CN107598961A - 一种机器人手臂 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于机器人技术领域，提供了一种机器人手臂，包括舵机外壳，由上到下依次安装在所述舵机外壳内的PCB板、电机、行星齿轮传动系统，以及转动连接在所述舵机外壳上的多个爪勾；所述电机与所述PCB板电性连接，所述行星齿轮传动系统的输入端与所述电机的输出轴连接，所述行星齿轮传动系统的输出端设有斜齿轴及与所述斜齿轴和所述爪勾啮合的多个传动斜齿轮，所述传动斜齿轮与所述爪勾一一对应，多个所述爪勾的一端分别转动连接在所述舵机外壳上且用于在所述传动斜齿轮的驱动下进行开合运动。本发明用于积木类益智类产品，采用行星齿轮传动系统与斜齿交错啮合传动组合的方式实现三爪机构的开合功能，既实现了结构紧凑，又实现了功能需求。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种机器人手臂。
背景技术
目前，社会上虽然有多种多样的积木玩具，但是缺乏一种小型智能化且利于开发小孩智力的积木三爪工程机构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人手臂，旨在解决现有技术中缺乏小型智能化且利于开发小孩智力的积木三爪工程机构的技术问题。
本发明是这样实现的，一种机器人手臂，包括舵机外壳，由上到下依次安装在所述舵机外壳内的PCB板、电机、行星齿轮传动系统，以及转动连接在所述舵机外壳上的多个爪勾；所述电机与所述PCB板电性连接，所述行星齿轮传动系统的输入端与所述电机的输出轴连接，所述行星齿轮传动系统的输出端设有斜齿轴及与所述斜齿轴和所述爪勾啮合的多个传动斜齿轮，所述传动斜齿轮与所述爪勾一一对应，多个所述爪勾的一端分别转动连接在所述舵机外壳上且用于在所述传动斜齿轮的驱动下进行开合运动。
进一步地，所述行星齿轮传动系统包括行星轮上端盖、行星轮下端盖，以及固定在所述行星轮上端盖和行星轮下端盖之间的至少两级行星齿轮传动机构，至少两级行星齿轮传动机构的输入端与所述电机的输出轴连接且输出端连接有所述斜齿轴，所述行星轮下端盖上转动连接有多个所述传动斜齿轮。
进一步地，每一所述传动斜齿轮均通过斜齿轮转轴转动连接在所述行星轮下端盖上，所述斜齿轮转轴的末端设有用于卡紧所述传动斜齿轮的卡紧件。
进一步地，每一所述爪勾的一端端部均设有与其对应连接的所述传动斜齿轮啮合的扇形斜齿。
进一步地，多个所述传动斜齿轮沿所述行星轮下端盖的圆周方向均匀布置，且每一所述传动斜齿轮均水平设置。
进一步地，每一所述行星齿轮传动机构包括用作输入端的太阳轮、与所述太阳轮外向啮合的多个行星轮、用于装配所述行星轮且用作输出端的行星架，以及套设在所述行星架外且用于与多个所述行星轮啮合的齿圈。
进一步地，所述行星架包括行星轮安装板、固定在所述行星轮安装板上且用于分别贯穿连接多个所述行星轮的多个行星轮转轴，以及与所述行星轮安装板固定连接且用作输出端的固定板，所述行星轮转轴的一端穿设所述固定板。
进一步地，所述至少两级行星齿轮传动机构共用一个所述齿圈。
进一步地，所述舵机外壳包括相互扣合且固定连接的舵机上壳和舵机下壳，所述PCB板固定连接在所述舵机上壳上，所述爪勾转动连接在所述舵机下壳上。
进一步地，所述爪勾通过爪勾转轴转动连接在所述舵机下壳上。
实施本发明的一种机器人手臂，具有以下有益效果：其用于积木类益智类产品，采用行星齿轮传动系统与斜齿交错啮合传动组合的方式实现三爪机构的开合功能，既实现了结构紧凑，又实现了功能需求，当PCB板发出指令驱动电机转动时带动行星齿轮传动系统转动，进而带动斜齿轴和传动斜齿轮转动，传动斜齿轮绕斜齿轴转动，形成交错传动系统，进而改变传动方向，多个爪勾与传动斜齿轮啮合，从而实现爪勾的开合运动，以便抓取或放掉积木。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的机器人手臂在三爪处于打开状态的剖视图(一)；
图2是本发明实施例提供的机器人手臂在三爪处于打开状态的剖视图(二)；
图3是本发明实施例提供的机器人手臂在三爪处于闭合状态的剖视图；
图4是本发明实施例提供的机器人手臂在三爪处于闭合状态的主视图；
图5是本发明实施例提供的机器人手臂的部分爆炸图；
图6是本发明实施例提供的机器人手臂的部分结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一级行星齿轮传动机构与二级太阳轮的装配示意图；
图8是本发明实施例提供的二级行星齿轮传动机构与斜齿轴的装配示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1至图4所示，本发明实施例提供的机器人手臂包括舵机外壳、PCB板2、电机4、行星齿轮传动系统以及三个爪勾26。其中，PCB板2、电机4和行星齿轮传动系统由上到下依次安装在舵机外壳内，电机4与PCB板2电性连接且可接收PCB板2的指令，行星齿轮传动系统的输入端与电机4的输出轴连接且可在电机4的驱动下转动。行星齿轮传动系统的输出端设有斜齿轴29及三个传动斜齿轮23，其中，传动斜齿轮23与爪勾26一一对应，传动斜齿轮23与斜齿轴29啮合且可绕斜齿轴29转动，形成交错传动系统，进而改变传动方向；爪勾26与其对应的传动斜齿轮23啮合且用于在传动斜齿轮23的驱动下进行开合运动，以便抓取或放掉积木。具体地，三个爪勾26转动连接在舵机外壳上且沿舵机外壳的外沿等间距分布，三个爪勾26的一端的端部分别与对应的传动斜齿轮23啮合，而爪勾26的另一端用于抓取或释放积木。另外，在斜齿轴29外设置有与传动斜齿轮23啮合的斜齿。如图1和图2所示，当传动斜齿轮23在斜齿轴29的驱动下沿逆时针转动时，其会带动爪勾26远离外部积木元件的一端向内聚合运动，进而带动爪勾26靠近外部积木元件的一端向外张开运动，从而实现三爪打开。如图3和图4所示，当传动斜齿轮23在斜齿轴29的驱动下沿顺时针转动时，其会带动爪勾26远离外部积木元件的一端向外张开运动，进而带动爪勾26靠近外部积木元件的一端向内聚合运动，从而实现三爪闭合。当然，爪勾26也可以是四个或以上，相应地，传动斜齿轮23也可以是四个或以上，只需满足两者的个数相匹配即可。
本发明实施例的机器人手臂用于积木类益智类产品，采用行星齿轮传动系统与斜齿交错啮合传动组合的方式实现三爪机构的开合功能，既实现了结构紧凑，又实现了功能需求，当PCB板2发出指令驱动电机4转动时带动行星齿轮传动系统转动，进而带动斜齿轴29和传动斜齿轮23转动，所述三个传动斜齿轮23绕斜齿轴29转动，形成交错传动系统，进而改变传动方向，多个爪勾26与传动斜齿轮23啮合，从而实现爪勾的开合运动，以便抓取或释放积木。
具体地，行星齿轮传动系统包括行星轮上端盖5、行星轮下端盖22，以及固定在行星轮上端盖5和行星轮下端盖22之间的至少两级行星齿轮传动机构，至少两级行星齿轮传动机构的输入端与电机4连接且其输出端连接有斜齿轴29，同时在行星轮下端盖22上转动连接有三个传动斜齿轮23。其中，电机4通过第一螺丝16锁紧于行星轮上端盖5上，具体可在行星轮上端盖5上开设圆形的凹槽，电机4固定在凹槽内且电机4的输出轴穿过行星轮上端盖5与行星齿轮传动机构连接。优选地，三个传动斜齿轮23沿行星轮下端盖22的圆周方向均匀布置，且每一传动斜齿轮23均沿其转轴方向水平设置，使得动力被均匀分散在三个爪勾26上，便于爪勾26抓取或放开积木。
进一步地，结合图5和图6，三个传动斜齿轮23分别通过三根斜齿轮转轴24转动连接在行星轮下端盖22上，并在斜齿轮转轴24的末端设置卡紧件21，该卡紧件21用于卡紧传动斜齿轮23，以防止传动斜齿轮23沿斜齿轮转轴24的轴向移动。优选地，该卡紧件21为卡簧。具体地，在行星轮下端盖22的中心区域开设有贯穿行星轮下端盖22的通孔221，同时在行星轮下端盖22的圆周方向设置有三个通道222，三个传动斜齿轮23分别安装在三个通道222内，斜齿轴29的一端穿过通孔221后与三个传动斜齿轮23啮合，形成交错传动系统，改变了传动方向。
进一步地，每个爪勾26远离外部积木元件的一端的端部均设有扇形斜齿30，该扇形斜齿30与爪勾26对应连接的传动斜齿轮23啮合，传动斜齿轮23的转动带动爪勾26转动，进而实现爪勾26的开合。
进一步地，每一行星齿轮传动机构包括用作输入端的太阳轮、与太阳轮外向啮合的多个行星轮、用于装配行星轮且用作输出端的行星架，以及套设在行星架外且用于与多个行星轮啮合的齿圈。行星架包括行星轮安装板、固定在行星轮安装板上且用于分别套设多个行星轮的多个行星轮转轴，以及与行星轮安装板固定连接且用作输出端的固定板，行星轮转轴的一端穿设固定板。
其中，在本发明的一个具体实施例中，行星齿轮传动机构的级数可以是两级或三级以上，但考虑到其所需实现的功能以及成本，以两级为优选，每级行星齿轮传动机构的行星轮的个数以三个为优选，下面以两级行星齿轮传动机构详细说明。
结合图7和图8，行星齿轮传动系统包括一级行星齿轮传动机构和二级行星齿轮传动机构。其中，一级行星齿轮传动机构包括作为输入端且与电机4的输出轴连接的一级太阳轮7、与一级太阳轮7外向啮合的三个一级行星轮8、用于装配一级行星轮8且用作输出端的一级行星架，以及套设在一级行星架外且用于与一级行星轮8啮合的齿圈11。一级行星架包括一级行星轮安装板6、固定在一级行星轮安装板6上且用于分别贯穿连接三个一级行星轮8的三个一级行星轮转轴27，以及通过三个一级行星轮转轴27与一级行星轮安装板6连接且用作输出端的一级固定板9，优选的，一级行星轮转轴27的一端穿设一级固定板9。具体地，通过第二螺丝18将一级固定板9和一级行星轮安装板6锁紧，且该一级固定板9作为一级行星齿轮传动机构的输出件。优选的，三个一级行星轮转轴27及第二螺丝18均匀设置在一级固定板9和一级行星轮安装板6上。在本实施例中，电机4上的马达齿可作为一级行星齿轮传动机构的一级太阳轮7。
二级行星齿轮传动机构包括作为输入端且与一级固定板9连接的二级太阳轮14、与二级太阳轮14外向啮合的三个二级行星轮13、用于装配二级行星轮13且用作输出端的二级行星架，以及套设在二级行星架外且用于与二级行星轮13啮合的齿圈11。二级行星架包括二级行星轮安装板10、固定在二级行星轮安装板10上且用于分别套设三个二级行星轮13的三个二级行星轮转轴28，以及通过所述三个二级行星轮转轴28与二级行星轮安装板10连接且用作输出端的二级固定板15，优选的，二级行星轮转轴28的一端穿设二级固定板15。具体地，二级太阳轮14紧配于一级固定板9上的轴上，通过第三螺丝19将二级固定板15和二级行星轮安装板10锁紧，该二级固定板15作为整个行星齿轮传动系统的输出件，其上设置有上述斜齿轴29。优选的，所述三个二级行星轮转轴28及第三螺丝19均匀设置在所述二级固定板15和二级行星轮安装板10上。
优选地，一级行星齿轮传动机构和二级行星齿轮传动机构共用一个齿圈11，节约了成本和空间，与整机连接方便，方便拆卸。具体地，齿圈11通过第四螺丝17与行星轮上端盖5固定连接，齿圈11通过第五螺丝20与行星轮下端盖22固定连接。
进一步地，舵机外壳包括相互扣合且固定连接的舵机上壳1和舵机下壳12，上述PCB板2通过第六螺丝3固定连接在舵机上壳1上，上述爪勾26转动连接在舵机下壳12上，舵机上壳1、齿圈11和舵机下壳12用螺丝锁紧。具体地，结合图5，爪勾26通过爪勾转轴25转动连接在舵机下壳12上，爪勾26与爪勾转轴25松配，爪勾转轴25与舵机下壳12紧配。
在本发明实施例中，整个舵机的上壳、下壳和行星轮系统通过螺丝串联固定，即舵机上壳1、舵机下壳12和行星齿轮传动系统通过螺丝串联固定。
本发明实施例的机器人手臂的三爪机构的传动过程如下：PCB2发出指令驱动电机4转动，同时带动一级太阳轮7转动，一级太阳轮7带动一级行星轮8转动，三个一级行星轮8的外缘与齿圈11啮合，齿圈11连接固定在上端盖5和下端盖22之间及连接固定在舵机上壳1和舵机下壳12之间，从而驱动一级行星轮8带动一级行星轮安装板6和一级固定板9一同转动，由于二级太阳轮14固定于一级固定板9的轴上，从而使得一级固定板9既作为一级行星齿轮传动机构的输出，又作为二级行星齿轮传动机构的输入，同上述一级太阳轮7及一级行星轮8、一级行星轮安装板6和一级固定板9的传动原理相似，二级太阳轮14带动二级行星轮13转动，三个二级行星轮13的外缘与齿圈11啮合，从而驱动二级行星轮13带动二级行星轮安装板10和二级固定板15一同转动，二级固定板15上固定连接有斜齿轴29，从而作为整个行星齿轮传动系统的输出轴，带动传动斜齿轮23转动，三爪爪勾26上设置有与传动斜齿轮23啮合的扇形斜齿30，使得三爪爪勾26绕爪勾转轴25转动，从而实现三爪爪勾26的开合动作。
综上所述，本发明实施例采用行星传动加交错轴斜齿轮传动组合的形式实现三爪机构的开合功能，使积木玩具更智能化，便于开发小孩智力，同时可运用于教育类课程等。
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 (10)
1.一种机器人手臂，其特征在于，包括舵机外壳，由上到下依次安装在所述舵机外壳内的PCB板、电机、行星齿轮传动系统，以及转动连接在所述舵机外壳上的多个爪勾；所述电机与所述PCB板电性连接，所述行星齿轮传动系统的输入端与所述电机的输出轴连接，所述行星齿轮传动系统的输出端设有斜齿轴及与所述斜齿轴和所述爪勾啮合的多个传动斜齿轮，所述传动斜齿轮与所述爪勾一一对应，多个所述爪勾的一端分别转动连接在所述舵机外壳上且用于在所述传动斜齿轮的驱动下进行开合运动。
2.如权利要求1所述的机器人手臂，其特征在于，所述行星齿轮传动系统包括行星轮上端盖、行星轮下端盖，以及固定在所述行星轮上端盖和行星轮下端盖之间的至少两级行星齿轮传动机构，至少两级行星齿轮传动机构的输入端与所述电机的输出轴连接且输出端连接有所述斜齿轴，所述行星轮下端盖上转动连接有多个所述传动斜齿轮。
3.如权利要求2所述的机器人手臂，其特征在于，每一所述传动斜齿轮均通过斜齿轮转轴转动连接在所述行星轮下端盖上，所述斜齿轮转轴的末端设有用于卡紧所述传动斜齿轮的卡紧件。
4.如权利要求2所述的机器人手臂，其特征在于，每一所述爪勾的一端端部均设有与其对应连接的所述传动斜齿轮啮合的扇形斜齿。
5.如权利要求2所述的机器人手臂，其特征在于，多个所述传动斜齿轮沿所述行星轮下端盖的圆周方向均匀布置，且每一所述传动斜齿轮均水平设置。
6.如权利要求2所述的机器人手臂，其特征在于，每一所述行星齿轮传动机构包括用作输入端的太阳轮、与所述太阳轮外向啮合的多个行星轮、用于装配所述行星轮且用作输出端的行星架，以及套设在所述行星架外且用于与多个所述行星轮啮合的齿圈。
7.如权利要求6所述的机器人手臂，其特征在于，所述行星架包括行星轮安装板、固定在所述行星轮安装板上且用于分别贯穿连接多个所述行星轮的多个行星轮转轴，以及与所述行星轮安装板固定连接且用作输出端的固定板，所述行星轮转轴的一端穿设所述固定板。
8.如权利要求6所述的机器人手臂，其特征在于，所述至少两级行星齿轮传动机构共用一个所述齿圈。
9.如权利要求1至8任一项所述的机器人手臂，其特征在于，所述舵机外壳包括相互扣合且固定连接的舵机上壳和舵机下壳，所述PCB板固定连接在所述舵机上壳上，所述爪勾转动连接在所述舵机下壳上。
10.如权利要求9所述的机器人手臂，其特征在于，所述爪勾通过爪勾转轴转动连接在所述舵机下壳上。
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