CN109866210B - 一种易组装的双臂六自由度机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种易组装的双臂六自由度机器人，包括底座和分别连接在底座两侧的两个六自由度机械臂，每个机械臂均包括依次连接的关节一、大臂、关节二、小臂和机械手，关节一和关节二结构完全相同，大臂和小臂结构完全相同，所述关节一通过舵机、轴承与大臂相连，所述大臂通过舵机、轴承和连接件与关节二相连，各部件通用性高，模块化设计，方便拓展和组装，可以在基础结构上自由增加关节或大、小臂进行拓展，便于教学中灵活展示，各部件结构特殊设计，结构牢靠，运转精度高，易拆装、易维护，尤其适合教学展示、教学实验等场合使用。

Description

一种易组装的双臂六自由度机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种易组装的双臂六自由度机器人。

背景技术

随着现代制造业的发展，自动化与智能化程度不断提高，机器人已经广泛应用于生产、运输、物流，甚至商超、游乐场等场合，在实际生活中发挥着重要的作用。

机械臂也是机器人的一种，是一种高科技自动化生产设备，具有耐疲劳，环境适应性强，抓举力量大等优点，尤其广泛应用于工业，能有效取代工人进行高危、高强度作业，提高生产效率，降低人工成本。不过，工业机械臂一般体积庞大、操作危险度高，不太适合于教学展示、实验等场合。

现有技术中出现了很多针对教学使用的机械臂，这些教学用机械臂基本上都是采用简单的U形板件构成各关节，舵机夹设在U形板件的内部，各关节采用螺钉或法兰连接，由舵机实现各关节摇摆或旋转，这种机械臂的缺点是：1、结构不牢靠、易变形，各部件之间运动精度底；2、装配工序复杂，各关节较难拆装，不便于更换零部件，不便于拓展；3、没有专门的布线通道，布线混乱，易缠绕。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种结构简单、运动精度高、易拓展、易组装的，尤其适用于教学使用的双臂六自由度机器人。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种易组装的双臂六自由度机器人，包括一个底座和分别连接在底座两侧的两个六自由度机械臂，每个机械臂均包括依次连接的关节一、大臂、关节二、小臂和机械手，每个机械臂的关节一分别转动连接在底座两侧，所述关节一和关节二结构相同，大臂和小臂结构相同，所述关节一通过舵机、轴承与大臂相连，所述大臂通过舵机、轴承和连接件与关节二相连，关节二与小臂的连接方式与关节一和大臂的连接方式相同，小臂与机械手的连接方式与大臂和关节二的连接方式相同，所述关节一、关节二、大臂和小臂均沿自身轴线方向从中间一分为二，左右两部分通过螺栓进行连接，所述关节一、关节二、大臂和小臂均设有沿自身轴线的通孔以方便布线。

进一步地，所述关节一包括一体连接的上部和下部，下部整体为圆柱体，底面上设有与连接件匹配的凹槽，上部包括设在圆柱体顶面上的左耳和右耳，右耳上设有舵机槽一，舵机一安放在舵机槽一内，舵机一输出轴与关节一轴线垂直，左耳和右耳上还分别设有通孔一和轴承孔，舵机一的输出轴朝向通孔一，轴承孔中设置深沟球轴承，所述大臂包括一体连接的上部和下部，大臂的上部整体外轮廓为长方体，大臂的下部包括由上部的长方体侧面向下延伸而成的相互平行的左平板和右平板，左平板上设有舵盘槽，右平板上设有短轴。

关节一与大臂连接时，大臂下部的左平板和右平板夹设在关节一的左耳和右耳的外部，舵盘一连接舵机一的输出轴后穿过通孔一容纳于大臂左平板上的舵盘槽内，并通过螺钉与与左平板固定连接，大臂右平板上的短轴与设在关节一右耳上的深沟球轴承内圈配合，由舵机一转动带动大臂实现摇摆。

所述大臂的上部的内腔中设有舵机槽二，用于安放舵机二，舵机二输出轴与大臂轴线重合，舵机二输出轴连接舵盘二，大臂顶部对应舵机二输出轴的位置还设有通孔二。

大臂与关节二连接时，连接件上部镶嵌在关节二底面上，连接件下部与舵盘二固定连接，舵盘二连接在舵机二输出轴上，位于关节二底面和大臂顶面之间的连接件外部还设有平面推力轴承，舵机二转动带动关节二实现转动。

进一步地，所述机械手的底面上设有与连接件匹配的凹槽。

进一步地，所述连接件上部为十字状，与关节一、关节二和机械手底部的凹槽过盈配合。

进一步地，所述底座的底部为分布有圆孔的圆盘，用于固定安装，底座两侧设有方便线缆传递的孔。

进一步地，所述机械手包括基座和连接在基座上的两个抓手，两个抓手与基座相连的一端均为不完全齿轮，两个不完全齿轮的齿轮部分相互啮合，机械手上还设有舵机三，舵机三与其中一抓手的不完全齿轮连接，实现舵机三转动时两抓手零件能够同时松开和抓紧。

有益效果

1、本发明的双臂六自由度机器人，关节一和关节二结构完全相同，大臂和小臂结构完全相同，关节二与小臂的连接方式与关节一和大臂的连接方式相同，小臂与机械手的连接方式与大臂和关节二的连接方式相同，即各部件通用性高，模块化设计，方便拓展和组装，可以在基础结构上自由增加关节或大臂、小臂进行拓展，便于教学中灵活展示。

2、本发明的双臂六自由度机器人，其关节一、关节二、大臂和小臂均沿自身轴线方向从中间一分为二，方便舵机、舵盘、轴承以及连接件的安装，左右两部分通过螺栓进行连接，当需要更换零部件或拆卸时，松开螺栓将左、右两部分分开即可快速将零部件取出。

3、本发明的关节一、关节二、大臂和小臂均设有沿自身轴线的通孔，使得整个机械臂的线路均通过中间的通孔进行布线，避免线路杂乱无章，在机械臂进行摆动或旋转时，有效防止线路缠绕，提高机械臂的稳定性和便携性。

4、本发明的双臂六自由度机器人，具有特殊设计的关节和大、小臂，均由实体部分（关节一的圆柱体下部、大臂的长方体上部）和与实体部分一体连接的的片状连接部位（关节一的左耳、右耳，大臂的左平板、右平板）组成，实体部分开槽安放舵机，起到牢靠不易变形的效果，连接部分通过相互卡夹并结合轴承实现两部件的连接，相比传统的U形板件，具有结构牢靠、装配简单的特点。

5、大臂和关节二及小臂和机械手之间设有通用的连接件，连接件镶嵌在相应部件底部，易拆易组装。

6、本发明的机器人中各关节连接时使用了深沟球轴承和平面推力轴承，结合各部件特殊设计的结构，使得本发明机械臂运转精度高，结构牢靠不易变形。

附图说明

图1 为本发明的双臂六自由度机器人整体结构图；

图2为本发明的机械臂整体结构图；

图3为本发明的关节一与大臂连接的爆炸图；

图4为本发明的关节一与大臂连接的局部结构图；

图5为本发明的大臂与关节二连接的爆炸图；

图6为本发明的大臂与关节二连接的局部结构图；

图7为本发明的大臂与关节二连接的整体机构图；

图8为本发明的机械手部分的结构图。

附图标记： 1底座， 2机械臂，3关节一，31左耳，32右耳，33舵机槽一，34舵机一，35舵盘一，36通孔一，37轴承孔，38深沟球轴承，4大臂，41左平板，42右平板，43舵盘槽，44短轴，45舵机槽二，46舵机二，47舵盘二，48通孔二，49平面推力轴承，5关节二，6小臂，7机械手，71基座，72抓手，73舵机三，74不完全齿轮，8连接件， 81凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明，本发明使用了一些方位用语上、下、左、右，这些方位是参考附图中展示的方位来表达的，是相对的，不作为限位本发明的绝对方位。

如图1-2，本发明涉及一种易组装的双臂六自由度机器人，包括一个底座1和分别连接在底座1两侧的两个六自由度机械臂2，每个机械臂2均包括依次连接的关节一3、大臂4、关节二5、小臂6和机械手7，每个机械臂2的关节一3分别转动连接在底座1两侧，其中，所述关节一3和关节二5结构相同，大臂4和小臂6结构相同，即它们可以彼此互换，所述关节一3通过舵机、轴承与大臂4相连，所述大臂4通过舵机、轴承和连接件8与关节二5相连，关节二5与小臂6的连接方式与关节一3和大臂4的连接方式相同，小臂6与机械手7的连接方式与大臂4和关节二5的连接方式相同，各部件通用性高，模块化设计，方便拓展和组装，可以在基础结构上自由增加关节或大臂、小臂进行拓展，便于教学中灵活展示。

为了方便装配，本发明的关节一3、关节二5、大臂4和小臂6均沿自身轴线方向从中间一分为二，左右两部分通过螺栓进行连接（图1-2及图7显示的是一分为二后左右两部分组装在一起的状态，图中未显示螺栓连接，图3和5爆炸图中显示了一分为二后的左右部分，图中也未显示螺栓连接部位），当需要更换零部件或拆卸时，松开螺栓将左、右两部分分开即可快速将零部件取出。所述关节一3、关节二5、大臂4和小臂6均设有沿自身轴线的通孔以方便布线（图中未示出），避免线路杂乱无章，在机械臂2进行摆动或旋转时，有效防止线路缠绕，提高机械臂2的稳定性和便携性。

进一步地，关节一3和大臂4的具体结构及连接关系如图3-4所示，图3为关节一3和大臂4连接的爆炸图，图4只显示了关节一3和大臂4连接后的右半部分，图3和图4中关节一3和大臂4均呈现出前文所述的从中间一分为二的形态，具体地，所述关节一3包括一体连接的上部和下部，下部整体为圆柱体，底面上设有与连接件8匹配的凹槽81，上部包括设在圆柱体顶面上的左耳31和右耳32，右耳32上设有舵机槽一33，舵机一34安放在舵机槽一33内，舵机一34输出轴与关节一3轴线（即下部圆柱体的轴线）垂直，左耳31和右耳32上还分别设有通孔一36和轴承孔37，舵机一34的输出轴朝向通孔一36，轴承孔37中设置深沟球轴承38，所述大臂4包括一体连接的上部和下部，大臂4的上部整体外轮廓为长方体，大臂4的下部包括由上部的长方体侧面向下延伸而成的相互平行的左平板41和右平板42，左平板41上设有舵盘槽43，右平板42上设有短轴44（短轴44在图3-4中由于角度关系被遮挡，在图5中大臂4的右半部分中有显示）。

关节一3与大臂4连接时，大臂4下部的左平板41和右平板42夹设在关节一3的左耳31和右耳32的外部，舵盘一35连接舵机一34的输出轴后穿过通孔一36容纳于大臂4左平板41上的舵盘槽43内，并通过螺钉与与舵盘槽43底部即左平板41固定连接，大臂4右平板42上的短轴44与设在关节一3右耳32上的深沟球轴承38内圈配合，图4显示了关节一3与大臂4装配完成后右半部分的结构图，关节一3与大臂4装配后整体状态可参见图2，由舵机一34转动带动大臂4实现摇摆。

如图5，所述大臂4的上部的内腔中设有舵机槽二45，用于安放舵机二46，舵机二46输出轴与大臂4轴线（大臂沿自身长度方向的中轴线）重合，舵机二46输出轴连接舵盘二47，大臂4顶部对应舵机二46输出轴的位置还设有通孔二48。

大臂4与关节二5连接时，连接件8上部镶嵌在关节二5的底面上，连接件8下部与舵盘二47固定连接，舵盘二47连接在舵机二46输出轴上，位于关节二5底面和大臂4顶面之间的连接件8外部还设有平面推力轴承49，图7示出了其中舵机二46和连接件8的局部连接图，舵盘二47由于角度关系被遮挡，大臂4与关节二5连接的状态见图7，由于平面推力轴承49和连接件8的设置，大大提高了关节之间的转动精度和连接可靠性，舵机二46转动时，通过舵盘二47带动关节二5实现转动。

本发明的关节一3、关节二5和大臂4、小臂6整体上均由实体部分（关节的圆柱体下部、大、小臂的长方体上部）和与实体部分一体连接的的片状连接部位（关节的左耳31、右耳32，大、小臂的左平板41、右平板42）组成，实体部分开槽安放舵机，起到牢靠不易变形的效果，片状连接部位通过相互卡夹并结合轴承实现两部件的连接，实体部分片外表面可以开设槽状结构以减轻整体重量。

所述关节一3和关节二5结构完全相同，大臂4和小臂6结构完全相同，机械手7底部设有与连接件8匹配的凹槽81，关节二5与小臂6的连接方式与关节一3和大臂4的连接方式相同，小臂6与机械手7的连接方式与大臂4和关节二5的连接方式相同。因此，关节二5与小臂6、小臂6与机械手7的具体连接关系不在赘述。

本发明的机器人中各关节连接时分别使用了深沟球轴承38和平面推力轴承49，结合各部件特殊设计的结构，使得本发明的机械臂2运转精度高，结构牢靠不易变形。

底座1与关节一3之间也可以通过舵机和连接件8的方式连接，舵机安放在底座1中，关节一3底部设置与连接件8匹配的凹槽81，通过舵盘连接舵机输出轴和连接件8，实现关节一3的旋转。

进一步地，所述连接件8上部为十字状，所述关节一3、关节二5和机械手7底部的凹槽81设计为与连接件8相同的十字状，连接件8上部分别与关节一3、关节二5和机械手7底部的凹槽81过盈配合，通用的连接件8镶嵌在相应部件底部，易拆易组装。

进一步地，如图1所示，所述底座1的底部为分布有圆孔的圆盘，用于固定安装，底座1两侧设有方便线缆传递的孔（图中未示出）。

进一步地，如图8所示，所述机械手7包括基座71和连接在基座71上的两个抓手72，两个抓手72与基座71相连的一端均为不完全齿轮74，两个不完全齿轮74的带齿部分相互啮合，机械手7上还设有舵机三73，舵机三73与其中一抓手72的不完全齿轮74连接，实现舵机三73转动时两抓手72能够同时松开和抓紧。

本发明的双臂六自由度机器人，关节一3和关节二5结构完全相同，大臂4和小臂6结构完全相同，关节二5与小臂6的连接方式与关节一3和大臂4的连接方式相同，小臂6与机械手7的连接方式与大臂4和关节二5的连接方式相同，即各部件通用性高，模块化设计，方便拓展和组装，可以在基础结构上自由增加关节或大、小臂进行拓展，便于教学中灵活展示，各部件结构特殊设计，结构牢靠，运转精度高，易拆装、易维护，尤其适合教学展示、教学实验等场合使用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种易组装的双臂六自由度机器人，包括一个底座和分别连接在底座两侧的两个六自由度机械臂，每个机械臂均包括依次连接的关节一、大臂、关节二、小臂和机械手，每个机械臂的关节一分别转动连接在底座两侧，其特征在于：所述关节一和关节二结构相同，大臂和小臂结构相同，所述关节一通过舵机、轴承与大臂相连，所述大臂通过舵机、轴承和连接件与关节二相连，关节二与小臂的连接方式与关节一和大臂的连接方式相同，小臂与机械手的连接方式与大臂和关节二的连接方式相同，所述关节一、关节二、大臂和小臂均沿自身轴线方向从中间一分为二，左右两部分通过螺栓进行连接，所述关节一、关节二、大臂和小臂均设有沿自身轴线的通孔以方便布线；

所述关节一包括一体连接的上部和下部，下部整体为圆柱体，底面上设有与连接件匹配的凹槽，上部包括设在圆柱体顶面上的左耳和右耳，右耳上设有舵机槽一，舵机一安放在舵机槽一内，舵机一输出轴与关节一轴线垂直，左耳和右耳上还分别设有通孔一和轴承孔，舵机一的输出轴朝向通孔一，轴承孔中设置深沟球轴承，所述大臂包括一体连接的上部和下部，大臂的上部整体外轮廓为长方体，大臂的下部包括由上部的长方体侧面向下延伸而成的相互平行的左平板和右平板，左平板上设有舵盘槽，右平板上设有短轴；

关节一与大臂连接时，大臂下部的左平板和右平板夹设在关节一的左耳和右耳的外部，舵盘一连接舵机一的输出轴后穿过通孔一容纳于大臂左平板上的舵盘槽内，并通过螺钉与左平板固定连接，大臂右平板上的短轴与设在关节一右耳上的深沟球轴承内圈配合，由舵机一转动带动大臂实现摇摆；

所述大臂的上部的内腔中设有舵机槽二，用于安放舵机二，舵机二输出轴与大臂轴线重合，舵机二输出轴连接舵盘二，大臂顶部对应舵机二输出轴的位置还设有通孔二；

大臂与关节二连接时，连接件上部镶嵌在关节二底面上，连接件下部与舵盘二固定连接，舵盘二连接在舵机二输出轴上，位于关节二底面和大臂顶面之间的连接件外部还设有平面推力轴承，舵机二转动带动关节二实现转动。

2.如权利要求1所述的一种易组装的双臂六自由度机器人，其特征在于：所述机械手的底面上设有与连接件匹配的凹槽。

3.如权利要求2所述的一种易组装的双臂六自由度机器人，其特征在于：所述连接件上部为十字状，与关节一、关节二和机械手底部的凹槽过盈配合。

4.如权利要求1所述的一种易组装的双臂六自由度机器人，其特征在于：所述底座的底部为分布有圆孔的圆盘，用于固定安装，底座两侧设有方便线缆传递的孔。

5.如权利要求1所述的一种易组装的双臂六自由度机器人，其特征在于：所述机械手包括基座和连接在基座上的两个抓手，两个抓手与基座相连的一端均为不完全齿轮，两个不完全齿轮的齿轮部分相互啮合，机械手上还设有舵机三，舵机三与其中一抓手的不完全齿轮连接，实现舵机三转动时两抓手零件能够同时松开和抓紧。

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