CN107671850A - 一种教学拼装机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种教学拼装机械臂，主要以学生使用为目的，针对学生学习的特点，采用模块化组件，组装简单，效果直观，体积小，重量轻，为学生接触学习使用机械臂提供便利。包括底座、手臂和夹爪，底座包括底座舵机、底板、转盘；底座舵机安装在底板上，转盘平行于底板设置；底板上设置垂直于底板的支撑柱，转盘的外圈固定在支撑柱上，转盘的内圈是可转动的，其中心螺纹连接在底座舵机主舵盘上，由底座舵机带动转盘的内圈转动；转盘的内圈上具有手臂连接件，通过手臂连接件连接手臂，当底座舵机转动时，带动手臂在空间转动；手臂末端连接有夹爪，所述夹爪上具有夹持物体的夹持装置。

Description

一种教学拼装机械臂

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别是涉及一种教学拼装机械臂。

背景技术

目前工业机器臂的应用越来越广泛，工业机器臂是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。其特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械臂虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械臂已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用。

工业机械臂技术日渐成熟，但由于工业机械臂体积庞大、操作危险，不适用于学校、家庭使用。学生只能通过文章视屏等途径学习机械臂知识，且不能实际操作。因此，需要一款小型的、适用于教育学习使用的机械臂。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种教学拼装机械臂，采用模块化组件，体积小，重量轻，适用于学校、家庭等环境使用。

本发明的技术方案是：

1.一种教学拼装机械臂，其特征在于，包括底座、手臂和夹爪，所述底座包括底座舵机、底板、转盘；所述底座舵机安装在底板上，转盘平行于底板设置；所述底板上设置垂直于底板的支撑柱，转盘的外圈固定在支撑柱上，转盘的内圈是可转动的，其中心螺纹连接在底座舵机主舵盘上，由底座舵机带动转盘的内圈转动；转盘的内圈上具有手臂连接件，通过手臂连接件连接手臂，当底座舵机转动时，带动手臂在空间转动；手臂末端连接有夹爪，所述夹爪上具有夹持物体的夹持装置。

2.所述手臂连接件包括同轴连接在转盘内圈上方的转盘舵机连接件以及螺纹连接在转盘舵机连接件上的手臂舵机连接件。

3.所述手臂包括若干手臂舵机和若干连接组件组成的大臂和小臂，第一手臂舵机连接在底座上的手臂连接件上，所述第一手臂舵机通过第一连接组件连接第二手臂舵机形成大臂，第二手臂舵机通过第二连接组件连接第三手臂舵机形成小臂，第三手臂舵机通过手臂夹爪连接件连接夹爪。

4.所述连接组件包括依次连接的长U型件、平片组和小U型件，平片组包括若干叠加连接的小平片，长U型件和小U型件分别固定在平片组的两个侧面；第一手臂舵机的舵盘连接第一连接组件的长U型件，第一连接组件的小U型件连接第二手臂舵机的底部，第二手臂舵机的舵盘连接第二连接组件的长U型件，第二连接组件的小U型件连接第三手臂舵机的底部，第三手臂舵机连接手臂夹爪连接件。

5.所述手臂夹爪连接件包括固定连接在一起的长U型件和平片，所述长U型件连接第三手臂舵机的舵盘，所述平片连接夹爪的夹持装置。

6.所述夹爪的夹持装置包括夹爪舵机、基体底板、月牙板、活动体；夹爪舵机的外壳安装在基体底板上，夹爪舵机的舵盘通过舵臂连接月牙板，月牙板与活动体连接，当夹爪舵机转动时，通过月牙板带动活动体直线运动，形成夹持动作。

7.所述夹爪舵机的舵盘螺纹连接舵臂上的四个圆孔，舵臂的两个臂端分别与两块月牙板的一端轴承连接，活动体包括两块活动板，对称安装在基体底板的导轨上，两块月牙板的另一端各自轴承连接一个活动板，当夹爪舵机转动时，舵盘带动舵臂转动，舵臂带动月牙板的一端转动，通过月牙板的另一端带动两块活动板进行直线往复运动，两块活动板上垂直安装有垂直于活动板的夹板，两块活动板进行直线往复运动时，由夹板夹持物体形成夹持动作。

8.所述夹持装置包括红外模块支架，固定在夹爪舵机上，用于固定红外模块，所述红外模块用于检测物体以及检测与物体的距离。

9.所述夹持装置包括增高/宽件，包括若干可实现加长/宽的面板，面板螺纹连接在夹板或活动体上。

10.底板上固定有控制舵机运动的控制板和为控制板及舵机供电的电源，控制板上具有连接舵机的接口以及连接电源的接口。

本发明的技术效果：

本发明提供的一种教学拼装机械臂，主要以学生使用为目的，针对学生学习的特点，采用模块化组件，采用简单的连接件，简单的组装，效果直观，体积小，重量轻，为学生接触学习使用机械臂提供便利。适用于学校、家庭等环境使用。

本发明的教学拼装机械臂，包括底座、手臂和夹爪三部分，1.机械臂底座使用舵机作为动力，所述底座包括底座舵机、底板、转盘；底座舵机安装在底板上，转盘平行于底板设置，转盘的内圈可转动，轴承连接在底座舵机主舵盘上，由底座舵机带动转盘的内圈转动；转盘的内圈上具有手臂连接件，通过手臂连接件连接手臂，当底座舵机转动时，带动手臂在空间转动；舵机与转盘内圈轴承连接形成一体的结构，利用转盘外圈承载综合载荷，这样的结构，有效地保护舵机不受任何弯矩和重力载荷影响，只需要很小的驱动克服滚动摩擦阻尼既可运转。2.机械臂手臂采用若干手臂舵机和若干连接组件组成的大臂和小臂，能形成三个自由度的转动关节，手臂末端通过手臂夹爪连接件与夹爪连接，带动夹爪在空间形成上/下/左/右的运动，跟踪要爪持的物体。3.机械臂夹爪综合了国内外同类夹爪的优点，并进行了创造性的改进，包括夹爪舵机、基体底板、月牙板、活动体，舵机安装在基体底板上，舵机与活动体通过月牙板连接，当舵机转动时，舵机通过月牙板带动活动体直线运动，形成夹爪夹持动作，抓取空间物体。本夹爪具有更强的刚性、平行夹持易于定位被夹持物体，并配备增宽(长)件，根据需求扩大夹持范围。机械臂前端安装有支架，方便用户根据需求安装红外模块等器件。

附图说明

图1为本发明的教学拼装机械臂实施例整体结构示意图；

图2-1为机械臂底座俯视图；

图2-2为机械臂底座立体图；

图3-1为机械臂手臂结构示意图；

图3-2为机械臂手臂连接组件示意图；

图4-1为机械臂夹爪结构示意图之一；

图4-2为机械臂夹爪结构示意图之二。

附图标记列示如下：1-底座，2-手臂，3-夹爪，4-底座舵机，5-底板，6-转盘，7-支撑柱，8-转盘舵机连接件，9-手臂舵机连接件，10-控制板，11-电源，12-第一手臂舵机，13-第一连接组件，14-第二手臂舵机，15-第三手臂舵机，16-第二连接组件，17-长U型件，18-平片组，19-小U型件，20-夹爪舵机，21-基体底板，22-月牙板，23-活动体，24-舵臂，25-红外模块支架，26-增高/增宽件，27-夹板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例做进一步的详细说明。

图1为本发明的教学拼装机械臂实施例整体结构示意图。本实施例的教学拼装机械臂，是一个五舵机机械臂，包括底座1、手臂2和夹爪3三部分。底座1包括一个底座舵机，手臂2包括三个手臂舵机，夹爪3包括1个夹爪舵机，底座1、手臂2和夹爪3之间采用连接件连接。

图2-1、图2-2为机械臂底座俯视图、立体图。所述底座包括底座舵机4、底板5、转盘6；底座舵机4安装在底板5上，转盘6平行于底板5设置；底板5上设置垂直于底板的支撑柱7，转盘6的外圈固定在支撑柱7上，转盘6的内圈是可转动的，其中心螺纹连接在底座舵机4主舵盘上，由底座舵机4带动转盘6的内圈转动；转盘6的内圈上具有手臂连接件，通过手臂连接件连接手臂。本实施例的手臂连接件包括同轴连接在转盘内圈上方的转盘舵机连接件8以及螺纹连接在转盘舵机连接件8上的手臂舵机连接件9。机械臂底座使用底座舵机作为动力，当底座舵机转动时，带动手臂在空间左右转动；手臂末端连接有夹爪，所述夹爪上具有夹持物体的夹持装置。底板5上固定有控制舵机运动的控制板10和为控制板及舵机供电的电源11，控制板10上具有连接舵机的接口以及连接电源的接口。

图3-1为手臂实施例结构示意图。机械臂的手臂包括若干手臂舵机和若干连接组件组成的大臂和小臂，本实施例的手臂通过三个手臂舵机和两个连接组件组成大臂和小臂，形成手臂三个自由度的转动。第一手臂舵机12通过第一连接组件13连接第二手臂舵机14形成大臂，第二手臂舵机14通过第二连接组件16连接第三手臂舵机15形成小臂。图3-2为机械臂手臂连接组件示意图。所述连接组件包括依次连接的长U型件17、平片组18和小U型件19，根据需要，平片组18包括若干叠加连接的小平片，本实施例的平片组18包括4个叠加连接的小平片，长U型件17和小U型件19分别固定在平片组18的两个侧面；第一手臂舵机的舵盘连接第一连接组件的长U型件，第一连接组件的小U型件连接第二手臂舵机的底部，第二手臂舵机的舵盘连接第二连接组件的长U型件，第二连接组件的小U型件连接第三手臂舵机的底部。第一手臂舵机12的底部通过底座上的手臂舵机连接件连接在底座上，本实施例的手臂舵机连接件是一个小U型件。第三手臂舵机15的舵盘连接手臂夹爪连接件，通过手臂夹爪连接件连接夹爪，本实施例的手臂夹爪连接件是一个长U型件加一个平片，第三手臂舵机15的舵盘连接长U型件，平片连接夹爪舵机的底部。本实施例的手臂能形成三个自由度的转动，由底座舵机带动第一手臂舵机在空间左右转动；第二手臂舵机由第一手臂舵机带动在空间上下运动(大幅度)；第三手臂舵机由第二手臂舵机带动在空间上下小幅度运动，用于进行位置微调。并且在控制板10上具有分别连接底座舵机、第一手臂舵机、第二手臂舵机和第三手臂舵机的旋钮，可以分别控制底座舵机、第一手臂舵机、第二手臂舵机和第三手臂舵机的运动，进行人工调节。

图4-1、图4-2为机械臂夹爪结构示意图。机械臂夹爪具有夹持物体的夹持装置，夹爪的夹持装置包括夹爪舵机20、基体底板21、月牙板22、活动体23；夹爪舵机20的外壳安装在基体底板21上，夹爪舵机20的舵盘通过舵臂24连接月牙板22，月牙板22与活动体23连接，当夹爪舵机20转动时，通过月牙板22带动活动体23直线运动，形成夹持动作。具体的，夹爪舵机20的舵盘螺纹连接舵臂24上的四个圆孔，舵臂24的两个臂端分别与两块月牙板22的一端轴承连接，活动体23包括两块与基体底板21滑动连接的活动板，两块活动板对称安装在基体底板的导轨上，两块月牙板的另一端各自轴承连接一个活动板，当夹爪舵机20转动时，夹爪舵机20的舵盘带动舵臂24转动，舵臂24带动月牙板22的一端转动，通过月牙板22的另一端带动两块活动板进行直线往复运动，两块活动板上垂直安装有垂直于活动板的夹板27，两块活动板进行直线往复运动时，由夹板27夹持物体形成夹持动作。月牙板22与舵臂24采用轴承连接，保证转动平滑。另外舵机上螺纹连接一个红外模块支架25，用于固定红外模块，红外模块可以用以检测是否有物体、检测与物体的距离等。还包括增高/宽件26，所述增高/宽件包括若干可实现加长/宽的面板，面板螺纹连接在夹板或活动体上，根据需扩大的夹持范围需求。在控制板10上也具有控制夹爪舵机的旋钮，可以进行人工控制。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种教学拼装机械臂，其特征在于，包括底座、手臂和夹爪，所述底座包括底座舵机、底板、转盘；所述底座舵机安装在底板上，转盘平行于底板设置；所述底板上设置垂直于底板的支撑柱，转盘的外圈固定在支撑柱上，转盘的内圈是可转动的，其中心螺纹连接在底座舵机主舵盘上，由底座舵机带动转盘的内圈转动；转盘的内圈上具有手臂连接件，通过手臂连接件连接手臂，当底座舵机转动时，带动手臂在空间转动；手臂末端连接有夹爪，所述夹爪上具有夹持物体的夹持装置。

2.根据权利要求1所述的教学拼装机械臂，其特征在于，所述手臂连接件包括同轴连接在转盘内圈上方的转盘舵机连接件以及螺纹连接在转盘舵机连接件上的手臂舵机连接件。

3.根据权利要求1所述的教学拼装机械臂，其特征在于，所述手臂包括若干手臂舵机和若干连接组件组成的大臂和小臂，第一手臂舵机连接在底座上的手臂连接件上，所述第一手臂舵机通过第一连接组件连接第二手臂舵机形成大臂，第二手臂舵机通过第二连接组件连接第三手臂舵机形成小臂，第三手臂舵机通过手臂夹爪连接件连接夹爪。

4.根据权利要求3所述的教学拼装机械臂，其特征在于，所述连接组件包括依次连接的长U型件、平片组和小U型件，平片组包括若干叠加连接的小平片，长U型件和小U型件分别固定在平片组的两个侧面；第一手臂舵机的舵盘连接第一连接组件的长U型件，第一连接组件的小U型件连接第二手臂舵机的底部，第二手臂舵机的舵盘连接第二连接组件的长U型件，第二连接组件的小U型件连接第三手臂舵机的底部，第三手臂舵机连接手臂夹爪连接件。

5.根据权利要求4所述的教学拼装机械臂，其特征在于，所述手臂夹爪连接件包括固定连接在一起的长U型件和平片，所述长U型件连接第三手臂舵机的舵盘，所述平片连接夹爪的夹持装置。

6.根据权利要求1所述的教学拼装机械臂，其特征在于，所述夹爪的夹持装置包括夹爪舵机、基体底板、月牙板、活动体；夹爪舵机的外壳安装在基体底板上，夹爪舵机的舵盘通过舵臂连接月牙板，月牙板与活动体连接，当夹爪舵机转动时，通过月牙板带动活动体直线运动，形成夹持动作。

7.根据权利要求6所述的教学拼装机械臂，其特征在于，所述夹爪舵机的舵盘螺纹连接舵臂上的四个圆孔，舵臂的两个臂端分别与两块月牙板的一端轴承连接，活动体包括两块活动板，对称安装在基体底板的导轨上，两块月牙板的另一端各自轴承连接一个活动板，当夹爪舵机转动时，舵盘带动舵臂转动，舵臂带动月牙板的一端转动，通过月牙板的另一端带动两块活动板进行直线往复运动，两块活动板上垂直安装有垂直于活动板的夹板，两块活动板进行直线往复运动时，由夹板夹持物体形成夹持动作。

8.根据权利要求6所述的教学拼装机械臂，其特征在于，所述夹持装置包括红外模块支架，固定在夹爪舵机上，用于固定红外模块，所述红外模块用于检测物体以及检测与物体的距离。

9.根据权利要求6所述的教学拼装机械臂，其特征在于，所述夹持装置包括增高/宽件，包括若干可实现加长/宽的面板，面板螺纹连接在夹板或活动体上。

10.根据权利要求1至9之一所述的教学拼装机械臂，其特征在于，底板上固定有控制舵机运动的控制板和为控制板及舵机供电的电源，控制板上具有连接舵机的接口以及连接电源的接口。