣服模特机器人”，其通过舵机驱动各关节转动，以达到衣服模特动态的效果，目前国产舵机性能无法达到使用要求，而进口的舵机价格较高，会提高模特机器人的生产成本。

发明内容

本发明的主要目的在于提供了一种通过动态展示服装，且成本低的多关节机器人。

为达到以上目的，本发明提供了一种多关节机器人，包括一上身壳体和两手臂壳体，所述手臂壳体包括大臂壳体和小臂壳体，所述大臂壳体第一端连接所述上身壳体，所述大臂壳体第二端通过第一旋转摆动机构连接所述小臂壳体，所述第一旋转摆动机构包括第一电机、大臂连接件、第一法兰、换向器连接件、齿轮换向器、第二法兰、联轴器、小臂连接件和第二电机，大臂连接件与所述大臂壳体第二端套接，且大臂连接件上固定有所述第一电机，所述第一电机位于所述大臂壳体内部，且所述第一电机的输出轴穿过所述大臂连接件连接所述旋转支架，所述旋转支架呈n型，且所述旋转支架两侧分别通过所述换向器连接件连接所述齿轮换向器两侧的输出轴，所述齿轮换向器还通过所述联轴器连接所述第二电机的输出轴，所述第二法兰套设在所述联轴器外侧，其中所述第二电机固定在所述小臂连接件上，所述小臂连接件位于所述第二电机和所述第二法兰之间，所述小臂连接件外套接所述小臂壳体，且所述第二电机位于所述小臂壳体内部。

进一步，所述大臂壳体第一端通过第二旋转摆动机构与所述上身壳体连接，所述第二旋转摆动机构包括第一侧板、第三电机、第一轴承座、第一从动装置、第一主动装置、皮带、旋转轴、旋转基座、第四电机、皮带、第二主动装置、第二从动装置、第二轴承座、支撑轴、摆动连接件和肩部连接件，所述第一侧板固定在所述上身壳体内部，所述第一侧板上固定有所述第三电机，所述第三电机位于所述上身壳体内部，且所述第三电机的输出轴穿出所述第一侧板套接有所述第一主动装置，所述第一主动装置齿轮传动连接或皮带传动连接有所述第一从动装置，所述第一从动装置套接有所述旋转轴，所述旋转轴穿进所述第一侧板套接所述第二轴承，所述第二轴承和所述第三电机位于所述第一侧板的同一侧，且所述第二轴承外套接有所述第一轴承座，所述第一轴承座固定在所述第一侧板上；

所述第一从动装置上还连接有旋转基座，所述旋转基座呈L型，包括相互垂直的第一支板和第二支板，所述第一支板连接所述第一从动装置，所述第二支板上设置有所述第四电机，所述第四电机的输出轴穿出所述第二支板套接所述第二主动装置，所述第二主动装置齿轮传动或皮带传动连接所述第二从动装置，所述第二从动装置内套接有所述支撑轴，所述支撑轴穿过所述第二支板套接所述第二轴承座，所述第二轴承座和所述第四电机位于第二支板的同一侧，且所述第二轴承座固定在所述第二支板上；

所述第二轴承座上还连接有所述摆动连接件，所述摆动连接件呈L型，包括相互垂直的第三支板和第四支板，所述第三支板与所述第二轴承座连接，所述第四支板与所述肩部连接件连接，所述肩部连接件与所述大臂壳体第一端套接。

进一步，所述手臂壳体还包括手部壳体，所述手部壳体与所述小臂壳体为组装结构或一体化结构。

进一步，还包括头部壳体，所述头部壳体位于所述上身壳体上侧，所述上身壳体内设置有第一固定板，所述第一固定板固定在两所述第一侧板之间，所述第一固定板上固定有第五电机，所述第五电机位于所述上身壳体内部，且所述第五电机的输出轴穿出所述第一固定板外套接第三法兰，所述第三法兰通过头部转动支架连接所述头部壳体。

进一步，所述头部转动支架呈L型，包括相互垂直的第五支板和第六支板，所述第五支板连接所述第三法兰，所述第六支板穿进所述头部壳体连接第四法兰，所述第四法兰连接第六电机的输出轴，所述第六电机和所述第五电机相互垂直设置，且所述第六电机固定在头部摆动支架上，所述头部摆动支架固定在所述头部壳体内。

进一步，所述头部摆动支架呈L型，包括相互垂直的第七支板和第八支板，所述第七支板固定在所述头部壳体内，所述第八支板上固定有所述第六电机，所述第六电机穿过所述第八支板连接所述第四法兰。

进一步，还包括下身壳体，所述下身壳体位于所述上身壳体的下侧，所述上身壳体内固定有第二固定板，所述第二固定板上固定有第七电机，所述第七电机位于所述上身壳体内部，且所述第七电机穿出所述第二固定板套接主动齿轮，所述主动齿轮啮合有从动齿轮，所述从动齿轮内套接有腰部固定轴，所述腰部固定轴第一端穿进所述第二固定板内套接第一轴承，所述第一轴承外套接有轴承套，所述轴承套固定在所述第二固定板上，所述腰部固定轴第二端固定连接所述下身壳体。

进一步，还包括主体框架，所述主体框架包括两第二侧板和一连接板，两所述第二侧板分别固定在所述第二固定板两侧，两所述第二侧板之间还固定有所述连接板，所述连接板位于所述第二固定板上侧，两所述第一侧板均固定在所述连接板上，且所述第一固定板位于所述连接板上侧。

进一步，两所述第二侧板之间的距离大于两所述第一侧板之间的距离；

两所述第二侧板和两所述第一侧板之间均连接有加强板。

进一步，所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机、所述第四电机、所述第五电机、所述第六电机和所述第七电机均为直流无刷行星减速电机。

本发明提供了如下优点：

(1)本发明的上身壳体、下身壳体和手臂壳体用以承载服装，并通过驱动电机来控制各关节的转动，用以模拟出人在各种姿态下的穿戴效果。

(2)本发明的第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机和第六电机均为直流无刷行星减速电机，大大降低了多关节机器人的成本。

(3)本发明用以模拟人体各关节的动作，其中头部具有两个自由度，腰部具有一个自由度，肩膀具有两个自由度，肘关节具有两个自由度。

以下结合附图及实施例进一步说明本发明。

附图说明

图1为本发明所述多关节机器人的结构示意图；

图2为本发明所述主体框架的结构示意图；

图3为本发明所述上身壳体的结构示意图；

图4为本发明所述第一手臂机构示意图。

图中：

100-头部壳体；101-第六电机；102-头部摆动支架；103-第四法兰；104-头部转动支架；105-第三法兰；106-第五电机；

200-主体框架；201-孔；202-第七电机；203-主动齿轮；204-从动齿轮；205-轴承套；206-腰部固定轴；207-第二固定板；208-第一固定板；209-第二侧板；210-连接板；211-第一侧板；212-加强板；

300-手臂壳体；301-第三电机；302-第一主动装置；303-皮带；304-第一从动装置；305-第一轴承座；306-旋转轴；307-旋转基座；308-第四电机；309-第二主动装置；310-皮带；311-第二从动装置；312-第二轴承座；313-支撑轴；314-摆动连接件；315-肩部连接件；316-大臂壳体；317-第一电机；318-大臂连接件；319-第一法兰；320-旋转支架；321-换向器连接件；322-齿轮换向器；323-第二法兰；324-联轴器；325-小臂连接件；326-第二电机；327-小臂壳体；328-手部壳体；

400-上身壳体；500-下身壳体；600-基座。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本发明的多关节机器人主要包括上身壳体400和手臂壳体300，而与上身壳体400连接的头部壳体100和下身壳体500可根据实际情况进行选择安装。

参见图1和图4，示出了根据本发明优选实施例所述的一种多关节机器人，包括一上身壳体400和两手臂壳体300，手臂壳体300包括大臂壳体316和小臂壳体327，大臂壳体316第一端连接上身壳体400，大臂壳体316第二端通过第一旋转摆动机构连接小臂壳体327，第一旋转摆动机构包括第一电机317、大臂连接件318、第一法兰319、换向器连接件321、齿轮换向器322、第二法兰323、联轴器324、小臂连接件325和第二电机326，第一电机317固定在大臂连接件318上，且第一电机317的输出轴穿过大臂连接件318连接旋转支架320，旋转支架320呈n型，且旋转支架320两侧分别通过换向器连接件321连接齿轮换向器322两侧的输出轴，其中齿轮换向器322为锥齿轮换向器，齿轮换向器322还通过联轴器324连接第二电机326的输出轴，第二法兰323套设在联轴器324外侧，其中第二电机326固定在小臂连接件325上，小臂连接件325位于第二电机326和第二法兰323之间，其中第一旋转摆动机构与大臂壳体316和小臂壳体327组装时，第一旋转摆动机构的大臂连接件318套接大臂壳体316，且第一电机317位于大臂壳体316内部，小臂连接件325套接小臂壳体327，该第二电机326位于小臂壳体327内部，第一电机317带动小臂壳体327绕着第一电机317的输出轴转动，用以模拟人类肘关节的旋转动作，其具有一个自由度，第二电机326带动小臂壳体327绕着换向器322输出轴转动，用以模拟人类肘关节的摆动动作，其具有一个自由度，因此，多关节机器人的肘部具有两个自由度，另外，第一旋转摆动机构结构紧凑且体积小，可安装于大臂壳体316和小臂壳体327之间。

在本实施例中，大臂壳体316第一端通过第二旋转摆动机构与上身壳体400连接，第二旋转摆动机构包括第一侧板211、第三电机301、第一轴承座305、第一从动装置304、第一主动装置302、皮带303、旋转轴306、旋转基座307、第四电机308、皮带310、第二主动装置309、第二从动装置311、第二轴承座312、支撑轴313、摆动连接件314和肩部连接件315，第一侧板211固定在上身壳体400内部，第一侧板211上固定有第三电机301，第三电机301位于上身壳体400内部，且第三电机301的输出轴穿出第一侧板211套接有第一主动装置302，第一主动装置302齿轮传动连接或皮带303传动连接有第一从动装置304，第一从动装置304套接有旋转轴306，旋转轴306穿进第一侧板211套接第二轴承，第二轴承和第三电机301位于第一侧板211的同一侧，且第二轴承外套接有第一轴承座305，第一轴承座305固定在第一侧板211上，第一从动装置304上还连接有旋转基座307，旋转基座307呈L型，包括相互垂直的第一支板和第二支板，第一支板连接第一从动装置304，第二支板上设置有第四电机308，第四电机308的输出轴穿出第二支板套接第二主动装置309，第二主动装置309齿轮传动或皮带310传动连接第二从动装置311，第二从动装置311内套接有支撑轴313，支撑轴313穿过第二支板套接第二轴承座312，第二轴承座312和第四电机308位于第二支板的同一侧，且第二轴承座312固定在第二支板上，第二轴承座312上还连接有摆动连接件314，摆动连接件314呈L型，包括相互垂直的第三支板和第四支板，第三支板与第二轴承座312连接，第四支板与肩部连接件315连接，肩部连接件315与大臂壳体316第一端套接，第三电机301带动手臂壳体300绕着第三电机301输出轴轴线转动，用以模拟人肩部关节的旋转动作，其具有一个自由度，第四电机308带动手臂壳体300绕着支撑轴313轴线转动，用以模拟人肩部关节的摆动动作，其具有一个自由度，因此，多关节机器人的肩部具有两个自由度。

在本实施例中，手臂壳体300还包括手部壳体328，手部壳体328可与小臂壳体327为组装结构或一体化结构。

在本实施例中，手臂壳体300均采用上述结构。

在本实施例中，上身壳体400内部设置有两块第一侧板211和两个第三电机301，由于受上身壳体400尺寸影响，该两第三电机301的轴线不能位于同一水平线上，因此需要错开设置。

如图1至图3所示，所述多关节机器人还包括头部壳体100，头部壳体100位于上身壳体400上侧，其中，上身壳体400内设置有第一固定板208，第一固定板208固定在两第一侧板211之间，第一固定板208上固定有第五电机106，第五电机106位于上身壳体400内部，且第五电机106的输出轴穿出第一固定板208外套接第三法兰105，第三法兰105通过头部转动支架104连接头部壳体100，第五电机106带动头部壳体100绕着第五电机106的输出轴转动，从而实现头部壳体100旋转动作，即模拟人类头部的旋转动作，其具有一个自由度。

在本实施例中，头部转动支架104呈L型，包括相互垂直的第五支板和第六支板，第五支板连接第三法兰105，第六支板穿进头部壳体100连接第四法兰103。第四法兰103连接第六电机101的输出轴，第六电机101和第五电机106相互垂直设置，且第六电机101固定在头部摆动支架102上，头部摆动支架102固定在头部壳体100内，第六电机101带动头部壳体100绕着第六电机101的输出轴转动，从而模拟人类头部的低头或仰头动作，其具有一个自由度。

在本实施例中，头部摆动支架102呈L型，包括相互垂直的第七支板和第八支板，第七支板固定在头部壳体100内，第八支板上固定有第六电机101，第六电机101穿过第八支板连接第四法兰103。

在本实施例中，第六电机101与第七支板分别位于第八支板的同一侧。

在其它实施例中，第六电机101与第七支板分别位于第八支板的两侧。

在本实施例中，第一固定板208第一端的水平高度低于第二固定板208第二端的水平高度，且头部壳体100的面部朝向第一固定板208第一端。

如图1和图2所示，所述多关节机器人还包括下身壳体500，下身壳体500位于上身壳体400的下侧，上身壳体400内固定有第二固定板207，第二固定板207上固定有第七电机202，第七电机202位于上身壳体400内部，且第七电机202穿出第二固定板207套接主动齿轮203，主动齿轮203啮合有从动齿轮204，从动齿轮204内套接有腰部固定轴206，腰部固定轴206第一端穿进第二固定板207内套接第一轴承，第一轴承外套接有轴承套205，轴承套205固定在第二固定板207上，腰部固定轴206第二端固定连接下身壳体500，当第七电机202带动主动齿轮203转动时，由于从动齿轮204位置固定，因此主动齿轮203绕着从动齿轮204旋转，从而带动上身壳体400绕着腰部固定轴206转动，即模拟人类腰部的旋转动作，其具有一个自由度。

在本实施例中，下身壳体500固定在基座600上。

如图2所示，所述多关节机器人还包括主体框架200，主体框架200包括两第二侧板209和一连接板210，两第二侧板209分别固定在第二固定板207两侧，两第二侧板209之间还固定有连接板210，连接板210位于第二固定板207上侧，两第一侧板211均固定在连接板210上，且第一固定板208位于连接板210上侧。

在本实施例中，两第二侧板209之间的距离大于两第一侧板211之间的距离，其中两第二侧板209上分别通过挖孔201处理，用以减轻重量，还有，两第一侧板211可以是不规则形状，具体可根据实际情况进行设置。

在本实施例中，两第二侧板209和两第一侧板211之间均连接有加强板212，用于稳固结构。

在本实施例中，前述的第一电机317、第二电机326、第三电机301、第四电机308、第五电机106、第六电机101和第七电机202均为直流无刷行星减速电机，目前国产化的直流无刷行星减速电机价格低廉，因此，大大降低了多关节机器人的成本。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围采用，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (4)

1.多关节机器人，包括一上身壳体(400)和两手臂壳体(300)，其特征在于，所述手臂壳体(300)包括大臂壳体(316)和小臂壳体(327)，所述大臂壳体(316)第一端连接所述上身壳体(400)，所述大臂壳体(316)第二端通过第一旋转摆动机构连接所述小臂壳体(327)，所述第一旋转摆动机构包括第一电机(317)、大臂连接件(318)、第一法兰(319)、换向器连接件(321)、齿轮换向器(322)、第二法兰(323)、联轴器(324)、小臂连接件(325)和第二电机(326)，大臂连接件(318)与所述大臂壳体(316)第二端套接，且大臂连接件(318)上固定有所述第一电机(317)，所述第一电机(317)位于所述大臂壳体(316)内部，且所述第一电机(317)的输出轴穿过所述大臂连接件(318)连接旋转支架(320)，所述旋转支架(320)呈n型，且所述旋转支架(320)两侧分别通过所述换向器连接件(321)连接所述齿轮换向器(322)两侧的输出轴，所述齿轮换向器(322)还通过所述联轴器(324)连接所述第二电机(326)的输出轴，所述第二法兰(323)套设在所述联轴器(324)外侧，其中所述第二电机(326)固定在所述小臂连接件(325)上，所述小臂连接件(325)位于所述第二电机(326)和所述第二法兰(323)之间，所述小臂连接件(325)外套接所述小臂壳体(327)，且所述第二电机(326)位于所述小臂壳体(327)内部，

所述大臂壳体(316)第一端通过第二旋转摆动机构与所述上身壳体(400)连接，所述第二旋转摆动机构包括第一侧板(211)、第三电机(301)、第一轴承座(305)、第一从动装置(304)、第一主动装置(302)、皮带(303)、旋转轴(306)、旋转基座(307)、第四电机(308)、皮带(310)、第二主动装置(309)、第二从动装置(311)、第二轴承座(312)、支撑轴(313)、摆动连接件(314)和肩部连接件(315)，所述第一侧板(211)固定在所述上身壳体(400)内部，所述第一侧板(211)上固定有所述第三电机(301)，所述第三电机(301)位于所述上身壳体(400)内部，且所述第三电机(301)的输出轴穿出所述第一侧板(211)套接有所述第一主动装置(302)，所述第一主动装置(302)齿轮传动连接或皮带(303)传动连接有所述第一从动装置(304)，所述第一从动装置(304)套接有所述旋转轴(306)，所述旋转轴(306)穿进所述第一侧板(211)套接所述第二轴承，所述第二轴承和所述第三电机(301)位于所述第一侧板(211)的同一侧，且所述第二轴承外套接有所述第一轴承座(305)，所述第一轴承座(305)固定在所述第一侧板(211)上；

所述第一从动装置(304)上还连接有旋转基座(307)，所述旋转基座(307)呈L型，包括相互垂直的第一支板和第二支板，所述第一支板连接所述第一从动装置(304)，所述第二支板上设置有所述第四电机(308)，所述第四电机(308)的输出轴穿出所述第二支板套接所述第二主动装置(309)，所述第二主动装置(309)齿轮传动或皮带(310)传动连接所述第二从动装置(311)，所述第二从动装置(311)内套接有所述支撑轴(313)，所述支撑轴(313)穿过所述第二支板套接所述第二轴承座(312)，所述第二轴承座(312)和所述第四电机(308)位于第二支板的同一侧，且所述第二轴承座(312)固定在所述第二支板上；

所述第二轴承座(312)上还连接有所述摆动连接件(314)，所述摆动连接件(314)呈L型，包括相互垂直的第三支板和第四支板，所述第三支板与所述第二轴承座(312)连接，所述第四支板与所述肩部连接件(315)连接，所述肩部连接件(315)与所述大臂壳体(316)第一端套接，

还包括头部壳体(100)，所述头部壳体(100)位于所述上身壳体(400)上侧，所述上身壳体(400)内设置有第一固定板(208)，所述第一固定板(208)固定在两所述第一侧板(211)之间，所述第一固定板(208)上固定有第五电机(106)，所述第五电机(106)位于所述上身壳体(400)内部，且所述第五电机(106)的输出轴穿出所述第一固定板(208)外套接第三法兰(105)，所述第三法兰(105)通过头部转动支架(104)连接所述头部壳体(100)，

所述头部转动支架(104)呈L型，包括相互垂直的第五支板和第六支板，所述第五支板连接所述第三法兰(105)，所述第六支板穿进所述头部壳体(100)连接第四法兰(103)，所述第四法兰(103)连接第六电机(101)的输出轴，所述第六电机(101)和所述第五电机(106)相互垂直设置，且所述第六电机(101)固定在头部摆动支架(102)上，所述头部摆动支架(102)固定在所述头部壳体(100)内，

还包括下身壳体(500)，所述下身壳体(500)位于所述上身壳体(400)的下侧，所述上身壳体(400)内固定有第二固定板(207)，所述第二固定板(207)上固定有第七电机(202)，所述第七电机(202)位于所述上身壳体(400)内部，且所述第七电机(202)穿出所述第二固定板(207)套接主动齿轮(203)，所述主动齿轮(203)啮合有从动齿轮(204)，所述从动齿轮(204)内套接有腰部固定轴(206)，所述腰部固定轴(206)第一端穿进所述第二固定板(207)内套接第一轴承，所述第一轴承外套接有轴承套(205)，所述轴承套(205)固定在所述第二固定板(207)上，所述腰部固定轴(206)第二端固定连接所述下身壳体(500)，

还包括主体框架(200)，所述主体框架(200)包括两第二侧板(209)和一连接板(210)，两所述第二侧板(209)分别固定在所述第二固定板(207)两侧，两所述第二侧板(209)之间还固定有所述连接板(210)，所述连接板(210)位于所述第二固定板(207)上侧，两所述第一侧板(211)均固定在所述连接板(210)上，且所述第一固定板(208)位于所述连接板(210)上侧，

所述第一电机(317)、所述第二电机(326)、所述第三电机(301)、所述第四电机(308)、所述第五电机(106)、所述第六电机(101)和所述第七电机(202)均为直流无刷行星减速电机。

2.如权利要求1所述的多关节机器人，其特征在于，所述手臂壳体(300)还包括手部壳体(328)，所述手部壳体(328)与所述小臂壳体(327)为组装结构或一体化结构。

3.如权利要求1所述的多关节机器人，其特征在于，所述头部摆动支架(102)呈L型，包括相互垂直的第七支板和第八支板，所述第七支板固定在所述头部壳体(100)内，所述第八支板上固定有所述第六电机(101)，所述第六电机(101)穿过所述第八支板连接所述第四法兰(103)。

4.如权利要求1所述的多关节机器人，其特征在于，两所述第二侧板(209)之间的距离大于两所述第一侧板(211)之间的距离；

两所述第二侧板(209)和两所述第一侧板(211)之间均连接有加强板(212)。