CN115503017A - 一种可折叠机械臂及抓取机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可折叠机械臂及抓取机器人，属于机器人技术领域，其中，可折叠机械臂包括顺次铰接设置的安装底座、座臂、大臂、小臂，大臂与座臂的侧壁铰接，且大臂由凸出于座臂设置的第一驱动件带动转动；当大臂相对安装底座折叠时，第一驱动件凸出的自由端面与安装底座的底面平齐，大臂上设有抵接平面，抵接平面所在侧壁与铰接侧壁相对设置，当大臂相对座臂折叠时，小臂与大臂的至少部分铰接区域位于抵接平面上。本发明提供的可折叠机械臂，能够利用第一驱动件提供抵接支撑，并利用小臂和大臂的铰接区域抵接支撑，从而提升折叠后的整体支撑稳定性，并能在折叠后降低重心，有利于移动和运输。

Description

一种可折叠机械臂及抓取机器人

技术领域

本申请涉及机械臂技术领域，尤其涉及一种可折叠机械臂及抓取机器人。

背景技术

机械臂是机械工业发展过程中的重要成果，它基于仿生学原理，模拟人体上肢运动的部分功能，可按照预定要求完成相应的操作。

目前的机械臂为了便于使用，一般会装配在可以移动的载具上，当机械臂装配在移动载具上时，机械臂会占用载具较大的空间；另外，装配后的机械臂也会导致移动载具的重心发生较大的偏移，影响载具的行驶稳定性。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提出一种可折叠机械臂及抓取机器人，以解决现有技术中机械臂装配在载具上时重心不稳而影响稳定性的问题。

基于上述目的，本申请提供了一种可折叠机械臂，包括：

顺次铰接设置的安装底座、座臂、大臂、小臂；

所述大臂与所述座臂的侧壁铰接，且所述大臂由凸出于所述座臂设置的第一驱动件带动转动；当所述座臂相对所述安装底座折叠时，所述第一驱动件凸出的自由端面与所述安装底座的底面平齐；

所述座臂上设有用于抵接所述大臂的抵接平面，当所述大臂相对所述座臂折叠时，所述小臂与所述大臂铰接的至少部分区域位于所述抵接平面上。

进一步地，所述大臂包括相对折弯且固定连接的第一臂和第二臂，所述第一臂与所述第二臂之间形成弯折区，所述小臂被配置为能折叠至所述弯折区内。

进一步地，所述第二臂距离所述第一臂的最远点到所述第一臂的距离大于所述小臂的宽度。

进一步地，所述座臂靠近所述安装底座的一端侧壁设有第二驱动件，所述安装底座和所述座臂共同穿设有第一驱动轴，所述第二驱动件和所述第一驱动轴之间经第一链轮组传动连接，以使所述座臂受所述第二驱动件驱动而相对所述安装底座转动。

进一步地，所述第一链轮组包括：卡接所述第二驱动件的驱动端上的第一主动链轮，及卡接于所述第一驱动轴上的第一从动链轮，所述第一主动链轮和所述第一从动链轮均位于所述座臂的一侧面上。

进一步地，所述第一主动链轮的轮径小于所述第一从动链轮的轮径。

进一步地，所述大臂靠近所述小臂的一端装设有第三驱动件，所述小臂和所述大臂上共同穿设有第二驱动轴，所述第三驱动件和所述第二驱动轴经第二链轮组传动连接，以使所述小臂受所述第三驱动件驱动而相对所述大臂转动。

进一步地，所述第二链轮组包括：卡接所述第三驱动件的驱动端上的第二主动链轮，及卡接所述第二驱动轴上的第二从动链轮，所述第二主动链轮和所述第二从动链轮均位于所述大臂的一侧面上。

进一步地，所述小臂背离所述大臂的一端铰接有抓手座，所述抓手座用以安装机械爪，所述小臂上设有第四驱动件，所述第四驱动件的驱动端穿设所述抓手座中，并与所述抓手座固定连接。

此外，本申请还提供了抓取机器人，包括：

外部平台，其上设置有第五驱动件；

如上任一项所述的可折叠机械臂，所述可折叠机械臂的安装底座与所述第五驱动件的驱动端固定连接，以使所述安装底座能够相对所述外部平台转动；

机械爪，安装于所述可折叠机械臂的抓手座上。

本申请提供的可折叠机械臂，在座臂上设置有凸出座臂设置的第一驱动件，大臂经由第一驱动件驱动转动，当大臂相对安装底座折叠时，第一驱动件凸出的自由端面与安装底座的底面平齐，从而使第一驱动件的自由端面和安装底座抵接设置，避免大臂在折叠后的端部悬空，有效提升了大臂折叠后的支撑稳定性，此外，大臂相对座臂折叠时，小臂和大臂的至少部分铰接区域位于抵接平面上，可以避免小臂在折叠后的端部悬空，提升小臂折叠后的支撑稳定性，大臂、小臂在折叠后均被安装底座支撑，有效避免在运输时晃动而出现损坏隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关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申请的实施例，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获得其他的附图。

图1为本申请的实施例中可折叠机械臂的整体外观示意图；

图2为本申请的实施例中座臂和安装底座的装配爆炸图；

图3为本申请的实施例中座臂和安装底座的装配剖面图；

图4为本申请的实施例中大臂和座臂的装配爆炸图；

图5为本申请的实施例中大臂和小臂的装配爆炸图；

图6为本申请的实施例中大臂和小臂的装配剖面图；

图7为本申请的实施例中小臂和抓手座的装配爆炸图；

图8为本申请的实施例中可折叠机械臂和外部平台的装配爆炸图；

图9为本申请的实施例中可折叠机械臂在外部平台上折叠后的示意图。

附图标记

1、安装底座；2、座臂；3、大臂；31、第一臂；32、第二臂；33、弯折区；4、小臂；5、抓手座；6、第一驱动件；7、抵接平面；8、第二驱动件；9、第一驱动轴；10、第一主动链轮；11、第一从动链轮；12、第三驱动件；13、第二驱动轴；14、第二主动链轮；15、第二从动链轮；16、机械爪；17、第四驱动件；18、第五驱动件；19、外部平台；20、第一保护盖；21、大臂驱动轴套；22、第一驱动件盖；23、轴套；24、第二驱动件盖；25、第三驱动件盖；26、第二保护盖；27、第四驱动件盖；28、机械爪驱动件。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

以下结合附图来详细说明本申请的实施例。

本申请提供了一种可折叠机械臂，其可以应用在工业机器人上，或者是移动载具平台上装配的机械设备上。

如图1和图9所示，本申请提供的可折叠机械臂包括顺次铰接设置的安装底座1、座臂2、大臂3和小臂4，其中，大臂3与座臂2的侧壁铰接，且大臂3由凸出于座臂2设置的第一驱动件6带动转动；当大臂3相对安装底座1折叠时，第一驱动件6凸出的自由端面与安装底座1的底面平齐；大臂3上设有抵接平面7，抵接平面7所在侧壁与铰接侧壁相对设置；当大臂3相对座臂2折叠时，小臂4与大臂3的至少部分铰接区域位于抵接平面7上。

本申请提供的可折叠机械臂，在座臂2上设置有凸出座臂2设置的第一驱动件6，大臂3经由第一驱动件6驱动转动，当大臂3相对安装底座1折叠时，第一驱动件6凸出的自由端面与安装底座1的底面平齐，从而使第一驱动件6的自由端面能够抵接在安装底座1的底面平面上，避免大臂3在折叠后的端部悬空，有效提升了大臂3折叠后的支撑稳定性，此外，大臂3相对座臂2折叠时，小臂4和大臂3的至少部分铰接区域位于抵接平面7上，可以避免小臂4在折叠后的端部悬空，从而提升小臂4折叠后的支撑稳定性，大臂3、小臂4在折叠后均被安装底座1支撑，有效避免在运输时晃动而出现损坏隐患。

在一些实施例中，安装底座1装配在一外部平台19上，安装底座1被配置为能够相对外部平台19转动，从而进一步提升机械臂的活动灵活度。另外，当安装底座1装配在外部平台19上时，大臂3相对安装底座1折叠后，第一驱动件6的凸出的自由端面能够直接抵接在外部平台1的平面上。作为一种可替换的实施形式，安装底座1也可以直接固定安装在外部平台19上。该外部平台19可以是一固定的抓取机器人，也可以是能够自由移动的载具。

如图2和图3所示，在一些实施例中，座臂2靠近安装底座1的一端侧壁上穿设有第二驱动件8，安装底座1和座臂2之间共同穿设有第一驱动轴9，第一驱动轴9和第二驱动件8之间经第一链轮组传动连接，以使连接后的座臂2受第二驱动件8的驱动而相对安装底座1转动。

仍如图2和图3所示，第二驱动件8穿过座臂2形成有驱动端，驱动端的端部经轴套23卡接有第一主动链轮10，第一驱动轴9穿设座臂2时，在第一驱动轴9上套设有两个轴套23，且各轴套23与安装底座1均为卡接连接，第一驱动轴9的位于第一主动链轮10的一侧卡接有第一从动链轮11，第一主动链轮10和第一从动链轮11通过链条同步连接。第二驱动件8上的驱动端转动时，转动扭矩经第一主动链轮10传递至第一从动链轮11，并经由轴套23传递至安装底座1，从而使座臂2在相互作用力的作用下相对安装底座1转动。

需要说明的是，采用链轮组进行传动连接时，第一主动链轮10的轮径应小于第一从动链轮11的轮径设置，此设置能够增大输出扭矩，并起到输出减速的作用，有利于座臂2能够更加轻便灵活进行动作。

在一些实施例中，第一主动链轮10和第一从动链轮11均位于座臂2相对第二驱动件8的一侧面上，第一主动链轮10和第一从动链轮11外还罩设有第一保护盖20，第一保护盖20固定于座臂2的侧面上，以避免设置的链轮组件干涉座臂2运动；第二驱动件8外罩设有第二驱动件盖24，以防止机械臂的转动关节处进入灰尘而影响正常使用。

在一些实施例中，轴套23和安装底座1之间的卡接方式可以采用花键配合卡接，也可以采用其他方式卡接例如过盈配合；第一驱动轴9和第二驱动件8之间也可以通过齿轮传动连接。

如图4所示，在一些实施例中，第一驱动件6装设于座臂2的侧壁上，第一驱动件6穿过座臂2形成有驱动端，驱动端的端部固定套设有大臂驱动轴套21，大臂3上具有用于穿设大臂驱动轴套21的穿孔，大臂驱动轴套21穿设穿孔后与大臂3卡接，当第一驱动件6带动驱动端转动时，大臂驱动轴套21因受驱动端的转动效果带动大臂3进行动作。

在此，通过采用第一驱动件6直接驱动大臂3进行动作，由于大臂3和座臂2之间仅通过面面接触，大臂3在相对座臂2折叠时不会与座臂2的铰接位置发生干涉，并且能够在垂直平面内进行360°无干涉转动，有利于提升机械臂的使用灵活度，并且便于大臂3和座臂2折叠。

在一些实施例中，大臂3和大臂驱动轴套21之间可以通过花键配合卡接，也可以采用其他方式例如过盈配合卡接。

在一些实施例中，第一驱动件6相对座臂2的凸出部分上罩设有第一驱动件盖22，第一驱动件盖22采用金属材料制成，以在大臂3相对安装底座1折叠时，第一驱动件盖22能够抵接在外部平台19的平面上，起到支撑的作用。作为一种可替换的实施方式，第一驱动件盖22也可以采用其他刚性材料制成，例如高分子塑料材料。

进一步的，第一驱动件盖22的用于接触外部平台19平面的一端构造有缓冲耐磨层，缓冲耐磨层可以采用橡胶材料制成，设置缓冲耐磨层可以进一步避免第一驱动件盖22因运输颠簸等因素的影响而损坏第一驱动件6。

在一些实施例中，如图1所示，大臂3包括相对折弯且固定连接的第一臂31和第二臂32，第一臂31的端部用于与上述座臂2进行铰接，第二臂32用于与小臂4进行铰接，第一臂31和第二臂32之间形成有弯折区33，小臂4被配置为能够折叠至弯折区33内。

具体的，第一臂31和第二臂32之间的夹角为钝角，在此，该钝角优选的在120°-150°之间，以使得小臂4能够完全容纳折叠进去弯折区33内，同时，此设置能够避免小臂4折叠程度不充分导致浪费空间的情况，并有利于提升折叠后的整体美观性。

如图9所示，需要说明的是，折叠后的小臂4优选的应与大臂3的端面接触设置，即折叠后的小臂4的轴线与大臂3的第一臂31的轴线平行，且小臂4与大臂3的侧面抵接，此设置能够较大程度的减小折叠后的占用空间。

如图1和图9所示，在一些实施例中，座臂2上的用于抵接大臂3的抵接平面7位于座臂2靠近大臂3的一侧面，大臂3和小臂4的铰接区域包括第二臂32和小臂4的铰接区域，当大臂3相对座臂2折叠时，小臂4折叠进入弯折区33内，第二臂32和小臂4的铰接的至少部分区域抵接至座臂2的抵接平面7上，避免了小臂4折叠后悬空搁置，从而能够使折叠后的大臂3、小臂4支撑更加稳定，并可避免大臂3、小臂4和座臂2之间因间隙而导致变形影响使用精度的问题。

在一些实施例中，第二臂32和小臂4的铰接的全部区域均位于座臂2的抵接平面7上，以进一步增强座臂2对大臂3和小臂4的支撑效果。

如图5和图6所示，大臂3靠近小臂4的一端装设有第三驱动件12，小臂4和大臂3上共同穿设有第二驱动轴13，第三驱动件12和第二驱动轴13经第二链轮组传动连接，以使小臂4受第三驱动件12驱动而相对所述大臂3转动。

在此，大臂3和小臂4之间的传动连接方式可以参照上述座臂2和安装底座1之间的传动方式进行装配，具体的，第三驱动件12穿过大臂3形成有驱动端，驱动端的端部经轴套23卡接有第二主动链轮14，第二驱动轴13穿设小臂4时，在第二驱动轴13上套设有两个轴套23，且各轴套23与小臂4均为卡接连接，第二驱动轴13的第二主动链轮14的一侧卡接有第二从动链轮15，第二主动链轮14和第二从动链轮15通过链条同步连接。第三驱动件12上的驱动端转动时，转动扭矩经第二主动链轮14传递至第二从动链轮15，并经由轴套23传递至小臂4，从而使小臂4在驱动作用下相对大臂3转动。

需要说明的是，采用链轮组进行传动连接时，第二主动链轮14的轮径应小于第二从动链轮15的轮径设置，此设置能够增大输出扭矩，从而使小臂4能够更加轻便灵活进行动作。

在一些实施例中，第二主动链轮14和第二从动链轮15均位于大臂3相对第二驱动件8的一侧面上，第二主动链轮14和第二从动链轮15外还罩设有第二保护盖26，第二保护盖26固定于座臂2的侧面上，以避免设置的链轮组件干涉座臂2运动；第三驱动件12外罩设有第三驱动件盖25，以防止机械臂的转动关节处进入灰尘而影响正常使用。

在一些实施例中，轴套23和小臂4之间的卡接方式可以采用花键配合卡接，也可以采用其他方式卡接例如过盈配合；第二驱动轴13和第三驱动件12之间也可以通过齿轮传动连接。

如图7所示，在一些实施例中，小臂4背离大臂3的一端铰接连接有抓手座5，抓手座5用以安装机械爪16，小臂4上设有第四驱动件17，第四驱动件17的驱动端穿设抓手座5中，并与抓手座5固定连接，在此，抓手座5和小臂4之间的铰接方式可以参照上述大臂3和座臂2之间的铰接方式进行装配，第四驱动件17的驱动端和抓手座5可以通过花键配合卡接，第四驱动建的驱动端转动带动抓手座5转动，从而使抓手座5相对小臂4转动；另外，第四驱动件17外也装设有第四驱动件盖27，用以对第四驱动件17起到保护的作用。

需要说明的是，本申请的可折叠机械臂中，抓手座5上还设有用于驱动机械爪16动作的机械爪驱动件28，机械爪16的抓取动作可以采用现有成熟技术，本申请对此不再说明。

本申请还提供了抓取机器人，如图8所示，包括外部平台19和如上所述的可折叠机械臂，可折叠机械臂的抓手座5上安装有机械爪16，外部平台19上设置有第五驱动件18，可折叠机械臂的安装底座1与第五驱动件18的驱动端固定连接，以使安装底座1能够相对外部平台19转动；在此，安装底座1与第五驱动件18的驱动端通过花键配合连接，也可以通过过盈配合固定连接，只要是安装底座1能够随第五驱动件18的驱动端动作即可。

需要说明的是，前述的各驱动件可以采用现有成熟的电机驱动设备，驱动件上除了输出电机以外，还可以装设行星减速器，用以对电机输出减速并增加扭矩。

需要说明的是，上述对本申请的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本申请的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本申请实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本申请实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、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 (10)

1.一种可折叠机械臂，其特征在于，包括：

顺次铰接设置的安装底座、座臂、大臂、小臂；

所述大臂与所述座臂的侧壁铰接，且所述大臂由凸出于所述座臂设置的第一驱动件带动转动；当所述座臂相对所述安装底座折叠时，所述第一驱动件凸出的自由端面与所述安装底座的底面平齐；

所述座臂上设有用于抵接所述大臂的抵接平面，当所述大臂相对所述座臂折叠时，所述小臂与所述大臂铰接的至少部分区域位于所述抵接平面上。

2.根据权利要求1所述的可折叠机械臂，其特征在于，所述大臂包括相对折弯且固定连接的第一臂和第二臂，所述第一臂与所述第二臂之间形成弯折区，所述小臂被配置为能折叠至所述弯折区内。

3.根据权利要求2所述的可折叠机械臂，其特征在于，所述第二臂距离所述第一臂的最远点到所述第一臂的距离大于所述小臂的宽度。

4.根据权利要求1所述的可折叠机械臂，其特征在于，所述座臂靠近所述安装底座的一端侧壁设有第二驱动件，所述安装底座和所述座臂共同穿设有第一驱动轴，所述第二驱动件和所述第一驱动轴之间经第一链轮组传动连接，以使所述座臂受所述第二驱动件驱动而相对所述安装底座转动。

5.根据权利要求4所述的可折叠机械臂，其特征在于，所述第一链轮组包括：卡接所述第二驱动件的驱动端上的第一主动链轮，及卡接于所述第一驱动轴上的第一从动链轮，所述第一主动链轮和所述第一从动链轮均位于所述座臂的一侧面上。

6.根据权利要求5所述的可折叠机械臂，其特征在于，所述第一主动链轮的轮径小于所述第一从动链轮的轮径。

7.根据权利要求1所述的可折叠机械臂，其特征在于，所述大臂靠近所述小臂的一端装设有第三驱动件，所述小臂和所述大臂上共同穿设有第二驱动轴，所述第三驱动件和所述第二驱动轴经第二链轮组传动连接，以使所述小臂受所述第三驱动件驱动而相对所述大臂转动。

8.根据权利要求7所述的可折叠机械臂，其特征在于，所述第二链轮组包括：卡接所述第三驱动件的驱动端上的第二主动链轮，及卡接所述第二驱动轴上的第二从动链轮，所述第二主动链轮和所述第二从动链轮均位于所述大臂的一侧面上。

9.根据权利要求1所述的可折叠机械臂，其特征在于，所述小臂背离所述大臂的一端铰接有抓手座，所述抓手座用以安装机械爪，所述小臂上设有第四驱动件，所述第四驱动件的驱动端穿设所述抓手座中，并与所述抓手座固定连接。

10.抓取机器人，其特征在于，包括：

外部平台，其上设置有第五驱动件；

如权利要求1-9任一项所述的可折叠机械臂，所述可折叠机械臂的安装底座与所述第五驱动件的驱动端固定连接，以使所述安装底座能够相对所述外部平台转动；

机械爪，安装于所述可折叠机械臂的抓手座上。

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