CN114193437B - 一种智能工业机器人用机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能工业机器人用机械臂，属于机器人技术领域，包括转动座、第一机械臂、第二机械臂以及机械夹爪，第一机械臂铰接在转动座上，转动座与第一机械臂的铰接处、第一机械臂与第二机械臂的铰接处分别设有在非工作状态下进行自锁功能的第一驱动机构与第二驱动机构，本发明通过设置在转动座与第一机械臂铰接处的第一驱动机构、设置在第一机械臂与第二机械臂铰接处的第二驱动机构，当机械臂非工作时(停电的突发状态时)，此时电磁铁断电后，第二弹簧将顶杆向外顶出，致使插接杆插入滑动柱的内部，通过插接杆与滑动柱之间的配合作用，及时对第一机械臂与第二机械臂进行固定，保证了夹持物品不被损坏。

Description

一种智能工业机器人用机械臂

技术领域

本发明涉及一种智能工业机器人用机械臂，属于工业机器人技术领域。

背景技术

机械臂是工业机器人上必不可少的设备之一，但是现有的普通机械臂在夹取物品时夹爪不能很好的控制与调节夹爪的力度，稳定性比较差，夹持力度过大时导致被加持的物品损坏，又有可能夹持力度较小无法将物品夹持起来；且现在市面上的机械臂，其在工作状态突然进入到非工作状态时（例如断电状态），往往会由于惯性或者物品重力的作用，使机械臂继续转动，会对物品造成相当大的损坏，因此我们提出了一种智能工业机器人用机械臂。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种智能工业机器人用机械臂，能够控制夹持力度、断电后启动保护装置的机器人用机械臂。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种智能工业机器人用机械臂，包括转动座、第一机械臂、第二机械臂以及机械夹爪，所述机械夹爪能够自动控制夹持物品力度，所述第一机械臂铰接在转动座上，且所述第二机械臂铰接在第一机械臂的上端，所述机械夹爪设置在第二机械臂的前端，所述转动座与第一机械臂的铰接处、第一机械臂与第二机械臂的铰接处分别设有在非工作状态下进行自锁功能的第一驱动机构与第二驱动机构。

优选的，所述转动座包括固定座，所述固定座的内部通过第一电机驱动转动连接有转盘，所述转盘的外侧壁上开有环槽，所述固定座的外侧壁上均匀分布有多个螺栓，多个螺栓的螺纹端贯穿固定座的侧壁并延伸至环槽的内部，所述第一机械臂的下端铰接在转盘上。

优选的，所述驱动机构包括安装盒，所述安装盒固定安装在转动座的侧壁上，所述安装盒的内部转动连接有齿轮，所述齿轮固定连接在第一机械臂的下端转轴上，所述安装盒的外侧壁上固定安装有第二电机，所述第二电机驱动齿轮转动实现驱动第一机械臂在转动座上前后摆动，所述齿轮的内部固定连接有固定盘，所述固定盘上通过第一弹簧均匀密布有多个滑动柱，所述安装盒的侧壁上固定安装有电磁铁，所述电磁铁的内部通过第二弹簧滑动连接有顶杆，所述顶杆的端部固定连接有带有棱边的插接块，所述插接块活动顶压在多个滑动柱上以实现将转动座与第一机械臂的角度进行固定，所述第二驱动机构与第一驱动机构的结构相同。

优选的，所述第二机械臂的前端转动套接有旋转块，所述旋转块通过第三电机驱动旋转，所述旋转块的侧壁上固定连接有横杆，所述横杆的内部通过第四电机转动连接有螺杆，所述螺杆的两侧且位于横杆的内部固定连接有导向杆，所述横杆的内部两端通过导向杆对称滑动连接有两个螺纹块，且两个螺纹块分别啮合套接在螺杆两端，所述螺纹块的侧壁上通过卡接机构活动卡接有从动块，所述机械夹爪固定安装在从动块的侧壁上。

优选的，所述卡接机构包括卡杆，所述卡杆通过第三弹簧转动连接在从动块的两侧侧壁上，所述卡杆的一端活动卡接在螺纹块的凸块上，所述卡杆的一端活动卡接在导向杆的齿壁上，所述卡杆的转轴上固定连接有挡块，所述从动块的侧壁上固定连接有滑动架，所述滑动架上通过第四弹簧滑动连接有活动块，所述活动块的侧壁上通过第一扭簧转动连接有用于顶着挡块的限位杆，所述活动块的侧壁上通过第二扭簧转动连接有拨动柱，所述螺纹块的侧壁上固定连接有导块，所述拨动柱滑动连接在导块的侧壁上。

优选的，所述从动块的两侧侧壁上均固定连接有基板，所述基板的侧壁上通过T型结构滑道连接有压杆，所述压杆的内端顶压在第三弹簧的端部，且两个压杆的上端啮合连接有丝杠，实现通过转动丝杠改变压杆对第三弹簧的压力。

优选的，所述机械夹爪的内侧壁上固定贴附有橡胶垫，且所述橡胶垫的表面设有防滑纹路。

与现有技术相比，通过第四电机的启动，使螺杆发生转动，此时螺杆会携带两个螺纹块相对滑动，这样螺纹块便会带着两个从动块进行相对滑动后实现两个机械夹爪进行夹持物品的动作，当机械夹爪夹持住物品后，螺纹块与从动块会发生脱离，此时通过卡杆卡接在导向杆的齿壁上后，机械夹爪便可在夹取物品的状态下固定住，并且通过转动丝杠实现调节压杆对第三弹簧的压力，这样便可调节机械夹爪对物品夹持的力度，并且机械夹爪夹持物品后其力度保持不变，防止了夹持物品时用力过大造成物品损坏与用力过小造成物品掉落的现象发生。本发明通过设置在转动座与第一机械臂铰接处的第一驱动机构、设置在第一机械臂与第二机械臂铰接处的第二驱动机构，可以驱动第一机械臂与第二机械臂灵活运动，当机械臂非工作状态时（停电的突发状态时），此时电磁铁断电后，第二弹簧将顶杆向外顶出，致使插接杆插入滑动柱的内部，通过插接杆与滑动柱之间的配合作用，及时对第一机械臂与第二机械臂进行固定，保证了夹持物品不被损坏。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的固定座、第一电机、转盘、环槽与螺栓处的剖视爆炸图。

图3为本发明的固定座、第一电机、转盘、环槽与螺栓处的剖视图。

图4为本发明的第一机械臂、安装盒、齿轮、第二电机与电磁铁处的爆炸图。

图5为本发明的第一机械臂、安装盒、齿轮、滑动柱与插接块处的结构示意图。

图6为本发明的电磁铁、顶杆与插接块处的结构示意图。

图7为本发明的电磁铁、顶杆与第二弹簧处的剖视图。

图8为本发明的第一机械臂、齿轮、滑动柱与插接块处的剖视图。

图9为本发明的第二机械臂、旋转块、横杆与机械夹爪处的结构示意图。

图10为本发明的第二机械臂、旋转块与第三电机处的剖视图。

图11为本发明的旋转块、横杆与机械夹爪处的结构示意图。

图12为本发明的旋转块、横杆、第四电机、螺杆、导向杆与机械夹爪处的剖视图。

图13为本发明的螺杆、导向杆、螺纹块、从动块、基板、压杆、丝杠与机械夹爪处的结构示意图。

图14为本发明的螺杆、从动块、螺纹块、基板、导向杆、压杆与丝杠处的结构示意图。

图15为本发明的螺纹块、从动块、卡杆、第三弹簧、凸块与导向杆处的结构示意图。

图16为本发明的卡杆、第三弹簧、活动块、限位杆与挡块处的结构示意图。

图17为本发明的卡接机构、螺纹块与导向杆处的结构示意图。

图18为本发明的卡杆、挡块、限位杆与第一扭簧处的结构示意图。

图中：1、转动座，101、固定座，102、第一电机，103、转盘，104、环槽，105、螺栓，2、第一机械臂，3、第二机械臂，4、机械夹爪，5、驱动机构，501、安装盒，502、齿轮，503、第二电机，504、固定盘，505、第一弹簧，506、滑动柱，507、电磁铁，508、第二弹簧，509、顶杆，5010、插接块，6、第二驱动机构，7、卡接机构，701、卡杆，702、第三弹簧，703、凸块，704、挡块，705、滑动架，706、导块，707、第四弹簧，708、活动块，709、第一扭簧，7010、限位杆，7011、第二扭簧，7012、拨动柱，8、第三电机，9、横杆，10、第四电机，11、螺杆，12、导向杆，13、螺纹块，14、旋转块，15、从动块，16、基板，17、压杆，18、丝杠，19、橡胶垫。

具体实施方式

下面用具体实施例说明本发明，但并不是对发明的限制。

实施例1

如图1-18所示，本发明提供一种技术方案：一种智能工业机器人用机械臂，包括转动座1、第一机械臂2、第二机械臂3以及机械夹爪4，所述机械夹爪4能够自动控制夹持物品力度，所述第一机械臂2铰接在转动座1上，且所述第二机械臂3铰接在第一机械臂2的上端，所述机械夹爪4设置在第二机械臂3的前端，所述机械夹爪4的内侧壁上固定贴附有橡胶垫19，在夹持物品时，避免物品侧壁被机械夹爪4夹坏，且所述橡胶垫19的表面设有防滑纹路，能够使机械夹爪4更加稳固的夹持住物品，所述转动座1与第一机械臂2的铰接处、第一机械臂2与第二机械臂3的铰接处分别设有在非工作状态下进行自锁功能的第一驱动机构5与第二驱动机构6。

如图2-3所示，为了能够驱动第一机械臂2进行旋转，转动座1包括固定座101，所述固定座101的内部通过第一电机102驱动转动连接有转盘103，第一电机102固定安装在固定座101的侧壁上，且第一电机102的输出轴与转盘103的侧壁通过齿牙啮合连接，当第一电机102启动后，第一电机102的输出轴便会带着转盘103进行转动，所述转盘103的外侧壁上开有环槽104，所述固定座101的外侧壁上均匀分布有多个螺栓105，多个螺栓105的螺纹端贯穿固定座101的侧壁并延伸至环槽104的内部，增设的多个螺栓105实现将转盘103安装在固定座101上后，且不会影响转盘103在固定座101上转动，所述第一机械臂2的下端铰接在转盘103上；

使用时，固定座101固定在工作台上，需要第一机械臂2（机械夹爪4）转动时，通过启动第一电机102后，第一电机102的输出轴会驱动转盘103进行转动，这样便可实现驱动第一机械臂2（机械夹爪4）转动。

如图4-8所示，为了能够驱动第一机械臂2以及第二机械臂3进行摆动，且在非工作状态下，能够将第一机械臂2以及第二机械臂3固定锁住，所述驱动机构5包括安装盒501，所述安装盒501固定安装在转动座1的侧壁上，所述安装盒501的内部转动连接有齿轮502，所述齿轮502固定连接在第一机械臂2的下端转轴上，所述安装盒501的外侧壁上固定安装有第二电机503，所述第二电机503驱动齿轮502转动实现驱动第一机械臂2在转动座1上前后摆动，所述齿轮502的内部固定连接有固定盘504，所述固定盘504上通过第一弹簧505均匀密布有多个滑动柱506，所述安装盒501的侧壁上固定安装有电磁铁507，所述电磁铁507的内部通过第二弹簧508滑动连接有顶杆509，如图7所示，顶杆509采用磁性材质，且第二弹簧508起到向右弹顶顶杆509的作用，且当电磁铁507通电后，电磁铁507产生向左吸附顶杆509磁力，致使顶杆509压缩第二弹簧508向左滑动从而缩进电磁铁507的内部，当电磁铁507断电后，电磁铁507消除对顶杆509的吸引力，致使第二弹簧508向右反弹顶杆509，所述顶杆509的端部通过螺纹固定连接有带有棱边的插接块5010，所述插接块5010活动顶压在多个滑动柱506上以实现将转动座1与第一机械臂2的角度进行固定，所述第二驱动机构6与第一驱动机构5的结构相同；

以驱动以及非正常工作状态下锁住第一机械臂2为例：第二电机503与电磁铁507串联在一个闭合电路上，当第二电机503以及电磁铁507通电时，电磁铁507将对顶杆509产生吸附力，致使顶杆509克服第二弹簧508的弹力缩进电磁铁507的内部，此时插接块5010处于远离滑动柱506的位置，在此状态下，需要驱动第一机械臂2摆动时，控制第二电机503启动，此时第二电机503的输出轴便会驱动齿轮502进行转动，这样齿轮502便会驱动第一机械臂2进行摆动，当运行过程中，突然发生断电的状态下，此时第二电机503与电磁铁507同时断电，第二电机503停止工作，此时由于电磁铁507断电后，电磁铁507消除对顶杆509的吸附，此时通过第二弹簧508的弹力，此时顶杆509顶着插接块5010朝着滑动柱506滑动，此时位于滑动柱506正前方的滑动柱506受到滑动柱506的顶压后，该部分滑动柱506克服第一弹簧505的弹力下向内凹陷，这样插接块5010与滑动柱506的配合下能够对齿轮502锁住（如图5所示），从而实现将第一机械臂2锁住，同样的，利用第二驱动机构6，能够驱动第二机械臂3进行摆动，能够在突然发生断电的状态下对第二机械臂3锁住，保证了夹持物品的安全。

如图9-12所示，为了能够驱使机械夹爪4在第二机械臂3上进行摆动，具体而言，所述第二机械臂3的前端转动套接有旋转块14，所述旋转块14通过第三电机8驱动旋转，第三电机8固定安装在第二机械臂3的侧壁上，且第三电机8的输出轴与旋转块14的侧壁通过齿牙啮合连接，当第三电机8启动后，第三电机8的输出轴便会带着旋转块14进行转动，所述旋转块14的侧壁上固定连接有横杆9，所述横杆9的内部通过第四电机10转动连接有螺杆11，第四电机10固定安装在横杆9的内部，且第四电机10的输出轴与螺杆11通过铰链啮合连接，当第四电机10启动后，第四电机10的输出轴便会带着螺杆11进行转动，所述螺杆11的两侧且位于横杆9的内部固定连接有导向杆12，所述横杆9的内部两端通过导向杆12对称滑动连接有两个螺纹块13，且两个螺纹块13分别啮合套接在螺杆11两端，所述螺纹块13的侧壁上通过卡接机构7活动卡接有从动块15，所述机械夹爪4固定安装在从动块15的侧壁上；

当控制第三电机8启动时，第三电机8的输出轴便会驱动旋转块14进行转动，这样可以调节机械夹爪4的角度，且在配合第一机械臂2与第二机械臂3的配合下，促使机械夹爪4能够移动至合适位置，此时控制第四电机10启动后，第四电机10便会驱动螺杆11进行旋转，这样随着螺杆11的旋转，螺杆11便会驱动两个螺纹块13在横杆9内进行相对滑动，致使两个从动块15驱动随着螺纹块13进行相对滑动，最终实现驱动两个机械夹爪4相对滑动后实现夹持物品或松开物品。

如图15-17所示，为了控制机械夹爪4夹持物品的夹持力度，具体而言，所述卡接机构7包括卡杆701，所述卡杆701通过第三弹簧702转动连接在从动块15的两侧侧壁上，所述卡杆701的一端活动卡接在螺纹块13的凸块703上，如图17所示，第三弹簧702顶压在卡块701的侧壁上，促使卡杆701的一端卡接在凸块703上，所述卡杆701的一端活动卡接在导向杆12的齿壁上，所述卡杆701的转轴上固定连接有挡块704，所述从动块15的侧壁上固定连接有滑动架705，所述滑动架705上通过第四弹簧707滑动连接有活动块708，所述活动块708的侧壁上通过第一扭簧709转动连接有用于顶着挡块704的限位杆7010，致使从动块15与螺纹块13脱离卡接后，实现将卡杆701的角度固定后使卡杆701的端部始终卡接在导向杆12的齿壁上，所述活动块708的侧壁上通过第二扭簧7011转动连接有拨动柱7012，所述螺纹块13的侧壁上固定连接有导块7016，所述拨动柱7012滑动连接在导块7016的侧壁上，如图16所示，第二扭簧7011将拨动柱7012扭动至竖直状态，当螺纹块13与从动块15分离滑动时，导块706与拨动柱7012接触后，拨动柱7012会克服第二扭簧7011的弹力发生转动（如图16所示的箭头方向转动，拨动柱7012竖直状态下不可朝着箭头的反向转动），从而使拨动柱7012不会干涉限位杆7010与挡块704的卡接；

在夹持物品时，通过转动座1、第一机械臂2、第二机械臂3以及旋转块14的运动下，促使两个机械夹爪4移动至物品的两侧，然后启动第四电机10，致使第四电机10驱动螺杆11转动，这样螺杆11便会驱动螺纹块13以及从动块15在横杆9上滑动，从而促使两个机械夹爪4逐渐向着物品移动，当机械夹爪4夹在物品两侧后，随着第四电机10继续转动，致使螺纹块13继续向横杆9的中部移动，此时机械夹爪4被物品侧壁挡着，这样便可对从动块15的移动产生一定的阻力，当该阻力大于第三弹簧702的弹力后，从动块15会与螺纹块13脱离（此时机械夹爪4对物品产生一定的夹持力），此时卡杆701的端部会与凸块703脱离卡接，并且卡杆701与凸块703脱离过程中，卡杆701会克服第三弹簧702的弹力发生转动，继而使卡杆701的另一端卡接在导向杆12的齿壁上（如图18所示），并且随着卡杆701的转动，促使限位杆7010顶在挡块704上，这样便可使卡杆701的端部卡接在导向杆12的齿壁后固定，从而实现机械夹爪4在夹持物品的状态下固定，此时再通过转动座1、第一机械臂2、第二机械臂3的运动下将夹持的物品移动至另一位置；当需要松开物品时，第四电机10反向转动，这样两个螺纹块13便分别朝着横杆9的两端移动（即向着同侧的从动块15移动），促使导块706随着螺纹块13一起移动，这样导块706与拨动柱7012接触后，拨动柱7012会在导块706的侧壁上滑动，根据导块706的倾斜设置，致使拨动柱7012在导块706上滑动时，拨动柱7012会驱动活动块708克服第四弹簧707的弹力在滑动架705上滑动，此时限位杆7010与挡块704发生交错后，再通过第三弹簧702的弹力，促使卡杆701与导向杆12的齿壁脱离卡接后又会再次与凸块703卡接，且通过第四弹簧707弹力对活动块708进行复位，促使限位杆7010便搭在挡块704上（如图16所示），此时便可使从动块15与螺纹块13卡接，继而从动块15会随着螺纹块13进行移动，此时从动块15便会带着机械夹爪4移动后松开物品。

如图13-14所示，为了能够调节机械夹爪4夹持物品的力度，所述从动块15的两侧侧壁上均固定连接有基板16，所述基板16的侧壁上通过T型结构滑道连接有压杆17，所述压杆17的内端顶压在第三弹簧702的端部，且两个压杆17的上端啮合连接有丝杠18，实现通过转动丝杠18改变压杆17对第三弹簧702的压力，如图13-14所示，当转动丝杠18时，致使两个压杆17朝着横杆9的方向进行滑动，滑动过程中，压杆17会进一步压缩第三弹簧702，致使第三弹簧702对卡杆701的压力就会增大，此时卡杆701与凸块73脱离卡接的力度就会加大，这样螺纹块13与从动块15脱离时，螺纹块13施加在从动块15的拉力便会增大，从而使从动块15带着机械夹爪4夹持物品的力度便会加大，反之，当转动丝杠18时，致使两个压杆17朝着远离横杆9的方向进行滑动，第三弹簧702对卡杆701的压力就会减小，从而减小机械夹爪4夹持物品的力度，这样便可根据物品的质地不同来调节机械夹爪4夹持物品的力度；上述过程中，夹持力度一旦调好后，在机械夹爪4夹取不同大小的物品时，夹持的力度都是一样的。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (5)

1.一种智能工业机器人用机械臂，其特征在于，包括转动座（1）、第一机械臂（2）、第二机械臂（3）以及机械夹爪（4），所述机械夹爪（4）能够自动控制夹持物品力度，所述第一机械臂（2）铰接在转动座（1）上，且所述第二机械臂（3）铰接在第一机械臂（2）的上端，所述机械夹爪（4）设置在第二机械臂（3）的前端，所述转动座（1）与第一机械臂（2）的铰接处、第一机械臂（2）与第二机械臂（3）的铰接处分别设有在非工作状态下进行自锁功能的第一驱动机构（5）与第二驱动机构（6）；

所述第二机械臂（3）的前端转动套接有旋转块（14），所述旋转块（14）通过第三电机（8）驱动旋转，所述旋转块（14）的侧壁上固定连接有横杆（9），所述横杆（9）的内部通过第四电机（10）转动连接有螺杆（11），所述螺杆（11）的两侧且位于横杆（9）的内部固定连接有导向杆（12），所述横杆（9）的内部两端通过导向杆（12）对称滑动连接有两个螺纹块（13），且两个螺纹块（13）分别啮合套接在螺杆（11）两端，所述螺纹块（13）的侧壁上通过卡接机构（7）活动卡接有从动块（15），所述机械夹爪（4）固定安装在从动块（15）的侧壁上；

所述卡接机构（7）包括卡杆（701），所述卡杆（701）通过第三弹簧（702）转动连接在从动块（15）的两侧侧壁上，所述卡杆（701）的一端活动卡接在螺纹块（13 ）的凸块（703）上，所述卡杆（701）的一端活动卡接在导向杆（12）的齿壁上，所述卡杆（701）的转轴上固定连接有挡块（704），所述从动块（15）的侧壁上固定连接有滑动架（705），所述滑动架（705）上通过第四弹簧（707）滑动连接有活动块（708），所述活动块（708）的侧壁上通过第一扭簧（709）转动连接有用于顶着挡块（704）的限位杆（7010），所述活动块（708）的侧壁上通过第二扭簧（7011）转动连接有拨动柱（7012），所述螺纹块（13）的侧壁上固定连接有导块（7016），所述拨动柱（7012）滑动连接在导块（7016）的侧壁上。

2.根据权利要求1所述的一种智能工业机器人用机械臂，其特征在于：所述转动座（1）包括固定座（101），所述固定座（101）的内部通过第一电机（102）驱动转动连接有转盘（103），所述转盘（103）的外侧壁上开有环槽（104），所述固定座（101）的外侧壁上均匀分布有多个螺栓（105），多个螺栓（105）的螺纹端贯穿固定座（101）的侧壁并延伸至环槽（104）的内部，所述第一机械臂（2）的下端铰接在转盘（103）上。

3.根据权利要求1所述的一种智能工业机器人用机械臂，其特征在于：所述驱动机构（5）包括安装盒（501），所述安装盒（501）固定安装在转动座（1）的侧壁上，所述安装盒（501）的内部转动连接有齿轮（502），所述齿轮（502）固定连接在第一机械臂（2）的下端转轴上，所述安装盒（501）的外侧壁上固定安装有第二电机（503），所述第二电机（503）驱动齿轮（502）转动实现驱动第一机械臂（2）在转动座（1）上前后摆动，所述齿轮（502）的内部固定连接有固定盘（504），所述固定盘（504）上通过第一弹簧（505）均匀密布有多个滑动柱（506），所述安装盒（501）的侧壁上固定安装有电磁铁（507），所述电磁铁（507）的内部通过第二弹簧（508）滑动连接有顶杆（509），所述顶杆（509）的端部固定连接有带有棱边的插接块（5010），所述插接块（5010）活动顶压在多个滑动柱（506）上以实现将转动座（1）与第一机械臂（2）的角度进行固定，所述第二驱动机构（6）与第一驱动机构（5）的结构相同。

4.根据权利要求1所述的一种智能工业机器人用机械臂，其特征在于：所述从动块（15）的两侧侧壁上均固定连接有基板（16），所述基板（16）的侧壁上通过T型结构滑道连接有压杆（17），所述压杆（17）的内端顶压在第三弹簧（702）的端部，且两个压杆（17）的上端啮合连接有丝杠（18），实现通过转动丝杠（18）改变压杆（17）对第三弹簧（702）的压力。

5.根据权利要求1所述的一种智能工业机器人用机械臂，其特征在于：所述机械夹爪（4）的内侧壁上固定贴附有橡胶垫（19），且所述橡胶垫（19）的表面设有防滑纹路。

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