CN111673717A - 仿真多臂机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化技术领域，尤指一种仿真多臂机械手，包括基座、至少两个七轴机械臂及与七轴机械臂一端一一对应连接的手状夹具，基座内装有驱动源及与七轴机械臂另一端一一对应连接的转动组件，驱动源的输出轴安装有偏心轮，偏心轮安装有连杆，连杆包括与转动组件相适配的连接部，连接部与转动组件连接，连杆通过偏心轮将驱动源的转动活动转换成伸缩运动，转动组件通过连接部将连杆的伸缩运动转换成转动活动。本发明为多臂仿真多臂机械手，单个电机通过连杆上多个连接部，并结合转动组件，可以同时驱动多个七轴机械臂转动，极大提高了工作效率；并且七轴机械臂配合手状夹具，灵活度更高。

Description

仿真多臂机械手

技术领域

本发明涉及自动化技术领域，尤指一种仿真多臂机械手。

背景技术

随着社会经济的发展，科学技术的进步，机器人作为一种代替或配合人类实现各类繁重劳动的重要工具，越来越受到整个社会的重视。机器人是自动执行工作的机器装置，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动，它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。传统的机器人。

目前工业机器人都为单臂机器人，存在如下不足：1.手臂活动自由度较低，在较为弯曲的空间内不能灵活调节因此无法拿取空间较为狭窄弯曲的物品；2.工作效率较低，花费较多的时间和人力、更换产线速度较慢。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种仿真多臂机械手，提高了灵活性和工作效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种仿真多臂机械手，包括基座、至少两个七轴机械臂及与所述七轴机械臂一端一一对应连接的手状夹具，所述基座内装有驱动源及与所述七轴机械臂另一端一一对应连接的转动组件，所述驱动源的输出轴安装有偏心轮，所述偏心轮安装有连杆，所述连杆包括与转动组件相适配的连接部，所述连接部与所述转动组件连接，所述连杆通过所述偏心轮将所述驱动源的转动活动转换成伸缩运动，所述转动组件通过所述连接部将所述连杆的伸缩运动转换成转动活动。

作为一种优选方案，所述连杆还包括环形部，所述环形部套设于所述偏心轮，所述连接部沿所述环形部的外缘均匀设置。

作为一种优选方案，所述转动组件包括内部中空的轴筒和至少一个凸轮，所述轴筒内壁沿圆周设置有闭合的凸轮槽，所述凸轮一端与所述凸轮槽滑动连接、其另一端与所述连接部连接，当所述连杆带动所述连接部伸缩运动时，所述凸轮在所述凸轮槽内滑动、并推动所述轴筒作转动运动。

作为一种优选方案，所述七轴机械臂包括依次活动连接的臂座、五个弧形连节和连接臂，所述弧形连节为由碳纤维制成的中空主体，所述中空主体的始端和末端分别嵌有用于连接的法兰。

作为一种优选方案，各所述中空主体的末端均连接有驱动电机，所述中空主体的始端及所述连接臂与所述驱动电机驱动连接。

作为一种优选方案，所述臂座和所述连接臂均由碳纤维制成；所述臂座一端与所述轴筒连接、其另一端与所述弧形连节连接，所述连接臂一端与所述弧形连节连接、其另一端与所述手状夹具连接。

作为一种优选方案，所述手状夹具包括腕部、掌部和五个指部，所述腕部一端与所述连接臂连接、其另一端与所述掌部连接，五个指部按照手指的排布安装于掌部。

作为一种优选方案，所述指部包括依次连接的近关节、中关节和远关节，所述近关节的末端、所述中关节的末端及所述远关节的末端均设置有凹槽，所述掌部、所述近关节的始端及所述中关节的始端设置有与所述凹槽相匹配的转动轴，所述转动轴转动连接于所述凹槽。

作为一种优选方案，所述近关节的末端、所述中关节的末端及所述远关节的末端均安装有双向电机，所述双向电机的输出轴套有主动齿轮，所述凹槽开设有可供所述主动齿轮伸出的通孔，所述转动轴的顶端设置有与所述主动齿轮啮合的锯齿。

作为一种优选方案，所述腕部、所述掌部及五个指部均由碳纤维制成；所述腕部与所述掌部一体成型。

本发明的有益效果在于：

1.本发明通过改进基座内的驱动结构，将与偏心轮的连杆设计成“一连多”的结构，单个驱动源可以驱动多个七轴机械臂同时运转，一个基座即可实现了多工位的工作，大大提高了工作效率，通过偏心轮与转动组件的传动结合，使得七轴机械臂在驱动源的驱动下，相对基座依旧作转动活动；

2.本发明的机械臂为七轴的形式，七轴提高该机器人手臂的自由度，在拿取物品时可协调弯曲运转，可在狭小弯曲空间内灵活工作，不受空间限制；

3.本发明机械臂的夹具采用仿真手状夹具，使得在实际工作拿取物品时夹具可与物品有较高的贴合度，拿取更加安全、牢靠。

附图说明

图1是本发明的仿真多臂机械手的整体结构示意图。

图2是本发明的基座的内部结构示意图。

图3是本发明的转动组件的剖面示意图。

图4是本发明的七轴机械臂的剖面示意图。

图5是本发明的手状夹具的结构示意图。

图6是本发明的指部的驱动结构示意图。

附图标号说明：10-基座；11-驱动源；12-偏心轮；13-连杆；131-环形部；132-连接部；14-转动组件；141-轴筒；142-凸轮；143-凸轮槽；15-偏心轮座；16-轴承；

20-七轴机械臂；21-臂座；22-弧形连节；23-连接臂；24-驱动电机；25-法兰；26-安装板；27-连接板；

30-手状夹具；31-腕部；32-掌部；33-指部；331-近关节；332-中关节；333-远关节；334-凹槽；335-转动轴；336-双向电机；337-主动齿轮；338-锯齿；339-轴销。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1及图2所示，本发明关于一种仿真多臂机械手，包括基座10、七轴机械臂20和手状夹具30，基座10内装有驱动源11、偏心轮12、连杆13和转动组件14，连杆13包括环形部131及沿环形部131外缘均匀设置的连接部132，偏心轮12与驱动源11的输出轴连接，连杆13的环形部131套设于偏心轮12，连杆13的连接部132与转动组件14驱动连接，各七轴机械臂20的一端与转动组件14连接、其另一端与手状夹具30连接；连杆13通过偏心轮12将驱动源11的转动活动转换成伸缩运动，转动组件14通过连接部132将连杆13的伸缩运动转换成转动活动。

本发明通过改进基座10内的驱动结构，将与偏心轮12的连杆13设计成“一连多”的结构，单个驱动源11可以驱动多个七轴机械臂20同时运转，一个基座10即可实现了多工位的工作，大大提高了工作效率，通过偏心轮12与转动组件14的传动结合，使得七轴机械臂20在驱动源11的驱动下，相对基座10依旧作转动活动；七轴机械臂20提高该机器人手臂的自由度，在拿取物品时可协调弯曲运转，可在狭小弯曲空间内灵活工作，不受空间限制；仿真的手状夹具30，使得在实际工作拿取物品时夹具可与物品有较高的贴合度，拿取更加安全、牢靠。

在本实施例中，手状夹具30的数量、转动组件14的数量及连杆13的连接部132数量都应该与七轴机械臂20的数量对应一致，为了提高工作效率，七轴机械臂20的数量至少为两个；但因为七轴机械臂20本身的重量并不轻，且驱动源11的承载力有限，七轴机械臂20的数量也不应该超过四个；而本实施例主要以四个七轴机械臂20为例，其他数量的方式在此不再赘述。

如图2所示，本发明在驱动源11与偏心轮12之间还设有偏心轮座15，偏心轮座15开设有可供偏心轮12转动的凹槽334及可供驱动源11输出轴穿过的通孔，将偏心轮座15与驱动源11连接后，偏心轮12通过轴承16与驱动源11的输出轴连接；偏心轮座15与轴承16的设置使得偏心轮12的运作更加稳固。

本实施例的转动组件14采用的是凸轮槽143与凸轮142的结合，通过该结构可以将连杆13的伸缩运动转换成转动运动，具体如图3所示，转动组件14包括内部中空的轴筒141和至少一个凸轮142，轴筒141内壁沿圆周设置有闭合的凸轮槽143，凸轮142一端与所述凸轮槽143滑动连接、其另一端与所述连接部132连接，当所述连杆13带动所述连接部132伸缩运动时，凸轮142在凸轮槽143内滑动、并推动轴筒141作转动运动。凸轮槽143本身为变轨槽的一种，其具有至少一个复位点和一个凸轮142点，通过复位点和凸轮142点使得凸轮142沿着滑槽前后伸缩的转动运动，由于连杆13本身是伸缩的，故轴筒141相对做伸缩运动。由于凸轮槽143与凸轮142是一种常规的“变转动为伸缩”传动结构，故凸轮槽143可以设计在轴筒141，也可以设计在连杆13的连接部132上，其凸轮142的数量也可以根据选择设置，在此不再赘述。

如图4所示，七轴机械臂20包括依次活动连接的臂座21、五个弧形连节22和连接臂23；为了减轻七轴机械臂20的重量，臂座21、弧形连节22和连接臂23均是由碳纤维制成的中空主体，在保证刚性和强度的同时，极大的减少了七轴机械臂20的重量；另外，七轴机械臂20所有的中空主体的始端和末端分别嵌有用于连接的法兰25；而弧形连节22的中空主体的末端均连接有驱动电机24，且其末端设置有安装板26来支撑安装驱动电机24，为了实现各个部件之间的转动，驱动电机24的输出轴从中空主体伸出后，插入与之相邻连接的另一中空主体中，并通过连接板27实现与驱动电机24的连接。

为了减轻七轴连接臂23的重量，臂座21和连接臂23内并不安装驱动电机24，仅在弧形连节22内安装。

各弧形连节22的形状、大小、弯曲角度各不相同；各弧形连节22的弯曲位有的位于弧形连节22的始端，有的位于弧形连节22的终端，有的位于弧形连节22的中间位，这样的设计使得弧形连节22活动角度更加广，进而使得七轴连接臂23的活动更加灵活。

如图5所示，手状夹具30包括腕部31、掌部32和五个指部33，腕部31一端与所述连接臂23连接、其另一端与掌部32连接，五个指部33按照手指的排布安装于掌部32。本发明的手状夹具30采用一比一比例还原仿制人体手指，在实际工作拿取物品时，可与物品有较高的贴合度，拿取更加安全、牢靠。

进一步地，指部33包括依次连接的近关节331、中关节332和远关节333，所有关节的末端均设置有凹槽334，为了对应该凹槽334，掌部32、近关节331的始端及中关节332的始端设置有与凹槽334相匹配的转动轴335，转动轴335通过轴销339可转动连接于凹槽334，该凹槽334沿关节的轴向还开有露出的开口，当转动轴335转动时，通过开口，各个关节之间可以呈一定角度倾斜。

为了实现指部33的自动化，关节之间设置有驱动结构，具体如图6所示，近关节331的末端、中关节332的末端及远关节333的末端均安装有双向电机336，双向电机336的输出轴套有主动齿轮337，凹槽334开设有可供主动齿轮337伸出的通孔，转动轴335的顶端设置有与主动齿轮337啮合的锯齿338；当双向电机336驱动主动齿轮337顺时针转动时，主动齿轮337与转动轴335的锯齿338要相对转动，由于转动轴335与关节之间是可转动连接，所以转动轴335带动关节转动，而开口是具有一定限位作用，在一定角度后只能维持关节之间最小的收缩夹角；反之，当需要松开指部33时，双向电机336驱动主动齿轮337逆时针转动，同理，转动轴335带动关节复位；通过这样来实现手状夹具30的收紧和放松，进而实现物料的取放。由于双向电机336为一种较为常规的选择，在此不再进行赘述。

进一步地，为了减轻手状夹具30的重量，腕部31、掌部32及五个指部33均由碳纤维制成；其中，腕部31与掌部32一体成型。

以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.仿真多臂机械手，包括基座，其特征在于：所述仿真多臂机械手还包括至少两个七轴机械臂及与所述七轴机械臂一端一一对应连接的手状夹具，所述基座内装有驱动源及与所述七轴机械臂另一端一一对应连接的转动组件，所述驱动源的输出轴安装有偏心轮，所述偏心轮安装有连杆，所述连杆包括与转动组件相适配的连接部，所述连接部与所述转动组件连接，所述连杆通过所述偏心轮将所述驱动源的转动活动转换成伸缩运动，所述转动组件通过所述连接部将所述连杆的伸缩运动转换成转动活动。

2.根据权利要求1所述的仿真多臂机械手，其特征在于：所述连杆还包括环形部，所述环形部套设于所述偏心轮，所述连接部沿所述环形部的外缘均匀设置。

3.根据权利要求1所述的仿真多臂机械手，其特征在于：所述转动组件包括内部中空的轴筒和至少一个凸轮，所述轴筒内壁沿圆周设置有闭合的凸轮槽，所述凸轮一端与所述凸轮槽滑动连接、其另一端与所述连接部连接，当所述连杆带动所述连接部伸缩运动时，所述凸轮在所述凸轮槽内滑动、并推动所述轴筒作转动运动。

4.根据权利要求3所述的仿真多臂机械手，其特征在于：所述七轴机械臂包括依次活动连接的臂座、五个弧形连节和连接臂，所述弧形连节为由碳纤维制成的中空主体，所述中空主体的始端和末端分别嵌有用于连接的法兰。

5.根据权利要求4所述的仿真多臂机械手，其特征在于：各所述中空主体的末端均连接有驱动电机，所述中空主体的始端及所述连接臂与所述驱动电机驱动连接。

6.根据权利要求4所述的仿真多臂机械手，其特征在于：所述臂座和所述连接臂均由碳纤维制成；所述臂座一端与所述轴筒连接、其另一端与所述弧形连节连接，所述连接臂一端与所述弧形连节连接、其另一端与所述手状夹具连接。

7.根据权利要求6所述的仿真多臂机械手，其特征在于：所述手状夹具包括腕部、掌部和五个指部，所述腕部一端与所述连接臂连接、其另一端与所述掌部连接，五个指部按照手指的排布安装于掌部。

8.根据权利要求7所述的仿真多臂机械手，其特征在于：所述指部包括依次连接的近关节、中关节和远关节，所述近关节的末端、所述中关节的末端及所述远关节的末端均设置有凹槽，所述掌部、所述近关节的始端及所述中关节的始端设置有与所述凹槽相匹配的转动轴，所述转动轴转动连接于所述凹槽。

9.根据权利要求8所述的仿真多臂机械手，其特征在于：所述近关节的末端、所述中关节的末端及所述远关节的末端均安装有双向电机，所述双向电机的输出轴套有主动齿轮，所述凹槽开设有可供所述主动齿轮伸出的通孔，所述转动轴的顶端设置有与所述主动齿轮啮合的锯齿。

10.根据权利要求7所述的仿真多臂机械手，其特征在于：所述腕部、所述掌部及五个指部均由碳纤维制成；所述腕部与所述掌部一体成型。

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