CN113580125A - 一种具有多自由度的机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉机械手技术领域，具体为一种具有多自由度的机械臂，滑动单元、与滑动单元滑动连接的大臂组件、肘关节组件、小臂组件以及转动设于小臂组件上的电磁板，肘关节组件分别与大臂组件和小臂组件转动连接，肘关节组件包括与大臂组件转动连接的第一连接臂、与小臂组件转动连接的第二连接臂、固设于第二连接臂上的第一传动件以及设置于第一连接臂上的第一驱动件，第二连接臂经由第一传动件与第一连接臂转动连接，且第一传动件供于将第一驱动件的驱动力转化为第二连接臂相对第一连接臂的转动力。解决了现有的机械臂在工作中抓取范围较小，动作灵活度差，抓取金属物品不便的问题。

Description

一种具有多自由度的机械臂

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，具体为一种具有多自由度的机械臂。

背景技术

随着科学技术的发展和时代的进步，机械臂广泛应用于工业自动化生产线和服务机器人之中，可担负操纵物体、人机协作和人机交互等工作任务。由机械臂衍生出的操作器、机械腿足等已经成为构成各类机器人的基本功能模块，串联式机械臂常见的构型包括：七自由度冗余机械臂的SRS型、六自由度机械臂的SRU型和URS型、五自由度机械臂的URU型、四自由度机械臂的URR型和RRU型等，服务机器人机械臂的结构设计需要满足结构紧凑、动作灵活、运动惯性小等要求，高速、高精度和模块化是未来机械臂发展的主要趋。

现有技术专利申请号为201921108988.8的专利文献中，公开了多自由度机械手，并具体公开了包括一主机座，所述主机座上设置一驱动盘，所述驱动盘转动连接一多自由度连杆组件，所述多自由度连杆组件的自由端联动一机械爪联动臂，所述机械爪联动臂连接一固定座组件，所述固定座组件内设有驱动开合的两相对的机械爪部。上述方案中，主机座固定后无法移动，且机械手在工作中动作灵活度差，不能够精确的抓取物品。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种具有多自由度的机械臂，用以解决现有的机械臂在工作中抓取范围较小，动作灵活度差，抓取金属物品不便的问题。

本发明提供一种具有多自由度的机械臂，包括滑动单元、与滑动单元滑动连接的大臂组件、肘关节组件、小臂组件以及转动设于小臂组件上的电磁板，所述肘关节组件分别与大臂组件和小臂组件转动连接，其中，所述肘关节组件包括与大臂组件转动连接的第一连接臂、与小臂组件转动连接的第二连接臂、固设于第二连接臂上的第一传动件以及设置于第一连接臂上的第一驱动件，所述第二连接臂经由第一传动件与第一连接臂转动连接，且所述第一传动件供于将所述第一驱动件的驱动力转化为所述第二连接臂相对所述第一连接臂的转动力。

作为优选，所述第一传动件包括与第二连接臂固定连接的第一连接轴以及固设于第一连接轴相对两端的两第一从动齿轮，所述第二连接臂经由第一连接轴与第一连接臂转动连接，所述第一驱动件包括固设于第一连接臂内的第一驱动单元、与第一连接臂转动连接的第一传动轴、固设于第一传动轴中部的第一伞齿轮以及分别固设于第一传动轴两端且与两第一从动齿轮相啮合的两第一主动齿轮，所述第一驱动单元的输出轴上设置有与第一伞齿轮相啮合的第二伞齿轮。

作为优选，所述滑动单元包括底板、固设于底板相对两侧的竖板、转动设于两竖板之间的螺纹杆以及与螺纹杆转动连接的滑块，所述底板上沿螺纹杆的轴线方向设有与滑块相配合的滑槽，所述滑块的上端设置有竖杆，所述大臂组件与竖杆的上端固定连接。

作为优选，所述大臂组件包括与竖杆固定连接的第三连接臂、第四连接臂、固设于第四连接臂上的第二传动件以及设置于第三连接臂上的第二驱动件，所述第四连接臂经由第二传动件与第三连接臂转动连接，所述第二传动件供于将所述第二驱动件的驱动力转化为所述第四连接臂相对所述第三连接臂的转动力，所述第二传动件包括与第四连接臂固定连接的第二连接轴以及固设于第二连接轴相对两端的两第二从动齿轮，所述第四连接臂经由第二连接轴与第三连接臂转动连接，所述第二驱动件包括固设于第三连接臂内的第二驱动单元、与第三连接臂转动连接的第二传动轴、固设于第二传动轴中部的第三伞齿轮以及分别固设于第二传动轴两端且与两第二从动齿轮相啮合的第二主动齿轮，所述第二驱动单元的输出轴上设置有与第三伞齿轮相啮合的第四伞齿轮，所述第四连接臂与第一连接臂转动连接。

作为优选，所述小臂组件包括第五连接臂、第六连接臂、固设于第六连接臂上的第三传动件以及设置于第五连接臂上的第三驱动件，所述第六连接臂经由第三传动件与第五连接臂转动连接，所述第三传动件供于将所述第三驱动件的驱动力转化为所述第六连接臂相对所述第五连接臂的转动力，所述第三传动件包括与第六连接臂固定连接的第三连接轴以及固设于第三连接轴相对两端的两第三从动齿轮，所述第六连接臂经由第三连接轴与第五连接臂转动连接，所述第三驱动件包括固设于第五连接臂内的第三驱动单元、与第五连接臂转动连接的第三传动轴、固设于第三传动轴中部的第五伞齿轮以及分别固设于第三传动轴两端且与两第三从动齿轮相啮合的第三主动齿轮，所述第三驱动单元的输出轴上设置有与第五伞齿轮相啮合的第六伞齿轮，所述第五连接臂与第二连接臂转动连接。

作为优选，所述第四连接臂内部设置有第四驱动单元，所述第一连接臂的一侧设置有第一连接杆，所述第一连接杆的一端延伸至第四连接臂内与第四驱动单元的输出轴固定连接。

作为优选，所述第二连接臂内部设置有第五驱动单元，所述第五连接臂的一侧设置有第二连接杆，所述第二连接杆的一端延伸至第二连接臂内与第五驱动单元的输出轴固定连接。

作为优选，所述第六连接臂内部设置有第六驱动单元，所述电磁板的一侧设置有第三连接杆，所述第三连接杆的一端延伸至第六连接臂内与第六驱动单元的输出轴固定连接。

作为优选，所述第一连接杆外壁均固设有第一钢珠套，所述第一钢珠套与第四连接臂的内壁相贴合。

作为优选，所述第二连接杆外壁均固设有第二钢珠套，所述第二钢珠套与第二连接臂的内壁相贴合。

本发明的有益效果是：本发明提供一种具有多自由度的机械臂，大臂组件与滑动单元滑动连接，滑动单元驱动机械臂整体移动增大抓取范围，肘关节组件分别与大臂组件和小臂组件转动连接，使得肘关节组件能够带动小臂组件围绕大臂组件的轴线三百六十度无死角的旋转，同时小臂组件还可围绕肘关节组件的轴线三百六十度无死角的旋转，通过第一驱动件驱动第二连接臂转动，使得小臂组件能够绕第一连接臂一百八十度转动，有效地增加了机械臂的自由度，提高了机械臂在工作中的灵活度，方便电磁板对金属物品进行抓取。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一种具有多自由度的机械臂的结构示意图；

图2是本发明一种具有多自由度的机械臂的主视图；

图3是本发明一种具有多自由度的机械臂的局部剖视图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明提供了一种具有多自由度的机械臂，包括滑动单元1、与滑动单元1滑动连接的大臂组件2、肘关节组件3、小臂组件4以及转动设于小臂组件4上的电磁板5，大臂组件2滑动设置于滑动单元1上，肘关节组件3分别与大臂组件2和小臂组件4转动连接，电磁板5转动设置于小臂组件4上，关节组件3能够带动小臂组件4围绕大臂组件2的轴线三百六十度无死角的旋转，同时小臂组件4还可围绕肘关节组件3的轴线三百六十度无死角的旋转，提高了机械臂在工作中的灵活度，方便电磁板5对金属物品进行抓取。

滑动单元1，其包括底板11、固设于底板11相对两侧的竖板12、转动设于两竖板12之间的螺纹杆13以及与螺纹杆13转动连接的滑块14，底板11上沿螺纹杆13的轴线方向设有与滑块14相配合的滑槽，滑块14的上端设置有竖杆141，大臂组件2与竖杆141的上端固定连接。通过螺纹杆13驱动机械臂整体移动可增大抓取范围。

大臂组件2，其包括与竖杆141固定连接的第三连接臂21、第四连接臂22、固设于第四连接臂22上的第二传动件23以及设置于第三连接臂21上的第二驱动件24，第四连接臂22经由第二传动件23与第三连接臂21转动连接，第二传动件23供于将第二驱动件24的驱动力转化为第四连接臂22相对第三连接臂21的转动力，第二传动件23包括与第四连接臂22固定连接的第二连接轴231以及固设于第二连接轴231相对两端的两第二从动齿轮232，第四连接臂22经由第二连接轴231与第三连接臂21转动连接，第二驱动件24包括固设于第三连接臂21内的第二驱动单元241、与第三连接臂21转动连接的第二传动轴242、固设于第二传动轴242中部的第三伞齿轮243以及分别固设于第二传动轴242两端且与两第二从动齿轮232相啮合的第二主动齿轮244，第二驱动单元241的输出轴上设置有与第三伞齿轮243相啮合的第四伞齿轮245，第四连接臂22与第一连接臂31转动连接。通过第二驱动单元241驱动第四连接臂22绕第三连接臂21转动，进一步增加机械臂的自由度。

肘关节组件3，其包括与大臂组件2转动连接的第一连接臂31、与小臂组件4转动连接的第二连接臂32、固设于第二连接臂32上的第一传动件33以及设置于第一连接臂31上的第一驱动件34，第二连接臂32经由第一传动件33与第一连接臂31转动连接，且第一传动件33供于将第一驱动件34的驱动力转化为第二连接臂32相对第一连接臂31的转动力；在本具体实施例中，第一传动件33包括与第二连接臂32固定连接的第一连接轴331以及固设于第一连接轴331相对两端的两第一从动齿轮332，第二连接臂32经由第一连接轴331与第一连接臂31转动连接，第一驱动件34包括固设于第一连接臂31内的第一驱动单元341、与第一连接臂31转动连接的第一传动轴342、固设于第一传动轴342中部的第一伞齿轮343以及分别固设于第一传动轴342两端且与两第一从动齿轮332相啮合的两第一主动齿轮344，第一驱动单元341的输出轴上设置有与第一伞齿轮343相啮合的第二伞齿轮345。通过第一驱动单元341驱动第二连接臂32绕第一连接臂31转动，可进一步增加机械臂的自由度。

小臂组件4，其包括第五连接臂41、第六连接臂42、固设于第六连接臂42上的第三传动件43以及设置于第五连接臂41上的第三驱动件44，第六连接臂42经由第三传动件43与第五连接臂41转动连接，第三传动件43供于将第三驱动件44的驱动力转化为第六连接臂42相对第五连接臂41的转动力，第三传动件43包括与第六连接臂42固定连接的第三连接轴431以及固设于第三连接轴431相对两端的两第三从动齿轮432，第六连接臂42经由第三连接轴431与第五连接臂41转动连接，第三驱动件44包括固设于第五连接臂41内的第三驱动单元441、与第五连接臂41转动连接的第三传动轴442、固设于第三传动轴442中部的第五伞齿轮443以及分别固设于第三传动轴442两端且与两第三从动齿轮432相啮合的第三主动齿轮444，第三驱动单元441的输出轴上设置有与第五伞齿轮443相啮合的第六伞齿轮445，第五连接臂41与第二连接臂32转动连接。通过第三驱动单元441驱动第六连接臂42绕第五连接臂41转动，可进一步增加机械臂的自由度。

在上述方案的基础上，第四连接臂22内部设置有第四驱动单元25，第一连接臂31的一侧设置有第一连接杆311，第一连接杆311的一端延伸至第四连接臂22内与第四驱动单元25的输出轴固定连接。第二连接臂32内部设置有第五驱动单元35，第五连接臂41的一侧设置有第二连接杆411，第二连接杆411的一端延伸至第二连接臂32内与第五驱动单元35的输出轴固定连接。第六连接臂42内部设置有第六驱动单元45，电磁板5的一侧设置有第三连接杆51，第三连接杆51的一端延伸至第六连接臂42内与第六驱动单元45的输出轴固定连接。通过第四驱动单元25驱动第一连接臂31三百六十度转动，第五驱动单元35驱动第五连接臂411三百六十度转动，均可提高机械臂的自由度；具体地，第一驱动单元341、第二驱动单元241、第三驱动单元441、第四驱动单元25、第五驱动单元35以及第六驱动单元45均为驱动电机。

需要说明的是，第一连接杆311外壁均固设有第一钢珠套312，第一钢珠套312与第四连接臂22的内壁相贴合；第二连接杆411外壁均固设有第二钢珠套412，第二钢珠套412与第二连接臂32的内壁相贴合。第一钢珠套312和第二钢珠套412的结构相同，钢珠套主要由基体加珠组成，基体按行业标准加工成若干有规律的孔，将钢珠安装在基体中，钢珠可灵活运动且不易脱落，可有效地提高肘关节组件3和小臂组件4的高精度运转。

在使用过程中，通过第一驱动单元341、第二驱动单元241、第三驱动单元441、第四驱动单元25、第五驱动单元35以及第六驱动单元45均与控制器(图中未视出)电性连接，通过转动螺纹杆13使滑块14在底板11上移动，从而能够使机械臂整体随滑块14一起移动，通过第一驱动单元341驱动第一传动轴342转动，使得第二连接臂32绕第一连接轴331一百八十度转动；通过控制第二驱动单元241驱动第二传动轴242转动，从而有效地驱动第四连接臂22绕第二连接轴231一百八十度转动；通过控制第三驱动单元441驱动第三传动轴442转动，使得第六连接臂42绕第三连接轴431一百八十度转动；通过控制第四驱动单元221驱动第一连接杆311转动，可带动第一连接臂31三百六十度旋转；通过控制第五驱动单元35驱动第二连接杆411转动，可带动第五连接臂41三百六十度旋转；通过控制第六驱动单元45驱动第三传动轴442转动，使得第六连接臂42绕第三连接轴43一百八十度转动；通过控制第六驱动单元45驱动第三连接杆51转动，带动电磁板5旋转；通过电磁板5将金属物品抓起，而且放下物体只需断电即可。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本、技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有多自由度的机械臂，其特征在于，包括滑动单元、与滑动单元滑动连接的大臂组件、肘关节组件、小臂组件以及转动设于小臂组件上的电磁板，所述肘关节组件分别与大臂组件和小臂组件转动连接，其中，所述肘关节组件包括与大臂组件转动连接的第一连接臂、与小臂组件转动连接的第二连接臂、固设于第二连接臂上的第一传动件以及设置于第一连接臂上的第一驱动件，所述第二连接臂经由第一传动件与第一连接臂转动连接，且所述第一传动件供于将所述第一驱动件的驱动力转化为所述第二连接臂相对所述第一连接臂的转动力。

2.根据权利要求1所述的一种具有多自由度的机械臂，其特征在于，所述第一传动件包括与第二连接臂固定连接的第一连接轴以及固设于第一连接轴相对两端的两第一从动齿轮，所述第二连接臂经由第一连接轴与第一连接臂转动连接，所述第一驱动件包括固设于第一连接臂内的第一驱动单元、与第一连接臂转动连接的第一传动轴、固设于第一传动轴中部的第一伞齿轮以及分别固设于第一传动轴两端且与两第一从动齿轮相啮合的两第一主动齿轮，所述第一驱动单元的输出轴上设置有与第一伞齿轮相啮合的第二伞齿轮。

3.根据权利要求1所述的一种具有多自由度的机械臂，其特征在于，所述滑动单元包括底板、固设于底板相对两侧的竖板、转动设于两竖板之间的螺纹杆以及与螺纹杆转动连接的滑块，所述底板上沿螺纹杆的轴线方向设有与滑块相配合的滑槽，所述滑块的上端设置有竖杆，所述大臂组件与竖杆的上端固定连接。

4.根据权利要求2所述的一种具有多自由度的机械臂，其特征在于，所述大臂组件包括与竖杆固定连接的第三连接臂、第四连接臂、固设于第四连接臂上的第二传动件以及设置于第三连接臂上的第二驱动件，所述第四连接臂经由第二传动件与第三连接臂转动连接，所述第二传动件供于将所述第二驱动件的驱动力转化为所述第四连接臂相对所述第三连接臂的转动力，所述第二传动件包括与第四连接臂固定连接的第二连接轴以及固设于第二连接轴相对两端的两第二从动齿轮，所述第四连接臂经由第二连接轴与第三连接臂转动连接，所述第二驱动件包括固设于第三连接臂内的第二驱动单元、与第三连接臂转动连接的第二传动轴、固设于第二传动轴中部的第三伞齿轮以及分别固设于第二传动轴两端且与两第二从动齿轮相啮合的第二主动齿轮，所述第二驱动单元的输出轴上设置有与第三伞齿轮相啮合的第四伞齿轮，所述第四连接臂与第一连接臂转动连接。

5.根据权利要求2所述的一种具有多自由度的机械臂，其特征在于，所述小臂组件包括第五连接臂、第六连接臂、固设于第六连接臂上的第三传动件以及设置于第五连接臂上的第三驱动件，所述第六连接臂经由第三传动件与第五连接臂转动连接，所述第三传动件供于将所述第三驱动件的驱动力转化为所述第六连接臂相对所述第五连接臂的转动力，所述第三传动件包括与第六连接臂固定连接的第三连接轴以及固设于第三连接轴相对两端的两第三从动齿轮，所述第六连接臂经由第三连接轴与第五连接臂转动连接，所述第三驱动件包括固设于第五连接臂内的第三驱动单元、与第五连接臂转动连接的第三传动轴、固设于第三传动轴中部的第五伞齿轮以及分别固设于第三传动轴两端且与两第三从动齿轮相啮合的第三主动齿轮，所述第三驱动单元的输出轴上设置有与第五伞齿轮相啮合的第六伞齿轮，所述第五连接臂与第二连接臂转动连接。

6.根据权利要求4所述的一种具有多自由度的机械臂，其特征在于，所述第四连接臂内部设置有第四驱动单元，所述第一连接臂的一侧设置有第一连接杆，所述第一连接杆的一端延伸至第四连接臂内与第四驱动单元的输出轴固定连接。

7.根据权利要求5所述的一种具有多自由度的机械臂，其特征在于，所述第二连接臂内部设置有第五驱动单元，所述第五连接臂的一侧设置有第二连接杆，所述第二连接杆的一端延伸至第二连接臂内与第五驱动单元的输出轴固定连接。

8.根据权利要求5所述的一种具有多自由度的机械臂，其特征在于，所述第六连接臂内部设置有第六驱动单元，所述电磁板的一侧设置有第三连接杆，所述第三连接杆的一端延伸至第六连接臂内与第六驱动单元的输出轴固定连接。

9.根据权利要求6所述的一种具有多自由度的机械臂，其特征在于，所述第一连接杆外壁均固设有第一钢珠套，所述第一钢珠套与第四连接臂的内壁相贴合。

10.根据权利要求7所述的一种具有多自由度的机械臂，其特征在于，所述第二连接杆外壁均固设有第二钢珠套，所述第二钢珠套与第二连接臂的内壁相贴合。

Images