CN111376240B - 多轴机械臂及机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多轴机械臂及机械手，该多轴机械臂包括底座、与底座旋转连接的第一旋转件、与第一旋转件转动连接的第一连杆、与第一连杆转动连接的第二连杆、旋转连接于第二连杆一端的第二旋转件、转动连接于第二旋转件的一端的第三连杆、旋转连接于第三连杆的第三旋转件，多轴机械臂还包括用于驱动第一旋转件、第一连杆、第二连杆、第二旋转件、第三连杆及第三旋转件运动的驱动组件。本发明提供的多轴机械臂，具有六个转动轴，可在三维空间内自由转动，且其具有三个旋转件，能够通过各个旋转件的旋转变换多轴机械臂端部的位置，实现机械臂末端执行器的精细动作。

Description

多轴机械臂及机械手

技术领域

本发明属于机械手技术领域，更具体地说，是涉及一种多轴机械臂及机械手。

背景技术

机械手能够模仿人类手和臂的动作，可实现简单的抓取、搬运、使用工具等功能，还能应用在冶金、采矿等环境恶劣的场合中。机械手可以代替工人的繁重劳动，实现生产的机械化和自动化，还能够提高生产效率，降低生产不良。

随着人力成本的不断提高，工厂等对机械手的需求数量和需求质量不断提高。目前的多轴机械臂为了保证精度要求，关节数量较少，自由度较少，无法满足更精细的操作需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多轴机械臂，以解决现有技术中存在的多轴机械臂关节数量较少、不能实现精细动作的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种多轴机械臂，包括底座、与所述底座旋转连接的第一旋转件、与所述第一旋转件转动连接的第一连杆、与所述第一连杆转动连接的第二连杆、旋转连接于所述第二连杆一端的第二旋转件、转动连接于所述第二旋转件的一端的第三连杆、旋转连接于所述第三连杆的第三旋转件，所述多轴机械臂还包括用于驱动所述第一旋转件、所述第一连杆、所述第二连杆、所述第二旋转件、所述第三连杆及所述第三旋转件运动的驱动组件。

进一步地，所述底座安装于工作台上，所述第一旋转件的回转中心轴与所述工作台所在的平面垂直，所述第一连杆的转轴、所述第二连杆的转轴、所述第三连杆的转轴均与所述工作台所在的平面平行，所述第二旋转件的回转中心轴与所述第二连杆的长度方向相同。

进一步地，所述驱动组件包括用于驱动所述第一旋转件转动且设于所述底座中的第一驱动件、用于驱动所述第一连杆转动的且设于所述第一旋转件中的第二驱动件、用于驱动所述第二连杆转动且设于所述第二连杆中的第三驱动件、用于驱动所述第二旋转件旋转且设于所述第二连杆中的第四驱动件、用于驱动所述第三连杆转动且与所述第二旋转件固定连接的第五驱动件、用于驱动所述第三连杆旋转且设于所述第三旋转件内的第六驱动件。

进一步地，所述第一连杆的两端均开设有轴孔，所述第二驱动件的输出轴、所述第三驱动件的输出轴均穿过轴孔并与所述第一连杆固定连接。

进一步地，所述第四驱动件的输出轴一端连接有第一偏心调整机构，所述第六驱动件的输出轴一端连接有第二偏心调整机构。

进一步地，所述第一旋转件、所述第二旋转件、所述第三旋转件的旋转角度均为180度。

进一步地，所述第三连杆呈叉字形且具有两个相互平行的侧臂，所述第五驱动件的输出轴伸入其中一个所述侧臂中且与该侧臂固定连接，另一个所述侧臂与所述第五驱动件转动连接。

本发明的另一目的在于提供一种机械手，包括上述的多轴机械臂，还包括与所述多轴机械臂可拆卸连接的夹爪组件，所述第三旋转件的一侧设有第一卡接部，所述夹爪组件面向所述第三旋转件一侧设有于所述第一卡接部卡接的第二卡接部。

进一步地，所述夹爪组件包括夹爪外壳、设于所述夹爪外壳内的第七驱动件、与所述第七驱动件的输出轴固定连接的码盘，所述码盘上固定有多个与其转动连接的曲柄，所述曲柄的一端转动连接有夹爪，所述夹爪组件还包括用于导向所述夹爪的导向结构，所述第二卡接部设于所述夹爪外壳上。

进一步地，所述夹爪的端部具有滑动槽，所述导向结构的端部插入滑动槽中使所述夹爪朝向所述码盘的转动中心滑动。

本发明提供的多轴机械臂及机械手的有益效果在于：与现有技术相比，本发明多轴机械臂包括底座、第一旋转件、第一连杆、第二连杆、第二旋转件、第三连杆、第三旋转件，其中，第一旋转件相对底座旋转、第一连杆绕第一旋转件旋转、第二连杆绕第一连杆旋转、第二旋转件相对第二连杆旋转、第三连杆绕第二旋转件旋转、第三旋转件相对第三连杆旋转，使该多轴机械臂具有六个转动轴，可在三维空间内自由转动，且其具有三个旋转件，能够通过各个旋转件的旋转变换多轴机械臂端部的位置，实现机械臂末端执行器的精细动作。

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多轴机械臂的立体结构图；

图2为本发明实施例提供的底座和第一连杆的立体结构图；

图3为本发明实施例提供的第一连杆和第三驱动件的立体结构图；

图4为本发明实施例提供的多轴机械臂的部分结构图；

图5为本发明实施例提供的第五驱动件和第六驱动件的立体结构图；

图6为本发明实施例提供的第五驱动件和第三旋转件的立体结构图；

图7为本发明实施例提供的机械手的立体结构图；

图8为本发明实施例提供的第一种夹爪组件的立体结构图；

图9为本发明实施例提供的第一种夹爪组件的部分立体结构图一；

图10为本发明实施例提供的第一种夹爪组件的部分立体结构图二；

图11为本发明实施例提供的第二种夹爪组件的部分立体结构图。

其中，图中各附图标记：

1-底座；2-第一旋转件；3-第一连杆；4-第二连杆；5-第二旋转件；6-第三连杆；61-侧臂；62-连接臂；7-第三旋转件；70-第一卡接部；701-凹槽部；702-滑槽部；71-磁吸件；8-驱动组件；81-第一驱动件；82-第二驱动件；83-第三驱动件；84-第四驱动件；85-第五驱动件；86-第六驱动件；9-夹爪组件；91-夹爪外壳；911-第二卡接部；9111-凸起部；9112-滑条；92a、92b-夹爪；93a、93b-码盘；94a、94b-曲柄；95b-导向结构；951-第一导向板；952-第二导向板；9520-第二导向孔。

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。

请参阅图1，现对本发明提供的多轴机械臂进行说明。该多轴机械臂，包括底座1、第一旋转件2、第一连杆3、第二连杆4、第二旋转件5、第三连杆6、第三旋转件7、以及驱动组件8。底座1固定于工作台或者桌面上，更具体地，采用螺纹件将底座1固定于工作台或者桌面上。第一旋转件2和底座1旋转连接，第一旋转件2靠近底座1一端呈圆形，第一旋转件2的旋转轴的轴心与第一旋转件2该端的圆心重合，底座1靠近第一旋转件2一端也呈圆形，可选地，第一旋转件2的旋转轴的轴心与底座1该端的圆心重合。第一连杆3的其中一端与第一旋转件2转动连接，第一连杆3的另一端与第二连杆4转动连接。第一连杆3为长条形，使第二连杆4和底座1之间具有一定的高度差，便于调整该机械臂末端的位置。第一连杆3可为空心，供线缆从第一连杆3中穿过。第二连杆4的一端与第一连杆3转动连接，第二连杆4的另一端与第二旋转件5旋转连接，第二旋转件5的旋转轴可与第二连杆4的长度方向相同。第三连杆6的一端与第二旋转件5转动连接，第三连杆6的另一端与第三旋转件7旋转连接，第三旋转件7的端部可固定夹爪、焊枪等加工和运输工具，适用于不同的情景中。

本发明提供的多轴机械臂，与现有技术相比，本发明多轴机械臂包括底座1、第一旋转件2、第一连杆3、第二连杆4、第二旋转件5、第三连杆6、第三旋转件7，其中，第一旋转件2相对底座1旋转、第一连杆3绕第一旋转件2旋转、第二连杆4绕第一连杆3旋转、第二旋转件5相对第二连杆4旋转、第三连杆6绕第二旋转件5旋转、第三旋转件7相对第三连杆6旋转，使该多轴机械臂具有六个转动轴，可在三维空间内自由转动，且其具有三个旋转件，能够通过各个旋转件的旋转变换多轴机械臂端部的位置，实现机械臂末端执行器的精细动作。

请参阅图1，作为本发明提供的多轴机械臂的一种具体实施方式，底座1安装于工作台上，第一旋转件2的回转中心轴与工作台所在的平面垂直，第一连杆3的转轴、第二连杆4的转轴、第三连杆6的转轴均与工作台所在的平面平行，第二旋转件5的回转中心轴与第二连杆4的长度方向相同。第一旋转件2在水平面上旋转，且带动第一连杆3、第二连杆4等共同旋转，调节机械臂末端结构的相对第一旋转件2旋转中心的位置；第一连杆3绕第一旋转件2转动，第二连杆4绕第一连杆3转动，第三连杆6绕第二旋转件5转动，调节机械臂末端结构的高度及水平位置；第二旋转件5相对第二连杆4旋转，第三旋转件7相对第三连杆6旋转，调节机械臂末端结构与待操作件的相对角度。

请参阅图2至图6，作为本发明提供的多轴机械臂的一种具体实施方式，驱动组件8包括用于驱动第一旋转件2转动且设于底座1中的第一驱动件81、用于驱动第一连杆3转动的且设于第一旋转件2中的第二驱动件82、用于驱动第二连杆4转动且设于第二连杆4中的第三驱动件83、用于驱动第二旋转件5旋转且设于第二连杆4中的第四驱动件84、用于驱动第三连杆6转动且与第二旋转件5固定连接的第五驱动件85、用于驱动第三连杆6旋转且设于第三旋转件7内的第六驱动件86。其中，第一驱动件81固定于底座1的内部，第一驱动件81的输出轴伸入第一旋转件2端部的中心，并与第一旋转件2固定连接，使第一旋转件2绕其中心旋转；第二驱动件82固定于第一旋转件2的内部，第二驱动件82的输出轴伸入第一连杆3的一端，且与第一连杆3的该端固定连接，使第一驱动件81输出轴的转动带动第一连杆3转动；第三驱动件83固定于第二连杆4内，且设于靠近第一连杆3一端，第三驱动件83的输出轴从第二连杆4伸入第一连杆3并固定于第二连杆4中，第三驱动件83工作时，其输出轴固定不动，机身相对输出轴转动，从而带动第二连杆4自身旋转；第四驱动件84也固定于第二连杆4中，第四驱动件84带动第二旋转件5旋转；第五驱动件85固定于第二旋转件5中，第三连杆6与第五驱动件85的输出轴固定连接；第六驱动件86固定于第三旋转件7内部，第六驱动件86的输出轴伸出第三旋转件7与第三连杆6固定连接，第六驱动件86工作时，其输出轴与第二连杆4连接固定不动，使其机身翻转，从而带动第三旋转件7旋转。其中，第一旋转件2、所述第二旋转件5、所述第三旋转件7的旋转角度均为180度。

可选地，第一驱动件81的输出轴竖直设置，第二驱动件82的输出轴、第三驱动件83的输出轴、第五驱动件85的输出轴相互平行，第四驱动件84的输出轴与第三驱动件83的输出轴垂直，第六驱动件86的输出轴与第五驱动件85的输出轴垂直。

可选地，第一驱动件81、第二驱动件82、第三驱动件83、第四驱动件84、第五驱动件85、第六驱动件86为步进电机、伺服电机等。

请参阅图2至图6，作为本发明提供的多轴机械臂的一种具体实施方式，第一旋转件2倾斜设置，使第一旋转件2的两端在工作台或者桌面上的投影相间隔，增大第一连杆3和底座1的水平距离。可选地，第一旋转件2和第二连杆4设于第一连杆3的同侧，以平衡该多轴机械臂左右两侧的重量，防止机械臂单侧受力较大，朝向该侧倾斜。第一连杆3的两端均开设有轴孔，第二驱动件82的输出轴、第三驱动件83的输出轴均穿过轴孔并与第一连杆3固定连接。第二连杆4的内部固定有第三驱动件83和第四驱动件84，第四驱动件84的输出端伸出第二连杆4与第二旋转件5连接。第二旋转件5背向第四驱动件84一端开设有用于容纳第五驱动件85的腔体。

请参阅图2至图6，作为本发明提供的多轴机械臂的一种具体实施方式，第四驱动件84的输出轴一端连接有第一偏心调整机构，第六驱动件86的输出轴一端连接有第二偏心调整机构。当第四驱动件84和第六驱动件86为电机时，电机的输出轴位于电机的边缘，与其中心具有一定的距离。第一偏心调整机构的作用在于与第四驱动件84的输出轴相配合，改变第二旋转件5的旋转中心，使第二旋转件5的旋转中心轴与第二连杆4的中心轴在同一直线上。第二偏心调整结构的作用在于与第六驱动件86的输出轴相配合，改变第三旋转件7的旋转中心，使第三旋转件7的旋转中心轴与第三连杆6的中心轴在同一直线上。第一偏心调整机构和第二偏心调整机构的结构相同。可选地，第一偏心调整机构为一对相互啮合的齿轮，第四驱动件84的输出轴与其中一个齿轮固定连接，第二旋转件5的旋转轴与另外一个齿轮固定连接，通过该对齿轮改变轴的位置。

请参阅图5及图6，作为本发明提供的多轴机械臂的一种具体实施方式，第三连杆6呈叉字形且具有两个相互平行的侧臂61，第五驱动件85的输出轴伸入其中一个侧臂61中且与该侧臂61固定连接，另一个侧臂61与第五驱动件85转动连接。两个侧臂61设于第五驱动件85的两侧，使第三连杆6的转动更稳定。第三连杆6还包括连接两个侧臂61的连接臂62，连接臂62与侧臂61相互垂直。在该实施例中，第六驱动件86的输出轴与连接臂62固定连接。在其他实施例中，第六驱动件86的输出轴连接有第二偏心调整机构，则第二偏心调整机构的输出轴与连接臂62固定连接。

请参阅图7至图11，本发明还提供一种机械手，该机械手包括上述任一实施例中的多轴机械臂，还包括与多轴机械臂可拆卸连接的夹爪组件9，第三旋转件7的一侧设有第一卡接部70，夹爪组件9面向所述第三旋转件7一侧设有于第一卡接部70卡接的第二卡接部911。

本发明提供的机械手，采用了上述的多轴机械臂，该多轴机械臂包括底座1、第一旋转件2、第一连杆3、第二连杆4、第二旋转件5、第三连杆6、第三旋转件7，其中，第一旋转件2相对底座1旋转、第一连杆3绕第一旋转件2旋转、第二连杆4绕第一连杆3旋转、第二旋转件5相对第二连杆4旋转、第三连杆6绕第二旋转件5旋转、第三旋转件7相对第三连杆6旋转，使该多轴机械臂具有六个转动轴，可在三维空间内自由转动，且其具有三个旋转件，能够通过各个旋转件的旋转变换多轴机械臂端部的位置，实现机械臂末端执行器的精细动作；同时，多轴机械臂与夹爪组件9可拆卸连接，可根据生产需要随时更换第三旋转件7端部的工具。

请参阅图7至图11，作为本发明提供的机械手的一种具体实施方式，第一卡接部70和第二卡接部911相互卡接。在其中一个实施例中，第一卡接部70为卡槽，卡槽，第二卡接部911为卡扣，卡槽包括凹槽部70、以及设于凹槽部70两侧且与凹槽部70连通的滑槽部702，卡扣包括与凹槽部70配合的凸起部9111，凸起部9111的两侧具有可在滑槽部702中滑动的滑条9112，使得第三旋转件7和夹爪组件9可拆卸连接。需要安装夹爪组件9时，将第二卡接部911的滑条9112插入滑槽部702中；需要拆卸夹爪组件9时，则将第二卡接部911从滑槽部702中滑出。而且，第三旋转件7面向夹爪组件9一侧上还设有磁吸件71，使夹爪组件9的夹爪外壳91吸附于第一旋转件2上，防止夹爪组件9掉落。在其他实施例中，第一卡接部70为卡扣，第二卡接部911位卡槽。

请参阅图7至图11，作为本发明提供的机械手的一种具体实施方式，夹爪组件9包括夹爪外壳91、设于夹爪外壳91内的第七驱动件、与第七驱动件的输出轴固定连接的码盘，码盘上固定有多个与其转动连接的曲柄，曲柄的一端转动连接有夹爪，夹爪组件9还包括用于导向夹爪的导向结构述第二卡接部911设于夹爪外壳91上。码盘可为圆形、椭圆形、多边形等形状，第一驱动件81的输出轴与码盘的几何中心固定连接，使码盘绕其自身的中心旋转。曲柄的一端与码盘转动连接，曲柄的另一端与夹爪转动连接，曲柄的数量和夹爪的数量相同，多个曲柄沿码盘的周向均匀分布，使码盘转动时，曲柄的运动路径相同。夹爪与曲柄转动连接的一端具有滑动槽，夹爪与导向结构通过滑动槽滑动连接，导向结构与码盘固定连接，导向结构对夹爪的运动路径具有导向作用，使各个夹爪向码盘的中心运动，从而夹紧物体。

可选地，夹爪的数量可为两个、三个、四个等。当夹爪的数量为两个时，码盘93b的两端连接有曲柄94b，导向结构95b为长方形板体，两个夹爪92b分别滑动连接于该长方形板体的两端；当夹爪92a的数量为三个时，导向结构包括第一导向板951和第二导向板952，码盘93a、第一导向板951、第二导向板952依次层叠设置且相互固定连接，第一导向板951与夹爪92a滑动连接，第一导向板951具有三个径向部，三个径向部与三个夹爪92a一一滑动连接，第二导向板952上开设有三个导向孔9520，导向孔9520径向延伸至第二导向板952的边缘处，夹爪92a同时在导向孔9520侧壁的导向作用下移动，使得三个夹爪92a的运动更稳定。

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 (9)

1.机械手，其特征在于：所述机械手包括多轴机械臂，还包括与所述多轴机械臂可拆卸连接的夹爪组件；

所述多轴机械臂包括底座、与所述底座旋转连接的第一旋转件、与所述第一旋转件转动连接的第一连杆、与所述第一连杆转动连接的第二连杆、旋转连接于所述第二连杆一端的第二旋转件、转动连接于所述第二旋转件的一端的第三连杆、旋转连接于所述第三连杆的第三旋转件，所述多轴机械臂还包括用于驱动所述第一旋转件、所述第一连杆、所述第二连杆、所述第二旋转件、所述第三连杆及所述第三旋转件运动的驱动组件；所述第三旋转件的一侧设有第一卡接部，所述第一卡接部用于与外部的夹爪组件可拆卸连接；所述第三旋转件面向所述夹爪组件一侧上还设有磁吸件；

所述夹爪组件包括夹爪外壳、设于所述夹爪外壳内的第七驱动件、与所述第七驱动件的输出轴固定连接的码盘，所述码盘上固定有多个与其转动连接的曲柄，所述曲柄的一端转动连接有夹爪，所述夹爪组件还包括用于导向所述夹爪的导向结构；所述夹爪的端部具有滑动槽，所述导向结构的端部插入滑动槽中使所述夹爪朝向所述码盘的转动中心滑动。

2.如权利要求1所述的机械手，其特征在于：所述底座安装于工作台上，所述第一旋转件的回转中心轴与所述工作台所在的平面垂直，所述第一连杆的转轴、所述第二连杆的转轴、所述第三连杆的转轴均与所述工作台所在的平面平行，所述第二旋转件的回转中心轴与所述第二连杆的长度方向相同。

3.如权利要求1所述的机械手，其特征在于：所述驱动组件包括用于驱动所述第一旋转件转动且设于所述底座中的第一驱动件、用于驱动所述第一连杆转动的且设于所述第一旋转件中的第二驱动件、用于驱动所述第二连杆转动且设于所述第二连杆中的第三驱动件、用于驱动所述第二旋转件旋转且设于所述第二连杆中的第四驱动件、用于驱动所述第三连杆转动且与所述第二旋转件固定连接的第五驱动件、用于驱动所述第三连杆旋转且设于所述第三旋转件内的第六驱动件。

4.如权利要求3所述的机械手，其特征在于：所述第一连杆的两端均开设有轴孔，所述第二驱动件的输出轴、所述第三驱动件的输出轴均穿过轴孔并与所述第一连杆固定连接。

5.如权利要求3所述的机械手，其特征在于：所述第四驱动件的输出轴一端连接有第一偏心调整机构，所述第六驱动件的输出轴一端连接有第二偏心调整机构。

6.如权利要求1所述的机械手，其特征在于：所述第一旋转件、所述第二旋转件、所述第三旋转件的旋转角度均为180度。

7.如权利要求3所述的机械手，其特征在于：所述第三连杆呈叉字形且具有两个相互平行的侧臂，所述第五驱动件的输出轴伸入其中一个所述侧臂中且与该侧臂固定连接，另一个所述侧臂与所述第五驱动件转动连接。

8.如权利要求1所述的机械手，其特征在于：所述夹爪组件面向所述第三旋转件一侧设有于所述第一卡接部卡接的第二卡接部。

9.如权利要求8所述的机械手，其特征在于：所述第二卡接部设于所述夹爪外壳上。

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