CN108582060A - 一种桌面可编程机械手臂 - Google Patents

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孙建
胡希
王岚
洪俊
刘佳生
朱冰清
王新锋
朱哓云
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Abstract

本发明公开了一种桌面可编程机械手臂，包括安装底座、旋转驱动电机、U形支座、摆臂驱动电机、后臂驱动电机、旋转驱动齿轮、摆臂驱动齿轮、后臂驱动齿轮、摆臂、后臂、第一连杆、第二连杆、三角板、拉杆、前臂、连接架以及机械爪。该机械手臂只需对旋转驱动电机、摆臂驱动电机、后臂驱动电机以及夹持驱动电机进行编程协调控制即可完成相应的摆动夹持操作，摆动的角度灵活，两个夹头的开度可调，结构简单，安装方便，具有较好的演示性能；利用三组平行四边形连杆机构能够确保连接架的稳定性，进一步保证机械爪夹持时的稳定性。

Description

一种桌面可编程机械手臂
技术领域
本发明涉及一种机械手臂，尤其是一种桌面可编程机械手臂。
背景技术
在机器人领域，工业机器人为了满足实际生产的需要，都设计成大尺寸和高精度，另外由于其复杂的伺服驱动模块，整台机器的价格一般都很高，而在科技馆机器人展示，机器人教育，以及家庭助手机器人等领域，并不需要如此高精度和大尺寸的工业机器人，急迫需要一些小尺寸价格低的机器人。
发明内容
发明目的：提供一种桌面可编程机械手臂，能够实现机械手臂的编程控制演示，且结构简单、运动灵活。
技术方案：本发明所述的桌面可编程机械手臂，包括安装底座、旋转驱动电机、U形支座、摆臂驱动电机、后臂驱动电机、旋转驱动齿轮、摆臂驱动齿轮、后臂驱动齿轮、摆臂、后臂、第一连杆、第二连杆、三角板、拉杆、前臂、连接架以及机械爪；旋转驱动齿轮旋转式安装在安装底座的顶部；旋转驱动电机固定安装在安装底座上，并在旋转驱动电机的输出轴上设有与旋转驱动齿轮相啮合的驱动小齿轮；U形支座固定安装在旋转驱动齿轮上；摆臂驱动电机和后臂驱动电机分别固定安装在U形支座两竖向侧板的外侧面上；摆臂驱动齿轮和后臂驱动齿轮通过两根转轴分别旋转式安装在U形支座两竖向侧板的内侧面上；摆臂的一端固定安装在摆臂驱动齿轮上；后臂的下端端固定安装在后臂驱动齿轮；在摆臂驱动电机和后臂驱动电机的输出轴上设有分别与摆臂驱动齿轮和后臂驱动齿轮啮合的主动齿轮；第一连杆的下端铰接安装在U形支座上；第二连杆的下端铰接安装在摆臂的另一端上；前臂的中部铰接安装在后臂的上端上，前臂的后端铰接安装在第二连杆的上端上，前臂的前端铰接安装在连接架上；拉杆的前端铰接安装在连接架上；拉杆的后端、第一连杆的上端以及后臂的上端分别铰接安装在三角板的三个顶角处；机械爪固定安装在连接架上。
进一步地，安装底座包括固定环、三个Z形安装板以及安装圆盘；在固定环上设有安装孔；旋转驱动电机和三个Z形安装板均固定安装在固定环上；安装圆盘安装在三个Z形安装板上，且安装圆盘与固定环相平行；旋转驱动齿轮通过转轴旋转式安装在安装圆盘的中心处。
进一步地，机械爪包括安装板、两个夹头以及夹持驱动电机；安装板固定安装在连接架上；在安装板的下侧面上设有T形滑槽；在两个夹头的上侧均设有滑动式嵌于T形滑槽内的T形滑块；在T形滑槽的槽底部设有矩形限位槽；在两个T形滑块的顶部均设有一根齿条，且齿条的一端通过固定块固定安装在T形滑块的顶部，另一端滑动式支撑在另一T形滑块的顶部；两根齿条相互平行，且均嵌于矩形限位槽内；夹持驱动电机固定安装在安装板的上侧面上，且夹持驱动电机的输出轴伸入矩形限位槽内，并在输出轴上固定安装有夹持驱动齿轮；夹持驱动齿轮位于两根齿条之间，且同时与两根齿条相啮合。
进一步地，在连接架的后侧边上设有U形槽口，拉杆的前端铰接安装在U形槽口上；在连接架的前侧边设有安装台阶，机械爪固定安装在安装台阶上；在连接架的左侧边上倾斜固定设置有固定臂，拉杆的前端铰接安装在固定臂的上端部上，且固定臂的上端部位于拉杆前端铰接点上方。
进一步地，固定臂、前臂、三角板以及拉杆构成平行四边形连杆机构。
进一步地，在后臂的上端设有U形叉头；前臂的中部铰接安装在U形叉头上；三角板的一个顶角铰接安装在U形叉头的外侧面上。
进一步地，在U形支座的一侧竖向侧板上向上倾斜设有侧臂；第一连杆的下端铰接安装在侧臂的上端部上，且侧臂的上端部位于后臂驱动齿轮的转轴斜上方。
进一步地，侧臂、第一连杆、三角板以及后臂构成平行四边形连杆机构。
进一步地，旋转驱动电机、摆臂驱动电机以及后臂驱动电机均为带有抱闸机构的步进电机。
进一步地，摆臂、前臂、第二连杆以及后臂构成平行四边形连杆机构。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：只需对旋转驱动电机、摆臂驱动电机、后臂驱动电机以及夹持驱动电机进行编程协调控制即可完成相应的摆动夹持操作，摆动的角度灵活，两个夹头的开度可调，结构简单，安装方便，具有较好的演示性能；利用固定臂、前臂、三角板以及拉杆构成第一平行四边形连杆机构，利用侧臂、第一连杆、三角板以及后臂构成第二平行四边形连杆机构，利用摆臂、前臂、第二连杆以及后臂构成第三平行四边形连杆机构，三组平行四边形连杆机构能够确保连接架的稳定性，进一步保证机械爪夹持时的稳定性。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的前侧结构示意图；
图3为本发明的俯视结构示意图；
图4为本发明的机械爪结构示意图；
图5为本发明的摆臂结构示意图；
图6为本发明的齿条安装结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：
如图1-6所示，本发明公开的桌面可编程机械手臂包括：安装底座、旋转驱动电机29、U形支座6、摆臂驱动电机9、后臂驱动电机7、旋转驱动齿轮5、摆臂驱动齿轮10、后臂驱动齿轮11、摆臂31、后臂13、第一连杆14、第二连杆15、三角板16、拉杆17、前臂18、连接架19以及机械爪；旋转驱动齿轮5旋转式安装在安装底座的顶部；旋转驱动电机29固定安装在安装底座上，并在旋转驱动电机29的输出轴上设有与旋转驱动齿轮5相啮合的驱动小齿轮30；U形支座6固定安装在旋转驱动齿轮5上；摆臂驱动电机9和后臂驱动电机7分别固定安装在U形支座6两竖向侧板的外侧面上；摆臂驱动齿轮10和后臂驱动齿轮11通过两根转轴分别旋转式安装在U形支座6两竖向侧板的内侧面上；摆臂31的一端固定安装在摆臂驱动齿轮10上；后臂13的下端端固定安装在后臂驱动齿轮11；在摆臂驱动电机9和后臂驱动电机7的输出轴上设有分别与摆臂驱动齿轮10和后臂驱动齿轮11啮合的主动齿轮；第一连杆14的下端铰接安装在U形支座6上；第二连杆15的下端铰接安装在摆臂31的另一端上；前臂18的中部铰接安装在后臂13的上端上，前臂18的后端铰接安装在第二连杆15的上端上，前臂18的前端铰接安装在连接架19上；拉杆17的前端铰接安装在连接架19上；拉杆17的后端、第一连杆14的上端以及后臂13的上端分别铰接安装在三角板16的三个顶角处；机械爪固定安装在连接架19上。
利用旋转驱动电机29、旋转驱动齿轮5以及U形支座6实现了机械手臂整体的平稳旋转，满足不同水平角度的调节需求；利用摆臂驱动电机9、摆臂驱动齿轮10以及摆臂31构成摆动驱动机构，实现平稳竖向面内摆动，对前臂18的后端进行摆动驱动；利用后臂驱动电机7、后臂驱动齿轮11以及后臂13构成摆动驱动机构，实现平稳竖向面内摆动，对三角板16旋转驱动，进一步实现固定臂20上端的摆动驱动；利用旋转驱动齿轮5、摆臂驱动齿轮10以及后臂驱动齿轮11三个大齿轮与驱动电机的小齿轮相啮合，加大了电机扭矩，实现了平稳的运作；通过三个平行四边形连杆机构，非常巧妙的降低了机械手臂末端的转动惯量，提高机械手臂精度，并在不需要固定的情况下可以实现机械手臂末端连接架19上的机械爪达到装置所处空间的任一位置。
进一步地，安装底座包括固定环1、三个Z形安装板2以及安装圆盘4；在固定环1上设有安装孔3；旋转驱动电机29和三个Z形安装板2均固定安装在固定环1上；安装圆盘4安装在三个Z形安装板2上，且安装圆盘4与固定环1相平行；旋转驱动齿轮5通过转轴旋转式安装在安装圆盘4的中心处。采用固定环1均较好的稳定性，且通过设置的安装孔3能够安装Z形安装板2和旋转驱动电机29，也能够实现固定环1的固定安装。
进一步地，机械爪包括安装板21、两个夹头23以及夹持驱动电机22；安装板21固定安装在连接架19上；在安装板21的下侧面上设有T形滑槽24；在两个夹头23的上侧均设有滑动式嵌于T形滑槽24内的T形滑块33；在T形滑槽24的槽底部设有矩形限位槽；在两个T形滑块33的顶部均设有一根齿条26，且齿条26的一端通过固定块27固定安装在T形滑块33的顶部，另一端滑动式支撑在另一T形滑块33的顶部；两根齿条26相互平行，且均嵌于矩形限位槽内；夹持驱动电机22固定安装在安装板21的上侧面上，且夹持驱动电机22的输出轴伸入矩形限位槽内，并在输出轴上固定安装有夹持驱动齿轮28；夹持驱动齿轮28位于两根齿条26之间，且同时与两根齿条26相啮合。采用两个固定块27能够实现两根齿条26的固定安装，并起到在矩形限位槽内的限位作用，防止两个T形滑块33滑出T形滑槽24脱落；采用夹持驱动齿轮28同时与两根齿条26相啮合，能够实现两个夹头23运动同步性，使两侧夹持力度相等。
进一步地，在连接架19的后侧边上设有U形槽口25，拉杆17的前端铰接安装在U形槽口25上；在连接架19的前侧边设有安装台阶，机械爪固定安装在安装台阶上；在连接架19的左侧边上倾斜固定设置有固定臂20，拉杆17的前端铰接安装在固定臂20的上端部上，且固定臂20的上端部位于拉杆17前端铰接点上方。采用U形槽口25实现铰接安装，能够保证拉杆17前端铰接稳定性，防止机械爪晃动。
进一步地，固定臂20、前臂18、三角板16以及拉杆17构成平行四边形连杆机构。
进一步地，在后臂13的上端设有U形叉头32；前臂18的中部铰接安装在U形叉头32上；三角板16的一个顶角铰接安装在U形叉头32的外侧面上。采用U形叉头32能够具体较好的铰接稳定性，防止出现晃动。
进一步地，在U形支座6的一侧竖向侧板上向上倾斜设有侧臂12；第一连杆14的下端铰接安装在侧臂12的上端部上，且侧臂12的上端部位于后臂驱动齿轮11的转轴斜上方。
进一步地，侧臂12、第一连杆14、三角板16以及后臂13构成平行四边形连杆机构。
进一步地，旋转驱动电机29、摆臂驱动电机9、夹持驱动电机22以及后臂驱动电机7均为带有抱闸机构的步进电机。采用抱闸步进电机能够增强摆动支撑时的稳定性。
进一步地，摆臂31、前臂18、第二连杆15以及后臂13构成平行四边形连杆机构。
本发明公开的桌面可编程机械手臂在使用时，只需对旋转驱动电机29、摆臂驱动电机9、后臂驱动电机7以及夹持驱动电机22进行编程协调控制即可完成相应的摆动夹持操作，摆动的角度灵活，两个夹头23的开度可调，结构简单，安装方便，具有较好的演示性能；利用固定臂20、前臂18、三角板16以及拉杆17构成第一平行四边形连杆机构，利用侧臂12、第一连杆14、三角板16以及后臂13构成第二平行四边形连杆机构，利用摆臂31、前臂18、第二连杆15以及后臂13构成第三平行四边形连杆机构，三组平行四边形连杆机构能够确保连接架19的稳定性，进一步保证机械爪夹持时的稳定性。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (10)

1.一种桌面可编程机械手臂，其特征在于：包括安装底座、旋转驱动电机(29)、U形支座(6)、摆臂驱动电机(9)、后臂驱动电机(7)、旋转驱动齿轮(5)、摆臂驱动齿轮(10)、后臂驱动齿轮(11)、摆臂(31)、后臂(13)、第一连杆(14)、第二连杆(15)、三角板(16)、拉杆(17)、前臂(18)、连接架(19)以及机械爪；旋转驱动齿轮(5)旋转式安装在安装底座的顶部；旋转驱动电机(29)固定安装在安装底座上，并在旋转驱动电机(29)的输出轴上设有与旋转驱动齿轮(5)相啮合的驱动小齿轮(30)；U形支座(6)固定安装在旋转驱动齿轮(5)上；摆臂驱动电机(9)和后臂驱动电机(7)分别固定安装在U形支座(6)两竖向侧板的外侧面上；摆臂驱动齿轮(10)和后臂驱动齿轮(11)通过两根转轴分别旋转式安装在U形支座(6)两竖向侧板的内侧面上；摆臂(31)的一端固定安装在摆臂驱动齿轮(10)上；后臂(13)的下端端固定安装在后臂驱动齿轮(11)；在摆臂驱动电机(9)和后臂驱动电机(7)的输出轴上设有分别与摆臂驱动齿轮(10)和后臂驱动齿轮(11)啮合的主动齿轮；第一连杆(14)的下端铰接安装在U形支座(6)上；第二连杆(15)的下端铰接安装在摆臂(31)的另一端上；前臂(18)的中部铰接安装在后臂(13)的上端上，前臂(18)的后端铰接安装在第二连杆(15)的上端上，前臂(18)的前端铰接安装在连接架(19)上；拉杆(17)的前端铰接安装在连接架(19)上；拉杆(17)的后端、第一连杆(14)的上端以及后臂(13)的上端分别铰接安装在三角板(16)的三个顶角处；机械爪固定安装在连接架(19)上。
2.根据权利要求1所述的桌面可编程机械手臂，其特征在于：安装底座包括固定环(1)、三个Z形安装板(2)以及安装圆盘(4)；在固定环(1)上设有安装孔(3)；旋转驱动电机(29)和三个Z形安装板(2)均固定安装在固定环(1)上；安装圆盘(4)安装在三个Z形安装板(2)上，且安装圆盘(4)与固定环(1)相平行；旋转驱动齿轮(5)通过转轴旋转式安装在安装圆盘(4)的中心处。
3.根据权利要求1所述的桌面可编程机械手臂，其特征在于：机械爪包括安装板(21)、两个夹头(23)以及夹持驱动电机(22)；安装板(21)固定安装在连接架(19)上；在安装板(21)的下侧面上设有T形滑槽(24)；在两个夹头(23)的上侧均设有滑动式嵌于T形滑槽(24)内的T形滑块(33)；在T形滑槽(24)的槽底部设有矩形限位槽；在两个T形滑块(33)的顶部均设有一根齿条(26)，且齿条(26)的一端通过固定块(27)固定安装在T形滑块(33)的顶部，另一端滑动式支撑在另一T形滑块(33)的顶部；两根齿条(26)相互平行，且均嵌于矩形限位槽内；夹持驱动电机(22)固定安装在安装板(21)的上侧面上，且夹持驱动电机(22)的输出轴伸入矩形限位槽内，并在输出轴上固定安装有夹持驱动齿轮(28)；夹持驱动齿轮(28)位于两根齿条(26)之间，且同时与两根齿条(26)相啮合。
4.根据权利要求1所述的桌面可编程机械手臂，其特征在于：在连接架(19)的后侧边上设有U形槽口(25)，拉杆(17)的前端铰接安装在U形槽口(25)上；在连接架(19)的前侧边设有安装台阶，机械爪固定安装在安装台阶上；在连接架(19)的左侧边上倾斜固定设置有固定臂(20)，拉杆(17)的前端铰接安装在固定臂(20)的上端部上，且固定臂(20)的上端部位于拉杆(17)前端铰接点上方。
5.根据权利要求4所述的桌面可编程机械手臂，其特征在于：固定臂(20)、前臂(18)、三角板(16)以及拉杆(17)构成平行四边形连杆机构。
6.根据权利要求1所述的桌面可编程机械手臂，其特征在于：在后臂(13)的上端设有U形叉头(32)；前臂(18)的中部铰接安装在U形叉头(32)上；三角板(16)的一个顶角铰接安装在U形叉头(32)的外侧面上。
7.根据权利要求1所述的桌面可编程机械手臂，其特征在于：在U形支座(6)的一侧竖向侧板上向上倾斜设有侧臂(12)；第一连杆(14)的下端铰接安装在侧臂(12)的上端部上，且侧臂(12)的上端部位于后臂驱动齿轮(11)的转轴斜上方。
8.根据权利要求7所述的桌面可编程机械手臂，其特征在于：侧臂(12)、第一连杆(14)、三角板(16)以及后臂(13)构成平行四边形连杆机构。
9.根据权利要求1所述的桌面可编程机械手臂，其特征在于：旋转驱动电机(29)、摆臂驱动电机(9)以及后臂驱动电机(7)均为带有抱闸机构的步进电机。
10.根据权利要求1所述的桌面可编程机械手臂，其特征在于：摆臂(31)、前臂(18)、第二连杆(15)以及后臂(13)构成平行四边形连杆机构。
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