CN114851177B - 可变自由度数的机械臂和伸缩机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种可变自由度数的机械臂和伸缩机器人。所述可变自由度数的机械臂包括：节臂、关节机构和伸缩机构；节臂呈筒状，多个节臂依次设置，且多个节臂的尺寸依次减小，以使任意相邻的两个节臂之间进行伸缩；任意相邻的两个节臂之间设置一个关节机构，且该关节机构的上端固定在尺寸小的节臂的下端，该关节机构的下端滑动连接在尺寸大的节臂的内部，以使当该关节机构的上端裸露出尺寸大的节臂时，驱动该关节机构，使得该关节机构的上端相对下端摆动，以改变相邻的两个节臂之间角度；每个关节机构的下端均连接一个伸缩机构，伸缩机构固定在节臂中，以使通过伸缩机构的伸缩驱动，推动关节机构的下端在节臂中滑动。本申请解决相关技术中多自由度的机器人存在占据的空间很大的技术问题。

Description

可变自由度数的机械臂和伸缩机器人

技术领域

本申请涉及机械臂技术领域，具体而言，涉及一种可变自由度数的机械臂和伸缩机器人。

背景技术

针对抓取机器人的应用在各个行业都有所渗透，其中针对机器人来说都是具有确定的自由度数，再去确定一个可达空间来进行抓取，对于此类型机器人来讲，其相关尺寸便固定下来，若要实现更远的抓取只有去改变整个机器人的结构来实现。

目前组装好的机器人多数电缆都是放置于外部这样还需要设计相应的装置来对电缆进行防护，或者美化，使外观更能适应于人们的审美。机器人的使用要占据一定的空间范围，当不使用的时候要么原地放置，要么需要将其移动到合适的位置进行放置。因此，多自由度的机器人存在占据的空间很大的问题。

针对相关技术中多自由度的机器人存在占据的空间很大的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种可变自由度数的机械臂和伸缩机器人，以解决相关技术中多自由度的机器人存在占据的空间很大的问题。

为了实现上述目的，第一方面，本申请提供了一种可变自由度数的机械臂。

根据本申请的可变自由度数的机械臂包括：多个节臂、多个关节机构和多个伸缩机构；

所述节臂呈筒状，所述多个节臂依次设置，且所述多个节臂的尺寸依次减小，以使任意相邻的两个所述节臂之间进行伸缩；

任意相邻的两个所述节臂之间设置一个所述关节机构，且该关节机构的上端固定在尺寸小的所述节臂的下端，该关节机构的下端滑动连接在尺寸大的所述节臂的内部，以使当该关节机构的上端裸露出尺寸大的所述节臂时，驱动该关节机构，使得该关节机构的上端相对下端摆动，以改变所述相邻的两个所述节臂之间角度；

每个所述关节机构的下端均连接一个所述伸缩机构，所述伸缩机构固定在所述节臂中，以使通过所述伸缩机构的伸缩驱动，推动所述关节机构的下端在所述节臂中滑动。

可选地，位于相邻的两个所述关节机构之间的所述伸缩机构固定在位于下方的所述关节机构的上端。

可选地，位于尺寸最大的所述节臂中的所述伸缩机构固定在该节臂的下端。

可选地，所述关节机构包括支撑座、安装座、第一驱动装置和连接块；在任意相邻的两个节臂中，所述支撑座滑动连接在尺寸大的所述节臂的内部，所述安装座固定在所述尺寸小的所述节臂的下端，所述第一驱动装置固定在所述支撑座的上端面，所述连接块固定在所述安装座的下端面，所述第一驱动装置的输出端与所述连接块相连，以当所述第一驱动装置驱动所述连接块旋转时，使得改变所述支撑座和所述安装座之间的角度。

可选地，所述伸缩机构包括第二驱动装置、丝杆和滑块；

在相邻的两个所述关节机构之间，所述第二驱动装置固定在位于下方的所述关节机构中的所述安装座上，所述丝杆的一端与所述第二驱动装置的输送端连接，所述丝杆的另一端与所述滑块螺纹连接，所述滑块固定在位于上方的所述关节机构中的所述支撑座上，所述丝杆与所在的所述节臂同轴设置。

可选地，所述安装座和所述支撑座上均设有开口，以使容纳未连接在该安装座和该支撑座上的丝杆通过。

可选地，不同所述伸缩机构中的丝杠错位设置。

可选地，还包括遮挡帽，所述遮挡帽设置在所述尺寸最小的所述节臂的上端。

可选地，还包括末端执行器，所述末端执行器设置在所述尺寸最小的所述节臂的上端，且所述末端执行器裸露在所述遮挡帽之外。

第二方面，本申请还提供了一种伸缩机器人，包括上述的可变自由度数的机械臂。

在本申请实施例中，提供一种可变自由度数的机械臂，通过设置：多个节臂、多个关节机构和多个伸缩机构；所述节臂呈筒状，所述多个节臂依次设置，且所述多个节臂的尺寸依次减小，以使任意相邻的两个所述节臂之间进行伸缩；任意相邻的两个所述节臂之间设置一个所述关节机构，且该关节机构的上端固定在尺寸小的所述节臂的下端，该关节机构的下端滑动连接在尺寸大的所述节臂的内部，以使当该关节机构的上端裸露出尺寸大的所述节臂时，驱动该关节机构，使得该关节机构的上端相对下端摆动，以改变所述相邻的两个所述节臂之间角度；每个所述关节机构的下端均连接一个所述伸缩机构，所述伸缩机构固定在所述节臂中，以使通过所述伸缩机构的伸缩驱动，推动所述关节机构的下端在所述节臂中滑动。这样，由于臂呈筒状，所述多个节臂依次设置，且所述多个节臂的尺寸依次减小，可以实现任意相邻的两个所述节臂之间进行伸缩，当需要调动多个节臂伸缩工作时，通过伸缩机构驱动所述关节机构的下端在所述节臂中滑动，这样，使得关节机构的上端所述节臂，此时，再驱动该关节机构，使得该关节机构的上端相对下端摆动，以改变所述相邻的两个所述节臂之间角度，从而实现了机械臂的可变自由度数灵活驱动，当需要节臂进行收纳时，需要先通过关节机构，驱动相邻的节臂轴向保持平行，再通过伸缩机构驱动关节机构的下端在所述节臂中滑动，使得多个关节机构全部收纳在一起，实现了减小多自由度的机器人存在占据的空间的目的。从而解决相关技术中多自由度的机器人存在占据的空间很大的技术问题。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请实施例提供的一种可变自由度数的机械臂在全部节臂展开时的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种可变自由度数的机械臂的局部结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种关节机构的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种可变自由度数的机械臂在全部节臂收纳时的截面示意图；

图5是本申请实施例提供的一种可变自由度数的机械臂在全部节臂收纳时的剖视图；

图6是本申请实施例提供的一种可变自由度数的机械臂在全部节臂展开时的剖视图；

图7是本申请实施例提供的一种可变自由度数的机械臂在部分节臂展开时的剖视图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“固定”、应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1至图7所示，本申请实施例提供一种可变自由度数的机械臂，包括多个节臂1、多个关节机构2和多个伸缩机构3；

所述节臂1呈筒状，所述多个节臂1依次设置，且所述多个节臂1的尺寸依次减小，以使任意相邻的两个所述节臂1之间进行伸缩；

任意相邻的两个所述节臂1之间设置一个所述关节机构2，且该关节机构2的上端固定在尺寸小的所述节臂1的下端，该关节机构2的下端滑动连接在尺寸大的所述节臂1的内部，以使当该关节机构2的上端裸露出尺寸大的所述节臂1时，驱动该关节机构2，使得该关节机构2的上端相对下端摆动，以改变所述相邻的两个所述节臂1之间角度；

每个所述关节机构2的下端均连接一个所述伸缩机构3，所述伸缩机构3固定在所述节臂1中，以使通过所述伸缩机构3的伸缩驱动，推动所述关节机构2的下端在所述节臂1中滑动。

具体的，由于臂呈筒状，所述多个节臂1依次设置，且所述多个节臂1的尺寸依次减小，可以实现任意相邻的两个所述节臂1之间进行伸缩，当需要调动多个节臂1伸缩工作时，通过伸缩机构3驱动所述关节机构2的下端在所述节臂1中滑动，这样，使得关节机构2的上端所述节臂1，此时，再驱动该关节机构2，使得该关节机构2的上端相对下端摆动，以改变所述相邻的两个所述节臂1之间角度，从而实现了机械臂的可变自由度数灵活驱动，当需要节臂1进行收纳时，需要先通过关节机构2，驱动相邻的节臂1轴向保持平行，再通过伸缩机构3驱动关节机构2的下端在所述节臂1中滑动，使得多个关节机构2全部收纳在一起，实现了减小多自由度的机器人存在占据的空间的目的。

可选地，位于相邻的两个所述关节机构2之间的所述伸缩机构3固定在位于下方的所述关节机构2的上端。

具体的，位于相邻的两个所述关节机构2之间的所述伸缩机构3固定在位于下方的所述关节机构2的上端，这样，可以保证伸缩机构3固定在下方的关节机构2的基础上仅用于驱动位于上方的关节机构2。

可选地，位于尺寸最大的所述节臂1中的所述伸缩机构3固定在该节臂1的下端。

其中，由于尺寸最大的所述节臂1位于最下端，尺寸最大的所述节臂1下端并不存在其他节臂1，因此，用于驱动其上方节臂1的伸缩机构3固定在尺寸最大的所述节臂1的下端即可。

可选地，所述关节机构2包括支撑座21、安装座22、第一驱动装置23和连接块24；在任意相邻的两个节臂1中，所述支撑座21滑动连接在尺寸大的所述节臂1的内部，所述安装座22固定在所述尺寸小的所述节臂1的下端，所述第一驱动装置23固定在所述支撑座21的上端面，所述连接块24固定在所述安装座22的下端面，所述第一驱动装置23的输出端与所述连接块24相连，以当所述第一驱动装置23驱动所述连接块24旋转时，使得改变所述支撑座21和所述安装座22之间的角度。

具体的，关节机构2包括支撑座21、安装座22、第一驱动装置23和连接块24，设置在两个相邻的节臂1之间关节机构2，支撑座21位于尺寸大的所述节臂1的内部，支撑座21受其下端的伸缩机构3驱动在尺寸大的所述节臂1中滑动，而安装座22固定在尺寸小的所述节臂1的下端，而连接块24固定在安装座22的下端，第一驱动装置23固定在支撑座21上，而第一驱动装置23用于驱动所述连接块24旋转，连接块24带动安装座22旋转，使得改变所述支撑座21和所述安装座22之间的角度，进而使得位于上方的节臂1相对下方的节臂1发生摆动。

可选地，所述伸缩机构3包括第二驱动装置31、丝杆32和滑块；

在相邻的两个所述关节机构2之间，所述第二驱动装置31固定在位于下方的所述关节机构2中的所述安装座22上，所述丝杆32的一端与所述第二驱动装置31的输送端连接，所述丝杆32的另一端与所述滑块螺纹连接，所述滑块固定在位于上方的所述关节机构2中的所述支撑座21上，所述丝杆32与所在的所述节臂1同轴设置。

具体的，伸缩机构3包括第二驱动装置31、丝杆32和滑块，而伸缩机构3位于两个相邻的两个所述关节机构2之间，所述第二驱动装置31固定在位于下方的所述关节机构2中的所述安装座22上，所述丝杆32的一端与所述第二驱动装置31的输送端连接，所述丝杆32的另一端与所述滑块螺纹连接，所述滑块固定在位于上方的所述关节机构2中的所述支撑座21上，而且，丝杆32与所在的所述节臂1同轴设置，这样，当第二驱动装置31工作时，可以驱动丝杆32转动，进而改变滑块与第二驱动装置31之间的距离，从而使得在相邻的两个所述关节机构2之间位于上方的关节机构2相对位于下方的关节机构2发生移动，进而带动位于上方的节臂1在位于下方的节臂1中发生伸缩。

其中，第一驱动装置23和第二驱动装置31可以是电机。

另外，可选地，滑块与支撑座21可以为一体式构造，另外还可以通过支撑座21上设有螺纹孔211，以通过螺纹孔211取代滑块，或者，通过设置滑块对支撑座21上设置的螺纹孔211的位置进行加厚，从而提高螺纹孔211的深度，提高螺纹孔211与丝杠32之间的接触面积，从而提高支撑座21的结构强度，避免螺纹孔211在丝杠32旋转的作用下，导致螺纹孔211损伤。

可选地，所述安装座22和所述支撑座21上均设有开口，以使容纳未连接在该安装座22和该支撑座21上的丝杆32通过。

具体的，由于需要将全部的节臂1全部可以收纳在一起，为了在收纳时，避免丝杆32顶到未与其连接的安装座22和支撑座21上，导致无法进行收纳，故在安装座22和所述支撑座21上均设有开口，使得在收纳时，丝杆32可以通过该开口，避免顶到未与其连接的安装座22和支撑座21上，从而完成收纳。

可选地，不同所述伸缩机构3中的丝杠错位设置。

具体的，为了在收纳时，不同所述伸缩机构3中的丝杠相互干扰，不同所述伸缩机构3中的丝杠可以错位设置。

可选地，还包括遮挡帽4，所述遮挡帽4设置在所述尺寸最小的所述节臂1的上端。

具体的，为防止灰尘或其余物品掉落在尺寸最小的所述节臂1中，在尺寸最小的所述节臂1的上端安装遮挡帽4。

可选地，还包括末端执行器5，所述末端执行器5设置在所述尺寸最小的所述节臂1的上端，且所述末端执行器5裸露在所述遮挡帽4之外。

具体的，末端执行器5可以是机械手或其他执行部件，末端执行器5可以安装在遮挡帽4上，或者安装在尺寸最小的所述节臂1中，但是需要末端执行器5的部分裸露出所述遮挡帽4。

其中，末端执行器5可以包括第三驱动装置51和执行器52。

基于相同的技术构思，本申请还提供了一种伸缩机器人，包括上述的可变自由度数的机械臂。

在本申请实施例中，提供一种可变自由度数的机械臂，通过设置：多个节臂1、多个关节机构2和多个伸缩机构3；所述节臂1呈筒状，所述多个节臂1依次设置，且所述多个节臂1的尺寸依次减小，以使任意相邻的两个所述节臂1之间进行伸缩；任意相邻的两个所述节臂1之间设置一个所述关节机构2，且该关节机构2的上端固定在尺寸小的所述节臂1的下端，该关节机构2的下端滑动连接在尺寸大的所述节臂1的内部，以使当该关节机构2的上端裸露出尺寸大的所述节臂1时，驱动该关节机构2，使得该关节机构2的上端相对下端摆动，以改变所述相邻的两个所述节臂1之间角度；每个所述关节机构2的下端均连接一个所述伸缩机构3，所述伸缩机构3固定在所述节臂1中，以使通过所述伸缩机构3的伸缩驱动，推动所述关节机构2的下端在所述节臂1中滑动。这样，由于臂呈筒状，所述多个节臂1依次设置，且所述多个节臂1的尺寸依次减小，可以实现任意相邻的两个所述节臂1之间进行伸缩，当需要调动多个节臂1伸缩工作时，通过伸缩机构3驱动所述关节机构2的下端在所述节臂1中滑动，这样，使得关节机构2的上端所述节臂1，此时，再驱动该关节机构2，使得该关节机构2的上端相对下端摆动，以改变所述相邻的两个所述节臂1之间角度，从而实现了机械臂的可变自由度数灵活驱动，当需要节臂1进行收纳时，需要先通过关节机构2，驱动相邻的节臂1轴向保持平行，再通过伸缩机构3驱动关节机构2的下端在所述节臂1中滑动，使得多个关节机构2全部收纳在一起，实现了减小多自由度的机器人存在占据的空间的目的。从而解决相关技术中多自由度的机器人存在占据的空间很大的技术问题。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可变自由度数的机械臂，其特征在于，包括：多个节臂、多个关节机构和多个伸缩机构；

所述节臂呈筒状，所述多个节臂依次设置，且所述多个节臂的尺寸依次减小，以使任意相邻的两个所述节臂之间进行伸缩；

任意相邻的两个所述节臂之间设置一个所述关节机构，且该关节机构的上端固定在尺寸小的所述节臂的下端，该关节机构的下端滑动连接在尺寸大的所述节臂的内部，以使当该关节机构的上端裸露出尺寸大的所述节臂时，驱动该关节机构，使得该关节机构的上端相对下端摆动，以改变所述相邻的两个所述节臂之间角度；

位于相邻的两个所述关节机构之间的所述伸缩机构固定在位于下方的所述关节机构的上端；

位于尺寸最大的所述节臂中的所述伸缩机构固定在该节臂的下端；

每个所述关节机构的下端均连接一个所述伸缩机构，所述伸缩机构固定在所述节臂中，以使通过所述伸缩机构的伸缩驱动，推动所述关节机构的下端在所述节臂中滑动；

所述关节机构包括支撑座、安装座、第一驱动装置和连接块；在任意相邻的两个节臂中，所述支撑座滑动连接在尺寸大的所述节臂的内部，所述安装座固定在所述尺寸小的所述节臂的下端，所述第一驱动装置固定在所述支撑座的上端面，所述连接块固定在所述安装座的下端面，所述第一驱动装置的输出端与所述连接块相连，以当所述第一驱动装置驱动所述连接块旋转时，使得改变所述支撑座和所述安装座之间的角度。

2.根据权利要求1所述的可变自由度数的机械臂，其特征在于，所述伸缩机构包括第二驱动装置、丝杆和滑块；

在相邻的两个所述关节机构之间，所述第二驱动装置固定在位于下方的所述关节机构中的所述安装座上，所述丝杆的一端与所述第二驱动装置的输送端连接，所述丝杆的另一端与所述滑块螺纹连接，所述滑块固定在位于上方的所述关节机构中的所述支撑座上，所述丝杆与所在的所述节臂同轴设置。

3.根据权利要求2所述的可变自由度数的机械臂，其特征在于，所述安装座和所述支撑座上均设有开口，以使容纳未连接在该安装座和该支撑座上的丝杆通过。

4.根据权利要求3所述的可变自由度数的机械臂，其特征在于，不同所述伸缩机构中的丝杆错位设置。

5.根据权利要求1所述的可变自由度数的机械臂，其特征在于，还包括遮挡帽，所述遮挡帽设置在所述尺寸最小的所述节臂的上端。

6.根据权利要求5所述的可变自由度数的机械臂，其特征在于，还包括末端执行器，所述末端执行器设置在所述尺寸最小的所述节臂的上端，且所述末端执行器裸露在所述遮挡帽之外。

7.一种伸缩机器人，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的可变自由度数的机械臂。

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