CN109176470A - 一种机器人手臂 - Google Patents

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Abstract

一种机器人手臂，包括机器人手腕机器人手爪；其特征在于：机器人手腕包括小臂、驱动机构与腕体。其中，小臂前端安装腕体，腕体由驱动机构驱动，可实现腕体有绕两个相互垂直方向转动的自由度，进而带动安装于腕体上的手爪运动；且本发明驱动机构采用绳驱动方式，使动力输出远离腕体。手爪具有主动手指和从动手指，主动手指和从动手指末端之间通过齿轮啮合，由电机驱动，蜗杆与蜗轮轴传动控制主动手指和从动手指间的开闭。本发明的优点在于：整个机构的有效载荷与自重比高，手腕关节的结构简单，手腕结构的承重性好；手爪的传动部分可实现夹持机构的自锁功能，控制简单，在无需动力源的情况下也可保证夹持可靠。

Description

一种机器人手臂
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，特别涉及一种机器人手臂。
背景技术
随着智能控制技术的提高，利用机械手臂抓取目标物体的应用也越来越广泛，比如攀爬机器人的手臂、分拣物体机器人的手臂等。现有的机器人手臂的腕部关节分布于机械臂末端，造成机器人关节负载过大，整体质量偏重，能量利用率低，且承载能力低。机器人手爪采用关节实时控制的夹持方式，控制复杂，夹持力有限，稳定性差，可靠性低。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种机器人手臂，具有结构紧凑、灵活轻巧、承载能力大的手腕结构，以及一个控制简单和具有自锁功能的手爪。
本发明机器人手臂，包括机器人手腕与机器人手抓。
所述机器人手腕包括小臂、驱动机构与腕体。其中，小臂前端安装腕体，腕体为由驱动机构驱动，可实现腕体有绕两个相互垂直方向转动的自由度，进而带动安装于腕体上的手爪运动。本发明中上述驱动机构采用绳驱动方式，使动力输出远离腕体。
所述机器人手爪具有主动手指和从动手指，主动手指和从动手指末端均设计为齿轮结构，相互啮合，由电机驱动，蜗杆与蜗轮轴传动控制主动手指和从动手指间的开闭，实现物体的夹持。
本发明的优点在于：
1、本发明机器人手臂中，手腕关节采用绳驱动的形式，电机安装位置可以远离手腕末端，机构的有效载荷与自重比高，同时简化了手腕关节的结构，提高了手腕结构的承重性；
2、本发明机器人手臂中，手爪的传动部分采用涡轮蜗杆的传动方式，实现夹持机构的自锁功能，控制简单，在无需动力源的情况下也可保证夹持可靠。
附图说明
图1为本发明机器人手臂整体结构示意图；
图2为本发明机器人手臂结构装配示意图。
图中：
1-机器人手腕 2-机器人手爪 101-小臂
102-第一电机 103-第一转向轮 104-第二电机
105-第二转向轮 106a-第一驱动绳 106b-第二驱动绳
106c-第一弹簧 106d-第二弹簧 106e-调向圆环
106f-转动轴 106g-第一腕体轴座 106h-第二腕体轴座
201-手板 202-第三电机 203-蜗杆
204-涡轮轴 205-主动手指 206-从动手指
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明机器人手臂包括机器人手腕1与机器人手爪2，如图1所示。
所述机器人手腕1包括小臂101、第一电机102、第一转向轮103、第二电机104、第二转向轮105与腕体。其中，小臂101为中空结构，后端连接机械臂，前端安装腕体。小臂101内部空腔中设置第一电机102、第一转向轮103、第二电机104和第二转向轮105，以此减少腕体的质量，使腕体结构简化。
其中，第一电机102与第二电机104一后一前布置，且分别固定于小臂101的两个垂直的侧壁；同时，第一电机102输出轴沿左右方向，第二电机104输出轴垂直于第一电机102输出轴。第一转向轮103通过轮架固定于小臂侧壁，轴线与第一电机102输出轴轴线平行，位于第一电机102输出轴左上方，且与第一电机102输出轴同时相切于同一竖直平面。第二转向轮105通过轮架固定于小臂101的侧壁，轴线与第二电机104输出轴轴线平行，位于第二电机102输出轴右上方侧，且与第二电机104输出轴同时相切于同一竖直平面。
所述腕体包括第一驱动绳106a、第二驱动绳106b、第一弹簧106c、第二弹簧106d、调向圆环106e、转动轴106f、第一腕体轴座106g与第二腕体轴座106h。
其中，第一腕体轴座106g与第二腕体轴座106h固定安装于小臂101的前端中部，且第一腕体轴座106g与第二腕体轴座106h的轴孔轴线重合，并沿左右方向。
转动轴106f具有矩形主体，矩形主体周向两个相对侧面上设计有轴线重合的一对轴端A，周向上另两个相对侧面上设计有轴线重合的一对轴端B，且轴端A与轴端B轴线相互垂直。其中，一对轴端A分别与第一腕体轴座106g和第二腕体轴座106h的轴孔间通过轴承连接。一对轴端B用来实现机器人手爪2的连接。
调向圆环106e套于第一腕体轴座106g和第二腕体轴座106h外侧，固定在机器人手爪2上，其径向中心平面的原点位于转动轴106f中轴端A与轴端B轴线构成的平面上。调向圆环106e周向上均匀设计有4个连接位，其中相邻两个连接位作为弹簧连接位，分别用来连接第一弹簧106c与第二弹簧106d；第一弹簧与第二弹簧一端均固定于小臂101前端面上，另一端分别固定于两个弹簧连接位处。调向圆环106e上另两个连接位作为驱动绳连接位，分别用来连接第一驱动绳106a与第二驱动绳106b。
第一驱动绳106a缠绕于第一电机102输出轴上的绕绳槽内，固定端与第一电机102输出轴固定，同时第一驱动绳106a沿上下方向绕过第一转向轮103后，驱动端固定于调向圆环106e上的一个驱动绳连接位处。同样，第二驱动绳106b缠绕于第二电机104输出轴上的绕绳槽内，固定端与第二电机104输出轴固定，同时第二驱动绳106b沿左右方向绕过第二转向轮105后，驱动端固定于调向圆环106e上的另一个驱动绳连接位处。上述第一驱动绳106a与第二驱动绳106b分别由第一电机102与第二电机104拉紧，处于绷紧状态，且均与小臂101轴向平行。在初始状态时，调向圆环106e所在平面与小臂101的轴线垂直，第一弹簧106c和第二弹簧106d为拉伸状态。此时通过第一电机102的输出轴缠绕或输送第一驱动绳106a，拉动调向圆环106e绕转动轴106f的一对轴端A转动，为机器人手腕1的第一个自由度；通过第二电机104的输出轴缠绕或输送第二驱动绳106b，拉动调向圆环绕转动轴106f的一对轴端B转动，为机器人手腕1的第二个自由度。在机器人手爪抓取物体的时候，通过调向圆环106e调节机器人手爪的方向，从而由机器人手爪抓取目标物体。
所述机器人手爪2包括手板201、第三电机202、蜗杆203、涡轮轴204、主动手指205与从动手指206。
其中，手板201为两个，上下对称设置，末端分别固定于调向圆盘106e的上下对称位置上，且两个手板201末端具有轴孔，分别与转动轴106的另一对轴端B间通过轴承连接。两个手板201前端左右两侧通过转轴分别安装有主动手指205和从动手指206，主动手指205和从动手指206末端均设计为齿轮结构，相互啮合。主动手指205和从动手指206相对手板201的中轴镜像对称，共同构成钳型手爪。
上述两个手板201上的主动手指205与从动手指206由第三电机202驱动，蜗杆203与蜗轮轴204传动，实现同步开合运动，进行物体的夹持，且借助涡杆203与涡轮轴204间的自锁性能，使机器人手爪抓紧物体后不会松开。
所述第三电机202、蜗杆203与涡轮轴204均位于两个手板201之间；其中第三电机202与手板201间固定，输出轴沿小臂轴向。蜗杆203同轴固定于第三电机输出轴上。涡轮轴204垂直于第三电机输出轴设置，与蜗杆203啮合，位于两个手板201之间，两端分别与两个手板201上主动手指205的转轴同轴相连。由此通过蜗杆203与蜗轮轴204将动力输出至两个手板201上的主动手指206，进而通过主动手指205与从动手指206间齿轮啮合传动，带动两个手板201上的从动手指206一并运动。
本发明机器人手臂的后端与机械臂之间和安装第四电机；第四电机输出轴沿小臂轴向方向设置，固定于机械臂上，输出轴固定安装于机器人手臂末端；由此为机器人手腕1增加一个自由度，提高机器人手臂的灵活性。

Claims (5)

1.一种机器人手臂，包括机器人手腕与机器人手爪；其特征在于：机器人手腕包括小臂、驱动机构与腕体；其中，小臂前端安装腕体，腕体为由驱动机构驱动，可实现腕体有绕两个相互垂直方向转动的自由度，进而带动安装于腕体上的手爪运动；上述驱动机构采用绳驱动方式，使动力输出远离腕体；
手爪具有主动手指和从动手指，主动手指和从动手指末端均设计为齿轮结构，相互啮合，由电机驱动，蜗杆与蜗轮轴传动控制主动手指和从动手指间的开闭。
2.如权利要求1所述一种机器人手臂，其特征在于：小臂为中空结构，内部设置驱动机构。
3.如权利要求1所述一种机器人手臂，其特征在于：驱动机构包括第一电机、第一转向轮、第二电机、第二转向轮；其中，第一电机输出轴沿左右方向，第二电机输出轴垂直于第一电机输出轴；第一转向轮通过轮架安装于小臂上，轴线与第一电机输出轴轴线平行；第二转向轮通过轮架安装于小臂上，轴线与第二电机输出轴轴线平行；第一电机输出轴上缠绕有第一驱动绳，第一驱动绳沿上下方向绕过第一转向轮后，固定于腕体上的第一驱动绳连接位处；第二电机输出轴上缠绕有第二驱动绳，第二驱动绳沿左右方向绕过第二转向轮后，固定于腕体上的第二驱动绳连接位处；上述第一驱动绳连接位与第二驱动绳连接位周向上夹角90度。
4.如权利要求3所述一种机器人手臂，其特征在于：腕体为圆环结构通过腕体轴座与小臂连接；在腕体上，有两根弹簧沿轴向连接腕体和小臂，第一驱动绳连接位与第一弹簧连接位对称；第二驱动绳连接位与第二弹簧连接位对称。
5.如权利要求1所述一种机器人手臂，其特征在于：小臂前端安装有两个腕体轴座，两个腕体轴座间安装有转动轴；转动轴的中心周向两个位置上设计有一对轴端A，周向另两个相对位置上对称设计一对轴端B，且轴端A与轴端B轴线相互垂直；其中，一对轴端A分别与两个腕体轴座间通过轴承连接；一对轴端B与机器人接腕体连接。
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