CN109531593A - 机器人及其手臂结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机器人技术领域，更具体地说，是涉及机器人及其手臂结构。手臂舵机驱动大臂摆动，小臂传动机构能在大臂摆动时使得小臂摆动。该机器人手臂结构通过单个舵机驱动，实现机器人大臂、小臂的运动，降低成本，机器人的运动控制算法变简单。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，更具体地说，是涉及机器人及其手臂结构。
背景技术
仿人机器人是通过在机器人关节处设置伺服舵机实现模拟人体的运动，现有的机器人实现每个关节运动需要在各关节处设置舵机，这种方式虽然可以实现多关节运动，但其成本高、机器人的运动控制算法也相对复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人及其手臂结构，以解决现有机器人要各关节处设置舵机引起成本高、运动控制算法相对复杂的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种机机器人手臂结构，包括：
手臂舵机；
由所述手臂舵机驱动摆动的大臂；
摆动安装于所述大臂的小臂；以及
用于在所述大臂摆动时使所述小臂摆动的小臂传动机构。
进一步地，所述手臂舵机的输出轴与所述大臂之间通过转接盘连接。
进一步地，还包括在所述大臂摆动时与所述小臂传动机构配合以使所述小臂摆动的固定凸柱。
进一步地，所述小臂开设有限位槽，所述小臂传动机构包括连杆，所述连杆的其中一端连接于所述固定凸柱，所述连杆的另外一端设有限位柱；在所述转接盘转动时，所述限位柱插设于所述限位槽并带动所述小臂向上摆动。
进一步地，所述小臂开设有与所述限位槽连通的弧形槽，在所述小臂向上摆动至预定角度时，所述限位柱由所述限位槽滑动至所述弧形槽。
进一步地，所述小臂传动机构还包括在所述小臂相对于所述大臂摆动预定角度时使所述小臂复位伸直的第四弹性件。
进一步地，还包括绕所述小臂的轴线摆动安装于所述小臂的端部的手掌、及用于将所述手臂舵机的动力传递至所述手掌以使所述手掌摆动的手掌传动机构；所述小臂设有用于与所述手掌抵接配合以使所述手掌立起的限位块。
进一步地，所述手掌摆动安装于所述手掌传动机构的一端部，所述手掌设有用于在所述手掌受到所述限位块作用而立起时使所述手掌复位的第三弹性件。
进一步地，所述小臂摆动安装有在所述手掌立起时由所述手掌支起的手掌护甲，所述小臂设有用于使所述手掌护甲复位至所述手掌处的第五弹性件。
本发明提供一种机器人，包括上述机器人手臂结构。
本发明相对于现有技术的技术效果是：手臂舵机驱动大臂摆动，小臂传动机构能在大臂摆动时使得小臂摆动。该机器人手臂结构通过单个舵机驱动，实现机器人大臂、小臂的运动，降低成本，机器人的运动控制算法变简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的机器人的立体装配图；
图2为本发明实施例提供的机器人手臂结构的立体分解图；
图3为图2的机器人手臂结构在拆卸部分大臂外壳与小臂外壳后的结构示意图；
图4为图3的机器人手臂结构的另一角度的结构示意图；
图5为图4的机器人手臂结构的立体分解图；
图6为图4的机器人手臂结构在拆卸大臂外壳后的结构示意图；
图7为图6的机器人手臂结构的立体分解图；
图8为本发明实施例提供的机器人手臂结构的立体分解图；
图9为图8的机器人手臂结构的进一步的立体分解图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
此外，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。
请一并参阅图1至图4，先对本发明提供的机器人手臂结构进行说明。机器人手臂结构包括手臂舵机10、由手臂舵机10驱动摆动的大臂20、摆动安装于大臂20的小臂30、用于在大臂20摆动时使小臂30摆动的小臂传动机构60。
手臂舵机10驱动大臂20摆动，小臂传动机构60能在大臂20摆动时使得小臂30摆动。该机器人手臂结构通过单个舵机驱动，实现机器人大臂20、小臂30的运动，降低成本，机器人的运动控制算法变简单。
手臂舵机10固定于机器人胸部壳体200内，手臂舵机10与机器人的主控芯片信号连接，执行主控芯片的运动指令。该结构容易装配与控制。手臂舵机10的输出轴与机器人手臂连接，用以驱动机器人手臂运动。
进一步地，作为本发明提供的机器人手臂结构的一种具体实施方式，机器人手臂包括大臂20、小臂30和手掌40。具体地，大臂20由两部分大臂外壳21扣合形成，小臂30由两部分小臂外壳31扣合形成，手掌40由两部分手掌外壳44扣合形成。两部分外壳之间分别围合形成安装零部件的安装区。大臂20与小臂30通过枢接轴63实现转动连接。大臂20与小臂30均设有用于安装枢接轴63的安装位。大臂20上端部设有大臂护甲22。小臂30外套设有筒状的小臂护甲32。
进一步地，作为本发明提供的机器人手臂结构的一种具体实施方式，手臂舵机10的输出轴与大臂20之间通过转接盘70连接。该结构用于将手臂舵机10的输出轴经过转接盘70传递至大臂20，带动大臂20摆动。请同时参阅图9，手臂舵机10的输出轴与转接盘70之间通过连接件70a同轴固定连接。手臂舵机10的输出轴与连接件70a之间为型面联接，连接件70a与转接盘70之间为型面联接。该结构容易加工与装配。连接件70a具有型面段，转接盘具有型孔，型面段的截面与型孔的截面相适配，型面段插设于型孔时，转接盘70跟随连接件70a转动。在大臂20为两个大臂外壳21的情况，转接盘70具有向分别两侧延伸的两个型面段71，两个大臂外壳21的内侧设有对应的型孔214，型面段71插设于型孔214时，大臂外壳21跟随转接盘70转动。
进一步地，请参阅图4、图5、图8、图9，作为本发明提供的机器人手臂结构的一种具体实施方式，机器人手臂结构还包括在大臂20跟随转接盘70摆动时与小臂传动机构60配合以使小臂30摆动的固定凸柱90。固定凸柱90固定于机器人胸部壳体200。转接盘70可以开设贯通槽73，便于固定凸柱90穿过转接盘70与大臂外壳21，使结构紧凑。贯通槽73可以呈弧形，以转接盘70的轴线为中心。固定凸柱90位于手臂舵机10的输出轴的下方，该结构紧凑。
进一步地，作为本发明提供的机器人手臂结构的一种具体实施方式，还包括绕小臂30的轴线摆动安装于小臂30的端部的手掌40、及用于将手臂舵机10的动力传递至手掌40以使手掌40摆动的手掌传动机构50。手臂舵机10驱动大臂20摆动，手掌传动机构50将手臂舵机10的动力传递至手掌40以使手掌40摆动。该机器人手臂结构通过单个舵机驱动，实现机器人大臂20及手掌40的运动。
进一步地，作为本发明提供的机器人手臂结构的一种具体实施方式，转接盘70转动安装有与转接盘70同轴线的摆动件80，摆动件80位于转接盘70中心，其可与转接盘70相对运动。转接盘70具有限位孔72，摆动件80具有限位轴81，限位轴81插设于限位孔72时，让摆动件80只能转动设置于转接盘70。摆动件80具有呈预定角度错开的摆臂82与受力臂83，固定凸柱90推动受力臂83使摆动件80转动。在摆动件80转动时，摆臂82与手掌传动机构50配合以使手掌40摆动。固定凸柱90与受力臂83在同一竖直面内，在手臂舵机10驱动转接盘70摆动时，固定凸柱90会抵接于受力臂83，进而使摆动件80转动，摆臂82转动。
进一步地，请参考图2至图4、图8、图9，作为本发明提供的机器人手臂结构的一种具体实施方式，手掌传动机构50包括滑动安装于大臂20且由摆臂82推动移动的第一推块51、滑动安装于小臂30且由第一推块51推动移动的第二推块52、以及转动安装于小臂30且与手掌40连接的蜗杆53，蜗杆53具有与第二推块52抵接配合以转动的螺旋齿531。参阅图6及图7，手臂舵机10驱动转接盘70转动，固定凸柱90位置是固定的。固定凸柱90在转接盘70的贯通槽73内相对向右移动，当固定凸柱90移动至摆动件80的受力臂83时，进一步推动摆动件80转动，进而摆臂82推动第一推块51向下移动，进而推动第二推块52向下移动，第二推块52的端部抵接在蜗杆53的螺旋齿531上，第二推块52向下移动时，推动蜗杆53旋转，蜗杆53底部连接于手掌40，进而可以实现手掌40绕小臂30轴线的摆动。
请参阅图2、图8、图9，大臂20具有沿其长度方向延伸的纵向筋211、两个相隔设置的横向筋212，第一推块51弯折延伸形成有L字型的限位壁511，第一推块51与限位壁511围成纵向滑槽512。纵向筋211与纵向滑槽512配合限定第一滑块的滑动方向，限位壁511与横向筋212配合限定第一滑块的移动范围。请参阅图3，小臂30具有沿其长度方向延伸且供第二推块52滑动安装的滑动槽311，便于第二推块52装配于小臂30。小臂30具有供蜗杆53穿过的通孔316，蜗杆53的外表面设有限位部532，限位部532与小臂30内壁配合以限定蜗杆53的轴向位置，使蜗杆53只能旋转。
请参阅图3、图8、图9，小臂外壳31开设有过孔312，第二推块52的上抵接端穿过小臂30过孔312，与第一推块51的下抵接部抵接配合。第二推块52的上抵接端与第一推块51的下抵接部均设有抵接斜面，便于第一推块51推动第二推块52移动。第二推块52的下抵接部具有与螺旋齿531相适配的抵接曲面，便于第二推块52的下抵接部推动螺旋齿531以使蜗杆53转动。
进一步地，请参阅图2、图3及图9，作为本发明提供的机器人手臂结构的一种具体实施方式，手掌传动机构50还包括设于大臂20且在摆臂82脱离于第一推块51时使第一推块51移动复位的第一弹性件54、及设于小臂30且用于使蜗杆53旋转复位的第二弹性件55。第一弹性件54可以为弹簧。第一推块51设有安装第一弹性件54的支柱513，其与大臂20内的隔板213一起提供了第一弹性件54的安装位。当摆动件80施力于第一推块51时，第一弹性件54压缩；当摆动件80摆臂82脱离第一推块51时，第一弹性件54弹力作用将第一推块51复位。第二弹性件55可以为扭簧，扭簧套设于蜗杆53，扭簧两个扭臂分别连接于小臂30与蜗杆53，第二弹性件55用于实现手掌40的复位动作。
进一步地，参阅图5至图7、图9，作为本发明提供的机器人手臂结构的一种具体实施方式，小臂30开设有限位槽313，小臂传动机构60包括连杆61，连杆61的其中一端连接于固定凸柱90，连杆61的另外一端设有限位柱611，限位柱611插设于限位槽313。由于固定凸柱90的位置固定，在手臂舵机10驱动转接盘70转动时，大臂20旋转，固定凸柱90推动受力臂83以使摆动件80转动。固定凸柱90在转接盘70的贯通槽73内相对向右移动，随着固定凸柱90向右移动，限位柱611逐渐将小臂30拉起，带动小臂30向上摆动，实现弯曲小臂30的效果。
进一步地，作为本发明提供的机器人手臂结构的一种具体实施方式，小臂30开设有与限位槽313连通的弧形槽314。在小臂30向上摆动至预定角度时，限位柱611由限位槽313滑动至弧形槽314。弧形槽314以小臂30的摆动轴线为中心设置。限位槽313可以沿径向延伸设置。限位槽313设于弧形槽314远离固定凸柱90处，便于连杆61的限位柱611插设于限位柱611，在大臂20摆动时小臂30跟随向上摆动。
进一步地，作为本发明提供的机器人手臂结构的一种具体实施方式，小臂传动机构60还包括在小臂30相对于大臂20摆动预定角度时使小臂30复位伸直的第四弹性件62。连杆61带动小臂30向上弯曲到一定程度时，连杆61限位柱611从限位槽313内脱离并滑动至弧形槽314内，小臂30在第四弹性件62作用下伸直，此时手臂已抬起。第四弹性件62可以为扭簧，扭簧套设于大臂20与小臂30之间的枢接轴63，扭簧两个扭臂分别抵接于大臂20与小臂30，实现小臂30的复位动作。在大臂20往相反方向旋转后，限位柱611会从弧形槽314内移动至限位槽313。
进一步地，请参考图1、图2、图8、图9，作为本发明提供的机器人手臂结构的一种具体实施方式，小臂30设有用于与手掌40抵接配合以使手掌40立起的限位块315。手掌40是由蜗杆53带动转动的，转动过程中遇到限位块315，限位块315有过渡的弧面，因此手掌40会慢慢立起。
请参阅图9，手掌40摆动安装于手掌传动机构50的一端部，手掌40设有用于在手掌40受到限位块315作用而立起时使手掌40复位的第三弹性件56。具体地，手掌40摆动安装于蜗杆53的一端部。手掌40与蜗杆53通过枢接轴57实现摆动连接，手掌40与蜗杆53之间的摆动轴线垂直于小臂30的轴线。第三弹性件56可以为扭簧，扭簧套设于手掌40与蜗杆53之间的枢接轴57，扭簧的两个扭臂分别连接于手掌40与蜗杆53，用于在手掌40受到限位块315作用而立起时实现手掌40旋转复位。
进一步地，作为本发明提供的机器人手臂结构的一种具体实施方式，小臂30摆动安装有在手掌40立起时由手掌40支起的手掌护甲41，小臂30设有用于使手掌护甲41复位至手掌40处的第五弹性件43。手掌护甲41能保护手掌40，避免外力损坏手掌40关节。手掌护甲41摆动安装于小臂护甲32。手掌护甲41与小臂护甲32之间通过枢接轴42连接。手掌护甲41的自由端通常抵靠于手掌40外侧。第五弹性件43可以为扭簧，扭簧套设于手掌护甲41与小臂护甲32之间的枢接轴42，扭簧的两个扭臂分别连接于手掌护甲41与小臂护甲32。在手掌40立起时，手掌护甲41会被手掌40支起，两个扭臂受压蓄能。手掌40落下时，两个扭臂会释放能量复原，使得手掌护甲41归位。
请参考图1，本发明还提供一种机器人，包括上述任一实施例机器人手臂结构。手臂舵机10驱动大臂20摆动，小臂传动机构60能在大臂20摆动时使得小臂30摆动。该机器人手臂结构通过单个舵机驱动，实现机器人大臂20、小臂30的运动，降低成本，机器人的运动控制算法变简单。
以上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.机器人手臂结构，其特征在于，包括：
手臂舵机；
由所述手臂舵机驱动摆动的大臂；
摆动安装于所述大臂的小臂；以及
用于在所述大臂摆动时使所述小臂摆动的小臂传动机构。
2.如权利要求1所述的机器人手臂结构，其特征在于，所述手臂舵机的输出轴与所述大臂之间通过转接盘连接。
3.如权利要求2所述的机器人手臂结构，其特征在于，还包括在所述大臂摆动时与所述小臂传动机构配合以使所述小臂摆动的固定凸柱。
4.如权利要求3所述的机器人手臂结构，其特征在于，所述小臂开设有限位槽，所述小臂传动机构包括连杆，所述连杆的其中一端连接于所述固定凸柱，所述连杆的另外一端设有限位柱；在所述转接盘转动时，所述限位柱插设于所述限位槽并带动所述小臂向上摆动。
5.如权利要求4所述的机器人手臂结构，其特征在于，所述小臂开设有与所述限位槽连通的弧形槽，在所述小臂向上摆动至预定角度时，所述限位柱由所述限位槽滑动至所述弧形槽。
6.如权利要求5所述的机器人手臂结构，其特征在于，所述小臂传动机构还包括在所述小臂相对于所述大臂摆动预定角度时使所述小臂复位伸直的第四弹性件。
7.如权利要求1至6任一项所述的机器人手臂结构，其特征在于，还包括绕所述小臂的轴线摆动安装于所述小臂的端部的手掌、及用于将所述手臂舵机的动力传递至所述手掌以使所述手掌摆动的手掌传动机构；所述小臂设有用于与所述手掌抵接配合以使所述手掌立起的限位块。
8.如权利要求7的机器人手臂结构，其特征在于，所述手掌摆动安装于所述手掌传动机构的一端部，所述手掌设有用于在所述手掌受到所述限位块作用而立起时使所述手掌复位的第三弹性件。
9.如权利要求1至6任一项所述的机器人手臂结构，其特征在于，所述小臂摆动安装有在所述手掌立起时由所述手掌支起的手掌护甲，所述小臂设有用于使所述手掌护甲复位至所述手掌处的第五弹性件。
10.机器人，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的机器人手臂结构。
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