CN208358802U - 一种双机器人系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种双机器人系统，包括手臂机器人和手指机器人，所述手指机器人为微型机器人，设置在所述手臂机器人的末端位置；所述手指机器人末端位置设置有执行机构，所述执行机构在所述手臂机器人和所述手指机器人的协同合作控制下，在一定的空间范围内精确移动。本实用新型提供的双机器人系统，可靠性好、精度高、能够完全模拟人的书写过程；不仅具有传统串联机器人活动空间大、高精度、高刚度的优点，还通过冗余自由度的配置提供系统更高的灵活度；末端机器人的微型化可以有效地减小整个系统的惯量，使整个系统具有灵活、稳定以及紧凑的特点；双机器人的协同工作比单台机器人具有更高的精度、灵活性及更广的应用前景。

Description

一种双机器人系统

技术领域

本实用新型涉及机器人设备技术领域，具体涉及一种双机器人系统。

背景技术

在实际工作、生活中经常会遇到一些需要重复绘制、书写的情况，如教学时需要重复绘图，生活中书写邀请函、请柬、签字等，这种情况下，如果采用人工操作，既浪费时间也是对人力的巨大浪费。

目前，市场上出现了一些桌面级机械臂，末端执行机构装上笔后，可以进行重复手写和绘画。桌面级机械臂多采用三轴的关节机器人、SCARA机器人和DELTA机器人等。上述机械臂虽然可以进行写字，但精度较低，由于其采用通过手臂运动的方式进行写字，不符合人体工程学的书写方式，无法完全模拟人的书写过程。人进行书写时是通过手臂工作范围大的特性，带动手指在较大的范围上移动，将手指移动到目标点附近，再通过手指操作笔进行精确定位书写。

可见，人进行书写是一个复杂的过程，而这个复杂的过程用一台机器人已经不能完成，需要两台机器人或多台机器人协同才能完成。因此，急需一种能够完全模拟人书写的双机器人系统来解决如上技术问题。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于针对上述背景技术中的缺陷和不足，提供一种替代人工重复操作、结构简单、可靠性高、精度高、能够完全模拟人书写的双机器人系统。同时该双机器人系统制造简单，成本较低，便于大规模生产应用。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

包括手臂机器人和手指机器人，所述手指机器人为微型机器人，所述手指机器人的尺寸小于所述手臂机器人，所述手指机器人设置在所述手臂机器人的末端位置，所述手臂机器人致动所述手指机器人在一定的空间范围内移动；所述手指机器人末端位置设置有执行机构，所述手指机器人控制所述执行机构在一定的范围内移动；所述执行机构在所述手臂机器人和所述手指机器人的协同合作控制下在一定的空间范围内移动。

进一步地，所述手臂机器人包括底座、电机支架、电机、外转筒、大臂、小臂、螺旋传动机构、内转筒和同步带装置；所述电机支架固定在所述底座上；所述外转筒与所述内转筒固连。

进一步地，所述电机包括第一电机、第二电机；所述第一电机和第二电机分别固定在所述电机支架两侧；所述第一电机通过第一同步带装置带动所述内转筒和所述外转筒旋转；所述外转筒设置有开口部，所述开口部与所述大臂限位配合安装。

进一步地，所述螺旋传动机构包括丝杠和螺母，所述丝杠上安装所述螺母，所述螺母与所述大臂固连；所述第二电机通过第二同步带装置带动所述丝杠转动。

进一步地，所述大臂数量为两个，两个所述大臂组成上下双层结构，所述大臂为分体式结构，包括第一大臂和第二大臂。

进一步地，所述电机还包括第三电机，所述第三电机设置在所述第二大臂上，所述第三电机通过第三同步带装置带动所述小臂旋转；所述小臂的一侧与所述大臂连接，另一侧安装所述手指机器人。

进一步地，所述第一同步带装置、第二同步带装置和第三同步带装置的同步带均为封闭式同步带，且均通过电机安装孔进行张紧调节。

进一步地，所述手指机器人包括壳体、驱动电机、横向导轨、纵向导轨、第四同步带装置、滑块和执行机构；所述壳体、驱动电机、横向导轨、纵向导轨、和滑块的数量均为两个，均成对使用且对称安装。

进一步地，两个所述壳体组成手指机器人的外壳，所述外壳的一侧设置有开口；两个所述驱动电机设置在所述外壳的上表面，用于驱动所述第四同步带装置；两个所述横向导轨设置在所述外壳内部，并均与所述外壳固连。

进一步地，两个所述纵向导轨滑动设置在所述横向导轨中部的轨道中；所述纵向导轨从所述开口中伸出，所述执行机构设置在所述纵向导轨在所述外壳外部的一端。

进一步地，两个所述滑块分别设置在所述横向导轨和纵向导轨的连接处，所述滑块包括第一部分和第二部分，所述第一部分与所述横向导轨滑动配合安装，所述第二部分与所述纵向导轨滑动配合安装。

进一步地，所述第四同步带装置包括驱动同步带轮、从动同步带轮、张紧轮、调紧块和第二同步带；两个所述驱动同步带轮分别设置在所述横向导轨两端的中部安装空腔中，两个所述驱动同步带轮分别与两个所述驱动电机连接；所述从动同步带轮设置在所述纵向导轨在所述外壳内部的一端；在所述滑块的第二部分上设置有安装孔，用于安装所述张紧轮的轴；所述调紧块设置在所述纵向导轨内与所述从动同步带轮相对端的安装空腔中。

进一步地，所述第二同步带为开口式同步带，所述第二同步带缠绕在所述驱动同步带轮、从动同步带轮、张紧轮上；所述第二同步带的两端通过所述调紧块进行固定和张紧调节。

进一步地，所述手臂机器人的平面工作范围大于手指机器人的平面工作范围，所述手指机器人的平面工作范围为10mm×10mm~50mm×50mm。

本实用新型提供的双机器人系统及其控制方法与现有技术相比，有益效果在于：能够替代人工重复操作、结构简单、连接方便、易于移动、操作。同时该双机器人系统制造简单，成本较低，可书写出大小不同、字体不同的书法作品，及不同方式、不同设计的绘画作品，便于大规模生产应用。

本申请的双机器人系统不仅具有传统串联机器人活动空间大的优点，而且还具有高精度、高刚度的优点，可以通过冗余自由度的配置来提供系统更高的灵活度。同时，通过末端微型的机器人进行书写可以有效地减小系统整体的惯量，使整个系统具有灵活、稳定以及紧凑的特点。双机器人的协同工作比单台机器人具有更高的精度、灵活性及更广的应用前景。

总之，本实用新型提出了一种结构简单、实用性强的双机器人系统，其在智能机器人领域中具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型双机器人系统的结构示意图；

图2是本实用新型手臂机器人的结构示意图；

图3是本实用新型手臂机器人传动机构的示意图；

图4是本实用新型手臂机器人臂体的示意图；

图5是本实用新型手指机器人的结构示意图；

图6是本实用新型手指机器人传动机构的示意图一；

图7是本实用新型手指机器人传动机构的示意图二；

图8是本实用新型滑块的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

1手臂机器人，1-1底座，1-2电机支架，1-3第一电机，1-4第二电机，1-5第三电机，1-6外转筒，1-7大臂，1-71第一大臂，1-72第二大臂，1-8小臂，1-9丝杠，1-10螺母，1-11内转筒，2手指机器人，2-1壳体，2-11开口，2-2驱动电机，2-3横向导轨，2-4纵向导轨，2-5驱动同步带轮，2-6从动同步带轮，2-7张紧轮，2-8调紧块，2-9滑块，2-91第一部分，2-92第二部分，2-93安装孔，2-10笔。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下，将通过具体实施例对本实用新型的双机器人系统作详细说明：

如图1所示，本实用新型所述的双机器人系统，包括手臂机器人1和手指机器人2，手指机器人2安装在手臂机器人1的末端，作为手臂机器人1的末端执行机构；笔安装在手指机器人2的末端，作为手指机器人2的末端执行机构，同时也是整个双机器人系统的末端执行机构，实现最终的书写或绘画。

如图2-4所示，手臂机器人1包括底座1-1、电机支架1-2，第一电机1-3，第二电机1-4，第三电机1-5，外转筒1-6，大臂1-7，小臂1-8，丝杠1-9、螺母1-10和内转筒1-11等零部件。

电机支架1-2固定在底座1-1上，电机支架1-2两侧分别固定有第一电机1-3和第二电机1-4。第一电机1-3通过第一同步带装置带动内转筒1-11旋转，外转筒1-6与内转筒1-11固连，一起转动；外转筒1-6设置有开口部，所述开口部与两个大臂1-7限位配合安装；外转筒1-6转动时，带动两个大臂1-7一起转动；从而实现第一电机1-3对大臂1-7的旋转致动及控制。

第二电机1-4通过第二同步带装置带动丝杠1-9转动，丝杠1-9通过轴承旋转支撑在外转筒、内转筒和底座内部的中心部位；丝杠1-9上设置有两个螺母1-10，两个螺母1-10分别与两个大臂1-7固连；由于丝杠1-9转动时带动两个螺母1-10上下移动，大臂随着螺母一起上下移动，从而实现第二电机1-4对大臂1-7的上下致动及控制。

两个大臂1-7组成上下双层的结构，可提高臂体的强度和刚度。每个大臂1-7均由第一大臂1-71和第二大臂1-72组成，第一大臂1-71和第二大臂1-72由螺钉连接；大臂1-7的分体式结构便于大臂1-7与螺母1-10的连接。第三电机1-5设置在下层的大臂1-7上，通过第三同步带装置带动小臂1-8转动。小臂1-8的一侧与大臂1-7连接，另一侧为手臂机器人1的末端位置，用于安装手指机器人2。

上述三个同步带装置均为封闭式同步带，均通过电机的安装孔进行张紧调节。

如图5-8所示，手指机器人2包括壳体2-1，驱动电机2-2，横向导轨2-3，纵向导轨2-4，第四同步带装置，滑块2-9和笔2-10等零部件。

上下两个所述壳体2-1通过螺钉连接组成手指机器人2的外壳，所述外壳的一侧设置有开口2-11。两个所述驱动电机2-2对称安装在所述外壳的上表面上，用于进行所述第四同步带装置的驱动。两个所述横向导轨2-3对称安装设置在所述外壳内部，并均与所述壳体2-1固连。两个对称安装的所述纵向导轨2-4滑动设置在所述横向导轨2-3中部的轨道中，并可在轨道中横向和纵向滑动；所述纵向导轨2-4从所述开口2-11中伸出，在所述纵向导轨2-4在所述外壳外部的一端，设置有所述笔2-10。两个滑块2-9分别设置所述横向导轨和纵向导轨的连接处，所述滑块2-9由第一部分2-91和第二部分2-92两部分组成，所述第一部分2-91与所述横向导轨滑动配合安装，所述第二部分2-92与所述纵向导轨滑动配合安装，所述滑块用于纵向导轨在横向导轨中移动时进行导向。

所述壳体、驱动电机、横向导轨、纵向导轨和滑块的数量均为两个，均成对使用且对称安装，便于加工和安装，大大降低成本。

所述第四同步带装置包括驱动同步带轮2-5，从动同步带轮2-6，张紧轮2-7，调紧块2-8和第二同步带等。两个所述驱动同步带轮2-5分别设置在所述横向导轨2-3两端的中部安装空腔中，两个所述驱动同步带轮2-5分别与两个所述驱动电机2-2连接。所述纵向导轨2-4在外壳内部一端的安装空腔中设置有从动同步带轮2-6。在所述滑块的第二部分2-92上设置有四个安装孔2-93，用于安装张紧轮2-9的轴，从而将四组张紧轮2-7安装在两个所述滑块的四个角上。所述调紧块2-8设置在所述纵向导轨在外壳外部的安装空腔中，用于对第二同步带进行张紧调节。

所述第二同步带为开口式同步带，其缠绕在所述驱动同步带轮2-5，从动同步带轮2-6和张紧轮2-7上。所述第二同步带的两端分别通过顶丝固定在所述调紧块2-8处，并进行张紧调节。

当两个所述驱动电机2-2同向同速转动时，所述纵向导轨在所述横向导轨中横向移动；当两个所述驱动电机2-2反向同速旋转时，带动所述纵向导轨在所述横向导轨中纵向移动。当两个所述驱动电机2-2旋转速度不同时，可带动所述纵向导轨在所述横向导轨中同时沿着横向和纵向移动，也就是斜着移动。通过对两个驱动电机2-2旋转方向和速度的准确控制，可实现对纵向导轨2-4运动的精确控制，进而实现对设置在纵向导轨2-4末端的笔2-10进行精确控制，从而实现高精度的写字或绘画。

根据本实用新型所提供的双机器人系统，所述手臂机器人1还可为本领域其它常见的桌面级机械臂，例如多轴关节机器人、DELTA机器人等，所述手臂机器人具有较大的移动范围，可带动末端的手指机器人2在较大的平面范围上移动，例如300mm*300mm；同时手臂机器人1可带动手指机器人2上下移动，实现双机器人系统进行书写时的提笔动作。

根据本实用新型所提供的双机器人系统，所述手指机器人2为微型机器人，具有较小的尺寸，例如70mm*70mm*30mm；同时其具有较小的平面工作范围，例如30mm*30mm；手指机器人2的书写精度高，可书写较小的文字，例如3mm*3mm大的文字。

本实用新型的双机器人系统进行书写时，先由手臂机器人1将手指机器人2移动到第一目标点附近，再通过手指机器人2和手臂机器人1的配合控制笔进行精确定位书写；当手指机器人2达到工作范围极限时，再由手臂机器人1将手指机器人2移动到第二目标点附近，再通过手指机器人2和手臂机器人1的配合控制笔进行精确定位书写，由此依次循环，通过手指机器人2和手臂机器人1的双机合作，完成大范围且高精度的书写。

当然，由于笔也是整个双机器人系统的末端执行机构，因此也可以只由手臂机器人1带动进行写字，即此时手指机器人2不对笔进行控制，只由手臂机器人1对笔进行控制，进行写字或绘画。

本实用新型提供的双机器人系统能够替代人工重复操作、结构简单、连接方便、易于移动、操作。同时该机器人制造简单，成本较低，可书写出大小不同、字体不同的书法作品，及不同方式、不同设计的绘画作品，便于大规模生产应用。

本大名的双机器人系统不仅具有传统串联机器人活动空间大的优点，而且还具有高精度、高刚度的优点，可以通过冗余自由度的配置来提供更高的灵活度。同时，通过末端小型的机器人进行书写可以有效地减小整体的惯量，使整个系统具有灵活、稳定以及紧凑的特点。双机器人的协同工作比单台机器人具有更高的精度、灵活性及更广的应用前景。

总之，本实用新型提出了一种结构简单、实用性强的双机器人系统，其在智能机器人领域中具有广泛的应用前景。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面” 可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、 或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

Claims (14)

1.一种双机器人系统，包括手臂机器人和手指机器人，其特征在于：所述手指机器人为微型机器人，所述手指机器人的尺寸小于所述手臂机器人，所述手指机器人设置在所述手臂机器人的末端位置，所述手臂机器人致动所述手指机器人在一定的空间范围内移动；所述手指机器人末端位置设置有执行机构，所述手指机器人控制所述执行机构在一定的范围内移动；所述执行机构在所述手臂机器人和所述手指机器人的协同合作控制下在一定的空间范围内移动。

2.根据权利要求1所述的双机器人系统，其特征在于：所述手臂机器人包括底座、电机支架、电机、外转筒、大臂、小臂、螺旋传动机构、内转筒和同步带装置；所述电机支架固定在所述底座上；所述外转筒与所述内转筒固连。

3.根据权利要求2所述的双机器人系统，其特征在于：所述电机包括第一电机、第二电机；所述第一电机和第二电机分别固定在所述电机支架两侧；所述第一电机通过第一同步带装置带动所述内转筒和所述外转筒旋转；所述外转筒设置有开口部，所述开口部与所述大臂限位配合安装。

4.根据权利要求3所述的双机器人系统，其特征在于：所述螺旋传动机构包括丝杠和螺母，所述丝杠上安装所述螺母，所述螺母与所述大臂固连；所述第二电机通过第二同步带装置带动所述丝杠转动。

5.根据权利要求4所述的双机器人系统，其特征在于：所述大臂数量为两个，两个所述大臂组成上下双层结构，所述大臂为分体式结构，包括第一大臂和第二大臂。

6.根据权利要求5所述的双机器人系统，其特征在于：所述电机还包括第三电机，所述第三电机设置在所述第二大臂上，所述第三电机通过第三同步带装置带动所述小臂旋转；所述小臂的一侧与所述大臂连接，另一侧安装所述手指机器人。

7.根据权利要求6所述的双机器人系统，其特征在于：所述第一同步带装置、第二同步带装置和第三同步带装置的同步带均为封闭式同步带，且均通过电机安装孔进行张紧调节。

8.根据权利要求1所述的双机器人系统，其特征在于：所述手指机器人包括壳体、驱动电机、横向导轨、纵向导轨、第四同步带装置、滑块和执行机构；所述壳体、驱动电机、横向导轨、纵向导轨、和滑块的数量均为两个，均成对使用且对称安装。

9.根据权利要求8所述的双机器人系统，其特征在于：两个所述壳体组成手指机器人的外壳，所述外壳的一侧设置有开口；两个所述驱动电机设置在所述外壳的上表面，用于驱动所述第四同步带装置；两个所述横向导轨设置在所述外壳内部，并均与所述外壳固连。

10.根据权利要求9所述的双机器人系统，其特征在于：两个所述纵向导轨滑动设置在所述横向导轨中部的轨道中；所述纵向导轨从所述开口中伸出，所述执行机构设置在所述纵向导轨在所述外壳外部的一端。

11.根据权利要求10所述的双机器人系统，其特征在于：两个所述滑块分别设置在所述横向导轨和纵向导轨的连接处，所述滑块包括第一部分和第二部分，所述第一部分与所述横向导轨滑动配合安装，所述第二部分与所述纵向导轨滑动配合安装。

12.根据权利要求11所述的双机器人系统，其特征在于：所述第四同步带装置包括驱动同步带轮、从动同步带轮、张紧轮、调紧块和第二同步带；两个所述驱动同步带轮分别设置在所述横向导轨两端的中部安装空腔中，两个所述驱动同步带轮分别与两个所述驱动电机连接；所述从动同步带轮设置在所述纵向导轨在所述外壳内部的一端；在所述滑块的第二部分上设置有安装孔，用于安装所述张紧轮的轴；所述调紧块设置在所述纵向导轨内与所述从动同步带轮相对端的安装空腔中。

13.根据权利要求12所述的双机器人系统，其特征在于：所述第二同步带为开口式同步带，所述第二同步带缠绕在所述驱动同步带轮、从动同步带轮、张紧轮上；所述第二同步带的两端通过所述调紧块进行固定和张紧调节。

14.根据权利要求1所述的双机器人系统，其特征在于：所述手臂机器人为桌面级机械臂，所述手臂机器人的平面工作范围大于手指机器人的平面工作范围，所述手指机器人的平面工作范围为10mm×10mm~50mm×50mm。