CN114700935A - 一种机器人及其机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明设计机械臂技术领域，公开一种机器人及其机械臂，机械臂包括驱动器以及固定板，驱动器包括三个或三个以上的驱动单元，驱动单元能够伸缩活动，伸缩活动的轴向为驱动单元的伸缩轴向，固定板固定于驱动器的两端，其中，三个或三个以上的驱动单元的伸缩轴向呈周向排列，驱动单元的两端分别安装于固定板；当驱动单元分别进行伸缩活动时，驱动器能够伸缩或弯曲活动；本发明旨在实现机械臂的多方位交互。

Description

一种机器人及其机械臂

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，特别涉及一种机器人及其机械臂。

背景技术

水下驱动器其广泛应用在如水下机械臂等水下机器人设备上，是增强水下机器人能动性，交互性，以及勘测能力的关键元器件之一。

目前，现有的水下机器人其机械臂的交互驱动主要通过传统的电机转动来实现；由于机械臂的驱动器由传统电机构成，导致其能动性较低，无法实现多方位交互。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种机械臂，旨在实现机械臂的多方位交互。

为实现上述目的，本发明提出的机械臂，所述机械臂包括：

驱动器，所述驱动器包括三个或三个以上的驱动单元，所述驱动单元能够伸缩活动，所述伸缩活动的轴向为所述驱动单元的伸缩轴向；

固定板，所述固定板固定于所述驱动器的两端；其中，

三个或三个以上的所述驱动单元的所述伸缩轴向呈周向排列，所述驱动单元的两端分别安装于所述固定板；

当所述驱动单元分别进行伸缩活动时，所述驱动器能够伸缩或弯曲活动。

在本发明的一些实施例中，驱动单元具有用于填充流体的腔室；

所述驱动单元包括侧壁部，所述侧壁部围蔽于所述腔室的周侧；

所述驱动单元还设有供流体进入所述腔室的流体入口以及供流体排出所述腔室的流体出口；通过改变所述腔室内的流体体积，所述侧壁部于长度方向产生伸缩形变。

在本发明的一些实施例中，沿所述侧壁部的长度方向的截面，所述侧壁部的截面轮廓包括两个或两个以上依次连接的臂段，相邻的所述臂段相对于所述腔室呈交替地自外及自内倾斜；

相邻所述臂段的连接区域为柔性材质，以使相邻的所述臂段能够相对折叠或远离。

在本发明的一些实施例中，所述侧壁部的周侧包括四个或四个以上首尾相连的折叠段，所述折叠段包括两个或两个以上依次连接的所述臂段；

相邻所述折叠段的所述臂段，相对于所述腔室呈交替地自外及自内倾斜；

相邻所述折叠段的连接区域为柔性材质，以使相邻的所述折叠段能够相对折叠或远离。

在本发明的一些实施例中，所述流体入口与所述流体出口分别设于所述侧壁部的两端。

在本发明的一些实施例中，所述驱动单元的两端设置有连接槽，所述固定板设有与所述连接槽对应卡接的卡接位；所述固定板的卡接位数量与所述驱动单元的数量对应，用于卡接定位所述驱动器的两端；

所述固定板设有用于固定管道的第一固定位。

在本发明的一些实施例中，所述驱动器还包括数量与所述驱动单元对应的定位板，所述定位板卡接于所述连接槽，所述定位板设有用于固定管道的第二固定位。

在本发明的一些实施例中，所述驱动器为两个或两个以上，所述机械臂还包括安装板，相邻的所述驱动器通过所述安装板固定连接；所述安装板的两侧分别固定连接相邻的所述固定板。

在本发明的一些实施例中，所述机械臂还包括执行器，所述执行器安装于所述固定板。

本发明还提出了一种机器人，所述机器人包括机体以及所述的机械臂，所述机械臂安装于所述机体。

本发明技术方案通过设置三个或三个以上的驱动单元，并使驱动单元的端部连接于固定板，当驱动单元进行相同的伸缩活动时，固定板能够实现伸缩活动；驱动单元分别进行不同伸缩时，固定板则向着收缩的驱动单元倾斜；进而实现机械臂的伸缩以及不同方向的交互，使得当驱动单元件进行耦合运动时，机械臂可实现伸长、缩短、及不同方位的交互。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明机械臂的结构示意图之一；

图2为本发明机械臂的局部结构示意图；

图3为本发明机械臂的结构示意图之二；

图4为本发明驱动单元的结构示意图；

图5为本发明侧壁部的结构示意图之一；

图6为本发明侧壁部的结构示意图之二；

图7为本发明侧壁部的结构示意图之三。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种机械臂1000，机械臂1000包括驱动器100以及固定板200，驱动器100的两端均固定有固定板200，通过驱动器100的多个驱动单元110分别活动实现进而实现机械臂1000的多方位交互。

进一步的，参阅附图1-3，该驱动器100包括三个或三个以上的驱动单元110，驱动单元110能够伸缩活动，伸缩活动的轴向为驱动单元110的伸缩轴向；通过驱动单元110的伸缩活动实现驱动器100的伸缩活动。

该固定板200固定于驱动器100的两端，实现对驱动单元110的两端定为固定，使得驱动单元110分别活动时，通过固定板200固定实现驱动单元110多固定板200的方位带动。

其中，三个或三个以上的驱动单元110的伸缩轴向呈周向排列，驱动单元110的两端分别安装于固定板200；通过使驱动单元110呈轴向排列，并通过固定板200进行对驱动单元110进行固定定位；当驱动单元110分别进行伸缩活动时，由于固定板200同时与多个驱动单元110的端部固定，使得在驱动单元110的分别伸缩活动下，固定板200能够实现多方位转向活动。

当三个驱动单元110同时以相同的速度伸长或者缩短时，固定板200则会沿驱动单元110的伸缩轴向活动；当三个驱动单元110其中有两个个伸长，另外一个收缩时，或者两个收缩另外一个伸长时，固定板200则向着收缩的驱动单元110的方向倾斜；其中，固定板200的转动精确方向根据驱动单元110的不同伸缩比例进行调整。

需要说明的是，驱动单元110可以为刚性伸缩结构，固定板200与驱动单元110之间通过连接有弹性部件，便于驱动单元110产生转向伸缩时通过弹性部件实现固定板200的角度倾斜切换，弹性部件可以为弹簧以实现固定板200与驱动单元110之间的弹性伸缩抵接；驱动单元110还可以为柔性伸缩结构，驱动单元110能够进行转动伸缩结构，固定板200与驱动单元110进行刚性连接，通过驱动单元110间不对称弯曲带动固定板200进行多方位切换；驱动单元110与固定板200之间的配合方式有多种，在此不进行一一列举。

基于上述技术特征的机械臂1000，通过设置三个或三个以上的驱动单元110，并使驱动单元110的端部连接于固定板200，当驱动单元110进行相同的伸缩活动时，固定板200能够实现伸缩活动；驱动单元110分别进行不同伸缩时，固定板200则向着收缩的驱动单元110倾斜；进而实现机械臂1000的伸缩以及不同方向的交互，使得当驱动单元110件进行耦合运动时，机械臂1000可实现伸长、缩短、及不同方位的交互。

具体的，参与附图4，该驱动单元110具有用于填充流体的腔室111；使驱动单元110的腔室111填充满流体，满足流体对驱动主体的形变控制；需要说的是，该流体可以为气体或水或其他液体，在此不作具体的限定；优选的，本实施例中的流体为液体，通过采用液压驱动，可提高驱动器100的整体负载，同时保证水下工作时整体密度不变，不需要额外平衡浮力。

进一步的，该驱动单元110包括侧壁部120，侧壁部120围蔽于腔室111的周侧，通过侧壁部120实现对流体的包覆。

该驱动单元110还设有供流体进入腔室111的流体入口130以及供流体排出腔室111的流体出口140；流体能够通过流体出口140排出至腔室111，并且能够通过流体入口130输送填充至腔室111，通过流体入口130以及流体出口140的流体进出控制，实现对腔室111内部流体体积的改变；其中，该流体入口130以及流体出口140通过连接流体输送装置与腔室111之间形成密封空间，通过流体输送装置对流体入口130以及流体出口140的控制，实现流体于腔室111内的体积变化，进而带动腔室111的空间变化。

本实施例中，通过改变腔室111内的流体体积，侧壁部120于长度方向产生伸缩形变，该侧壁部120的长度方向为驱动单元110的长度方向，当侧壁部120进行伸缩形变时，驱动单元110于其自身的长度方向产生伸缩形变，进而实现驱动器100的伸缩运动；其中，侧壁的伸缩形变方向可以沿长度方向的轴线伸缩，也可以与长度方向呈一定角度进行伸缩，其具体的伸缩方向在此不做进一步的限定。

需要说明的是，侧壁部120可以为多个相互密封滑动的筒体组成，还可以为具有柔性材质并通过导向结构实现伸缩导向组成的伸缩结构；导向结构可以为连接侧壁部120两端的伸缩铰接臂或导向杆实现滑动导向；该侧壁部120的具体结构还有多种，在此不进行一一列举。通过对腔室111内的流体体积进行减少或增加，使流体与腔室111内的增加或减少实现对侧壁部120的推动进而产生伸缩形变，进而实现驱动单元110的伸缩形变。

进一步的，参阅附图5-7，沿该侧壁部120的长度方向的截面，侧壁部120的截面轮廓包括两个或两个以上依次连接的臂段121，相邻的臂段121相对于腔室111呈交替地自外及自内倾斜；相邻臂段121的连接区域为柔性材质，以使相邻的臂段121能够相对折叠或远离；由于相邻的臂段121呈自外及自内的交替倾斜且连接区域为柔性材质，使得侧壁部120在内部填充流体体积变化时，通过交替的倾斜臂段121能够实现侧壁部120沿其长度方向产生定向的伸缩活动。

通过使连接区域为柔性材质，能够满足当侧壁部120做弯曲运动时，柔性材质能为侧壁部120形变提供柔性形变，以满足侧壁部120的弯曲形变需求。

当腔室111内的流体增加时，相邻的臂段121在流体的增加填充下相互远离，实现侧壁部120的拉伸；当腔室111内的流体减少时，相邻的臂段121由于流体的减少导致腔室111空间减小，进而相邻的臂段121相互靠近实现折叠效果，实现了侧壁部120的收缩。需要说明的是，该柔性材质可以为橡胶或硅胶等可弯折柔性材质，在此不做进一步的限定；连接区域可以为臂段121的周侧边缘，并且臂段121远离连接区域的材质可以为刚性材质或一体设计的柔性材质，在此不做进一步限定。

因此，通过使得侧壁部120实现弯曲，当三个驱动单元110其中有两个个伸长，另外一个收缩时，或者两个收缩另外一个伸长时，在固定板200对驱动单元110的固定下，侧壁部120能够实现朝向收缩一侧弯曲，进而使得驱动器100弯曲，满足机械臂1000的弯曲交互功能

其中，该侧壁部120的周侧包括四个或四个以上首尾相连的折叠段122，折叠段122包括两个或两个以上依次连接的臂段121；通过相邻臂段121之间的靠近或远离实现折叠段122的折叠收放动作；通过使侧壁部120由多个折叠段122组成，使得侧壁部120的外周呈多边形结构，侧壁部120需要进行弯曲伸缩时，可根据不同方位的折叠段122进行弯曲折叠。

进一步的，相邻折叠段122的臂段121，相对于腔室111呈交替地自外及自内倾斜；使得侧壁部120的周侧呈自腔体外侧凸出以及自腔体内侧凹陷的交替折叠段122组成，使得侧壁部120的周侧具有自外折叠以及自内折叠交替的折叠段122结构，周侧相邻的折叠其折叠方向相反，进一步提高侧壁部120的周侧强度，避免竖直设置的侧壁部120容易受外界干扰产生倾斜活动，进而影响驱动器100的工作稳定性。

具体的，该相邻折叠段122的连接区域为柔性材质，以使相邻的折叠段122能够相对折叠或远离；满足了相邻折叠段122之间的折叠收放动作，避免由于相邻折叠段122的折叠方位不同导致侧壁部120伸缩灵活性受到影响。

具体的，臂段121的周侧边缘形成臂段121的轮廓，臂段121的轮廓呈等腰梯形状，等腰梯形的钝角为140-150度；臂段121的周侧用于与相邻的臂段121连接，通过呈等腰梯形的臂段121使得侧壁结构实现周侧的交替自外以及自内折叠结构；通过使等腰梯形的钝角为140-150度，避免由于该钝角过小影响周侧相邻臂段121的折叠灵活性，避免由于钝角过大影响臂段121的边缘长度，进而影响长度方向相邻臂段121的连接稳定性；本实施例中，钝角为146度。

进一步的，等腰梯形的高记为H，等腰梯形的下底边记为L，H/L＝1/(4-7),；避免由于臂段121的轮廓长度以及宽度比过小导致臂段121的宽度过大，导致侧壁部120的折叠伸缩量过大，影响侧壁部120的折叠精度；同时避免由于臂段121的轮廓长度以及宽度比过大导致臂段121的宽度过小，导致侧壁部120的折叠伸缩量过小，影响工作效率；优选的，H/L＝1/5。

其中，该流体入口130与流体出口140分别设于侧壁单元的两端；通过时流体入口130与流体出口140呈两端分离结构的设置，有助于在初始注入流体时，腔室111内部的气体排出，避免了腔室111内的气泡残留，保证后期流体驱动时的动作准确性。

本实施例中，该驱动单元110的两端设置有连接槽150，固定板200设有与连接槽150对应卡接的卡接位；固定板200的卡接位数量与驱动单元110的数量对应，用于卡接定位驱动器100的两端；固定板200设有用于固定管道的第一固定位210；通过第一固定位210实现对管道的固定，提高结构的紧凑性，避免工作时管道对机械臂1000的影响。

进一步的，驱动器100还包括数量与驱动单元110对应的定位板300，定位板300卡接于连接槽150，定位板300设有用于固定管道的第二固定位；进一步提高结构的紧凑性。

在本发明的一些实施例中，驱动器100为两个或两个以上，机械臂1000还包括安装板400，相邻的驱动器100通过安装板400固定连接；安装板400的两侧分别固定连接相邻的固定板200；通过设置串联的多个驱动器100增加机械臂1000的活动自由度，进一步提高机械臂1000对不同工作需求的适配度。

具体的，该机械臂1000还包括执行器，执行器安装于固定板200，执行器可根据不同需求安装不同的执行器，执行器包括但不限于摄像头、相机、声呐、超声波探伤或夹爪，以满足不同工作需求。

本发明还提出了一种机器人，所述机器人包括机体以及所述的机械臂1000，所述机械臂1000安装于所述机体，该机械臂1000的具体结构参照上述实施例，由于本机械臂1000采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种机械臂，其特征在于，所述机械臂包括：

驱动器，所述驱动器包括三个或三个以上的驱动单元，所述驱动单元能够伸缩活动，所述伸缩活动的轴向为所述驱动单元的伸缩轴向；

固定板，所述固定板固定于所述驱动器的两端；其中，

三个或三个以上的所述驱动单元的所述伸缩轴向呈周向排列，所述驱动单元的两端分别安装于所述固定板；

当所述驱动单元分别进行伸缩活动时，所述驱动器能够伸缩或弯曲活动。

2.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，驱动单元具有用于填充流体的腔室；

所述驱动单元包括侧壁部，所述侧壁部围蔽于所述腔室的周侧；

所述驱动单元还设有供流体进入所述腔室的流体入口以及供流体排出所述腔室的流体出口；通过改变所述腔室内的流体体积，所述侧壁部于长度方向产生伸缩形变。

3.如权利要求2所述的机械臂，其特征在于，沿所述侧壁部的长度方向的截面，所述侧壁部的截面轮廓包括两个或两个以上依次连接的臂段，相邻的所述臂段相对于所述腔室呈交替地自外及自内倾斜；

相邻所述臂段的连接区域为柔性材质，以使相邻的所述臂段能够相对折叠或远离。

4.如权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述侧壁部的周侧包括四个或四个以上首尾相连的折叠段，所述折叠段包括两个或两个以上依次连接的所述臂段；

相邻所述折叠段的所述臂段，相对于所述腔室呈交替地自外及自内倾斜；

相邻所述折叠段的连接区域为柔性材质，以使相邻的所述折叠段能够相对折叠或远离。

5.如权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述流体入口与所述流体出口分别设于所述侧壁部的两端。

6.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述驱动单元的两端设置有连接槽，所述固定板设有与所述连接槽对应卡接的卡接位；所述固定板的卡接位数量与所述驱动单元的数量对应，用于卡接定位所述驱动器的两端；

所述固定板设有用于固定管道的第一固定位。

7.如权利要求6所述的机械臂，其特征在于，所述驱动器还包括数量与所述驱动单元对应的定位板，所述定位板卡接于所述连接槽，所述定位板设有用于固定管道的第二固定位。

8.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述驱动器为两个或两个以上，所述机械臂还包括安装板，相邻的所述驱动器通过所述安装板固定连接；所述安装板的两侧分别固定连接相邻的所述固定板。

9.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述机械臂还包括执行器，所述执行器安装于所述固定板。

10.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括机体以及如权利要求1-9任一项所述的机械臂，所述机械臂安装于所述机体。

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