CN106737609A - 一种可拼装的教学级六自由度机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可拼装的教学级六自由度机械臂，包括骨架和关节，骨架包括依次连接的底座(1)、支架(2)、大臂板(3)、小臂板(4)、腕部板(5)、腕部摆动板(6)和可换末端(7)，关节包括大臂旋转舵机(11)、大臂摆动舵机(12)、小臂摆动舵机(13)、腕部旋转舵机(14)、腕部摆动舵机(15)及末端旋转舵机(16)，可换末端(7)设有夹持部。与现有技术相比，本发明具有结构简单、装配方便、运转可靠、适用范围广、能满足多种教学需求等优点。

Description

一种可拼装的教学级六自由度机械臂

技术领域

本发明涉及一种六自由度机械臂，尤其是涉及一种可拼装的教学级六自由度机械臂。

背景技术

现如今国外的六自由度机械臂技术已较为先进，但与之相比，我国自动化机械产业刚刚起步，技术条件较之国外差距巨大，国内所采用的六自由度机械臂大多是从国外采购的，价格昂贵，功能还往往不符合我国本土工厂所需条件。而且我国在六自由度机械臂方面的应用相对较少，在六自由度机械臂的开发上缺少人才。因此，六自由度机械臂的教学显得尤其重要，虽然市场上有许多类型的简易六自由度机械臂，但是很少有能随意改装或者改变功能的六自由度机械臂，工作方式普遍还是采用传统的机械爪夹持东西，这样非常浪费六自由度机械臂的可开发资源，不能对六自由度机械臂进行有效的学习和利用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、装配方便、运转可靠、适用范围广、能满足多种教学需求的可拼装的教学级六自由度机械臂。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可拼装的教学级六自由度机械臂，包括骨架和关节，所述的骨架包括依次连接的底座、支架、大臂板、小臂板、腕部板、腕部摆动板和可换末端，所述的关节包括驱动支架相对于底座旋转的大臂旋转舵机、驱动大臂板相对于支架摆动的大臂摆动舵机、驱动小臂板相对于大臂板摆动的小臂摆动舵机、驱动腕部板相对于小臂板旋转的腕部旋转舵机、驱动腕部摆动板相对于腕部板摆动的腕部摆动舵机以及驱动可换末端相对于腕部摆动板旋转的末端旋转舵机，所述的可换末端设有夹持部。

作为优选的技术方案，所述的夹持部包括插槽，所述的插槽的侧壁上设有卡扣或螺孔。

作为优选的技术方案，所述的底座上设有可调式大臂旋转舵机夹具，所述的可调式大臂旋转舵机夹具包括设置在底座上的滑轨以及两个与滑轨可滑动连接的滑块，每个滑块上均设有用于将该滑块固定在滑轨上的螺钉，可调式大臂旋转舵机夹具将大臂旋转舵机夹持在两个滑块之间，所述的支架与连接在大臂旋转舵机转动轴上的舵盘固定连接，并与底座旋转连接。

作为优选的技术方案，所述的底座呈顶部敞口的圆筒状腔体，所述的可调式大臂旋转舵机夹具设置在腔体内的底部，所述的滑块呈竖直状设置在滑轨上，所述的支架包括底座盖板和设置在底座盖板上表面的支撑板，所述的底座盖板的底部边缘设有一圈翻边，该底座盖板通过翻边套设在底座顶部，并与底座顶部旋转连接。

作为优选的技术方案，所述的大臂板由两个相对设置的大臂板材构成，一个大臂板材与支架转动连接，另一个大臂板材通过大臂摆动舵机及设置在大臂摆动舵机转动轴上的舵盘与支架连接，

所述的小臂板呈倒U形，由两个相对设置的小臂板材及连接在两个小臂板材顶部之间的小臂连接板组成，一个小臂板材与一个大臂板材转动连接，另一个小臂板材通过小臂摆动舵机及设置在小臂摆动舵机转动轴上的舵盘与另一个大臂板材连接，

所述的腕部旋转舵机设置在小臂连接板的底部，腕部旋转舵机的转动轴穿过腕部连接板，腕部旋转舵机通过设置在其转动轴上的舵盘与腕部板连接。

作为优选的技术方案，所述的大臂板材和小臂板材上设有用于调节大臂板长度和小臂板长度的通孔，所述的通孔呈矩阵排列。

作为优选的技术方案，所述的腕部板和腕部摆动板均由连接呈U形的底板和设置在底板两侧的两个侧板组成，所述的腕部板和腕部摆动板的开口相对设置，腕部板的一个侧板和腕部摆动板的一个侧板转动连接，腕部板的另一个侧板和腕部摆动板的另一个侧板通过腕部摆动舵机及设置在腕部摆动舵机转动轴上的舵盘连接，腕部旋转舵机的舵盘与腕部板的底板连接，末端旋转舵机设置在腕部摆动板的底板上，末端旋转舵机的转动轴穿过腕部摆动板的底板，末端旋转舵机通过设置在其转动轴上的舵盘与可换末端连接。

作为优选的技术方案，所述的腕部摆动舵机设置在腕部板的外端面一侧，所述的末端旋转舵机设置在腕部摆动板的内端面一侧。

作为优选的技术方案，腕部板的底板与腕部摆动板的底板的内端面之间的距离与末端旋转舵机的尺寸相匹配。

作为优选的技术方案，当机械臂处于伸直状态时，所述的大臂旋转舵机、腕部旋转舵机和末端旋转舵机的转动轴同轴设置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)插接式可换末端的设置，可以将教学用的器材(例如画笔、机械爪等)快速可靠的固定在机械臂上，能够方便的实现多种教学任务。

(2)通过在底座上设置可调式大臂旋转舵机夹具，可以适应不同尺寸的大臂旋转舵机，可以根据需求对舵机进行定位安装，能满足多种教学任务，适用性好。

(3)底座盖板底部设置的翻边，能够与底座配合，起到防止机械臂变化过程中支架与底座由于受力不平衡而分离的作用。

(4)骨架中的大部分部件均选用可拼装的板材，不仅结构简单，便于生产，而且便于装配，容易改造，同时可根据需要改变零件造型和长度，适应不同的教学需求。

(5)当大臂板材和小臂板材上设置通孔时，能够方便的通过通孔改变摆动位置，从而改变摆动过程中的有效臂长，来适应各种教学任务。同时，通孔的设置也减轻了大臂板和小臂板的重量，降低了舵机的负荷，提高了系统的可靠性，拓展了教学过程中舵机的选择范围。

(6)腕部板和腕部摆动板均呈U形，以及腕部摆动舵机设置在腕部板的外端面一侧，所述的末端旋转舵机设置在腕部摆动板的内端面一侧，同时将腕部板的底板与腕部摆动板的底板的内端面之间的距离与末端旋转舵机的尺寸相匹配(两个底板的内端面之间的距离在不影响腕部摆动板摆动的前提下尽可能的小)，从而使得该部分结构紧凑，而且降低了腕部摆动舵机的负荷，使得教学过程中腕部摆动舵机可以带动较大重量的教学用器材。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为实施例2中的大臂板材的结构示意图。

图中，1为底座，101为滑轨，102为滑块，201为支撑板，202为底座盖板，203为翻边，3为大臂板，301为大臂板材，4为小臂板，401为小臂板材，402为小臂连接板，5为腕部板，6为腕部摆动板，7为可换末端，71为插槽，8为侧板，9为底板，10为通孔，11为大臂旋转舵机，12为大臂摆动舵机，13为小臂摆动舵机，14为腕部旋转舵机，15为腕部摆动舵机，16为末端旋转舵机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种可拼装的教学级六自由度机械臂，如图1所示，包括骨架和关节，骨架包括依次连接的底座1、支架2、大臂板3、小臂板4、腕部板5、腕部摆动板6和可换末端7，关节包括驱动支架2相对于底座1旋转的大臂旋转舵机11、驱动大臂板3相对于支架2摆动的大臂摆动舵机12、驱动小臂板4相对于大臂板3摆动的小臂摆动舵机13、驱动腕部板5相对于小臂板4旋转的腕部旋转舵机14、驱动腕部摆动板6相对于腕部板5摆动的腕部摆动舵机15、驱动可换末端7相对于腕部摆动板6旋转的末端旋转舵机16，可换末端7设有夹持部。当机械臂处于伸直状态时，大臂旋转舵机11、腕部旋转舵机14和末端旋转舵机16的转动轴同轴设置。本实施例中，夹持部包括插槽71，插槽71的侧壁上设有卡扣或螺孔，夹持部通过插槽和卡扣或拧在螺孔中的螺钉将教学用的器材可拆卸的固定在可换末端上。

其中，底座1上设有可调式大臂旋转舵机夹具，可调式大臂旋转舵机夹具包括设置在底座1上的滑轨101以及两个与滑轨101可滑动连接的滑块102，每个滑块102上均设有用于将该滑块102固定在滑轨101上的螺钉，可调式大臂旋转舵机夹具将大臂旋转舵机11夹持在两个滑块102之间，支架2与连接在大臂旋转舵机11转动轴上的舵盘固定连接，并与底座1旋转连接。本实施例的底座1呈顶部敞口的圆筒状腔体，可调式大臂旋转舵机夹具设置在腔体内的底部，滑块102呈竖直状设置在滑轨101上，支架包括底座盖板202和设置在底座盖板202上表面的支撑板201，底座盖板202的底部边缘设有一圈翻边203，该底座盖板202通过翻边203套设在底座1顶部，并与底座1顶部旋转连接。

本实施例中，大臂板3由两个相对设置的大臂板材301构成，一个大臂板材301与支架2转动连接，另一个大臂板材301通过大臂摆动舵机12及设置在大臂摆动舵机12转动轴上的舵盘与支架2连接，小臂板4呈倒U形，由两个相对设置的小臂板材401及连接在两个小臂板材401顶部之间的小臂连接板402组成，一个小臂板材401与一个大臂板材301转动连接，另一个小臂板材401通过小臂摆动舵机13及设置在小臂摆动舵机13转动轴上的舵盘与另一个大臂板材301连接，腕部旋转舵机14设置在小臂连接板402的底部，腕部旋转舵机14的转动轴穿过腕部连接板402，腕部旋转舵机402通过设置在其转动轴上的舵盘与腕部板5连接。腕部板5和腕部摆动板6均由连接呈U形的底板9和设置在底板9两侧的两个侧板8组成，腕部板5和腕部摆动板6的开口相对设置，腕部板5的一个侧板8和腕部摆动板6的一个侧板转动连接，腕部板5的另一个侧板8和腕部摆动板6的另一个侧板8通过腕部摆动舵机15及设置在腕部摆动舵机15转动轴上的舵盘连接，腕部旋转舵机14的舵盘与腕部板5的底板9连接，末端旋转舵机16设置在腕部摆动板6的底板9上，末端旋转舵机16的转动轴穿过腕部摆动板6的底板9，末端旋转舵机16通过设置在其转动轴上的舵盘与可换末端7连接。腕部摆动舵机15设置在腕部板5的外端面一侧，末端旋转舵机16设置在腕部摆动板6的内端面一侧，并且，腕部板5的底板9与腕部摆动板6的底板9的内端面之间的距离与末端旋转舵机16的尺寸相匹配。

根据教学需求拼装机械臂，调整各部件所需长度，并安装相应的教学用器材(例如画笔、机械爪等)，利用单片机控制机械臂上六个舵机达到所需的动作要求，完成教学任务。

实施例2

本实施例的可拼装的教学级六自由度机械臂，与实施例1基本相同，不同之处在于，本实施例中，大臂板材301和小臂板材401上设有用于调节大臂板3长度和小臂板4长度的通孔10，如图2所示，通孔10呈矩阵排列，这样，能够方便的通过通孔改变摆动位置，从而改变摆动过程中的有效臂长，来适应各种教学任务。

Claims (10)

1.一种可拼装的教学级六自由度机械臂，包括骨架和关节，其特征在于，所述的骨架包括依次连接的底座(1)、支架(2)、大臂板(3)、小臂板(4)、腕部板(5)、腕部摆动板(6)和可换末端(7)，所述的关节包括驱动支架(2)相对于底座(1)旋转的大臂旋转舵机(11)、驱动大臂板(3)相对于支架(2)摆动的大臂摆动舵机(12)、驱动小臂板(4)相对于大臂板(3)摆动的小臂摆动舵机(13)、驱动腕部板(5)相对于小臂板(4)旋转的腕部旋转舵机(14)、驱动腕部摆动板(6)相对于腕部板(5)摆动的腕部摆动舵机(15)以及驱动可换末端(7)相对于腕部摆动板(6)旋转的末端旋转舵机(16)，所述的可换末端(7)设有夹持部。

2.根据权利要求1所述的一种可拼装的教学级六自由度机械臂，其特征在于，所述的夹持部包括插槽(71)，所述的插槽(71)的侧壁上设有卡扣或螺孔。

3.根据权利要求1所述的一种可拼装的教学级六自由度机械臂，其特征在于，所述的底座(1)上设有可调式大臂旋转舵机夹具，所述的可调式大臂旋转舵机夹具包括设置在底座(1)上的滑轨(101)以及两个与滑轨(101)可滑动连接的滑块(102)，每个滑块(102)上均设有用于将该滑块(102)固定在滑轨(101)上的螺钉，可调式大臂旋转舵机夹具将大臂旋转舵机(11)夹持在两个滑块(102)之间，所述的支架(2)与连接在大臂旋转舵机(11)转动轴上的舵盘固定连接，并与底座(1)旋转连接。

4.根据权利要求3所述的一种可拼装的教学级六自由度机械臂，其特征在于，所述的底座(1)呈顶部敞口的圆筒状腔体，所述的可调式大臂旋转舵机夹具设置在腔体内的底部，所述的滑块(102)呈竖直状设置在滑轨(101)上，所述的支架包括底座盖板(202)和设置在底座盖板(202)上表面的支撑板(201)，所述的底座盖板(202)的底部边缘设有一圈翻边(203)，该底座盖板(202)通过翻边(203)套设在底座(1)顶部，并与底座(1)顶部旋转连接。

5.根据权利要求1所述的一种可拼装的教学级六自由度机械臂，其特征在于，

所述的大臂板(3)由两个相对设置的大臂板材(301)构成，一个大臂板材(301)与支架(2)转动连接，另一个大臂板材(301)通过大臂摆动舵机(12)及设置在大臂摆动舵机(12)转动轴上的舵盘与支架(2)连接，

所述的小臂板(4)呈倒U形，由两个相对设置的小臂板材(401)及连接在两个小臂板材(401)顶部之间的小臂连接板(402)组成，一个小臂板材(401)与一个大臂板材(301)转动连接，另一个小臂板材(401)通过小臂摆动舵机(13)及设置在小臂摆动舵机(13)转动轴上的舵盘与另一个大臂板材(301)连接，

所述的腕部旋转舵机(14)设置在小臂连接板(402)的底部，腕部旋转舵机(14)的转动轴穿过腕部连接板(402)，腕部旋转舵机(402)通过设置在其转动轴上的舵盘与腕部板(5)连接。

6.根据权利要求5所述的一种可拼装的教学级六自由度机械臂，其特征在于，所述的大臂板材(301)和小臂板材(401)上设有用于调节大臂板(3)长度和小臂板(4)长度的通孔(10)，所述的通孔(10)呈矩阵排列。

7.根据权利要求1或5所述的一种可拼装的教学级六自由度机械臂，其特征在于，所述的腕部板(5)和腕部摆动板(6)均由连接呈U形的底板(9)和设置在底板(9)两侧的两个侧板(8)组成，所述的腕部板(5)和腕部摆动板(6)的开口相对设置，腕部板(5)的一个侧板(8)和腕部摆动板(6)的一个侧板转动连接，腕部板(5)的另一个侧板(8)和腕部摆动板(6)的另一个侧板(8)通过腕部摆动舵机(15)及设置在腕部摆动舵机(15)转动轴上的舵盘连接，腕部旋转舵机(14)的舵盘与腕部板(5)的底板(9)连接，末端旋转舵机(16)设置在腕部摆动板(6)的底板(9)上，末端旋转舵机(16)的转动轴穿过腕部摆动板(6)的底板(9)，末端旋转舵机(16)通过设置在其转动轴上的舵盘与可换末端(7)连接。

8.根据权利要求7所述的一种可拼装的教学级六自由度机械臂，其特征在于，所述的腕部摆动舵机(15)设置在腕部板(5)的外端面一侧，所述的末端旋转舵机(16)设置在腕部摆动板(6)的内端面一侧。

9.根据权利要求8所述的一种可拼装的教学级六自由度机械臂，其特征在于，腕部板(5)的底板(9)与腕部摆动板(6)的底板(9)的内端面之间的距离与末端旋转舵机(16)的尺寸相匹配。

10.根据权利要求1所述的一种可拼装的教学级六自由度机械臂，其特征在于，当机械臂处于伸直状态时，所述的大臂旋转舵机(11)、腕部旋转舵机(14)和末端旋转舵机(16)的转动轴同轴设置。