CN111152262A - 一种机械臂装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械臂装置，其包括用于与用户进行互动，其包括连接臂、组成件及主控单元，所述连接臂呈长条形，所述组成件呈球形，所述连接臂、组成件及主控单元任意两者之间可拆卸连接，所述组成件包括第一组成端和第二组成端，所述第一组成端和所述第二组成端转动连接；所述主控单元与所述第一组成端、第二组成端中任一者连接后，可控制所述第一组成端和第二组成端相对转动，从而使机械臂装置展现出不同的形态，并且在组成件的转动下带动连接臂或主控单元运动，进一步使机械臂装置展现出不同的形态，灵活性更高。

Description

一种机械臂装置

【技术领域】

本发明涉及模块化机器人技术领域，尤其涉及一种机械臂装置。

【背景技术】

目前的模块化机器人都是通过多个模块单元组装形成，用户通过对不同的模块单元进行组装，可使模块化机器人展现出不同的形态，如用户可将模块化机器人组装为机械臂结构，以与用户互动。而组装成机械臂结构的模块化机器人中，其模块单元只有唯一的组装方式，因此组装后的机械臂结构样式单一，因此会对机械臂结构的运动方式造成限制，灵活性较低。

【发明内容】

为克服现有技术存在的问题，本发明提供一种机械臂装置。

本发明解决技术问题的方案是提供一种机械臂装置，用于与用户进行互动，其包括连接臂、组成件及主控单元，所述连接臂呈长条形，所述组成件与所述连接臂的结构不同；所述连接臂、组成件及主控单元任意两者之间可拆卸连接，所述组成件包括第一组成端和第二组成端，所述第一组成端和所述第二组成端转动连接；所述主控单元与所述第一组成端、第二组成端中任一者连接后，可控制所述第一组成端和第二组成端相对转动。

优选地，所述连接臂长度方向的两端各设置有一第一连接结构，所述组成件的表面设置有至少两个第二连接结构，所述主控单元设置有一主控连接结构，所述第一连接结构、第二连接结构及主控连接结构的结构相同。

优选地，所述主控单元进一步包括壳体、转动件及显示屏，所述显示屏设置于所述壳体上，所述组成件、连接臂均可与所述转动件可拆卸连接，所述壳体与所述转动件转动连接。

优选地，所述机械臂装置进一步包括一底座，所述底座定位于外部物体上；所述组成件的数量至少为两个，其中至少一个所述组成件的第一组成端和第二组成端分别连接所述连接臂的一端和所述底座；另一个所述组成件的第一组成端和第二组成端分别连接所述连接臂的另一端和所述主控单元；所述主控单元控制所述至少两个组成件各自的第一组成端和第二组成端相对转动，以使所述主控单元在至少2个自由度基础上运动，并与用户互动。

优选地，所述至少两个组成件依次串联，至少两个所述组成件各自转动的两个轴线呈正交或平行。

优选地，所述主控单元上设置有摄像头。

优选地，所述主控单元内设有感应模块，所述感应模块用于感应与用户的接触动作后，并使所述机械臂装置进行预设的互动动作。

优选地，所述主控单元内设有扬声器，所述主控单元接收到用户的声音指令后，使所述扬声器播放设定的语音。

优选地，所述主控单元内设有控制模块，所述控制模块用于接收控制指令，以使所述第一组成端和所述第二组成端运动。

优选地，所述连接臂包括两个端面和一个与所述端面连接的表面，至少一个端面与所述表面呈角度设置，所述主控单元、组成件均可与两个所述端面连接。

与现有技术相比，本发明的机械臂装置具有以下优点：

1.通过连接臂、组成件及主控单元三者之间任意组合，以组装成机械臂装置，从而使机械臂装置展现出不同的形态，并且在组成件的转动下带动连接臂或主控单元运动，进一步使机械臂装置展现出不同的形态，灵活性更高。

2.连接臂、组成件及主控单元三者上分别设置第一连接结构、第二连接结构、主控连接结构，以使三者扣合连接，同时便于用户对连接后的三者进行拆卸，设计更加人性化。

3.将连接臂的至少一个端面与表面呈角度设置，第一连接结构设置于两个所述端面上，以便于主控单元、组成件与连接臂连接形成机械臂装置。

4.连接臂的表面设置灯体，以通过灯体判断机械臂装置中的连接臂是否损坏，便于用户排查故障。

5.连接臂的长度尺寸为100mm-150mm，直径为 30mm-40mm，以至于连接臂在机械臂装置中的长度尺寸适中，并且能够使组成件、主控单元与连接臂连接，便于机械臂装置运动，以展示不同的形态。

6.第一连接结构设置为第一连接件和第二连接件的形式，并使第二连接结构、主控连接结构与第一连接结构的结构相同，以便于连接臂、组成件及主控单元三者之间可任意组合连接。

7.通过底座使机械臂装置可平稳的放置于地面或桌面上，以便于用户与机械臂装置进行互动。

【附图说明】

图1是本发明第一实施例机械臂装置的立体结构示意图。

图2是本发明第一实施例机械臂装置中连接臂的第一视角结构示意图。

图3是本发明第一实施例机械臂装置中连接臂的第二视角结构示意图。

图4是图2中的R处放大图。

图5是本发明第一实施例机械臂装置中连接臂和组成件组装前的第一视角示意图。

图6是本发明第一实施例机械臂装置中连接臂和组成件组装前的第二视角示意图。

图7是本发明第一实施例机械臂装置中连接臂和组成件组装后的第一视角示意图。

图8是本发明第一实施例机械臂装置中连接臂和组成件组装后的第二视角示意图。

图9是本发明第一实施例机械臂装置中主控单元的模块示意图。

图10是本发明第一实施例机械臂装置中底座的立体结构示意图。

图11是本发明第一实施例机械臂装置的立体结构示意图。

图12是本发明变形实施例机械臂装置的立体结构示意图。

附图标记说明：1、机械臂装置；11、连接臂； 12、组成件；13、主控单元；14、底座；111、第一连接结构；112、端面；113、表面；114、灯体； 1111、第一连接件、1112、第二连接件；1113、基座；1114、扣合槽；1115、扣合块；1116、定位槽；1117、定位块；1118、导电触针；121、第二连接结构；122、第一组成端；123、第二组成端；131、主控连接结构；132、供电模块；133、控制模块；134、显示屏；135、摄像头；136、感应模块；138、扬声器；139、壳体；130、转动件；141、底座连接结构；142、容纳槽。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，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。

请参阅图1，本发明第一实施例提供一种机械臂装置1，其包括连接臂11、组成件12及主控单元 13，所述连接臂11呈长条形，所述组成件12呈球形，所述连接臂11、组成件12及主控单元13任意两者之间可拆卸连接，并通过所述主控单元13控制与所述主控单元13连接的所述连接臂11、组成件12相对所述主控单元13运动；所述组成件12包括第一组成端122和第二组成端123，所述第一组成端122和所述第二组成端123转动连接；所述主控单元13与所述第一组成端122、第二组成端123 中任一者连接后，可控制所述第一组成端122和第二组成端123相对转动。

可选地，作为一种实施例，所述组成件12还可以为其他形状，例如圆柱形、方形或菱形等，只要可以使所述组成件12具有可相对转动的两端即可，在此不做限定。在本实施例中，以所述组成件12为球形进行示例说明，不作为对本方案的限制。

可以理解，与主控单元13连接的形式可以为直接与主控单元13连接，也可以为间接与主控单元13连接，如主控单元13、组成件12分别与连接臂11的两端连接，则主控单元13与连接臂11为直接连接，主控单元13与组成件12为间接连接，其中组成件12和连接臂11的数量可根据用户需要自行调整，以组装成不同形态的机械臂装置1，主控单元13、组成件12及连接臂11的数量不做限定，可以是一个或多个，其数量越多，则组装的机械臂装置1的运动方式更多样。

连接臂11、组成件12及主控单元13之间的连接方式包括但不限于卡扣连接、磁吸连接、螺钉连接。在本实施例中，连接臂11、组成件12及主控单元13通过卡扣连接。

进一步地，主控单元13还包括壳体139和转动件130，所述壳体139与所述转动件130转动连接，以调整主控单元13的朝向。

请参阅图2-图3，所述连接臂11长度方向的两端各设置有一第一连接结构111，所述组成件12 的表面113设置有至少两个第二连接结构121，所述主控单元13设置有一主控连接结构131，所述第一连接结构111、第二连接结构121及主控连接结构131之间通过卡合实现可拆卸连接，所述第二连接结构121、主控连接结构131均与所述第一连接结构111的结构相同。在本实施例中，组成件12 的表面113设置有四个第二连接结构121，第一组成端122和第二组成端123的表面113各设置两个第二连接结构121，以使一个组成件12可以与四个连接臂11或四个主控单元13连接。

请参阅图4，所述第一连接结构111包括两个第一连接件1111、两个第二连接件1112及基座 1113，所述基座1113呈圆形，两个所述第一连接件1111呈中心对称设置于所述基座1113上，两个所述第二连接件1112呈中心对称设置于所述基座 1113上，第一连接件1111上设有朝向圆心方向的扣合槽1114，第二连接件1112上设置有远离圆心方向的扣合块1115。

两个所述第一连接件1111的连线垂直于两个所述第二连接件1112的连线，且两个所述第一连接件1111靠近圆心的一侧呈圆弧形，弧形的中心设置有定位槽1116；

两个所述第二连接件1112远离圆心的一侧呈弧形，圆弧形的中间设置有定位块1117，所述第一连接件1111内径与所述第二连接件1112的外径适配，同时，所述定位块1117可容纳于所述定位槽1116内，以使第一连接结构111、第二连接结构 121、主控连接结构131三者之间进行连接和定位。

请参阅图5-图8，以第一连接结构111和第二连接结构121的连接过程为例，定义第一连接结构 111中的第一连接件为A1，第二连接件为A2，定位块为A3，定位槽为A4,扣合块为A5，扣合槽为A6；定义第二连接结构121中的第一连接件为B1，第二连接件为B2，定位块为B3，定位槽为B4,扣合块为 B5，扣合槽为B6。

首先，将第一连接结构111和第二连接结构 121的位置对应，使第一连接件A1的位置与第二连接件B2的位置对齐，保证第一连接件A1中的定位槽A4和第二连接件B2中的定位块B3对齐，同理，第二连接件A2中的定位块A3和第一连接件B1中的定位槽B4对齐。

然后，使第一连接结构111和第二连接结构 121接触，并按压组成件12和连接臂11，使第二连接件B2中的定位块B3沿第一连接件A1中的定位槽 A4方向滑动，同理，第一连接件A2中的定位块A3 沿第二连接件B1中的定位槽B4方向滑动。

最后，当第二连接件B2中的扣合块B5陷入第一连接件A1中的扣合槽A6中时，即可完成第一连接结构111和第二连接结构121的连接，同理，第一连接件A2中的扣合块A5陷入第二连接件B1中的扣合槽B6中，从而通过扣合槽与扣合块的配合，防止组成件12和连接臂11脱离。

进一步地，第一连接结构111、第二连接结构 121及主控连接结构131内均设置有导电触针1118，所述第一连接结构111、第二连接结构121及主控连接结构131连接后，可使各自的导电触针1118 接通，从而可通过主控单元13对组成件12、连接臂11进行控制。

通过主控单元13与连接臂11、组成件12结合的形式组装形成机械臂装置1，且组成件12和连接臂11的数量和组装方式可根据用户需要进行调整，以使组装的机械臂装置1展现出不同的形态。同时，配合组成件12中可转动连接的第一组成端122和第二组成端123，以使机械臂装置1在不同形态下，通过转动第一组成端122和第二组成端123，进一步调整机械臂装置1的形态，因此，机械臂装置1 的运动方式更多样，以供用户与机械臂装置1进行互动。

其中，互动方式包括语音互动、形态互动、表情互动等，语音互动即为与用户进行语音对话，形态互动即为向用户展示不同的形态，表情互动即为向用户展示不同的表情。

请参阅图9，所述主控单元13设有供电模块 132和控制模块133，供电模块132与控制模块133 电连接，所述连接臂11、组成件12与所述主控单元13连接后，所述供电模块132可对所述连接臂11、组成件12供电，即通过导电触针1118对连接臂11、组成件12供电，以使第一组成端122和第二组成端 123通电，并在第一组成端122和第二组成端123 通电后，通过控制模块133控制第一组成端122和第二组成端123相对转动，进而使机械臂装置1展示不同的形态。

主控单元13还包括显示屏134和摄像头135，显示屏134与摄像头135均设置于壳体上，主控连接结构131设置于转动件130上，以供第一连接结构111、第二连接结构121与转动件上的主控连接结构连接131，进而使显示屏134、摄像头135相对转动件130转动，即使主控单元13朝向不同的方向。

供电模块132与显示屏134、摄像头135电连接，以对显示屏134和摄像头135进行供电，通过摄像头135检测用户的表情或动作，并在显示屏134上显示与用户互动的画面，同时通过控制模块133 控制第一组成端122和第二组成端123相对转动，以使机械臂装置1展现不同的形态。

主控单元13内还设有感应模块136，感应模块 136与控制模块133电连接，同时供电模块132与感应模块136电连接，以为感应模块136进行供电，所述感应模块136用于感应与用户的接触动作后，触发控制模块133对第一组成端122和第二组成端 123进行控制，以使所述机械臂装置1进行预设的互动动作，如进行跳舞的动作、模仿宠物的动作等，可以理解，感应模块136为接触式感应，以在用户与主控单元13产生接触之后，感应模块136 感应接触动作。

主控单元13内设有扬声器138，扬声器138与供电模块132电连接，所述主控单元13接收到用户的声音指令后，使所述扬声器138播放设定的语音，如播放正经的语音或播放俏皮的语音等。

可以理解，上述功能均为本领域产品的通用功能，各个模块之间的电连接关系及其工作原理在此不做赘述。

请重新参阅图2-图3，所述连接臂11包括两个端面112和一个与所述端面112连接的表面113，第一连接结构111设置于端面112上，至少一个端面112与所述表面113呈角度设置，以使连接臂11的两端均可与主控单元13连接，或者与组成件12连接，从而增加组装成机械臂装置1的样式，并且可使机械臂在不同样式下，以不同的方式进行运动，灵活性更高。

进一步地，两个所述端面112对称设置，两个所述端面112均与所述表面113呈45度夹角。以使组成件12、主控单元13中的任一种与连接臂11连接之后，可以使其与连接臂11之间形成角度，以便于与用户进行互动。

所述连接臂11的形状可以为圆柱形、四棱柱形、五棱柱形。在本实施例中，所述连接臂11的形状为圆柱形，其长度尺寸L为100mm-150mm，直径为30mm-40mm。以至于连接臂11在机械臂装置1 中的长度尺寸适中，并且能够使组成件12、主控单元13与连接臂11连接，便于机械臂装置1运动，以展示不同的形态，若连接臂11长度过长，则机械臂装置1运动使的力矩会过长，不利于机械臂装置1运动，如果连接臂11长度过短，则机械臂装置 1的整体长度过短，机械臂装置1能够展现的形态越少。

进一步地，所述表面113上设置有灯体114。主控单元13与连接臂11连接之后，可通过供电模块132对连接臂11进行供电，以使灯体114发光，从而达到拼接指示作用，同时还可供用户通过灯体114判断连接臂11是否故障，可以理解，当连接臂11故障之后，与连接臂11连接的第一组成端122 或第二组成端123无法相对转动或相对转动异常等。

请参阅图10并结合图1，所述机械臂装置1进一步包括一底座14，所述底座14上设置有容纳所述组成件12的容纳槽142，所述容纳槽142内设置有底座14连接结构，所述组成件12容纳于所述容纳槽142之后，通过所述第二连接结构121和所述底座14连接结构可拆卸连接；所述底座14为带有锥度的圆柱形，且设有容纳槽142一侧的直径小于放置面的直径。

其中，放置面即为供底座14平稳放置的一面，底座14连接结构与第一连接结构111的结构相同，以供组成件12连接于底座14的方法与组成件12连接于连接臂11、主控单元13的方法相同。并且放置面的直径大于容纳槽142一侧的直径，以使机械臂装置1能够更稳定的放置在桌面或地面上，使得所述机械臂装置1一端通过底座14定位于外部物体上，相对一端为自由端，实现与用户的互动。

请参阅图11，机械臂装置1中的组成件12的数量至少为两个，连接臂11的数量为一个，主控单元13的数量为一个，底座14的数量为一个。以组成件12的数量为两个进行说明，并分别命名为组成件P和组成件Q，组成件P中的第一组成端为P1, 第二组成端为P2，组成件Q中的第一组成端为Q1，第二组成端为Q2，

其连接方式为，第一组成端P1与底座14连接，第二组成端P2与连接臂11一端连接，第一组成端 Q1与连接臂11另一端连接，第二组成端Q2与主控单元13连接。

主控单元13控制组成件P转动时，可带动连接臂11、组成件Q及主控单元13一同转动，即以图11 中轴线X1为转轴进行转动，以调整机械臂装置1 的方向；

主控单元13控制组成件Q转动时，可使主控单元13转动，即以图11中轴线X2为转轴进行转动，以调整主控单元13的方向。

可以理解，连接臂11无自由度，一个组成件 12的自由度为1个，如组成件P以轴线X1为转轴进行转动时的自由度为1个，即绕轴线X1做顺时针转动和逆时针转动，组成件Q以轴线X2为转轴进行转动时的自由度为1个，即绕轴线X2做顺时针转动和逆时针转动。因此机械臂装置1的运动自由度为2 个，在本实施例中，两个组成件P和组成件Q各自转动的两个轴线X1和X2呈正交。机械臂装置1中采用的组成件12数量即为机械臂装置1的运动自由度的数量，如组成件12的数量为3个时，机械臂装置1的运动自由度为3个，组成件12的数量为4个时，机械臂装置1的运动自由度为4个，依次类推，机械臂装置1的运动自由度越多，其可以展示的形态则越多，更利于与用户进行互动。

请参阅图12,在其他实施例中，组成件12的数量为4个，所述连接臂11的两端各连接两个所述组成件12，每两个所述组成件12之间依次串联，远离所述连接臂11连接的两个所述组成件12中，其中一个与所述主控单元13连接，另一个与所述底座14连接，以使机械臂装置1可在4个自由度上运动，运动方式更多样。

可以理解，所述组成件12的数量还可以为5 个、6个或者多个，只要可以使多个所述组成件12 分设于所述连接臂11的两端，且连接臂11任一端连接的组成件12之间依次串联，使得多个组成件12之间包括相互垂直和/或平行的自由度即可，在此不再赘述。

与现有技术相比，本发明的机械臂装置具有以下优点：

1.通过连接臂、组成件及主控单元三者之间任意组合，以组装成机械臂装置，从而使机械臂装置展现出不同的形态，并且在组成件的转动下带动连接臂或主控单元运动，进一步使机械臂装置展现出不同的形态，灵活性更高。

2.连接臂、组成件及主控单元三者上分别设置第一连接结构、第二连接结构、主控连接结构，以使三者扣合连接，同时便于用户对连接后的三者进行拆卸，设计更加人性化。

3.将连接臂的至少一个端面与表面呈角度设置，第一连接结构设置于两个所述端面上，以便于主控单元、组成件与连接臂连接形成机械臂装置。

4.连接臂的表面设置灯体，以通过灯体判断机械臂装置中的连接臂是否损坏，便于用户排查故障。

5.连接臂的长度尺寸为100mm-150mm，直径为 30mm-40mm，以至于连接臂在机械臂装置中的长度尺寸适中，并且能够使组成件、主控单元与连接臂连接，便于机械臂装置运动，以展示不同的形态。

6.第一连接结构设置为第一连接件和第二连接件的形式，并使第二连接结构、主控连接结构与第一连接结构的结构相同，以便于连接臂、组成件及主控单元三者之间可任意组合连接。

7.通过底座使机械臂装置可平稳的放置于地面或桌面上，以便于用户与机械臂装置进行互动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机械臂装置，用于与用户进行互动，其特征在于：其包括连接臂、组成件及主控单元，所述连接臂呈长条形，所述组成件与所述连接臂的结构不同；

所述连接臂、组成件及主控单元任意两者之间可拆卸连接，所述组成件包括第一组成端和第二组成端，所述第一组成端和所述第二组成端转动连接；

所述主控单元与所述第一组成端、第二组成端中任一者连接后，可控制所述第一组成端和第二组成端相对转动。

2.如权利要求1所述的机械臂装置，其特征在于：所述连接臂长度方向的两端各设置有一第一连接结构，所述组成件的表面设置有至少两个第二连接结构，所述主控单元设置有一主控连接结构，所述第一连接结构、第二连接结构及主控连接结构的结构相同。

3.如权利要求2所述的机械臂装置，其特征在于：所述主控单元进一步包括壳体、转动件及显示屏，所述显示屏设置于所述壳体上，所述组成件、连接臂均可与所述转动件可拆卸连接，所述壳体与所述转动件转动连接。

4.如权利要求1所述的机械臂装置，其特征在于：所述机械臂装置进一步包括一底座，所述底座定位于外部物体上；

所述组成件的数量至少为两个，其中至少一个所述组成件的第一组成端和第二组成端分别连接所述连接臂的一端和所述底座；另一个所述组成件的第一组成端和第二组成端分别连接所述连接臂的另一端和所述主控单元；

所述主控单元控制所述至少两个组成件各自的第一组成端和第二组成端相对转动，以使所述主控单元在至少2个自由度基础上运动，并与用户互动。

5.如权利要求4所述的机械臂装置，其特征在于：所述至少两个组成件依次串联，所述至少两个组成件各自转动的两个轴线呈正交或平行。

6.如权利要求1所述的机械臂装置，其特征在于：所述主控单元上设置有摄像头。

7.如权利要求1所述的机械臂装置，其特征在于：所述主控单元内设有感应模块，所述感应模块用于感应与用户的接触动作后，并使所述机械臂装置进行预设的互动动作。

8.如权利要求1所述的机械臂装置，其特征在于：所述主控单元内设有扬声器，所述主控单元接收到用户的声音指令后，使所述扬声器播放设定的语音。

9.如权利要求1所述的机械臂装置，其特征在于：所述主控单元内设有控制模块，所述控制模块用于接收控制指令，以使所述第一组成端和所述第二组成端运动。

10.如权利要求1-9任一项所述的机械臂装置，其特征在于：所述连接臂包括两个端面和一个与所述端面连接的表面，至少一个端面与所述表面呈角度设置，所述主控单元、组成件均可与两个所述端面连接。

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