CN208557504U - 一种3d打印而成的桌面教育机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种3D打印而成的桌面教育机器人，包括底座，转动连接于所述底座上的转动座，用于驱动所述转动座相对于底座转动的电机I，绕水平方向转动连接于所述转动座的大臂，用于驱动所述大臂相对于转动座摆动的电机II，转动连接于所述大臂的转动臂安装座，用于驱动所述转动臂安装座相对于大臂转动的电机III，转动连接于转动臂安装座的转动臂，用于驱动所述转动臂相对于转动臂安装座转动的电机IV，固定于所述转动臂的小臂，转动连接于所述小臂的工作电机，以及用于驱动所述工作电机相对于小臂转动的电机V；所述底座、转动座、大臂、转动臂安装座、转动臂和小臂均通过3D打印制作，通过3d打印制造复杂结构的机械臂臂体生产成本较低，适合产品多样化的小批量生产，有利于产品的市场推广。

Description

一种3D打印而成的桌面教育机器人

技术领域

本实用新型涉及教育演示用机器人领域，特别涉及一种3D打印而成的桌面教育机器人。

背景技术

随着社会的进步，机械手臂是目前在工业机器人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、教育教学、半导体制造以及太空探索等领域都能见到它的身影。在教育教学方面能让学生了解机械臂的工作过程，了解力的产生到转化的过程；因此，学校经常组织学生到工厂考察学习各种机械臂工作，由于，工厂都是大型机械臂，学生进入学习很不方便，且存在较多安全隐患。

因此，需要一种3D打印而成的桌面教育机器人，该平台实现了工业机器人的小型化与轻量化，实现了将大型工业机器人变成了教学演示产品，可布置在教室、书房等研究和学习场所，而现有的教育演示型工业机器人的各段臂体通常采用铝合金等金属材料制作，采用金属材料不利于实现桌面教育机器人的轻量化，若采用塑料通过注塑成型各段臂体，则开模成本较高，无法适应需求有限的桌面教育机器人市场。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种3D打印而成的桌面教育机器人，该机器人采用3D打印制作而成，能够实现了工业机器人小型化与轻量化，可布置在教室、书房等研究和学习场所，便于拆卸与安装，外形美观，拆卸不伤手，能让使用者更加全面的掌握工业机器人工作的过程，同时其生产成本较低，有利于产品的市场推广。

本实用新型的3D打印而成的桌面教育机器人包括：底座，转动连接于所述底座上的转动座，用于驱动所述转动座相对于底座转动的电机I，绕水平方向转动连接于所述转动座的大臂，用于驱动所述大臂相对于转动座摆动的电机II，转动连接于所述大臂的转动臂安装座，用于驱动所述转动臂安装座相对于大臂转动的电机III，转动连接于转动臂安装座的转动臂，用于驱动所述转动臂相对于转动臂安装座转动的电机IV，固定于所述转动臂的小臂，转动连接于所述小臂的工作电机，以及用于驱动所述工作电机相对于小臂转动的电机V；所述底座、转动座、大臂、转动臂安装座、转动臂和小臂均通过3D打印制作；

进一步，所述电机I通过带/链传动机构I驱动转动座转动；所述底座包括基板和一体成型于所述基板上的圆锥台；所述基板底部形成有用于容纳所述带/链传动机构I的腔体；所述锥台内设有轴承座；

进一步，所述转动座包括底板和固定于所述底板的左侧板和右侧板；所述大臂内端转动连接于所述左侧板，所述电机II固定安装于所述右侧板；所述左侧板和右侧板之间铰接有缓冲缸安装筒；

进一步，所述电机III固定于大臂，并通过带/链传动机构II驱动转动臂安装座相对于大臂转动；所述大臂包括分体式的臂体、固定于臂体一侧的加强肋以及固定于臂体另一侧用于容纳带/链传动机构II的密封仓；所述臂体包括相互固定的大臂前段和大臂后段；所述密封仓包括两个相对设置形成环形结构的U形条以及用于封闭该环形结构的端盖；

进一步，所述转动臂安装座包括相互固定的上半体和下半体；所述上半体和下半体分别设有用于安装电机V和电机IV的安装孔；所述上半体一体成型有法兰盘，并通过该法兰盘传动连接所述带/链传动机构II的从动带/链轮；

进一步，所述电机IV通过带/链传动机构III驱动转动臂转动，且转动臂一体成形有所述带/链传动机构III的从动带/链轮。

进一步，所述电机V传动连接于一穿过旋转臂的传动轴，所述传动轴的动力依次通过锥齿轮副和带/链传动机构IV驱动工作电机相对于小臂转动，所述小臂固定于转动臂一侧，转动臂的另一侧固定有用于容纳带/链传动机构IV的第二密封仓，所述工作电机位于小臂和第二密封仓之间。

本实用新型的有益效果：本实用新型的3D打印而成的桌面教育机器人，该机器人的底座、转动座、大臂、转动臂安装座、转动臂和小臂可均由热塑性塑料通过激光烧结进行3D打印制作；打印而成的底座、转动座、大臂、转动臂安装座、转动臂和小臂的自重较轻，利于实现教育机器人的小型化与轻量化，使其能够布置在教室、书房等研究和学习场所，另外，通过3d打印制造复杂结构的机械臂臂体生产成本较低，适合产品多样化的小批量生产，有利于产品的市场推广。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

图1为本实用新型的轴测图I；

图2为本实用新型的轴测图II；

图3为本实用新型的底座的结构示意图；

图4为本实用新型的转动座的结构示意图；

图5为本实用新型的转动座与底座的安装示意图；

图6为本实用新型的转动座与底座的剖视图；

图7为本实用新型的大臂的结构示意图；

图8为本实用新型的转动臂安装座的结构示意图

图9为本实用新型的大臂与转动臂安装座的连接示意图I；

图10为本实用新型的大臂与转动臂安装座的连接示意图II；

图11为本实用新型的转动臂、小臂、工作电机的连接示意图；

图12为本实用新型的转动臂、小臂、工作电机的剖视图。

具体实施方式

如图1-3，本实施例的3D打印而成的桌面教育机器人，包括底座1，所述底座1设有电机I18；转动座2，所述转动座2绕竖直方向转动连接于所述底座1上方，所述电机I18通过带传动机构I驱动所述转动座2相对于底座1转动；大臂7，所述大臂7绕水平方向转动连接于所述转动座2；所述转动座2设有电机II3，所述电机II3的输出轴传动连接于所述大臂7，用于驱动所述大臂7相对于转动座2摆动；转动臂安装座10，用于安装可相对于其转动的转动臂11；所述转动臂安装座10转动连接于所述大臂7，所述大臂7设有电机III4，该电机III4通过带传动机构II驱动所述转动臂安装座10相对于大臂7转动；所述转动臂安装座10设有电机IV6，所述电机IV6通过带传动机构III驱动转动臂11相对于转动臂安装座10转动；小臂8，所述小臂8固定于转动臂11，小臂8转动连接有工作电机12；所述转动臂安装座10设有电机V9，所述电机V9传动连接于一穿过转动臂11的传动轴26，所述传动轴26依次通过锥齿轮副和带传动机构IV驱动工作电机12相对于小臂8转动。所述底座1、转动座2、大臂7、转动臂安装座10、转动臂11和小臂8均通过3D打印制作(材料为现有的光敏树脂复合材料或者高分子粉末材料)，利于实现了桌面教育机器人的小型化与轻量化，可布置在教室、书房等研究和学习场所，外形美观，拆卸不伤手，同时其生产成本较低，有利于产品的市场推广。

另一方面，本实施例中的转动座2、转动臂安装座10、转动臂11以及工作电机12的转动均通过带传动的方式进行驱动，这种驱动方式一方面能够实现减速增距，另一方面能够将动力源(即各个电机)布置在靠近臂体内端的位置(本文中所述的“内端”指的是靠近底座1的一端，“外端”指的是远离底座1的一端)，从而降低各个臂体所需承受的载荷，进而可以实现机器人整体的轻量化；例如，对于转动臂安装座10的驱动，传统的机器人需要将电机III4靠近大臂7外端设置，使电机III4的驱动轴直接传动连接于转动臂安装座10以驱动其转动；而本实用新型中，可以将电机III4靠近大臂7内端布置，利用带传动机构驱动转动臂安装座10转动，这种布置方式可以大大减轻大臂7在工作中所承受的载荷，使大臂7能够采用强度较小、重量较轻的3D打印成型工艺制作。

本实施例中，如图3所示，所述底座1包括基板29和一体成型于所述基板29上的圆锥台31；所述基板29底部形成有用于容纳所述带传动机构I的腔体30；所述锥台31内设有轴承座孔32，所述转动座2底部固定有竖直设置的转轴I19，该转轴I19通过两个圆锥滚子轴承17转动支承于所述轴承座孔32，转轴I19下端固定有从动带轮I16，所述电机I18其输出轴固定有与所述从动带轮I16通过同步带进行传动的主动带轮I15；所述主动带轮I15、从动带轮I16和同步带均位于基板29底部的腔体30内。

如图4-6所示，本实施例中，所述转动座2包括底板35和固定于所述底板35的左侧板33和右侧板34；所述大臂7内端转动连接于所述左侧板33，所述电机II3固定安装于所述右侧板34；所述左侧板33和右侧板34之间铰接有缓冲缸安装筒，所述大臂7内端固定有转轴II13，该转轴II13通过轴承转动支承于所述左侧板33，并固定连接于安装于右侧板34上的电机II3的输出轴；所述转轴II13固定有用于连接缓冲缸的缓冲缸摆臂14，缓冲缸的缸体固定在缓冲缸安装筒5内，缓冲缸的推杆铰接于缓冲缸摆臂14，利用缓冲缸对转轴II13的转动形成反向作用力。

如图7所示，本实施例中，所述大臂7包括分体式的臂体、固定于臂体一侧的加强肋36-1以及固定于臂体另一侧用于容纳带传动机构II的第一密封仓20；所述臂体包括相互固定的大臂前段36和大臂后段38；如图10，所述第一密封仓20包括口部对接形成环形结构的两个U形条37以及用于封闭该环形结构的端盖(图中未示出)，所述转动臂安装座10固定有转轴III24，转轴III24固定有从动带轮II21并通过轴承转动支承于臂体，所述电机III4固定于臂体，且电机III4的输出轴固定有与从动带轮II21通过同步带进行传动的主动带轮II22，由于电机III4靠近大臂7内端布置，利用带传动机构驱动转动臂安装座10转动，这种布置方式可以大大减轻大臂7在工作中所承受的载荷，同时所述从动带轮II21、主动带轮II22以及连接于二者之间的同步带均位于第一密封仓20内；第一密封仓20可以避免杂质沾染在从动带轮II21、主动带轮II22以及同步带上，提高传动的可靠性；当然，密封腔的盖板可以采用透明材料制作，使用者可以透过盖板直观的观察带传动的工作过程，提高演示效果。

如图8-10所示，本实施例中，所述转动臂安装座10包括相互固定的上半体40和下半体39；所述上半体40和下半体39分别设有用于安装电机V9和电机IV6的安装孔；所述上半体40一体成型有法兰盘41，并通过该法兰盘41固定连接所述带传动机构II的从动带轮21，所述电机IV6通过带传动机构III驱动转动臂11转动，且转动臂11一体成形有所述带传动机构III的从动带轮23，电机IV6的输出轴固定有传动机构III的主动带轮，这种将从动带轮III23与转动臂11一体化的设计，可以减少机器人的零部件数量，简化机器人的整体结构。

如图11-12所示，本实施例中，所述工作电机12通过与其固定的转轴IV转动连接于小臂8外端，转轴IV固定有从动带轮IV25，所述小臂8靠近其内端位置设有与从动带轮IV25通过同步带进行传动的主动带轮IV(图中未示出)；主动带轮IV同轴固定有从动锥齿轮28，所述传动轴26同轴固定有与所述从动锥齿轮28啮合的主动锥齿轮27，电机V9的动力通过传动轴26驱动主动锥齿轮27转动，主动锥齿轮27驱动从动锥齿轮28和主动带轮IV转动，然后通过同步带将动力传递至从动带轮IV25和转轴IV，最终驱动工作电机12相对于小臂8转动，工作电机12的输出轴上可以安装刀具等零件，以模拟工业机器人的工作。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种3D打印而成的桌面教育机器人，其特征在于，包括：底座，转动连接于所述底座上的转动座，用于驱动所述转动座相对于底座转动的电机I，绕水平方向转动连接于所述转动座的大臂，用于驱动所述大臂相对于转动座摆动的电机II，转动连接于所述大臂的转动臂安装座，用于驱动所述转动臂安装座相对于大臂转动的电机III，转动连接于转动臂安装座的转动臂，用于驱动所述转动臂相对于转动臂安装座转动的电机IV，固定于所述转动臂的小臂，转动连接于所述小臂的工作电机，以及用于驱动所述工作电机相对于小臂转动的电机V；所述底座、转动座、大臂、转动臂安装座、转动臂和小臂均通过3D打印制作。

2.根据权利要求1所述的3D打印而成的桌面教育机器人，其特征在于：所述电机I通过带/链传动机构I驱动转动座转动；所述底座包括基板和一体成型于所述基板上的圆锥台；所述基板底部形成有用于容纳所述带/链传动机构I的腔体；所述锥台内设有用于转动支承转动座的轴承座孔。

3.根据权利要求2所述的3D打印而成的桌面教育机器人，其特征在于：所述转动座包括底板和固定于所述底板的左侧板和右侧板；所述大臂内端转动连接于所述左侧板，所述电机II固定安装于所述右侧板；所述左侧板和右侧板之间铰接有缓冲缸安装筒。

4.根据权利要求3所述的3D打印而成的桌面教育机器人，其特征在于：所述电机III固定于大臂，并通过带/链传动机构II驱动转动臂安装座相对于大臂转动；所述大臂包括分体式的臂体、固定于臂体一侧的加强肋以及固定于臂体另一侧用于容纳带/链传动机构II的第一密封仓；所述臂体包括相互固定的大臂前段和大臂后段；所述第一密封仓包括口部对接形成环形结构的两个U形条以及用于封闭该环形结构的端盖。

5.根据权利要求4所述的3D打印而成的桌面教育机器人，其特征在于：所述转动臂安装座包括相互固定的上半体和下半体；所述上半体和下半体分别设有用于安装电机V和电机IV的安装孔；所述上半体一体成型有法兰盘，并通过该法兰盘传动连接所述带/链传动机构II的从动带/链轮。

6.根据权利要求5所述的3D打印而成的桌面教育机器人，其特征在于：所述电机IV通过带/链传动机构III驱动转动臂转动，且转动臂一体成形有所述带/链传动机构III的从动带/链轮。

7.根据权利要求6所述的3D打印而成的桌面教育机器人，其特征在于：所述电机V传动连接于一穿过旋转臂的传动轴，所述传动轴的动力依次通过锥齿轮副和带/链传动机构IV驱动工作电机相对于小臂转动，所述小臂固定于转动臂一侧，转动臂的另一侧固定有用于容纳带/链传动机构IV的第二密封仓，所述工作电机位于小臂和第二密封仓之间。