CN107414809A - 一种机械臂 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于机械设备技术领域，提供了一种机械臂，包括连接件以及六个驱动机构。其中，第四驱动机构包括电机、水平锥齿轮、竖向锥齿轮、输出件以及弹簧，弹簧受力挤压而压缩，其弹力通过机械臂末端的连接件后作用在物体上。本发明的机械臂，具有六个自由度，安装固定在机械臂末端的装置可以在三维空间内灵活地旋转、移动以及定位。同时，通过柔性驱动器输出的作用力具有弹性，当机械臂末端的装置作用在人体上时，柔性驱动器内的弹簧可以起到缓冲作用，避免了装置与人体产生硬性碰撞，所以，柔性驱动器输出的作用力具有柔性，人体舒适度高；当机械臂应用于搬运产品时，也能防止安装于机械臂末端的夹具与产品发生硬性碰撞而损坏产品。

Description

一种机械臂
技术领域
本发明属于机械设备技术领域，尤其涉及一种具有柔性驱动器的机械臂。
背景技术
机械臂是机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗等领域都能见到它的身影。尽管它们的形态各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地定位到三维(或二维)空间上的某一点进行作业。
目前的机械臂体积庞大，重量大，在一些需要作用于人体的领域，如医疗设备领域，现有的机械臂灵活度不足，医疗效果不佳，并且作用于人体时缺乏柔性，人体舒适度低。所以，有必要研发一种灵活度高，并且具有柔性作用力的机械臂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种机械臂，旨在解决现有技术中的机械臂灵活度不足，并且缺乏柔性的问题。
本发明是这样实现的，一种机械臂，包括位于所述机械臂底端的连接件、驱动所述连接件绕Z轴旋转的第一驱动机构、驱动所述第一驱动机构绕X轴旋转的第二驱动机构、驱动所述第二驱动机构绕Z轴旋转的第三驱动机构、驱动所述第三驱动机构绕X轴旋转的第四驱动机构、驱动所述第四驱动机构绕X轴旋转的第五驱动机构以及驱动所述第五驱动机构绕Z轴旋转的第六驱动机构；所述第六驱动机构固定于外部物体上；
所述第四驱动机构包括第四电机、水平锥齿轮、竖向锥齿轮、输出件、第一弹簧以及第二弹簧；所述水平锥齿轮与所述第四电机的输出轴同轴联接，所述水平锥齿轮与所述竖向锥齿轮相互啮合；所述输出件与所述竖向锥齿轮固定连接；所述竖向锥齿轮上开设有两个对称的第一活动槽以及第二活动槽，所述输出件的顶部设置有两个对称的第一卡槽以及第二卡槽，所述第一弹簧、第二弹簧分别卡置于所述第一卡槽以及第二卡槽内，所述第一弹簧、第二弹簧的两端均凸伸出用于限制自身活动范围的阻挡部，所述第一弹簧两端的阻挡部能顶压所述第一活动槽两端的槽壁，所述第二弹簧两端的阻挡部能顶压所述第二活动槽两端的槽壁。
进一步地，所述第四驱动机构还包括皮带轮、皮带以及顶紧装置，所述皮带轮与所述竖向锥齿轮同轴固定连接，所述皮带绕置于所述皮带轮以及顶紧装置上。
进一步地，所述第六驱动机构包括第六电机、转盘以及第六传动架，所述转盘与所述第六电机的输出轴固定连接，所述第六传动架的顶部与所述转盘固定连接。
进一步地，所述第五驱动机构包括水平设置的第五电机以及第五传动架，所述第五电机安装于所述第六传动架上，所述第五传动架与所述第五电机的输出轴固定连接。
进一步地，所述第四电机固定在所述第五传动架上，所述顶紧装置包括顶紧轮以及固定轴，所述固定轴固定在所述第五传动架上，所述顶紧轮能旋转地套设于所述固定轴上。
进一步地，所述第四驱动机构还包括第四传动架以及转轴，所述转轴与所述竖向锥齿轮固定连接，所述转轴可旋转地穿设过所述第五传动架的底端，并与所述第四传动架的顶端固定连接；所述输出件亦与所述第四传动架的顶端固定连接。
进一步地，所述第三驱动机构包括竖向设置的第三电机以及第三传动架，所述第三电机固定在所述第四传动架的底端，所述第三传动架与所述第三电机的输出轴固定连接。
进一步地，所述第二驱动机构包括水平设置的第二电机以及第二传动架，所述第二传动架位于所述第三传动架的下方；所述第二传动架具有第二安装槽，所述第二电机固定安装于所述第二安装槽内，所述第二电机的输出轴穿出所述第二安装槽的一槽壁，并与所述第三传动架固定连接，所述第二安装槽的另一槽壁上开设有第二通孔，所述第三传动架对应于所述第二通孔的位置延伸出第二凸柱，所述第二凸柱伸入所述第二通孔内。
进一步地，所述第一驱动机构包括竖向设置的第一电机，所述第一电机固定在所述第二传动架的底部，所述第一电机的输出轴与所述连接件固定连接。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明的机械臂，具有六个自由度，安装固定在机械臂末端的装置可以在三维空间内灵活地旋转、移动以及定位。同时，机械臂具有柔性驱动器，通过柔性驱动器输出的作用力具有弹性，当机械臂末端的装置作用在人体上时，柔性驱动器内的弹簧可以起到缓冲作用，避免了装置与人体产生硬性碰撞，所以，柔性驱动器输出的作用力具有柔性，人体舒适度高；当机械臂应用于搬运产品时，也能防止安装于机械臂末端的夹具与产品发生硬性碰撞而损坏产品。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明实施例提供的一种机械臂的立体结构示意图；
图2是图1所示机械臂另一角度的立体结构示意图；
图3是图1所示机械臂中的柔性驱动器的立体结构示意图；
图4是图3所示柔性驱动器的分解结构示意图；
图5是图3所示柔性驱动器产生柔性作用力的示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1及图2，为本发明的一个较佳实施例，提供了一种机械臂，包括位于机械臂底端的连接件10、第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构、第四驱动机构、第五驱动机构以及第六驱动机构。
其中，第一驱动机构驱动连接件10绕Z轴旋转，第二驱动机构驱动第一驱动机构绕X轴旋转，第三驱动机构驱动第二驱动机构绕Z轴旋转，第四驱动机构驱动第三驱动机构绕X轴旋转，第五驱动机构驱动第四驱动机构绕X轴旋转，第六驱动机构驱动第五驱动机构绕Z轴旋转，第六驱动机构固定于支架200或其他外部物体上，用于治疗或者是夹持的装置安装于连接件10上，以便机械手对人体或者产品进行相关的操作。
下面，将详细描述本实施例的具有六个自由度的机械臂的具体结构以及工作过程。
上述第六驱动机构包括第六电机61、转盘(图中未示出)以及第六传动架62。所述转盘与第六电机61的输出轴固定连接，第六传动架62的顶部与转盘固定连接。第六电机61工作时，其输出轴带动转盘绕Z轴转动一定角度，而固定在转盘下方的第六传动架62也跟随转动相同的角度。
上述第五驱动机构包括水平设置的第五电机51以及第五传动架52，所述第五电机51安装于第六传动架62上，所述第五传动架52与第五电机51的输出轴固定连接。第六传动架62转动，带动第五电机51以及第五传动架52的位置发生变化，第五电机51转动时，带动第五传动架52绕X轴转动。
请参见图3及图4，上述第四驱动机构为柔性驱动器，其包括第四电机41、水平锥齿轮42、竖向锥齿轮43、输出件44、皮带轮45、皮带46、顶紧装置47、第四传动架48、转轴49、第一弹簧40a以及第二弹簧40b。
所述水平锥齿轮42与所述第四电机41的输出轴同轴联接，水平锥齿轮42与竖向锥齿轮43相互啮合；所述输出件44与竖向锥齿轮43固定连接。竖向锥齿轮43上开设有两个对称的第一活动槽以及第二活动槽，输出件44的顶部设置有两个对称的第一卡槽以及第二卡槽，第一弹簧40a、第二弹簧40b分别卡置于第一卡槽以及第二卡槽内。第一弹簧40a的两端凸伸出用于限制其自身活动范围的阻挡部401a，第二弹簧40b的两端凸伸出用于限制其自身活动范围的阻挡部401b；第一弹簧40a两端的阻挡部401a分别能顶压第一活动槽两端的槽壁；第二弹簧40b两端的阻挡部401b分别能顶压第二活动槽两端的槽壁。
所述皮带轮45与竖向锥齿轮43同轴固定连接，皮带46绕置于皮带轮45以及顶紧装置47上。所述第四电机41固定在第五传动架52上。所述顶紧装置47包括顶紧轮471以及固定轴472，所述固定轴472固定在所述第五传动架52上，所述顶紧轮471能旋转地套设于所述固定轴472上。所述转轴49与所述竖向锥齿轮43固定连接，所述转轴49可旋转地穿设过所述第五传动架52的底端，并与所述第四传动架48的顶端固定连接，所述输出件44亦与第四传动架48的顶端固定连接。
第四电机41工作时，水平锥齿轮42绕X轴转动，其直接带动与其啮合的竖向锥齿轮43绕X轴转动，竖向锥齿轮43转动时，与其连接的输出件44以及转轴49转动，并带动第四传动架48转动。由于竖向锥齿轮43转动时，与其连接的皮带轮45受到皮带46的约束，所以，可使第四传动架48起到一个弹性摆动的效果，当机械臂与物体接触时，可进一步地起到缓冲作用。
另一方面，本实施例的柔性驱动器除了通过摆动帮助机械臂定位外，其还能控制或调节机械臂以不同大小的力作用在物体(包括人体或产品)上。
请参见图5，竖向锥齿轮43的摆动角度以及摆动方向由第四电机41控制，当竖向锥齿轮43往顺时针方向摆动时，其第一活动槽端部的槽壁431顶压第一弹簧40a，第一弹簧40a受力挤压而压缩，压缩状态下的第一弹簧40a的弹力通过机械臂末端的连接件后作用在物体上，所以，通过控制第四电机41往顺时针方向转动的角度大小，能控制第一弹簧40a的压缩量；由于第一弹簧40a不同的压缩量能向输出件44产生不同大小的压力(压缩量越大，压力越大)，所以，通过本实施例的柔性驱动器能控制机械臂以不同大小的力挤压物体的一侧。同理，控制第四电机41往逆时针方向转动不同的角度，可控制机械臂以不同大小的力挤压物体的另一侧。
上述第三驱动机构包括竖向设置的第三电机31以及第三传动架32，所述第三电机31固定在所述第四传动架48的底端，所述第三传动架32与第三电机31的输出轴固定连接。第三电机31工作时，带动第三传动架32绕Z轴转动。
所述第二驱动机构包括水平设置的第二电机21以及第二传动架22，第二传动架22位于第三传动架32的下方；所述第二传动架22具有第二安装槽231，第二电机21固定安装于第二安装槽231内，第二电机21的输出轴穿出第二安装槽231的一槽壁，并与第三传动架32固定连接，第三传动架32的转动，带动第二电机21以及第二传动架22的位置变化。第二电机21工作时，第二传动架22绕X轴转动。第二安装槽231的另一槽壁上开设有第二通孔232，所述第三传动架32对应于所述第二通孔232的位置延伸出第二凸柱321，所述第二凸柱321伸入所述第二通孔232内，从而第二凸柱321可起到承托其下方的第二电机21、第二安装座23以及第二传动架22的作用。
所述第一驱动机构包括竖向设置的第一电机11，所述第一电机11固定在所述第二传动架22的底部，所述第一电机11的输出轴与连接件10固定连接。第一电机11工作时，带动连接件10转动。所以通过各个驱动机构的相互驱动，能使连接件10及与其连接的装置在三维空间内先移动至需要的位置，然后再在局部位置及方向施加精准的作用力。
本实施例的机械臂，具有六个自由度，安装固定在机械臂末端的装置可以在三维空间内灵活地旋转、移动以及定位。同时，机械臂具有柔性驱动器，通过柔性驱动器输出的作用力具有弹性，当机械臂末端的装置作用在人体上时，柔性驱动器内的弹簧可以起到缓冲作用，避免了装置与人体产生硬性碰撞，所以，柔性驱动器输出的作用力具有柔性，人体舒适度高；当机械臂应用于搬运产品时，也能防止安装于机械臂末端的夹具与产品发生硬性碰撞而损坏产品。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种机械臂，其特征在于，包括位于所述机械臂底端的连接件、驱动所述连接件绕Z轴旋转的第一驱动机构、驱动所述第一驱动机构绕X轴旋转的第二驱动机构、驱动所述第二驱动机构绕Z轴旋转的第三驱动机构、驱动所述第三驱动机构绕X轴旋转的第四驱动机构、驱动所述第四驱动机构绕X轴旋转的第五驱动机构以及驱动所述第五驱动机构绕Z轴旋转的第六驱动机构；所述第六驱动机构固定于外部物体上；
所述第四驱动机构包括第四电机、水平锥齿轮、竖向锥齿轮、输出件、第一弹簧以及第二弹簧；所述水平锥齿轮与所述第四电机的输出轴同轴联接，所述水平锥齿轮与所述竖向锥齿轮相互啮合；所述输出件与所述竖向锥齿轮固定连接；所述竖向锥齿轮上开设有两个对称的第一活动槽以及第二活动槽，所述输出件的顶部设置有两个对称的第一卡槽以及第二卡槽，所述第一弹簧、第二弹簧分别卡置于所述第一卡槽以及第二卡槽内，所述第一弹簧、第二弹簧的两端均凸伸出用于限制自身活动范围的阻挡部，所述第一弹簧两端的阻挡部能顶压所述第一活动槽两端的槽壁，所述第二弹簧两端的阻挡部能顶压所述第二活动槽两端的槽壁。
2.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述第四驱动机构还包括皮带轮、皮带以及顶紧装置，所述皮带轮与所述竖向锥齿轮同轴固定连接，所述皮带绕置于所述皮带轮以及顶紧装置上。
3.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述第六驱动机构包括第六电机、转盘以及第六传动架，所述转盘与所述第六电机的输出轴固定连接，所述第六传动架的顶部与所述转盘固定连接。
4.如权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述第五驱动机构包括水平设置的第五电机以及第五传动架，所述第五电机安装于所述第六传动架上，所述第五传动架与所述第五电机的输出轴固定连接。
5.如权利要求4所述的机械臂，其特征在于，所述第四电机固定在所述第五传动架上，所述顶紧装置包括顶紧轮以及固定轴，所述固定轴固定在所述第五传动架上，所述顶紧轮能旋转地套设于所述固定轴上。
6.如权利要求5所述的机械臂，其特征在于，所述第四驱动机构还包括第四传动架以及转轴，所述转轴与所述竖向锥齿轮固定连接，所述转轴可旋转地穿设过所述第五传动架的底端，并与所述第四传动架的顶端固定连接；所述输出件亦与所述第四传动架的顶端固定连接。
7.如权利要求6所述的机械臂，其特征在于，所述第三驱动机构包括竖向设置的第三电机以及第三传动架，所述第三电机固定在所述第四传动架的底端，所述第三传动架与所述第三电机的输出轴固定连接。
8.如权利要求7所述的机械臂，其特征在于，所述第二驱动机构包括水平设置的第二电机以及第二传动架，所述第二传动架位于所述第三传动架的下方；所述第二传动架具有第二安装槽，所述第二电机固定安装于所述第二安装槽内，所述第二电机的输出轴穿出所述第二安装槽的一槽壁，并与所述第三传动架固定连接，所述第二安装槽的另一槽壁上开设有第二通孔，所述第三传动架对应于所述第二通孔的位置延伸出第二凸柱，所述第二凸柱伸入所述第二通孔内。
9.如权利要求8所述的机械臂，其特征在于，所述第一驱动机构包括竖向设置的第一电机，所述第一电机固定在所述第二传动架的底部，所述第一电机的输出轴与所述连接件固定连接。
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