CN206066440U - 一种机器人手臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机器人手臂，包括串接在一起的肩部摆动机构、上臂摆动机构、上臂转动机构、前臂摆动机构和手掌运动机构，并分别设置电机驱动上臂进行运动，通过肩部摆动机构、上臂摆动机构、上臂转动机构、前臂摆动机构和手掌运动机构的设置，分别通过各电机驱动实现机器人手臂的肩部摆动、上臂摆动、上臂转动、前臂摆动和手掌运动一系列动作，可实现至少5个自由度的手臂动作，运动精度高，结构紧凑，该机器人手臂结构简单，运动自由度多，此实用新型用于仿生机器人领域。

Description

一种机器人手臂

技术领域

本实用新型涉及仿生机器人领域，特别是涉及一种机器人手臂。

背景技术

随着人们教育水平的不断提高，越来越少人愿意从事低技术、低附加值的服务业，如迎宾、咨询、接待等工作；同时，随着机器人技术的日益成熟，尤其是仿人机器人领域中运动控制、语音语义识别、图像识别、智能交互等技术的开发应用，逐渐凸显出仿人服务型机器人的未来发展前景，因全球人口老龄化的加剧，服务型机器人的市场广阔，仿人机器人也逐步成为研究应用的一个热点。

然而，现有的服务型仿真机器人存在体积大、重量大、自由度少、动作协调性差、运动精度低等缺陷，无法达到拟人态动作，难以满足目前的市场需求。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种结构简单、运动自由度多的机器人手臂。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种机器人手臂，包括

肩部摆动机构，肩部摆动机构包括驱动肩部前后摆动的肩部摆动电机；

与肩部摆动电机的输出轴传动连接的上臂摆动机构，上臂摆动机构包括驱动上臂内外摆动的上臂摆动电机；

与上臂摆动电机的输出轴传动连接的上臂转动机构，上臂转动机构包括驱动上臂转动的上臂转动电机和与上臂转动电机的输出轴连接的上臂本体；

与上臂本体固定连接的前臂摆动机构，前臂摆动机构包括驱动前臂摆动的前臂摆动电机和与前臂摆动电机的输出轴连接的前臂本体；以及

与前臂本体固定连接的手掌运动机构，手掌运动机构包括驱动手掌运动的腕部电机。

作为上述技术方案的进一步改进，肩部摆动电机为舵机，肩部摆动电机的输出轴连接有肩部摆动电机舵盘，肩部摆动电机舵盘连接有肩部摆动法兰，肩部摆动法兰连接有承接前后摆动动作的肩部摆动承接板，通过肩部摆动电机驱动肩部摆动法兰转动带动肩部摆动承接板转动以实现肩部前后摆动动作。

作为上述技术方案的进一步改进，上臂摆动电机为舵机，上臂摆动电机的输出轴连接有上臂摆动电机舵盘，还设置有与上臂摆动电机舵盘固定连接的可绕上臂摆动电机输出轴轴线转动的上臂摆动传输架，上臂摆动电机的输出轴轴线与肩部摆动电机的输出轴轴线相垂直，通过上臂摆动电机驱动上臂摆动传输架转动以实现上臂内外摆动动作。

作为上述技术方案的进一步改进，上臂转动电机为舵机，上臂转动电机的输出轴连接有上臂转动电机舵盘，上臂转动电机舵盘还连接有与上臂本体连接的上臂转动电机法兰，上臂转动电机的输出轴轴线与上臂摆动电机的输出轴轴线相垂直，通过上臂转动电机驱动上臂本体转动以实现上臂转动动作。

作为上述技术方案的进一步改进，上臂本体下端连接有固定前臂摆动电机的前臂支承座，前臂摆动电机为舵机，前臂摆动电机的输出轴连接有前臂摆动电机舵盘，还设置有与前臂摆动电机舵盘固定连接的可绕前臂摆动电机的输出轴轴线转动的前臂传输板，前臂传输板的下端连接有前臂本体，前臂摆动电机的输出轴轴线与上臂转动电机的输出轴轴线相垂直，通过前臂摆动电机驱动前臂传输板转动以实现前臂本体的摆动动作。

作为上述技术方案的进一步改进，前臂本体的下端连接有固定腕部电机的腕部支承座，腕部电机为舵机，腕部电机的输出轴连接有腕部电机舵盘，还设置有与腕部电机舵盘固定连接的腕部传输板，腕部传输板可绕腕部电机的输出轴轴线转动，腕部电机的输出轴轴线与前臂摆动电机的输出轴轴线相垂直，腕部传输板的下端连接有手掌。

作为上述技术方案的进一步改进，手掌包括与腕部传输板固定连接的手掌本体和连接在手掌本体上的若干手指，各手指可绕手掌本体转动。

作为上述技术方案的进一步改进，各手指包括串联铰接在一起的若干手指关节，各手指关节间可转动。

作为上述技术方案的进一步改进，手掌本体内安装有控制各手指运动的控制器。

作为上述技术方案的进一步改进，各手指绕手掌本体转动的转轴轴线均与腕部电机的输出轴轴线相平行。

本实用新型的有益效果：此机器人手臂通过肩部摆动机构、上臂摆动机构、上臂转动机构、前臂摆动机构和手掌运动机构的设置，分别通过各电机驱动实现机器人手臂的肩部摆动、上臂摆动、上臂转动、前臂摆动和手掌运动一系列动作，可实现至少5个自由度的手臂动作，运动精度高，结构紧凑，该机器人手臂结构简单，运动自由度多。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1是机器人手臂整体示意图；

图2是肩部摆动机构整体示意图；

图3是肩部摆动机构爆炸图；

图4是肩部安装板爆炸图；

图5是肩部摆动承接板结构示意图；

图6是上臂摆动机构和上臂转动机构整体示意图；

图7是上臂摆动机构和上臂转动机构爆炸图；

图8是前臂摆动机构和手掌运动机构整体示意图；

图9是前臂摆动机构爆炸图；

图10是手掌运动机构爆炸图。

具体实施方式

参照图1～图10，本实用新型为一种机器人手臂，包括

肩部摆动机构1，肩部摆动机构1包括驱动肩部前后摆动的肩部摆动电机12；

与肩部摆动电机12的输出轴传动连接的上臂摆动机构2，上臂摆动机构2包括驱动上臂内外摆动的上臂摆动电机22；

与上臂摆动电机22的输出轴传动连接的上臂转动机构3，上臂转动机构3包括驱动上臂转动的上臂转动电机32和与上臂转动电机32的输出轴连接的上臂本体38；

与上臂本体38固定连接的前臂摆动机构4，前臂摆动机构4包括驱动前臂摆动的前臂摆动电机42和与前臂摆动电机42的输出轴连接的前臂本体46；以及

与前臂本体46固定连接的手掌运动机构5，手掌运动机构5包括驱动手掌运动的腕部电机52。

通过肩部摆动机构1、上臂摆动机构2、上臂转动机构3、前臂摆动机构4和手掌运动机构5的设置，分别通过各电机驱动实现机器人手臂的肩部摆动、上臂摆动、上臂转动、前臂摆动和手掌运动一系列动作，可实现至少5个自由度的手臂动作，运动精度高，结构紧凑，该机器人手臂结构简单，运动自由度多。

作为优选的实施方式，肩部摆动电机12为舵机，肩部摆动电机12的输出轴连接有肩部摆动电机舵盘13，肩部摆动电机舵盘13连接有肩部摆动法兰14，肩部摆动法兰14连接有承接前后摆动动作的肩部摆动承接板18，通过肩部摆动电机12驱动肩部摆动法兰14转动带动肩部摆动承接板18转动以实现肩部前后摆动动作。

作为优选的实施方式，上臂摆动电机22为舵机，上臂摆动电机22的输出轴连接有上臂摆动电机舵盘25，还设置有与上臂摆动电机舵盘25固定连接的可绕上臂摆动电机22输出轴轴线转动的上臂摆动传输架24，上臂摆动电机22的输出轴轴线与肩部摆动电机12的输出轴轴线相垂直，通过上臂摆动电机22驱动上臂摆动传输架24转动以实现上臂内外摆动动作。

作为优选的实施方式，上臂转动电机32为舵机，上臂转动电机32的输出轴连接有上臂转动电机舵盘33，上臂转动电机舵盘33还连接有与上臂本体38连接的上臂转动电机法兰34，上臂转动电机32的输出轴轴线与上臂摆动电机22的输出轴轴线相垂直，通过上臂转动电机32驱动上臂本体38转动以实现上臂转动动作。

作为优选的实施方式，上臂本体38下端连接有固定前臂摆动电机42的前臂支承座41，前臂摆动电机42为舵机，前臂摆动电机42的输出轴连接有前臂摆动电机舵盘43，还设置有与前臂摆动电机舵盘43固定连接的可绕前臂摆动电机42的输出轴轴线转动的前臂传输板45，前臂传输板45的下端连接有前臂本体46，前臂摆动电机42的输出轴轴线与上臂转动电机32的输出轴轴线相垂直，通过前臂摆动电机42驱动前臂传输板45转动以实现前臂本体46的摆动动作。

作为优选的实施方式，前臂本体46的下端连接有固定腕部电机52的腕部支承座51，腕部电机52为舵机，腕部电机52的输出轴连接有腕部电机舵盘53，还设置有与腕部电机舵盘53固定连接的腕部传输板55，腕部传输板55可绕腕部电机52的输出轴轴线转动，腕部电机52的输出轴轴线与前臂摆动电机42的输出轴轴线相垂直，腕部传输板55的下端连接有手掌。

作为优选的实施方式，手掌包括与腕部传输板55固定连接的手掌本体56和连接在手掌本体56上的若干手指57，各手指57可绕手掌本体56转动。

作为优选的实施方式，各手指57包括串联铰接在一起的若干手指关节571，各手指关节571间可转动。

作为优选的实施方式，手掌本体56内安装有控制各手指57运动的控制器。

作为优选的实施方式，各手指57绕手掌本体56转动的转轴轴线均与腕部电机52的输出轴轴线相平行。

作为优选的实施方式，肩部摆动机构1包括肩部摆动电机12和与肩部连接的肩部安装板11，肩部摆动电机12固定设置在肩部安装板11上，肩部摆动电机12的输出轴连接有肩部摆动法兰14，肩部摆动法兰14连接有承接前后摆动动作的肩部摆动承接板18，通过肩部摆动电机12驱动肩部摆动法兰14转动带动肩部摆动承接板18转动以实现肩部前后摆动动作，通过肩部摆动电机12和肩部摆动法兰14的设置，肩部摆动电机12驱动肩部摆动法兰14转动，通过肩部摆动法兰14的输出轴将转动传递给肩部摆动承接板18以实现肩部前后摆动运动，结构紧凑，运动精度高，该肩部前后摆动机构结构简单、实现方便。

作为优选的实施方式，肩部摆动电机12为舵机，肩部摆动电机12的输出轴连接有肩部摆动电机舵盘13，肩部摆动法兰14与肩部摆动电机舵盘13固定连接。肩部摆动承接板18上设置有圆柱形的肩部承接柱182，肩部承接柱182设置有与肩部摆动法兰14连接的肩部承接柱连接孔181，通过肩部承接柱连接孔181与肩部摆动法兰14的连接，将肩部摆动电机12的转矩通过肩部摆动法兰14传输给肩部摆动承接板18，以实现肩部前后摆动动作。还设置有肩部摆动轴承座17，肩部摆动轴承座17内设置有肩部摆动轴承16，肩部承接柱182嵌套安装在肩部摆动轴承16内，这样设置的好处是将重力主要承载在肩部摆动轴承16上，以减少重力对肩部摆动电机12的影响。还设置有对肩部摆动轴承16进行限位的肩部摆动轴套15，肩部摆动轴承16进一步优选为易格思轴承。肩部安装板11包括肩部安装板本体110和固定设置在肩部安装板本体110两侧的肩部安装板前板111和肩部安装板后板112。肩部摆动法兰14的输出轴横截面和肩部承接柱连接孔181的横截面均为相同的多边形，以便于连接和转动运动的传输。肩部安装板11上设置有肩部摆动电机安装槽113和与肩部连接的肩部连接孔114。

作为优选的实施方式，上臂运动机构包括上臂摆动机构2和上臂转动机构3，上臂摆动机构2包括与肩部摆动承接板18固定连接在一起的上臂支承座21，上臂摆动电机22固定设置在上臂支承座21上，上臂摆动电机22驱动上臂摆动传输架24绕上臂摆动电机22的输出轴转动以实现上臂的内外摆动动作，上臂摆动电机22的输出轴轴线与肩部摆动电机12的输出轴轴线垂直，具体为肩部摆动电机12的输出轴轴线方向为左右水平方向，而上臂摆动电机22的输出轴轴线方向为前后水平方向，这样使机器人手臂可分别实现前后摆动动作和内外摆动动作。上臂摆动传输架24的下端固定设置有上臂转动电机32，上臂转动电机32的输出轴方向为竖直方向，上臂转动电机32的输出轴连接有上臂本体38，通过上臂转动电机32驱动上臂本体38转动以实现上臂的转动运动，结构紧凑，运动精度高且运动灵活。进一步的优选，上臂摆动电机22为舵机，上臂摆动电机22的输出轴连接有上臂摆动电机舵盘25，上臂摆动电机22固定在上臂支承座21上，该上臂支承座21上还设置有上臂摆动电机22的上臂摆动电机安装槽和上臂摆动轴承铰接柱，上臂摆动轴承23连接在上臂摆动轴承铰接柱上，上臂摆动传输架24为U型支架，U型支架的上臂摆动传输架24两端分别与上臂摆动电机舵盘25和上臂摆动轴承23连接，这样在上臂摆动电机22转动时可带动上臂摆动传输架24摆动以实现上臂的内外摆动动作。上臂转动电机32进一步优选为舵机，上臂转动电机32的输出轴连接有上臂转动电机舵盘33，上臂转动电机舵盘33固定连接有上臂转动电机法兰34，上臂转动电机法兰34与上臂本体38间还连接有上臂承接座39，上臂承接座39的上端为圆形截面的圆柱，下端开设有与上臂本体38固定连接的上臂承接座连接孔，上臂承接座39的上端圆柱内设置有与上臂摆动电机法兰34输出轴固定连接的上臂转动法兰连接孔，上臂承接座39的上部还设置有上臂转动轴承座36，上臂转动轴承座36内安装有上臂转动轴承37，上臂承接座39上端的圆柱嵌套安装在上臂转动轴承37内，上臂摆动传输架24的两端还固定安装有固定外板31，固定外板31分左固定外板311和右固定外板312，上臂转动轴承座36固定设置在固定外板31上，这样可以使下端的重量主要集中在上臂转动轴承座36上，而不会对上臂转动电机32造成过大负荷和压力，还安装有限位作用的上臂轴套35。

作为优选的实施方式，前臂摆动机构4包括固定设置在上臂本体38下端的前臂支承座41，前臂摆动电机42固定安装在前臂支承座41上，进一步优选为，前臂摆动电机42为舵机，前臂摆动电机42的输出轴连接有前臂摆动电机舵盘43，前臂支承座41上还设置有前臂轴承铰接座，前臂轴承铰接座上设置有前臂摆动轴承44，前臂传输板45为U型板，前臂传输板45的两端分别与前臂摆动电机舵盘43和前臂摆动轴承44连接在一起，前臂传输板45的下端连接有前臂本体46，前臂摆动电机42的输出轴轴线为左右水平方向，这样在前臂摆动电机42驱动前臂传输板45转动时实现前臂的前后摆动运动。再次优选为，上臂本体38和前臂本体46均为碳纤维管，减轻了手臂的重量。

作为优选的实施方式，手掌运动机构5包括与前臂本体46下端固定连接的腕部支承座51和固定在腕部支承座51上的腕部电机52，腕部电机52为舵机，腕部电机52的输出轴方向为前后水平方向，腕部电机52的输出轴连接有腕部电机舵盘53，腕部支承座51上还设置有腕部轴承铰接柱，腕部铰接柱上设置有腕部轴承54，腕部传输板55为U型板，腕部传输板55的两端分别与腕部电机舵盘53和腕部轴承54连接在一起。腕部传输板55的下端固定连接手掌本体56，手掌本体56上还连接有5根手指57，各手指57包括若干个铰接在一起的手指关节571，这样在腕部电机52驱动腕部传输板55进行左右摆动以实现手掌摆动运动，各手指57还可根据设置在手掌本体56内的控制器实现手指57的灵活运动。

当然，本实用新型并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种机器人手臂，其特征在于：包括

肩部摆动机构（1），所述肩部摆动机构（1）包括驱动肩部前后摆动的肩部摆动电机（12）；

与所述肩部摆动电机（12）的输出轴传动连接的上臂摆动机构（2），所述上臂摆动机构（2）包括驱动上臂内外摆动的上臂摆动电机（22）；

与所述上臂摆动电机（22）的输出轴传动连接的上臂转动机构（3），所述上臂转动机构（3）包括驱动上臂转动的上臂转动电机（32）和与上臂转动电机（32）的输出轴连接的上臂本体（38）；

与所述上臂本体（38）固定连接的前臂摆动机构（4），所述前臂摆动机构（4）包括驱动前臂摆动的前臂摆动电机（42）和与前臂摆动电机（42）的输出轴连接的前臂本体（46）；以及

与所述前臂本体（46）固定连接的手掌运动机构（5），所述手掌运动机构（5）包括驱动手掌运动的腕部电机（52）。

2.根据权利要求1所述的机器人手臂，其特征在于：所述肩部摆动电机（12）为舵机，所述肩部摆动电机（12）的输出轴连接有肩部摆动电机舵盘（13），所述肩部摆动电机舵盘（13）连接有肩部摆动法兰（14），所述肩部摆动法兰（14）连接有承接前后摆动动作的肩部摆动承接板（18），通过所述肩部摆动电机（12）驱动肩部摆动法兰（14）转动带动肩部摆动承接板（18）转动以实现肩部前后摆动动作。

3.根据权利要求1所述的机器人手臂，其特征在于：所述上臂摆动电机（22）为舵机，所述上臂摆动电机（22）的输出轴连接有上臂摆动电机舵盘（25），还设置有与所述上臂摆动电机舵盘（25）固定连接的可绕上臂摆动电机（22）输出轴轴线转动的上臂摆动传输架（24），所述上臂摆动电机（22）的输出轴轴线与肩部摆动电机（12）的输出轴轴线相垂直，通过所述上臂摆动电机（22）驱动上臂摆动传输架（24）转动以实现上臂内外摆动动作。

4.根据权利要求1所述的机器人手臂，其特征在于：所述上臂转动电机（32）为舵机，所述上臂转动电机（32）的输出轴连接有上臂转动电机舵盘（33），所述上臂转动电机舵盘（33）还连接有与上臂本体（38）连接的上臂转动电机法兰（34），所述上臂转动电机（32）的输出轴轴线与上臂摆动电机（22）的输出轴轴线相垂直，通过所述上臂转动电机（32）驱动上臂本体（38）转动以实现上臂转动动作。

5.根据权利要求1所述的机器人手臂，其特征在于：所述上臂本体（38）下端连接有固定前臂摆动电机（42）的前臂支承座（41），所述前臂摆动电机（42）为舵机，所述前臂摆动电机（42）的输出轴连接有前臂摆动电机舵盘（43），还设置有与所述前臂摆动电机舵盘（43）固定连接的可绕前臂摆动电机（42）的输出轴轴线转动的前臂传输板（45），所述前臂传输板（45）的下端连接有前臂本体（46），所述前臂摆动电机（42）的输出轴轴线与上臂转动电机（32）的输出轴轴线相垂直，通过所述前臂摆动电机（42）驱动前臂传输板（45）转动以实现前臂本体（46）的摆动动作。

6.根据权利要求1所述的机器人手臂，其特征在于：所述前臂本体（46）的下端连接有固定腕部电机（52）的腕部支承座（51），所述腕部电机（52）为舵机，所述腕部电机（52）的输出轴连接有腕部电机舵盘（53），还设置有与所述腕部电机舵盘（53）固定连接的腕部传输板（55），所述腕部传输板（55）可绕腕部电机（52）的输出轴轴线转动，所述腕部电机（52）的输出轴轴线与前臂摆动电机（42）的输出轴轴线相垂直，所述腕部传输板（55）的下端连接有手掌。

7.根据权利要求6所述的机器人手臂，其特征在于：所述手掌包括与腕部传输板（55）固定连接的手掌本体（56）和连接在手掌本体（56）上的若干手指（57），各所述手指（57）可绕手掌本体（56）转动。

8.根据权利要求7所述的机器人手臂，其特征在于：各所述手指（57）包括串联铰接在一起的若干手指关节（571），各所述手指关节（571）间可转动。

9.根据权利要求7所述的机器人手臂，其特征在于：所述手掌本体（56）内安装有控制各手指（57）运动的控制器。

10.根据权利要求7～9任意一项所述的机器人手臂，其特征在于：各所述手指（57）绕手掌本体（56）转动的转轴轴线均与腕部电机（52）的输出轴轴线相平行。