CN207359109U - 一种机器人手臂 - Google Patents

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本实用新型适用于机器人技术领域,提供了一种机器人手臂,包括舵机外壳,由上到下依次安装在舵机外壳内的PCB板、电机、行星齿轮传动系统,以及转动连接在舵机外壳上的多个爪勾;电机与PCB板电性连接,多个爪勾分别转动连接在舵机外壳上,行星齿轮传动系统的输入端与电机的输出轴连接,行星齿轮传动系统的输出端固定连接有凸轮,凸轮沿其圆周方向设有多个凹槽及位于相邻两个凹槽之间的锥面,爪勾的一端被抵压在行星齿轮传动系统与凹槽或锥面之间,以使爪勾在凸轮的驱动下进行开合运动。本实用新型用于积木类益智类产品,采用行星轮传动与凸轮传动组合的方式实现三爪机构的开合功能,既实现了结构紧凑,又实现了功能需求。

Description

一种机器人手臂
技术领域
本实用新型属于机器人技术领域,特别涉及一种机器人手臂。
背景技术
目前,社会上虽然有多种多样的积木玩具,但是缺乏一种小型智能化且利于开发小孩智力的积木三爪工程机构。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种机器人手臂,旨在解决现有技术中缺乏小型智能化且利于开发小孩智力的积木三爪工程机构的技术问题。
本实用新型是这样实现的,一种机器人手臂,包括舵机外壳,由上到下依次安装在所述舵机外壳内的PCB板、电机、行星齿轮传动系统,以及转动连接在所述舵机外壳上的多个爪勾;所述电机与所述PCB板电性连接,多个所述爪勾分别转动连接在所述舵机外壳上,所述行星齿轮传动系统的输入端与所述电机的输出轴连接,所述行星齿轮传动系统的输出端固定连接有凸轮,所述凸轮沿其圆周方向设有多个凹槽及位于相邻两个所述凹槽之间的锥面,所述爪勾的一端被抵压在所述行星齿轮传动系统与所述凹槽或所述锥面之间,以使所述爪勾在所述凸轮的驱动下进行开合运动。
进一步地,每一所述凹槽的两侧壁上均设有与所述锥面连接的过渡面。
进一步地,所述行星齿轮传动系统的输出端设有与所述凸轮固定连接的转动轴,所述凸轮开设有用于容纳所述转动轴的开孔,所述转动轴下端的外表面设有第一扁位,所述开孔的内壁设有与所述第一扁位配合以防止所述凸轮相对所述转动轴转动的第二扁位。
进一步地,所述行星齿轮传动系统包括行星轮上端盖、行星轮下端盖,以及固定在所述行星轮上端盖和行星轮下端盖之间的至少两级行星齿轮传动机构,至少两级行星齿轮传动机构的输入端与所述电机的输出轴连接且输出端连接有所述转动轴,所述行星轮下端盖上设有用于将所述爪勾抵压在所述凸轮上的抵压组件。
进一步地,所述抵压组件包括扭簧及扭簧转轴,所述扭簧通过所述扭簧转轴转动连接在所述行星轮下端盖上。
进一步地,每一所述行星齿轮传动机构包括用作输入端的太阳轮、与所述太阳轮外向啮合的多个行星轮、用于装配所述行星轮且用作输出端的行星架,以及套设在所述行星架外且用于与多个所述行星轮啮合的齿圈。
进一步地,所述行星架包括行星轮安装板、固定在所述行星轮安装板上且用于分别贯穿连接多个所述行星轮的多个行星轮转轴,以及与所述行星轮安装板固定连接且用作输出端的固定板,所述行星轮转轴的一端穿设所述固定板。
进一步地,所述至少两级行星齿轮传动机构共用一个所述齿圈。
进一步地,所述舵机外壳包括相互扣合且固定连接的舵机上壳和舵机下壳,所述PCB板固定连接在所述舵机上壳上,所述爪勾转动连接在所述舵机下壳上。
进一步地,所述舵机下壳内设置有多个竖直向上的导向柱,所述行星轮下端盖的外沿开设有多个与所述导向柱匹配的U型槽。
实施本实用新型的一种机器人手臂,具有以下有益效果:其用于积木类益智类产品,采用行星轮传动与凸轮传动组合的方式实现三爪机构的开合功能,既实现了结构紧凑,又实现了功能需求,当PCB板发出指令驱动电机转动时带动行星齿轮传动系统转动,进而带动凸轮转动,爪勾的一端被抵压在行星齿轮传动系统与凹槽或锥面之间,当凸轮转动时爪勾的一端在凹槽与锥面之间切换,进而实现爪勾的开合运动,以便抓取或释放外部积木元件。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案,下面将对实施例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实用新型的一些实施例,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获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例提供的机器人手臂在三爪处于打开状态的剖视图(一);
图2是本实用新型实施例提供的机器人手臂在三爪处于打开状态的剖视图(二);
图3是本实用新型实施例提供的机器人手臂在三爪处于闭合状态的剖视图;
图4是本实用新型实施例提供的机器人手臂在三爪处于闭合状态的主视图;
图5是本实用新型实施例提供的机器人手臂的部分爆炸图;
图6是本实用新型实施例提供的机器人手臂的部分结构示意图;
图7是本实用新型实施例提供的一级行星齿轮传动机构与二级太阳轮的装配示意图;
图8是本实用新型实施例提供的二级行星齿轮传动机构与转动轴的装配示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
需说明的是,当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件,它可以直接或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件,它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”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,而不是指示或暗示所指的装置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专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
如图1至图4所示,本实用新型实施例提供的机器人手臂包括舵机外壳、PCB板2、电机4、行星齿轮传动系统以及三个爪勾27。其中,PCB板2、电机4和行星齿轮传动系统由上到下依次安装在舵机外壳内,电机4与PCB板2电性连接且可接收PCB板2的指令,行星齿轮传动系统的输入端与电机4的输出轴连接且可在电机4的驱动下转动。结合图5,行星齿轮传动系统的输出端固定连接有凸轮17,该凸轮17沿其圆周方向设有三个凹槽171及位于相邻两个凹槽171之间的锥面172,其中,锥面172为三个,爪勾27远离外部积木元件的一端被行星齿轮传动系统抵压在凹槽171内或者锥面172上,使得爪勾27的一端始终与凸轮17接触,当凸轮17转动时驱动爪勾27的一端在凹槽171或锥面172上的位置切换,进而使得爪勾27实现开合,以便抓取或释放外部积木元件。具体地,三个爪勾27转动连接在舵机外壳上且沿舵机外壳的外沿等间距分布,三个爪勾27的一端的下端面抵接在对应的凹槽171内或者锥面172上,而爪勾27的另一端用于抓取外部积木元件。如图1和图2所示,当凸轮17转动使得三个爪勾27的一端均抵接在凹槽171内时,爪勾27靠近外部积木元件的一端向外运动,从而实现三爪打开;如图3和图4所示,当凸轮17转动使得三个爪勾27的一端均抵接在锥面172上时,爪勾27靠近外部积木元件的一端向内运动,从而实现三爪闭合。当然,爪勾27也可以是根据实际需要而调整,相应地,应满足爪勾27、凹槽171和锥面172三者的个数相等即可。
本实用新型实施例的机器人手臂用于积木类益智类产品,采用行星轮传动与凸轮传动组合的方式实现三爪机构的开合功能,既实现了结构紧凑,又实现了功能需求,当PCB板2发出指令驱动电机4转动时带动行星齿轮传动系统转动,进而带动凸轮17转动,爪勾27的一端被抵压在行星齿轮传动系统与凹槽171或锥面172之间,当凸轮17转动时爪勾27的一端在凹槽171与锥面172之间切换,进而实现爪勾的开合运动,以便抓取或释放外部积木元件。
优选地,如图5所示,在凸轮17的外表面上且位于凹槽171的两侧壁上均设有过渡面173,该过渡面173与其相邻的锥面172相连,该过渡面173便于爪勾27从凹槽171过渡到锥面172或从锥面172过渡到凹槽171。进一步优选地,该过渡面173为包络面,且其个数为凹槽171的两倍。
进一步地,在行星齿轮传动系统的输出端固定连接有转动轴30,凸轮17与该转动轴30固定连接。具体地,转动轴30为销轴,在凸轮17的中心区域开设有用于容纳转动轴30的开孔174,转动轴30的一端插设在开孔174内且通过第一螺丝16固定在开孔174内。优选地,在转动轴30下端的外表面设有第一扁位301,在开孔174的内壁上设有第二扁位175,该第二扁位175与第一扁位301配合以防止凸轮17沿圆周方向相对转动轴30转动。其中,第一扁位301和第二扁位175均可以是平面。
进一步地,结合图1、图2、图5和图6,行星齿轮传动系统包括行星轮上端盖5、行星轮下端盖23,以及固定在行星轮上端盖5和行星轮下端盖23之间的至少两级行星齿轮传动机构,至少两级行星齿轮传动机构的输入端与电机4的输出轴连接且其输出端连接有转动轴30,同时在行星轮下端盖23上设有用于将三个爪勾27分别抵压在凸轮17上的三个抵压组件。其中,电机4通过第二螺丝18锁紧于行星轮上端盖5上,具体可在行星轮上端盖5上开设圆形的凹槽,电机4固定在凹槽内且电机4的输出轴穿过行星轮上端盖5与行星齿轮传动机构连接。优选地,三个抵压组件沿行星轮下端盖23的圆周方向均匀布置,且与三个爪勾27一一对应。
进一步地,抵压组件包括扭簧24和扭簧转轴25,扭簧24通过扭簧转轴25转动连接在行星轮下端盖23上。具体地,在行星轮下端盖23的中心区域开设有贯穿行星轮下端盖23的通孔,转动轴30穿过该通孔后与凸轮17固定连接;同时在行星轮下端盖23的圆周方向设置有三个通道231,三个抵压组件分别安装在三个通道231内,其中,扭簧转轴25与行星轮下端盖23过盈配合,扭簧24正压在爪勾27和行星轮下端盖23上,使得爪勾27始终与凸轮17接触,从而实现三爪的开合运动。
进一步地,每一行星齿轮传动机构包括用作输入端的太阳轮、与太阳轮外向啮合的多个行星轮、用于装配行星轮且用作输出端的行星架,以及套设在行星架外且用于与多个行星轮啮合的齿圈。行星架包括行星轮安装板、固定在行星轮安装板上且用于分别套设多个行星轮的多个行星轮转轴,以及与行星轮安装板固定连接且用作输出端的固定板,行星轮转轴的一端穿设固定板。
其中,在本实用新型的一个具体实施例中,行星齿轮传动机构的级数可以是两级或三级以上,但考虑到其所需实现的功能以及成本,以两级为优选,每级行星齿轮传动机构的行星轮的个数以三个为优选,下面以两级行星齿轮传动机构详细说明。
结合图7和图8,行星齿轮传动系统包括一级行星齿轮传动机构和二级行星齿轮传动机构。其中,一级行星齿轮传动机构包括作为输入端且与电机4的输出轴连接的一级太阳轮7、与一级太阳轮7外向啮合的三个一级行星轮8、用于装配一级行星轮8且用作输出端的一级行星架,以及套设在一级行星架外且用于与一级行星轮8啮合的齿圈11。一级行星架包括一级行星轮安装板6、固定在一级行星轮安装板6上且用于分别贯穿连接三个一级行星轮8的三个一级行星轮转轴27,以及通过三个一级行星轮转轴28与一级行星轮安装板6连接且用作输出端的一级固定板9,优选的,一级行星轮转轴28的一端穿设一级固定板9。具体地,通过第三螺丝20将一级固定板9和一级行星轮安装板6锁紧,且该一级固定板9作为一级行星齿轮传动机构的输出件。优选的,三个一级行星轮转轴28及第三螺丝20均匀设置在一级固定板9和一级行星轮安装板6上。在本实施例中,电机4上的马达齿可作为一级行星齿轮传动机构的一级太阳轮7。
二级行星齿轮传动机构包括作为输入端且与一级固定板9连接的二级太阳轮14、与二级太阳轮14外向啮合的三个二级行星轮13、用于装配二级行星轮13且用作输出端的二级行星架,以及套设在二级行星架外且用于与二级行星轮13啮合的齿圈11。二级行星架包括二级行星轮安装板10、固定在二级行星轮安装板10上且用于分别套设三个二级行星轮13的三个二级行星轮转轴29,以及通过所述三个二级行星轮转轴29与二级行星轮安装板10连接且用作输出端的二级固定板15,优选的,二级行星轮转轴29的一端穿设二级固定板15。具体地,二级太阳轮14紧配于一级固定板9上的轴上,通过第四螺丝21将二级固定板15和二级行星轮安装板10锁紧,该二级固定板15作为整个行星齿轮传动系统的输出件,其上设置有上述转动轴30。优选的,所述三个二级行星轮转轴29及第四螺丝21均匀设置在所述二级固定板15和二级行星轮安装板10上。
优选地,一级行星齿轮传动机构和二级行星齿轮传动机构共用一个齿圈11,节约了成本和空间,与整机连接方便,方便拆卸。具体地,齿圈11通过第五螺丝19与行星轮上端盖5固定连接,齿圈11通过第六螺丝22与行星轮下端盖23固定连接。
进一步地,舵机外壳包括相互扣合且固定连接的舵机上壳1和舵机下壳12,上述PCB板2通过第七螺丝3固定连接在舵机上壳1上,上述爪勾27转动连接在舵机下壳12上,舵机上壳1、齿圈11和舵机下壳12用螺丝锁紧。具体地,结合图5,爪勾27通过爪勾转轴26转动连接在舵机下壳12上,爪勾27与爪勾转轴26松配,爪勾转轴26与舵机下壳12紧配。
优选地,如图5所示,在舵机下壳12内设置有多个竖直向上的导向柱121,该导向柱121沿舵机下壳12的圆周方向布置,在行星轮下端盖23的外沿开设有多个与导向柱121匹配的U型槽232,该导向柱121对行星轮下端盖23实现圆周方向的定位,使之不能旋转。在本实用新型实施例中,导向柱121与U型槽232的个数相同。
在本实用新型实施例中,整个舵机的上壳、下壳和行星轮系统通过螺丝串联固定,即舵机上壳1、舵机下壳12和行星齿轮传动系统通过螺丝串联固定。
本实用新型实施例的机器人手臂的三爪机构的传动过程如下:PCB2发出指令驱动电机4转动,同时带动一级太阳轮7转动,一级太阳轮7带动一级行星轮8转动,三个一级行星轮8的外缘与齿圈11啮合,齿圈11连接固定在行星轮上端盖5和行星轮下端盖23之间及连接固定在舵机上壳1和舵机下壳12之间,从而驱动一级行星轮8带动一级行星轮安装板6和一级固定板9一同转动,由于二级太阳轮14固定于一级固定板9的轴上,从而使得一级固定板9既作为一级行星齿轮传动机构的输出,又作为二级行星齿轮传动机构的输入,同上述一级太阳轮7、一级行星轮8、一级行星轮安装板6和一级固定板9的传动原理相似,二级太阳轮14带动二级行星轮13转动,三个二级行星轮13的外缘与齿圈11啮合,从而驱动二级行星轮13带动二级行星轮安装板10和二级固定板15一同转动,二级固定板15上固定连接有转动轴30,从而作为整个行星齿轮传动系统的输出轴,带动凸轮17转动,从而带动三爪爪勾27绕爪勾转轴26转动,进而实现三爪爪勾27的开合动作。
综上所述,本实用新型实施例采用行星传动加凸轮传动组合的形式实现三爪开合,使积木玩具更智能化,便于开发小孩智力,同时可运用于教育类课程等。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人手臂,其特征在于,包括舵机外壳,由上到下依次安装在所述舵机外壳内的PCB板、电机、行星齿轮传动系统,以及转动连接在所述舵机外壳上的多个爪勾;所述电机与所述PCB板电性连接,多个所述爪勾分别转动连接在所述舵机外壳上,所述行星齿轮传动系统的输入端与所述电机的输出轴连接,所述行星齿轮传动系统的输出端固定连接有凸轮,所述凸轮沿其圆周方向设有多个凹槽及位于相邻两个所述凹槽之间的锥面,所述爪勾的一端被抵压在所述行星齿轮传动系统与所述凹槽或所述锥面之间,以使所述爪勾在所述凸轮的驱动下进行开合运动。
2.如权利要求1所述的机器人手臂,其特征在于,每一所述凹槽的两侧壁上均设有与所述锥面连接的过渡面。
3.如权利要求1所述的机器人手臂,其特征在于,所述行星齿轮传动系统的输出端设有与所述凸轮固定连接的转动轴,所述凸轮开设有用于容纳所述转动轴的开孔,所述转动轴下端的外表面设有第一扁位,所述开孔的内壁设有与所述第一扁位配合以防止所述凸轮相对所述转动轴转动的第二扁位。
4.如权利要求3所述的机器人手臂,其特征在于,所述行星齿轮传动系统包括行星轮上端盖、行星轮下端盖,以及固定在所述行星轮上端盖和行星轮下端盖之间的至少两级行星齿轮传动机构,至少两级行星齿轮传动机构的输入端与所述电机的输出轴连接且输出端连接有所述转动轴,所述行星轮下端盖上设有用于将所述爪勾抵压在所述凸轮上的抵压组件。
5.如权利要求4所述的机器人手臂,其特征在于,所述抵压组件包括扭簧及扭簧转轴,所述扭簧通过所述扭簧转轴转动连接在所述行星轮下端盖上。
6.如权利要求4所述的机器人手臂,其特征在于,每一所述行星齿轮传动机构包括用作输入端的太阳轮、与所述太阳轮外向啮合的多个行星轮、用于装配所述行星轮且用作输出端的行星架,以及套设在所述行星架外且用于与多个所述行星轮啮合的齿圈。
7.如权利要求6所述的机器人手臂,其特征在于,所述行星架包括行星轮安装板、固定在所述行星轮安装板上且用于分别贯穿连接多个所述行星轮的多个行星轮转轴,以及与所述行星轮安装板固定连接且用作输出端的固定板,所述行星轮转轴的一端穿设所述固定板。
8.如权利要求6所述的机器人手臂,其特征在于,所述至少两级行星齿轮传动机构共用一个所述齿圈。
9.如权利要求4至8任一项所述的机器人手臂,其特征在于,所述舵机外壳包括相互扣合且固定连接的舵机上壳和舵机下壳,所述PCB板固定连接在所述舵机上壳上,所述爪勾转动连接在所述舵机下壳上。
10.如权利要求9所述的机器人手臂,其特征在于,所述舵机下壳内设置有多个竖直向上的导向柱,所述行星轮下端盖的外沿开设有多个与所述导向柱匹配的U型槽。
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