CN114227742B - 转向机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转向机械臂，所述转向机械臂包括上力臂、连接机构、下力臂、转向机构和机械手；所述上力臂通过所述连接机构与所述下力臂连接，所述下力臂通过转向机构与所述机械手连接；所述上力臂能够通过驱使连接机构运动带动所述下力臂转动，所述转向机构能够驱动所述机械手旋转。所述上力臂包括上力臂壳体；卡环、第一齿杆、从动轮、第一电机和主动轮；所述主动轮直径小于从动轮及第一齿杆齿部的直径。本发明通过主动轮直径小于从动轮及第一齿杆齿部的直径的设计，利用小轮在运行时精度更加便于把控的特点，使下力臂相对与上力臂的转向角度更精准。

Description

转向机械臂

技术领域

本发明涉及机械设计领域，具体地，涉及一种转向机械臂。

背景技术

在物联网、新零售等技术加持之下，无人零售产业也逐渐成为一个比较热门的领域，同时也出现很多帮助实现无人零售的智能机器人，无人智能卖货机器人，可以24小时不间断工作，这可以帮助减少不少人力资源支出，同时带来品质一致的服务，最大程度节约人力物力。

机械臂是零售机器人必不可少的一个部分，机械臂是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，便于机器人按固定程序抓取物品的装置。目前机器臂还处于初步应用阶段，现有的机械臂的关节转向角度不够广泛，同时在转向时受结构影响导致精度不够。

专利文献CN105328714 A公开了一种活动转向机械臂，包括：底座、立柱，横梁臂及机械操作爪。所述横梁臂为内抽式设计，所述述横梁臂设有凹形卡槽，所述凹形卡槽内设置延展臂，所述延展臂在凹形卡槽内自由伸缩。所述立柱顶端设有活动转向台，所述横梁臂架设在活动转向台上。利用这个活动平台，横梁臂能够实现360°转向。所述横梁臂与活动转向台之间通过固定销进行固定连接。所述机械操作爪设置在延展臂的末端，所述机械操作爪与延展臂之间设有伸缩部件。但该方案仍然没有解决转向精度不够的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种转向机械臂。

根据本发明提供的一种转向机械臂，包括上力臂、连接机构、下力臂、转向机构和机械手；

所述上力臂通过所述连接机构与所述下力臂连接，所述下力臂通过转向机构与所述机械手连接；

所述上力臂能够通过驱使连接机构运动带动所述下力臂转动，所述转向机构能够驱动所述机械手旋转。

优选的，上力臂包括上力臂壳体；卡环、第一齿杆、从动轮、第一电机和主动轮；

所述第一齿杆包括齿部与杆部，所述齿部紧固安装在所述杆部的一端；

所述上力臂壳体的一端设置有第一安装孔，所述卡环安装在所述第一安装孔上，所述第一齿杆安装在所述卡环上，所述第一齿杆杆部远离齿部的一端位于所述上力臂壳体内，所述第一齿杆杆部的靠近齿部的一端穿过第一安装孔延伸至所述连接机构内；位于所述上力臂壳体内的杆部上套装有从动轮；

所述第一电机安装在所述上力臂壳体内，所述第一电机的输出轴上套装有主动轮，所述主动轮与所述从动轮啮合；

优选的，所述连接机构的一端套装在所述上力臂上，另一端套装在所述下力臂上，连接机构包括第一连接件、转向齿、连杆、转轴以及轴承；

所述下力臂上设置有第二安装孔与第三安装孔，所述第二安装孔与第三安装孔对称设置；

所述第一连接件包括连接件本体、第一凸起以及第二凸起，所第一凸起与第二凸起对称设置在所述连接件本体上，所述第一凸起与第二凸起上均设置有第一通孔，所述下力臂上的第二安装孔、第三安装孔分别与所述第一凸起与第二凸起上的第一通孔相匹配；

所述连杆的一端通过轴承安装在所述第一凸起的第一通孔内，所述连杆的另一端穿过所述第二安装孔延伸至下力臂内，所述转向齿安装在所述连杆的另一端且与所述第一齿杆中的齿部相啮合；连杆的中部与所述下力臂紧固连接；

所述转轴的一端通过轴承安装在所述第二凸起的第一通孔内。另一端穿过所述第三安装孔延伸至下力臂内。

优选的，所述卡环包括依次连接的第一环部、卡环本体以及第二环部；所述第一环部以及第二环部的外径大于所述第一安装孔的直径，所述卡环本体的直径小于所述第一安装孔的直径；所述卡环本体通过第一环部以及第二环部卡接在所述第一安装孔上，所述第一齿杆通过卡环本体安装在所述第一安装孔上；所述第一齿杆安装在所述卡环本体内侧

优选的，所述转向机构设置在所述下力臂的端部，所述转向机构包括齿圈、密封盖、第二电机以及齿轮；

所述齿圈紧固安装在所述下力臂内，且沿所述下力臂的轴线周向布置；所述密封盖安装在所述下力臂的端部，且能够沿所述下力臂的轴线旋转；所述第二电机紧固安装在所述密封盖的一端，所述齿轮安装在所述第二电机的输出轴上，且与所述齿圈相匹配；所述密封盖的另一端连接所述机械手。

优选的，所述第一齿杆为空心结构；所述密封盖上设置有第二通孔，所述下力臂上设置有第三通孔。

优选的，还包括控制线缆，所述控制线缆的一端设置在所述上力臂壳体内，所述控制线缆的另一端依次穿过所述第一齿杆的空心结构，连接机构、下力臂上的第三通孔的以及密封盖上设置的第二通孔与所述机械手连接。

优选的，所述主动轮直径小于从动轮及第一齿杆齿部的直径。

优选的，所述齿部与杆部一体连接。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过主动轮直径小于从动轮及第一齿杆齿部的直径的设计，利用小轮在运行时精度更加便于把控的特点，使下力臂相对与上力臂的转向角度更精准。

2、本发明通过齿圈与齿轮的配合，实现了机械手能够沿所述下力臂的轴线旋转360°旋转的功能，使机械手具有了更广的旋转角度。

3、本发明中所述第一齿杆的空心结构、密封盖上设置的第二通孔均对控制线缆起到保护作用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明整体结构正剖示意图；

图2为本发明中卡环结构立体示意图；

图3为本发明中第一齿杆立体示意图；

图4为本发明中第一连接件立体示意图；

图5为本发明中转向齿立体示意图；

图6为本发明中密封盖立体示意图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种转向机械臂，如图1所示，包括上力臂2、连接机构3、下力臂4、转向机构5和机械手6；所述上力臂2通过所述连接机构3与所述下力臂4连接，所述下力臂4通过转向机构5与所述机械手6连接；所述上力臂2能够通过驱使连接机构3运动带动所述下力臂4转动，所述转向机构5能够驱动所述机械手6旋转。

上力臂2包括上力臂壳体1、卡环202、第一齿杆203、从动轮204、第一电机205和主动轮206；

如图3所示，所述第一齿杆203包括齿部2031与杆部2032，所述齿部2031紧固安装在所述杆部2032的一端；在一个优选例中，所述齿部2031与杆部2032一体连接。

所述上力臂壳体1的一端设置有第一安装孔201，所述卡环202安装在所述第一安装孔201上，所述第一齿杆203安装在所述卡环202上，所述第一齿杆203杆部2032远离齿部2031的一端位于所述上力臂壳体1内，所述第一齿杆203杆部2032的靠近齿部2031的一端穿过第一安装孔201延伸至所述连接机构3内；位于所述上力臂壳体1内的杆部2032上套装有从动轮204；

所述第一电机205安装在所述上力臂壳体1内，所述第一电机205的输出轴上套装有主动轮206，所述主动轮206与所述从动轮204啮合；优选的，所述第一电机205固定安装于上力臂壳体1尾端内侧底部。在一个优选例中，所述主动轮206直径小于从动轮204及第一齿杆203齿部2031的直径。

所述连接机构3的一端套装在所述上力臂2上，另一端套装在所述下力臂4上，优选的，所述连接机构3套接于上力臂壳体1尾端外侧。

如图4所示，所述连接机构3包括第一连接件30、转向齿403、连杆404、转轴以及轴承402；所述下力臂4上设置有第二安装孔4011与第三安装孔4012，所述第二安装孔4011与第三安装孔4012对称设置；在一个优选例中，所述第二安装孔4011与第三安装孔4012相连通，形成第四通孔401。

如图4所示，所述第一连接件30包括连接件本体304、第一凸起301以及第二凸起303，所第一凸起301与第二凸起303对称设置在所述连接件本体304上，所述第一凸起301与第二凸起303上均设置有第一通孔302，所述下力臂4上的第二安装孔4011、第三安装孔4012分别与所述第一凸起301与第二凸起303上的第一通孔302相匹配；

所述连杆404的一端通过轴承402安装在所述第一凸起301的第一通孔302内，所述连杆404的另一端穿过所述第二安装孔4011延伸至下力臂4内，如图5与图1所示，所述转向齿403安装在所述连杆404的另一端且与所述第一齿杆203中的齿部2031相啮合；连杆404的中部与所述下力臂4紧固连接；所述转轴的一端通过轴承402安装在所述第二凸起303的第一通孔302内，另一端穿过所述第三安装孔4012延伸至下力臂4内。所述轴承402可减小连杆404与第一通孔302间的转向摩擦。

如图2所示，所述卡环202包括依次连接的第一环部2021、卡环本体2023以及第二环部2022；所述第一环部2021以及第二环部2022的外径大于所述第一安装孔201的直径，所述卡环本体2023的直径小于所述第一安装孔201的直径；所述卡环本体2023通过第一环部2021以及第二环部2022卡接在所述第一安装孔201上，所述第一齿杆203通过卡环本体2023安装在所述第一安装孔201上，具体的，所述第一齿杆203安装在所述卡环本体2023内侧。将卡环202安装在所述第一安装孔201上，再将第一齿杆203安装在卡环202上，可防止第一齿杆203在转动时直接摩擦第一安装孔201，卡环202同时对第一安装孔201与第一齿杆203均起到保护作用。

所述转向机构5设置在所述下力臂4的端部，所述转向机构5包括齿圈501、密封盖502、第二电机503以及齿轮5031；

所述齿圈501紧固安装在所述下力臂4内，且沿所述下力臂4的轴线周向布置；所述密封盖502安装在所述下力臂4的端部，且能够沿所述下力臂4的轴线旋转；所述第二电机503紧固安装在所述密封盖502的一端；所述齿轮5031安装在所述第二电机503的输出轴上，且与所述齿圈501相匹配；所述密封盖502的另一端连接所述机械手6。所述密封盖502能够防止灰尘等从机械手6进入下力臂4。在一个优选例中，所述第一电机205与第二电机503均为伺服电机。

所述第一齿杆203为空心结构；如图6所示，所述密封盖502上设置有第二通孔504。所述下力臂4上设置有第三通孔405。优选的，所述第二通孔504设置在所述密封盖502的中心。

所述转向机械臂，还包括控制线缆601，所述控制线缆601的一端设置在所述上力臂壳体1内，所述控制线缆601的另一端依次穿过所述第一齿杆203的空心结构，连接机构3、下力臂4上的第三通孔405的以及密封盖502上设置的第二通孔504与所述机械手6连接。所述第一齿杆203的空心结构、密封盖502上设置的第二通孔504均对控制线缆601起到保护作用。

本发明的工作原理及工作过程如下：

启动第一电机205，所述第一电机205带动主动轮206旋转，所述主动轮206带动从动轮204，从而使从动轮204带动第一齿杆203旋转，第一齿杆203旋转时带动转向齿403旋转，转向齿403带动连杆404旋转，而连杆404又与下力臂4紧固连接，因此下力臂4会随者连杆404的转动而同步转动，完成所述机械臂的一次转向。

启动第二电机503，使齿轮5031旋转，由于齿圈501位置固定，因此齿轮5031是在齿圈501内旋转，且能够在齿圈501内360°旋转。此时齿轮5031带动所述第二电机503沿所述下力臂4的的轴线旋转，又因为第二电机503紧固在密封盖502上，因此密封盖502会随着第二电机503的旋转而旋转，从而带动所述机械手6沿所述下力臂4的轴线旋转，完成所述机械臂的另一次转向。

本发明通过所述主动轮206直径小于从动轮204及第一齿杆203齿部2031的直径的设计，利用小轮在运行时精度更加便于把控的特点，使下力臂4相对与上力臂2的转向角度更精准，使机械臂的转向精度更高。除此以外本发明通过齿圈501与齿轮5031的配合，实现了机械手6能够沿所述下力臂4的轴线旋转360°旋转的功能，使机械手具有了更广的旋转角度。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的机构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申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种转向机械臂，其特征在于，包括上力臂(2)、连接机构(3)、下力臂(4)、转向机构(5)和机械手(6)；

所述上力臂(2)通过所述连接机构(3)与所述下力臂(4)连接，所述下力臂(4)通过转向机构(5)与所述机械手(6)连接；

所述上力臂(2)能够通过驱使连接机构(3)运动带动所述下力臂(4)转动，所述转向机构(5)能够驱动所述机械手(6)旋转；

上力臂(2)包括上力臂壳体(1)；卡环(202)、第一齿杆(203)、从动轮(204)、第一电机(205)和主动轮(206)；

所述第一齿杆(203)包括齿部(2031)与杆部(2032)，所述齿部(2031)紧固安装在所述杆部(2032)的一端；

所述上力臂壳体(1)的一端设置有第一安装孔(201)，所述卡环(202)安装在所述第一安装孔(201)上，所述第一齿杆(203)安装在所述卡环(202)上，所述第一齿杆(203)杆部(2032)远离齿部(2031)的一端位于所述上力臂壳体(1)内，所述第一齿杆(203)杆部(2032)的靠近齿部(2031)的一端穿过第一安装孔(201)延伸至所述连接机构(3)内；位于所述上力臂壳体(1)内的杆部(2032)上套装有从动轮(204)；

所述第一电机(205)安装在所述上力臂壳体(1)内，所述第一电机(205)的输出轴上套装有主动轮(206)，所述主动轮(206)与所述从动轮(204)啮合；

所述连接机构(3)的一端套装在所述上力臂(2)上，另一端套装在所述下力臂(4)上，连接机构(3)包括第一连接件(30)、转向齿(403)、连杆(404)、转轴以及轴承(402)；

所述下力臂(4)上设置有第二安装孔(4011)与第三安装孔(4012)，所述第二安装孔(4011)与第三安装孔(4012)对称设置；

所述第一连接件(30)包括连接件本体(304)、第一凸起(301)以及第二凸起(303)，所述第一凸起(301)与第二凸起(303)对称设置在所述连接件本体(304)上，所述第一凸起(301)与第二凸起(303)上均设置有第一通孔(302)，所述下力臂(4)上的第二安装孔(4011)、第三安装孔(4012)分别与所述第一凸起(301)与第二凸起(303)上的第一通孔(302)相匹配；

所述连杆(404)的一端通过轴承(402)安装在所述第一凸起(301)的第一通孔(302)内，所述连杆(404)的另一端穿过所述第二安装孔(4011)延伸至下力臂(4)内，所述转向齿(403)安装在所述连杆(404)的另一端且与所述第一齿杆(203)中的齿部(2031)相啮合；连杆(404)的中部与所述下力臂(4)紧固连接；

所述转轴的一端通过轴承(402)安装在所述第二凸起(303)的第一通孔(302)内，另一端穿过所述第三安装孔(4012)延伸至下力臂(4)内；

所述转向机构(5)设置在所述下力臂(4)的端部，所述转向机构(5)包括齿圈(501)、密封盖(502)、第二电机(503)以及齿轮(5031)；

所述齿圈(501)紧固安装在所述下力臂(4)内，且沿所述下力臂(4)的轴线周向布置；所述密封盖(502)安装在所述下力臂(4)的端部，且能够沿所述下力臂(4)的轴线旋转；所述第二电机(503)紧固安装在所述密封盖(502)的一端，所述齿轮(5031)安装在所述第二电机(503)的输出轴上，且与所述齿圈(501)相匹配；所述密封盖(502)的另一端连接所述机械手(6)。

2.根据权利要求1所述的转向机械臂，其特征在于，所述卡环(202)包括依次连接的第一环部(2021)、卡环本体(2023)以及第二环部(2022)；所述第一环部(2021)以及第二环部(2022)的外径大于所述第一安装孔(201)的直径，所述卡环本体(2023)的直径小于所述第一安装孔(201)的直径；所述卡环本体(2023)通过第一环部(2021)以及第二环部(2022)卡接在所述第一安装孔(201)上，所述第一齿杆(203)通过卡环本体(2023)安装在所述第一安装孔(201)上；所述第一齿杆(203)安装在所述卡环本体(2023)内侧。

3.根据权利要求1所述的转向机械臂，其特征在于，所述第一齿杆(203)为空心结构；所述密封盖(502)上设置有第二通孔(504)，所述下力臂(4)上设置有第三通孔(405)。

4.根据权利要求3所述的转向机械臂，其特征在于，还包括控制线缆(601)，所述控制线缆(601)的一端设置在所述上力臂壳体(1)内，所述控制线缆(601)的另一端依次穿过所述第一齿杆(203)的空心结构，连接机构(3)、下力臂(4)上的第三通孔(405)以及密封盖(502)上设置的第二通孔(504)与所述机械手(6)连接。

5.根据权利要求1所述的转向机械臂，其特征在于，所述主动轮(206)直径小于从动轮(204)及第一齿杆(203)齿部(2031)的直径。

6.根据权利要求1所述的转向机械臂，其特征在于，所述齿部(2031)与杆部(2032)一体连接。