CN107538472A - 一种机械臂及机器人和机器人实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机械臂，包括底座，控制器，驱动器机构，臂体机构，其特征在于：所述底座具有腔体结构，所述控制器设置在所述腔体结构中；所述驱动器机构和臂体机构设置在所述底座上，并相对所述底座旋转，其中，所述臂体机构铰接在所述驱动器机构上；所述臂体机构包括多个臂体，所述臂体的中部为全包围结构的中空框体，所述中空框体的两端设置有连接部，所述连接部包括两个侧壁，呈开口结构。本发明提供的机械臂提供集支撑、控制和工作台于一体的底座，无需另外固定安装；机械臂整体结构紧凑，可实现便携布置。本发明还提供一种机器人及机器人实验系统，可完成更多任务及具有更好的教学和演示效果。

Description

一种机械臂及机器人和机器人实验系统

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种机械臂以及具有该机械臂的机器人和机器人实验系统。

背景技术

现有机械臂一般都具有安装底座和控制盒。安装底座一般均需通过安装(通常为螺钉或螺栓的方式)进行固定，才能实现支撑机械臂的稳定工作，包括支撑机械臂整体的旋转；而控制盒则与安装底座通过控制线连接，即控制盒用来控制安装底座的旋转运动。

现有技术中，安装底座与控制盒是分体结构设计。工作时，单独设置的控制盒放置于安装底座的一侧，从而造成机械臂的安装占用空间较大，使用不便。尤其对于桌面型机械臂而言，通常通过螺栓将其底部的安装板固定在桌面上，安装复杂，便携性差；同时外置的控制盒，也不便于机械臂的安装布置。控制盒还存在功能单一，扩展不便的问题。

同时从控制盒到安装底座的控制线从控制盒引出后通常布置在机械臂外部，且当安装底座上设有多个驱动源而需要多根控制线时，布置在机械臂外部的导线会出现凌乱等问题，不仅影响美观，甚至会因控制线缠绕影响机械臂的运动。现有技术中有将控制线藏在机械臂内部，虽然可以解决美观问题，但是对于因控制线缠绕而影响机械臂运动的技术问题仍无法解决，尤其是机械臂无法实现相对于底座的连续转动。因此，布线一直是困扰机械臂行业的难题。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种机械臂及机器人和机器人实验系统，可提供集支撑、控制和工作台于一体的底座，无需另外固定安装；机械臂整体结构紧凑，可实现便携布置；同时布线方式简单紧凑，解决了因控制线缠绕而影响机械臂运动的技术问题，尤其是机械臂可以实现绕底座的连续转动；同时包括上述机械臂的机器人及机器人实验系统，可完成更多任务及具有更好的演示功能。

为了实现上述目的，本发明采用以下具体的技术方案：

本发明提供一种机械臂，包括底座，控制器，驱动器机构，臂体机构，其特征在于：所述底座具有腔体结构，所述控制器设置在所述腔体结构中；所述驱动器机构和臂体机构设置在所述底座上，并相对所述底座旋转，其中，所述臂体机构铰接在所述驱动器机构上；所述臂体机构包括多个臂体，所述臂体的中部为全包围结构的中空框体，所述中空框体的两端设置有连接部，所述连接部包括两个侧壁，呈开口结构。

进一步地，所述底座包括底座壳体和底座底盖；所述底座壳体为底部开口的腔体，包括顶部的平面部及与平面部连接的侧壁部；所述底座壳体包括支撑区和工作台区；所述支撑区包括驱动器机构安装部和连接部，所述连接部用于连接所述驱动器机构安装部和所述工作台区。

进一步地，所述工作台区呈矩形，其四个角部均设置有橡胶纸托。

进一步地，所述驱动器机构包括多个驱动器和驱动器基座；多个所述驱动器均安装在所述驱动器基座上；所述驱动器基座包括底壁及底壁两侧的侧壁，呈开口的半包围结构。

进一步地，所述驱动器基座通过转盘和轴承与所述驱动器机构安装部连接，其中，所述驱动器基座的底壁安装在所述转盘上，所述转盘设置在所述轴承上，所述轴承设置在所述驱动器机构安装部的凹槽中，所述凹槽的槽底设置有通孔；多个所述驱动器中的第一驱动器的壳体与所述驱动器基座的侧壁卡和安装，所述第一驱动器的输出轴依次穿过所述底壁、转盘、轴承及通孔，与安装在所述底座壳体内的固定装置固定连接。

进一步地，所述驱动器的输出轴的至少一端为空心轴，在所述空心轴上设置有环片电刷，所述环片电刷包括定子部分和转子部分；所述控制器与所述驱动器连接的控制线，经过所述环片电刷转换为转动连接。

进一步地，所述控制线与多个所述驱动器的连接为：从所述控制器引出的控制线引入所述第一驱动器的空心轴后，经第一驱动器内第一环片电刷的转动电连接转换后，与第一驱动器内的第一电路板连接；从第一电路板引出的控制线穿过第一驱动器和第二驱动器的壳体，进入所述第二驱动器内部，并与其内部的第二电路板连接；从所述第二电路板引出的控制线引入第二驱动器内部第二环片电刷的定子部分，经转动电连接转换后，从第二驱动器输出轴的空心轴引出，再与第三驱动器内部的第三电路板连接；所述控制线通过上述连接依次迭代与其它驱动器进行串联连接。

进一步地，所述侧壁部设置有多个接口。

进一步地，所述臂体机构内部还设置有连杆机构，所述连杆机构中的连杆均被所述臂体的中空框体包围，且均是中部为空心圆管，两端为形的结构。

进一步地，所述机械臂还包括手指机构，所述手指机构与所述臂体结构铰接，多个所述臂体之间及所述臂体机构与所述驱动器机构和手指机构的铰接处通过钢针转动支撑。

进一步地，所述机械臂为3或4或5或6自由度机械臂。

进一步地，所述机械臂可用于绘画或写字或下棋或物品的搬运和整理。

进一步地，所述臂体和/或所述驱动器基座的外侧设置有装饰结构。

本发明还提供一种机器人，包含上述机械臂，其特征在于：所述机器人为扫地机器人。

进一步地，所述扫地机器人可捡取垃圾或进行鞋的摆放。

本发明还提供一种机器人实验系统，其特征在于：所述机器人实验系统为小型教学机器人实验系统，并包括多个上述机械臂。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的机械臂具有集支撑、控制和工作台于一体的底座，无需另外固定安装；机械臂的底座与控制盒为一体结构，整体布局紧凑，可实现便携布置；

2、臂体采用的全包围结构形式，提高了臂体整体结构的强度和刚度，可大大降低臂体的壁厚，从而大幅降低机械臂的重量；臂体全包围的整体结构便于机械臂的组装，省时省力；

3、机械臂的连杆均采用中间为空心圆管，两端为形的结构，可在同等强度和刚度情况下，降低连杆的重量和体积；且在连杆拉伸和推动过程中两侧受力均匀，控制精度高；

4、机械臂的铰接处采用较小直径的钢针进行转动支撑，可大幅降低机械臂的重量，且结构简单，便于组装；

5、机械臂整体布线方式简单紧凑，解决了因控制线缠绕而影响机械臂运动的技术问题，尤其是机械臂可以实现绕底座的连续转动；

6、具有本发明提供机械臂的机器人及机器人实验系统，可完成更多任务及具有更好的教学和演示效果；可有效的解决现有技术中功能单一、空间占用较大、安装和携带不便等问题，尤其是可随时在教室进行教学使用。

附图说明

图1为本发明机械臂的结构示意图；

图2为本发明机械臂中底盘壳体某方向的结构示意图；

图3为本发明机械臂中底盘壳体另一方向的结构示意图；

图4为本发明机械臂中底盘底盖的结构示意图；

图5为本发明机械臂的内部结构示意图；

图6为本发明机械臂中的臂体驱动连接示意图；

图7为环片电刷结构示意图；

图8为环片电刷内部结构示意图；

图9为图8中沿A-A线的剖视图；

图10为本发明中连杆的结构示意图。

其中，图中的附图标记说明如下：

1-底座，1-1底座壳体，1-101连接凸起，1-102安装凸起，1-103固定凸起，1-104驱动器机构安装部，1-105连接部，1-106工作台，1-107控制部，1-108橡胶纸托，1-109接口，1-110加强筋，1-2底座底盖，1-201橡胶垫，2-控制器，2-1主控制板，2-2调试板，3-驱动器机构，3-1第一驱动器，3-2第二驱动器，3-3第三驱动器，3-4驱动器基座，4-臂体机构，4-1第一臂体，4-2第二臂体，5-连杆机构，5-1连杆驱动件，5-2第一连杆，5-3第二连杆，5-4三角结构，5-5固定件，5-6键，5-7挡环，6-手指机构，7-转盘，8-输出轴，9-固定装置，10-环片电刷，101-定子壳体，1011-定位拨盘，102-转子壳体，103-挡圈，104-密封环片，105-绝缘环片，106-定子导电弹簧片；107-转子导电环；108-绝缘环管；109-转子挡片，110-顶丝，11-第一电路板，12-控制线；1201-上游静态引线；1202-下游动态引线。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供一种机械臂，主要是以小型桌面机械臂应用为导向，其结构和尺寸也专门针对桌面机械臂的技术特征而设计，尤其适用于串行关节多自由度桌面机械臂。

如图1-6所示，本发明提供的机械臂包括：底座1，控制器2，驱动器机构3，臂体机构4，连杆机构5和手指机构6等主要零部件。

底座1包括底座壳体1-1，底座底盖1-2。底座壳体和底座底盖可采用本领域常见的材料进行加工，优选为塑料材质，通过开模注塑方式加工制造。两者连接安装后形成的内部腔体空间安装有控制器2等电子器件，其中根据需要还可内置电池。所述底座壳体1-1为底部开口的腔体，其包括顶部的平面部及与平面部连接的侧壁部。平面部的腔体侧设置有连接凸起1-101、安装凸起1-102和固定凸起1-103，所述连接凸起、安装凸起和固定凸起内部均可镶嵌有金属螺柱，金属螺柱可在螺钉连接时实现牢固连接及反复拆装。所述连接凸起用于底座壳体和底座底盖的连接；一部分所述安装凸起用于控制器2的安装，另一部分安装凸起作为备用，用于根据功能需要增设的其它控制模块的安装；所述固定凸起用于驱动器机构3中驱动器输出轴的固定装置的安装。

底座壳体1-1按照功能划分为两大部分：一部分为支撑区、另一部分为工作台区。所述支撑区包括驱动器机构安装部1-104和连接部1-105。所述驱动器机构安装部1-104用于驱动器机构3的安装，进而实现整个机械臂的支撑；所述连接部1-105用于连接驱动器机构安装部和工作台区，同时增强整个底座的稳固支撑。所述工作台区1-106为矩形，其内部为安装控制器的控制部1-107，当然本发明中的工作台区可以根据需要设置为其它任何形状。所述工作台区的四个角部边缘安装有橡胶纸托1-108。工作台区的大小可根据需要设置不同的尺寸，可使四个橡胶纸托之间刚好放置本领域常见的不同标准尺寸的纸，所述纸优选为采用中国标准的A4纸(尺寸为210mm×297mm)或采用美国标准的letter纸(尺寸为216mm×279mm)。四个橡胶纸托可实现纸的定位，以免机械臂在工作台区的纸上进行绘画、写字等时造成纸的移动，影响作品的效果。工作台区的侧壁部上还设置有多个接口1-109，用于布置电源接头、串口接头、USB接头、语音设备传感器等，便于机械臂与电源、其它上位机(例如电脑、pad和手机等)连接；所述接口的数量和形式可以根据实际需要进行设置。在所述底座壳体腔体内侧设置有多个加强筋1-110，加强筋可以增强整个底座壳体的强度和刚度。

底座底盖1-2外侧有设置多个沉孔，用于布置连接螺钉。外侧同时还设置有多个固定孔，所述固定孔中安装有橡胶垫1-201，橡胶垫可实现隔震、防滑。在所述底座底盖内侧同样设置有多个加强筋1-110。

控制器2包括主控制板2-1、调试板2-2，分别用于机械臂的控制和调试。控制器2根据需要还可设置有其它模块的控制板，例如语音识别模块、蓝牙模块、红外模块、WIFI模块等本领域常见的控制及通讯模块。

驱动器机构3包括第一驱动器3-1，第二驱动器3-2，第三驱动器3-3，驱动器基座3-4等主要零部件。驱动器基座3-4包括底壁及底壁两侧的侧壁，呈开口的半包围结构，类似形。开口部分用于装入第一驱动器，第一驱动器壳体与驱动器基座两侧壁卡合安装，第一驱动器输出轴穿过其底壁并伸出；驱动器基座3-4设置在转盘7上。驱动器机构安装部1-104具有凹槽，凹槽内安装有角推力轴承，凹槽的槽底设置有通孔，其中，转盘7安装在角推力轴承上，并可旋转。所述第一驱动器的输出轴依次穿过驱动器基座的底壁、转盘、角推力轴承的中空部及凹槽的通孔，并与固定在固定凸起1-103上的固定装置9固连。所述固定装置9可采用带轴颈的法兰盘结构形式，内部为中空通孔；可通过过盈配合的方式与第一驱动器的输出轴固定连接。当第一驱动器驱动时，由于第一驱动器输出轴通过固定装置9与底座固连而固定，第一驱动器壳体发生相对转动，带动安装在角推力轴承上的驱动器基座转动，从而实现整个机械臂绕底座的转动。

在驱动器基座3-4的两侧壁上分别对称安装有第二驱动器3-2和第三驱动器3-3。第二驱动器3-2和第三驱动器3-3壳体的四个角部均设置有通孔，可通过螺栓穿过通孔将其固定在驱动器基座上。

臂体机构4包括第一臂体4-1和第二臂体4-2。当然所述臂体机构4可根据需要设置多个臂体，从而形成更多自由度的机械臂。第一臂体的一端与驱动器基座铰接连接，另一端与第二臂体的一端铰接连接。第二臂体的另一端铰接安装有手指机构6。第一臂体4-1和第二臂体4-2的中部为全包围结构的中空框体，中空框体的两端设置有连接部，所述连接部包括两个侧壁，为开口结构，以用于臂体之间的连接。连接部的每一个侧壁均包括两个圆弧及位于两个圆弧之间的过渡曲线。

本发明提供的臂体可采用本领域中的常见材料和加工方式制造，优选为钢板经激光切割—钣金弯折—焊接的方式加工。臂体采用的全包围结构形式，可提高臂体的整体结构强度和刚度；因此可大大降低臂体的壁厚，从而大幅降低机械臂的重量；同时全包围的整体结构变形量小，还可满足机械臂控制时的高精度要求，以及便于机械臂的组装，省时省力。

臂体机构内部布置有连杆机构5。连杆机构5包括连杆驱动件5-1，两个第一连杆5-2，第二连杆5-3和三角结构5-4等主要零部件。具体参照图6，第二驱动器3-2的输出轴直接与第一臂体4-1驱动连接，驱动第一臂体绕驱动器基座转动，其中第二驱动器的输出轴上设置有键槽，通过键5-6与第一臂体驱动连接，在第一臂体与第二驱动器连接部分的两侧还设置有两个用于定位的挡环5-7，并通过轴端的弹性挡圈进行定位。连杆驱动件5-1与第三驱动器3-3输出轴驱动连接，通过与其连接的其中一个第一连杆5-2驱动第二臂体绕第一臂体转动，其中在第一臂体上设置有轴承安装孔，第三驱动器的输出轴通过轴承安装孔内的轴承支撑在第一臂体上，连杆驱动件也通过键与第三驱动器驱动连接，在连杆驱动件的两侧也设置有挡环，用于轴承和连杆驱动件的定位，并通过轴端的弹性挡圈定位。三角结构的一端铰接在第一臂体与第二臂体的转轴处，另外两端分别与另一个第一连杆和第二连杆铰接。另一个第一连杆的另一端铰接在驱动器基座的固定件5-5上，第二连杆5-3的另一端与手指机构6铰接，其中，所述固定件5-5可采用螺栓连接或焊接等方式固定在驱动器基座上，也可与驱动器基座为一体结构。连杆机构5通过两个平行四边形机构保证了手指机构的末端在运动过程中均处于水平位置；且在运动过程中直至达到极限位置，上述连杆均不会与臂体产生运动干涉。当然本申请中键连接的驱动方式也可采用本领域其它常见的驱动连接方式，本申请对此并不做特别限制。

连杆机构中的第一连杆5-2和第二连杆5-3均被所述臂体的中空框体包围，且均是中间为空心圆管，两端为形的结构，在连杆的两端均设置有连接孔，，具体参照图10。连杆的上述结构可在同等强度和刚度情况下，降低连杆的重量和体积；所述连杆的连接方式类似自行车刹车装置，在连杆拉伸和推动过程中实现两侧受力均匀，控制精度高。

本发明中臂体机构的臂体之间及臂体机构与驱动器机构的所有铰接处都可采用较小直径的转轴支撑，优选为直径为2mm的钢针。上述钢针可大幅降低机械臂的重量，且结构简单，便于组装。

如图7-9所示，本发明中所有驱动器的输出轴均采用至少一端为空心轴的结构形式；在驱动器壳体内部的空心轴上设置有用于控制线连接的环片电刷10，本发明中的控制线优选为串行控制线。环片电刷10包括定子壳体101、转子壳体102、挡圈103、密封环片104、绝缘环片105、定子导电弹簧片106、转子导电环107、绝缘环管108、转子挡片109、顶丝110等；控制线12包括上游静态引线1201、下游动态引线1202。

定子壳体101两侧设有定位拨盘1011，定位拨盘1011可通过螺钉与驱动器的壳体固定连接，实现定子壳体101的固定。定子壳体101内腔以绝缘的方式固定连接有三个定子导电弹簧片106，其中绝缘方式的实现可通过定子壳体为绝缘材料或定子壳体101为非绝缘材料，定子导电弹簧片106与定子壳体101之间设置绝缘材料，以实现定子导电弹簧片106之间以及与定子壳体101之间的绝缘。上游静态引线1201穿过定子壳体上的通孔，并通过焊接或螺钉连接的方式与定子导电弹簧片106固定连接。当然本申请中的定子导电弹簧片也可直接与驱动器壳体绝缘固定连接。

转子壳体102通过多个顶丝110固定在输出轴8上，可随轴一起转动。转子壳体102靠近顶丝110的一侧设置有轴肩，从轴肩开始依次穿过转子挡片109、绝缘环管108、定子壳体101和密封环片104，并通过挡圈103实现整体定位。转子挡片109与定子壳体101组成封闭空腔，并通过密封环片104密封。在封闭空腔内的绝缘环管108上依次套接有多个绝缘环片105和转子导电环107。如图8中所示，四个绝缘环片105和绝缘环管108实现三个转子导电环107的绝缘布置，以防止短路或信号干扰。转子挡片109、绝缘环管108、绝缘环片105、转子导电环107和密封环片104均与转子壳体102固定连接，并随轴转动。定子壳体101与转子挡片109、密封环片104和转子壳体之间均为102间隙配合，可相对转动。下游静态引线1202穿过输出轴8、转子壳102和绝缘环管108上的通孔，并通过焊接或螺钉连接的方式与转子导电环107固定连接。

定子导电弹簧片106的两端通过弹性变形抵靠在转子导电环107上，由于弹性变形，定子导电弹簧片106的两端受到弹性压力抵靠在转子导电环107上，可实现两者之间可靠的转动电连接。

当环片电刷10用于控制器2与第一驱动器3-1之间的控制线连接时：定子导电弹簧片106通过上游静态引线1201与第一驱动器内部设置的第一电路板11连接。定子壳体101与驱动器的壳体固定连接，由于第一驱动器驱动时，输出轴相对静止，驱动器壳体相对转动，则定子壳体101、定子导电弹簧片106、上游静态引线1201和第一电路板11四者在第一驱动器驱动转动时相互之间无位移，均相对驱动器的壳体保持静止，组成转动电连接的动态部分；转子导电环107通过从输出轴8的空心轴引入的下游动态引线1202，与底座1腔体内的控制器2连接。由于转子壳体102与输出轴8固连，转子壳体102、转子导电环107、下游动态引1202和控制器2在第一驱动器驱动转动时相互之间保持静止，均相对驱动器的壳体随着输出轴8固定不动，组成转动电连接的静态部分。

当环片电刷10用于相邻驱动器之间的控制线连接时：定子导电弹簧片106通过上游静态引线1201与驱动器自身内部设置的电路板连接。由于定子壳体101与驱动器的壳体固定连接，定子壳体101、定子导电弹簧片106、上游静态引线1201和电路板四者在输出轴8驱动转动时相互之间无位移，均相对驱动器的壳体保持静止，组成转动电连接的静态部分；转子导电环107通过从输出轴8的空心轴引出的下游动态引线1202，与另一驱动器内部的电路板连接。由于转子壳体102与输出轴8固连，转子壳体102、转子导电环107、下游动态引1202和另一控制板在输出轴8驱动转动时相互之间保持静止，均相对驱动器的壳体随着输出轴8转动，组成转动电连接的动态部分。

根据本发明提供的机械臂，从底座1腔体中控制器2引出的控制线12(具体参见图5中粗实线)，引入第一驱动器3-1的空心轴后，经第一驱动器内的环片电刷的转动电连接转换，再经环片电刷的定子部分引出与第一驱动器内部的第一电路板11连接；从第一电路板11引出的控制线穿过第一驱动器和第二驱动器的壳体，进入第二驱动器内部，并与其内部的第二电路板连接；从第二电路板引出的控制线引入第二驱动器内部环片电刷的定子部分，经转动电连接转换，从第二驱动器输出轴的空心轴引出，再与第三驱动器内部的第三电路板连接。当机械臂具有更多驱动器时，控制线通过上述连接方式与其他控制线依次迭代连接，从而形成具有更多自由度的机械臂，例如4或5或6自由度机械臂。

上游静态引线1201和下游动态引线1202通过定子导电弹簧片106和转子导电环107实现转动电连接，即控制线经过环片电刷10转换为转动连接方式。环片电刷结构使得机械臂布线方式完全简化，在进行机械臂设计时不必考虑控制线的布置问题，大大优化了机械设计环节，使机器人的外观设计更为人性化和精致化；尤其可实现机械臂相对底座的连续转动，使机械臂可满足更多复杂工况的需求。同时使机械臂在控制时不必只能通过往复运动的方式进行控制，可通过连续圆周转动的方式进行控制，使得控制方式简单及控制精度也可大大提高。

根据本发明提供的机械臂，手指机构6可根据功能需求，设置为不同的执行机构或在手指机构上附加安装各种执行机构，模块化结构设计可便于更换安装。

根据本发明提供的机械臂，当机械臂在工作台区1-106上进行绘画、写字等时，可在底座壳体1-1支撑区的平面部上设置不同规格的笔，机械臂的手指机构可实现自动拿笔和换笔等操作，从而更好、更快的完成作品。在工作台区1-106上，机械臂还可进行下棋操作，根据需要其可与人进行对弈或者进行下棋表演。当然本申请提供的机械臂可根据需要完成其它平面操作任务。

根据本发明提供的机械臂，机械臂还可进行积木的搬运，甚至装配表演。机械臂可以将底座外的积木搬运到工作台区上或者将工作台区上的积木搬运到底座外。当然本申请提供的机械臂可根据需要搬运其它物品及完成其它三维操作任务，例如生产线上物品的摆放、整理和搬运等。

根据本发明提供的机械臂，还可在臂体和/或驱动器基座的外侧设置装饰结构，从而使机械臂更加美观、漂亮。

本发明还提供一种机器人，其上设置有本发明提供的机械臂。所述机器人优选为扫地机器人，现有技术中的扫地机器人只能进行灰尘清扫，不能清理较大体积的垃圾，也不能进行物品的搬运和摆放。本发明提供的扫地机器人，其上安装的机械臂可以进行较大体积垃圾的捡取，例如易拉罐、纸张等，并垃圾放置垃圾桶内；还可以进行其它杂乱物品的摆放，例如鞋，从而更大程度上减轻人的劳动，并实现房间的更加干净、整洁。

本发明还提供一种机器人实验系统。所述机器人实验系统优选为小型教学机器人实验系统，其包含多个本发明提供的机械臂。通过多个机械臂的协调配合，可完成多种教学、演示任务。由于本发明提供的机械臂底座无需另外安装，可随意摆放布置；同时底座与控制盒的一体化结构，占用空间体积更小，可很好的解决现有技术中教学机器人实验系统因体积较大而造成的空间占用问题。由于便于携带使用和空间占用小，可随时随地进行更好效果的教学和演示，尤其是在教室内进行教学使用。

综上所述，本发明提供的机械臂具有集支撑、控制和工作台于一体的底座，无需另外固定安装；机械臂的底座与控制盒为一体结构，整体布局紧凑，可实现便携布置；臂体采用的全包围结构形式，提高了臂体整体结构的强度和刚度，可大大降低臂体的壁厚，从而大幅降低机械臂的重量；臂体全包围的整体结构便于机械臂的组装，省时省力；机械臂的连杆均采用中间为空心圆管，两端为形的结构，可在同等强度和刚度情况下，降低连杆的重量和体积；且在连杆拉伸和推动过程中两侧受力均匀，控制精度高；机械臂的铰接处采用较小直径的钢针进行转动支撑，可大幅降低机械臂的重量，且结构简单，便于组装；机械臂整体布线方式简单紧凑，解决了因控制线缠绕而影响机械臂运动的技术问题，尤其是机械臂可以实现绕底座的连续转动；具有本发明提供机械臂的机器人及机器人实验系统，可完成更多任务及具有更好的教学和演示效果；可有效的解决现有技术中功能单一、空间占用较大、安装和携带不便等问题，尤其是可随时在教室进行教学使用。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。

Claims (10)

1.一种机械臂，包括底座，控制器，驱动器机构，臂体机构，其特征在于：所述底座具有腔体结构，所述控制器设置在所述腔体结构中；所述驱动器机构和臂体机构设置在所述底座上，并相对所述底座旋转，其中，所述臂体机构铰接在所述驱动器机构上；所述臂体机构包括多个臂体，所述臂体的中部为全包围结构的中空框体，所述中空框体的两端设置有连接部，所述连接部包括两个侧壁，呈开口结构。

2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于：所述底座包括底座壳体和底座底盖；所述底座壳体为底部开口的腔体，包括顶部的平面部及与平面部连接的侧壁部；所述底座壳体包括支撑区和工作台区；所述支撑区包括驱动器机构安装部和连接部，所述连接部用于连接所述驱动器机构安装部和所述工作台区。

3.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于：所述工作台区呈矩形，其四个角部均设置有橡胶纸托。

4.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于：所述驱动器机构包括多个驱动器和驱动器基座；多个所述驱动器均安装在所述驱动器基座上；所述驱动器基座包括底壁及底壁两侧的侧壁，呈开口的半包围结构。

5.根据权利要求4所述的机械臂，其特征在于：所述驱动器基座通过转盘和轴承与所述驱动器机构安装部连接，其中，所述驱动器基座的底壁安装在所述转盘上，所述转盘设置在所述轴承上，所述轴承设置在所述驱动器机构安装部的凹槽中，所述凹槽的槽底设置有通孔；多个所述驱动器中的第一驱动器的壳体与所述驱动器基座的侧壁卡和安装，所述第一驱动器的输出轴依次穿过所述底壁、转盘、轴承及通孔，与安装在所述底座壳体内的固定装置固定连接。

6.根据权利要求5所述的机械臂，其特征在于：所述驱动器的输出轴的至少一端为空心轴，在所述空心轴上设置有环片电刷，所述环片电刷包括定子部分和转子部分；所述控制器与所述驱动器连接的控制线，经过所述环片电刷转换为转动连接。

7.根据权利要求6所述的机械臂，其特征在于：所述控制线与多个所述驱动器的连接为：从所述控制器引出的控制线引入所述第一驱动器的空心轴后，经第一驱动器内第一环片电刷的转动电连接转换后，与第一驱动器内的第一电路板连接；从第一电路板引出的控制线穿过第一驱动器和第二驱动器的壳体，进入所述第二驱动器内部，并与其内部的第二电路板连接；从所述第二电路板引出的控制线引入第二驱动器内部第二环片电刷的定子部分，经转动电连接转换后，从第二驱动器输出轴的空心轴引出，再与第三驱动器内部的第三电路板连接；所述控制线通过上述连接依次迭代与其它驱动器进行串联连接。

8.一种机器人，包含权利要求1-7中任一项所述的机械臂，其特征在于：所述机器人为扫地机器人。

9.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于：所述扫地机器人可捡取垃圾或进行鞋的摆放。

10.一种机器人实验系统，包含权利要求1-7中任一项所述的机械臂，其特征在于：所述机器人实验系统为小型教学机器人实验系统，并包括多个所述机械臂。