CN208930258U - 五自由度机器人机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种五自由度机器人机械臂，包括腰部机构、大臂、前臂、小臂、腕关节和机械爪，所述腰部机构包括底座和回转装置，所述回转装置与大臂固定连接，所述大臂的另一端设有大臂轴，所述前臂与大臂轴铰接相连，所述前臂的另一端设有前臂轴，所述小臂与前臂轴铰接相连，所述小臂的另一端设有小臂轴，所述腕关节与小臂轴铰接相连，所述腕关节上设有控制机械爪旋转的第一舵机，所述机械爪上设有控制机械爪抓取、放下的第二舵机。本实用新型通过四个电机、两个舵机控制机械臂，实现机械臂的前后伸缩、左右旋转，以及机械手可以抓取或者放下的功能。

Description

五自由度机器人机械臂

技术领域

本实用新型涉及机械制造领域，尤其涉及一种五自由度机器人机械臂。

背景技术

伴随现代科技的迅猛发展，人类文明进程大幅度提升，家政机器人已经开始进入大众视野，家政机器人更多地能帮人们干活，机械臂是直接影响工作效率以及工作范围的部位。

目前国内北京六部工坊科技有限公司发明了可重构机械臂，是一款专门为移动抓取机器人设计的多关节机械臂，具备高集成度、模块化、高智能等特点。用模块化关节拼接而成，属于工业级机械臂，运动噪声大，不适用于家庭环境，同时关节模块价格昂贵。越疆DOBOT 魔术师制造的全球首款轻量型机械臂，在质量上确实很轻，采用一体化机身，灵活稳定，小巧安全。但是载荷受限，直接限制其工作范围。

南京矽景自动化技术有限公司制作的UR系列机械臂，在载荷方面做得很好，但是价格昂贵，不适合寻常家庭使用。综上，家政机器人搭载的机械臂需要精度高、载荷在3kg左右，灵活性高，同时成本低。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供了一种灵活性高，而且比较轻便的五自由度机器人机械臂。

本实用新型的技术方案如下：

一种五自由度机器人机械臂，其特征在于：包括腰部机构、大臂、前臂、小臂、腕关节和机械爪，所述腰部机构包括底座和回转装置，所述回转装置与大臂固定连接，所述回转装置内设有第一电机，该第一电机带动大臂左右旋转，所述大臂的另一端设有大臂轴，所述前臂与大臂轴铰接相连，所述大臂上设有第二电机，该第二电机带动前臂前后伸缩运动，所述前臂的另一端设有前臂轴，所述小臂与前臂轴铰接相连，所述小臂的另一端设有小臂轴，所述腕关节与小臂轴铰接相连，所述前臂上设有第三电机和第四电机，该第三电机和第四电机带动小臂和腕关节前后伸缩运动，所述腕关节上设有控制机械爪旋转的第一舵机，所述机械爪上设有控制机械爪抓取和放下的第二舵机。

进一步的，所述底座的下方设有总驱动盒和与总驱动盒相配适的驱动盒盖子，所述总驱动盒内固设有电机驱动盒；所述回转装置固设在底座上方，所述回转装置包括腰部底板、腰部顶板和四个腰部侧板，所述腰部顶板与大臂固定连接，所述腰部底板的下端面上固设有回转轴承，所述回转轴承的下方设有回转支撑垫块，所述回转支撑垫块与底座的上端面固定连接，所述腰部底板上穿设有与回转轴承连接的第一连接件，所述第一连接件的上方穿设有联轴器，所述第一电机固设在联轴器的上端面，所述第一电机的输出轴上还穿设有第二连接件，所述第二连接件的两端与腰部侧板固定连接。

进一步的，所述大臂包括大臂加强板以及固定在大臂加强板两侧的电机固定板和大臂右板，所述第二电机设置在大臂右板上，该第二电机穿过大臂右板与电机固定板固定，所述电机固定板上固设有第一同步轮Ⅰ、同步轮Ⅳ和第一涨紧轮，所述第一同步轮Ⅰ固设在第二电机的输出轴上，所述大臂轴的两端均设有固定在电机固定板和大臂右板内侧的第一菱形轴承座，所述同步轮Ⅳ固定在大臂轴上，所述大臂上还设有第一同步带，所述第一同步轮Ⅰ通过第一同步带与第一涨紧轮和同步轮Ⅳ连接。

进一步的，所述前臂包括上、下对称设置的两块前臂加强钣金以及固定在两块前臂加强钣金两侧的前臂左板和前臂右板，所述前臂左板的外侧设有与大臂轴固定连接的前臂右顶轮，所述前臂左板上依次设有第三电机、第一同步轮Ⅲ、第二涨紧轮以及第二同步轮Ⅲ，所述前臂右板上依次设有第一同步轮Ⅱ、第三涨紧轮、第四电机以及第二同步轮Ⅱ，所述前臂轴的两端均设有固定在前臂右板和前臂左板内侧的第二菱形轴承座；所述第三电机穿过前臂左板固定在前臂右板上，所述第一同步轮Ⅱ固定在第三电机的输出轴上，所述第四电机穿过前臂右板固定在前臂左板上，所述第一同步轮Ⅲ固定在第四电机的输出轴上，所述前臂轴的两端前臂右板和前臂左板的外侧分别穿设有第二同步轮Ⅱ和第二同步轮Ⅲ，所述前臂上还设有第二同步带和第四同步带，所述第一同步轮Ⅱ通过第二同步带与第三涨紧轮和第二同步轮Ⅱ连接，所述第一同步轮Ⅲ通过第四同步带与第二涨紧轮和第二同步轮Ⅲ连接。

进一步的，所述小臂包括四个铜柱以及固定在四个铜柱两端的小臂右板和小臂左板，所述小臂右板和小臂左板的内侧均设有小臂顶轮，两个所述小臂顶轮固定在大臂轴上，所述小臂右板上还设有第三同步轮Ⅲ和第四涨紧轮，所述小臂轴的两端均设有第三菱形轴承座，两个所述第三菱形轴承座与小臂右板和小臂左板的外侧固定，所述第三同步轮Ⅲ与小臂轴固定连接，所述小臂上还设有第三同步带，所述第三同步轮Ⅲ通过第三同步带与第四涨紧轮和第二同步轮Ⅱ连接。

进一步的，所述腕关节包括固定第一舵机的第一舵机固定钣金和腕臂，所述腕臂包括左臂、右臂以及上臂，所述左臂和右臂与小臂轴铰接相连，所述右臂的外侧设有手腕垫块，所述手腕垫块与小臂轴固定连接，在所述上臂的外侧面固设有平面推力滚针轴承，所述平面推力滚针轴承的另一端固设有传动片。

进一步的，所述机械爪包括两个后连板和与两个后连板固定连接的平板，两个所述后连板间固设有第二舵机固定钣金，所述平板与传动片固定连接，所述舵机固定钣金的一端固设有滑轨连接件，所述滑轨连接件一端固设有滑轨，在所述滑轨上设有两个滑块，两个所述滑块上均设有爪子；所述舵机固定钣金上还设有第二舵机，所述第二舵机上设有旋转件，所述旋转件的两端均设有弧形的旋转连接件，两个所述旋转连接件的另一端均固设有第三连接件，两个所述第三连接件的另一端与滑轨连接件固定连接。

进一步的，所述大臂加强板上设有数个等间距的条形镂空。

进一步的，所述前臂加强钣金上设有至少一个条形镂空，在所述前臂右板上也设有一个条形镂空。

进一步的，所述小臂右板上设有一个条形镂空，四个所述铜柱等间距平行设置，四个所述铜柱与小臂右板和小臂左板的连接处形成一个平行四边形结构。

有益效果：本实用新型由腰部机构、大臂、前臂、小臂、腕关节和机械爪组成，设有四个电机、两个舵机，腰部机构设有回转装置，保证机械臂能够左右转动，大臂、前臂、小臂和腕部间均铰接相连，同时设有同步带，带动大臂、前臂、小臂和腕部前后伸缩，腕部与机械爪活动连接，使机械爪可以顺逆时针转动，机械爪上对称设有滑动连接的爪子，实现抓取和放下的功能；同时在机械臂的零件上合理的设置条形槽，减轻机械臂的重量，将重心后移，在每条同步带上都设有涨紧轮，使同步带处于涨紧状态，防止跳齿，保证精确度。

附图说明

图1为本实用新型的立体图。

图2为本实用新型的腰部机构的剖面图。

图3为本实用新型的大臂的结构示意图。

图4为本实用新型的前臂的结构示意图。

图5为本实用新型的小臂的结构示意图。

图6为本实用新型的腕关节的结构示意图。

图7为本实用新型的机械爪的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

由图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本实用新型五自由度机器人机械臂，包括腰部机构、大臂、前臂、小臂、腕关节和机械爪，所述腰部机构包括底座102和回转装置，所述回转装置内设有第一电机112，所述底座102的下方设有总驱动盒103和与总驱动盒103相配适的驱动盒盖子104，所述总驱动盒103内固设有电机驱动盒101，所述回转装置固设在底座102上方，该回转装置包括由腰部底板108、腰部顶板113和四个腰部侧板109，所述腰部底板108 的下端面上固设有回转轴承105，所述回转轴承105的下方设有回转支撑垫块106，所述回转支撑垫块106与底座102的上端面固定连接，所述腰部底板108上穿设有与回转轴承105连接的第一连接件107，所述第一连接件107的上方穿设有联轴器110，所述第一电机112固设在联轴器110的上方，所述第一电机112的输出轴上还穿设有第二连接件111，所述第二连接件111的两端与腰部侧板109固定连接。

所述大臂包括大臂加强板207以及固定在大臂加强板207两侧的电机固定板201和大臂右板202，所述电机固定板201和大臂右板202 与腰部顶板113固定连接，所述大臂上设有第二电机204，所述第二电机204穿过大臂右板202与电机固定板201固定连接，所述电机固定板201上固设有第一同步轮Ⅰ203、同步轮Ⅳ206和第一涨紧轮205，所述第一同步轮Ⅰ203固定在第二电机204的输出轴上，所述大臂的另一端设有大臂轴209，所述大臂轴209的两端均设有分别固定在电机固定板201和大臂右板202内侧的第一菱形轴承座208，所述同步轮Ⅳ206固定在大臂轴209上，所述大臂上还设有第一同步带7，所述第一同步带7套设在第一同步轮Ⅰ203、第一涨紧轮205和同步轮Ⅳ206上，所述大臂加强板207上设有至少一个条形镂空。

所述前臂包括上、下对称设置的两块前臂加强钣金311以及固定在前臂加强钣金311两侧的前臂左板303和前臂右板302，所述前臂右板302和前臂左板303与大臂轴209铰接相连，所述前臂左板303 的外侧设有与大臂轴209固定连接的前臂右顶轮307，所述前臂左板 303上依次设有第三电机308、第一同步轮Ⅲ312、第二涨紧轮304以及第二同步轮Ⅲ306，所述前臂右板302上依次设有第一同步轮Ⅱ 305、第三涨紧轮314、第四电机309以及第二同步轮Ⅱ313，所述前臂右板302和前臂左303板间还穿设有前臂轴301，所述前臂轴301 的两端均设有固定在前臂右板302和前臂左板303内侧的第二菱形轴承座310，所述第三电机穿308过前臂左板303固定在前臂右板302 上，所述第一同步轮Ⅱ305固定在第三电机308的输出轴上，所述第四电机309穿过前臂右板302固定在前臂左板303上，所述第一同步轮Ⅲ312固定在第四电机309的输出轴上，所述前臂轴301的两端前臂右板302和前臂左板303的外侧分别穿设有第二同步轮Ⅱ313和第二同步轮Ⅲ306，所述前臂上还设有第二同步带8和第四同步带，该第二同步带8套设在第一同步轮Ⅱ305、第三涨紧轮314、第二同步轮Ⅱ313上，该第四同步带套设在第一同步轮Ⅲ312、第二涨紧轮304 和第二同步轮Ⅲ306上，两个所述前臂加强钣金311上均设有数个等间距的条形镂空，在所述前臂右板302上设有一个条形镂空。

所述小臂包括四个铜柱404以及固定在四个铜柱404两端的小臂右板402和小臂左板403，所述小臂右板402和小臂左板403与前臂轴铰接相连，所述小臂右板402和小臂左板403的内侧均设有穿设在前臂轴301上的小臂顶轮405，所述小臂右板402上还设有第三同步轮Ⅲ406和第四涨紧轮407，所述第三同步轮Ⅲ406穿设在小臂轴401 上，所述小臂轴401的两端均设有第三菱形轴承座408，两个所述第三菱形轴承座408与小臂右板402和小臂左板403的外侧由螺丝固定，所述小臂上还设有第三同步带9，所述第三同步带9套设在第三同步轮Ⅲ406、第四涨紧轮407和第二同步轮Ⅱ313上，所述小臂右板402上设有一个条形镂空，所述小臂左板403上设有两个条形镂空，四个所述铜柱404等间距平行设置，四个所述铜柱404与小臂右板 402和小臂左板403的连接处形成一个平行四边形结构。

所述腕关节包括固定第一舵机503的第一舵机固定钣金502和腕臂，所述腕臂包括左臂501、右臂507、以及上臂508，所述左臂501 和右臂507与小臂轴401铰接相连，所述右臂507的外侧设有手腕垫块505，所述手腕垫块505与小臂轴401固定连接，在所述上臂508 的外侧面固设有平面推力滚针轴承504，所述平面推力滚针轴承504 的另一端固设有传动片506。

所述机械爪包括两个后连板601和与两个后连板601固定连接的平板602，所述所述平板602与传动片506固定连接，两个所述后连板601间固设有第二舵机固定钣金610，所述舵机固定钣金610上设有滑轨连接件607，所述滑轨连接件607的上方设有滑轨603，在所述滑轨603上设有两个滑块605，两个所述滑块605上均设有爪子 609，所述舵机固定钣金610上还设有第二舵机604，所述第二舵机604上设有旋转件611，所述旋转件611的两端均设有弧形的旋转连接件612，在所述滑轨连接件612上还设有第三连接件606，所述第三连接件606的另一端与旋转连接件612连接。

本实用新型的使用方法如下：

当机械臂需要抓取物体时，第一电机112转动并带动大臂左右旋转到被抓取物的方向，第二电机204转动并带动第一同步轮Ⅰ203转动，第一同步轮Ⅰ203通过第一同步带7与第一涨紧轮205和同步轮Ⅳ206连接，以此第一同步带7、第一涨紧轮205和同步轮Ⅳ206随之转动，并带动前臂前后伸缩运动；第三电机308转动并带动第一同步轮Ⅱ305转动，第一同步轮Ⅱ305通过第二同步带8连接与第三涨紧轮314以及第二同步轮Ⅱ313连接，使第二同步带8、第三涨紧轮 314以及第二同步轮Ⅱ313随之转动，第四电机309转动并带动第一同步轮Ⅲ312转动，第一同步轮Ⅲ312通过第四同步带与第二涨紧轮 304和第二同步轮Ⅲ306连接，使第四同步带、第二涨紧轮304和第二同步轮Ⅲ306随之转动，第四涨紧轮407通过第三同步带9与第二同步轮Ⅱ313和第三同步轮Ⅲ406连接，使第三同步带9、第二同步轮Ⅱ313和第三同步轮Ⅲ406随之转动，以此实现大臂带动前臂伸缩，前臂带动小臂伸缩，小臂带动腕关节伸缩的运动，腕关节上设置的第一舵机503控制平面推力滚针轴承504转动，以此实现爪子的旋转；第二舵机604控制旋转件611的旋转，旋转件611旋转带动两端的旋转连接件612旋转，旋转连接件612旋转带动第三连接件606左右移动，第三连接件606左右移动带动滑块605左右移动，滑块605左右移动带动爪子609左右移动，控制爪子抓住被抓取物；通过第一电机112、第二电机204、第三电机308和第四电机309的转动带动第一同步带7、第二同步带8、第三同步带9以及第四同步带的转动，使大臂左右旋转，大臂带动前臂，前臂带动小臂，小臂带动腕关节前后伸缩，通过第一舵机503和第二舵机604分别实现机械爪的旋转和爪子609的左右滑动来抓取物体。

本实用新型未描述部分与现有技术一致，在此不再赘述。

以上仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本实用新型的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种五自由度机器人机械臂，其特征在于：包括腰部机构、大臂、前臂、小臂、腕关节和机械爪，所述腰部机构包括底座和回转装置，所述回转装置与大臂固定连接，所述回转装置内设有第一电机，该第一电机带动大臂左右旋转，所述大臂的另一端设有大臂轴，所述前臂与大臂轴铰接相连，所述大臂上设有第二电机，该第二电机带动前臂前后伸缩运动，所述前臂的另一端设有前臂轴，所述小臂与前臂轴铰接相连，所述小臂的另一端设有小臂轴，所述腕关节与小臂轴铰接相连，所述前臂上设有第三电机和第四电机，该第三电机和第四电机带动小臂和腕关节前后伸缩运动，所述腕关节上设有控制机械爪旋转的第一舵机，所述机械爪上设有控制机械爪抓取和放下的第二舵机。

2.如权利要求1所述的五自由度机器人机械臂，其特征在于：所述底座的下方设有总驱动盒和与总驱动盒相配适的驱动盒盖子，所述总驱动盒内固设有电机驱动盒；所述回转装置固设在底座上方，所述回转装置包括腰部底板、腰部顶板和四个腰部侧板，所述腰部顶板与大臂固定连接，所述腰部底板的下端面上固设有回转轴承，所述回转轴承的下方设有回转支撑垫块，所述回转支撑垫块与底座的上端面固定连接，所述腰部底板上穿设有与回转轴承连接的第一连接件，所述第一连接件的上方穿设有联轴器，所述第一电机固设在联轴器的上端面，所述第一电机的输出轴上还穿设有第二连接件，所述第二连接件的两端与腰部侧板固定连接。

3.如权利要求1所述的五自由度机器人机械臂，其特征在于：所述大臂包括大臂加强板以及固定在大臂加强板两侧的电机固定板和大臂右板，所述第二电机设置在大臂右板上，该第二电机穿过大臂右板与电机固定板固定，所述电机固定板上固设有第一同步轮Ⅰ、同步轮Ⅳ和第一涨紧轮，所述第一同步轮Ⅰ固设在第二电机的输出轴上，所述大臂轴的两端均设有固定在电机固定板和大臂右板内侧的第一菱形轴承座，所述同步轮Ⅳ固定在大臂轴上，所述大臂上还设有第一同步带，所述第一同步轮Ⅰ通过第一同步带与第一涨紧轮和同步轮Ⅳ连接。

4.如权利要求1所述的五自由度机器人机械臂，其特征在于：所述前臂包括上、下对称设置的两块前臂加强钣金以及固定在两块前臂加强钣金两侧的前臂左板和前臂右板，所述前臂左板的外侧设有与大臂轴固定连接的前臂右顶轮，所述前臂左板上依次设有第三电机、第一同步轮Ⅲ、第二涨紧轮以及第二同步轮Ⅲ，所述前臂右板上依次设有第一同步轮Ⅱ、第三涨紧轮、第四电机以及第二同步轮Ⅱ，所述前臂轴的两端均设有固定在前臂右板和前臂左板内侧的第二菱形轴承座；所述第三电机穿过前臂左板固定在前臂右板上，所述第一同步轮Ⅱ固定在第三电机的输出轴上，所述第四电机穿过前臂右板固定在前臂左板上，所述第一同步轮Ⅲ固定在第四电机的输出轴上，所述前臂轴的两端前臂右板和前臂左板的外侧分别穿设有第二同步轮Ⅱ和第二同步轮Ⅲ，所述前臂上还设有第二同步带和第四同步带，所述第一同步轮Ⅱ通过第二同步带与第三涨紧轮和第二同步轮Ⅱ连接，所述第一同步轮Ⅲ通过第四同步带与第二涨紧轮和第二同步轮Ⅲ连接。

5.如权利要求1所述的五自由度机器人机械臂，其特征在于：所述小臂包括四个铜柱以及固定在四个铜柱两端的小臂右板和小臂左板，所述小臂右板和小臂左板的内侧均设有小臂顶轮，两个所述小臂顶轮固定在大臂轴上，所述小臂右板上还设有第三同步轮Ⅲ和第四涨紧轮，所述小臂轴的两端均设有第三菱形轴承座，两个所述第三菱形轴承座与小臂右板和小臂左板的外侧固定，所述第三同步轮Ⅲ与小臂轴固定连接，所述小臂上还设有第三同步带，所述第三同步轮Ⅲ通过第三同步带与第四涨紧轮和第二同步轮Ⅱ连接。

6.如权利要求1所述的五自由度机器人机械臂，其特征在于：所述腕关节包括固定第一舵机的第一舵机固定钣金和腕臂，所述腕臂包括左臂、右臂以及上臂，所述左臂和右臂与小臂轴铰接相连，所述右臂的外侧设有手腕垫块，所述手腕垫块与小臂轴固定连接，在所述上臂的外侧面固设有平面推力滚针轴承，所述平面推力滚针轴承的另一端固设有传动片。

7.如权利要求1所述的五自由度机器人机械臂，其特征在于：所述机械爪包括两个后连板和与两个后连板固定连接的平板，两个所述后连板间固设有第二舵机固定钣金，所述平板与传动片固定连接，所述舵机固定钣金的一端固设有滑轨连接件，所述滑轨连接件一端固设有滑轨，在所述滑轨上设有两个滑块，两个所述滑块上均设有爪子；所述舵机固定钣金上还设有第二舵机，所述第二舵机上设有旋转件，所述旋转件的两端均设有弧形的旋转连接件，两个所述旋转连接件的另一端均固设有第三连接件，两个所述第三连接件的另一端与滑轨连接件固定连接。

8.如权利要求3所述的五自由度机器人机械臂，其特征在于：所述大臂加强板上设有数个等间距的条形镂空。

9.如权利要求4所述的五自由度机器人机械臂，其特征在于：所述前臂加强钣金上设有至少一个条形镂空，在所述前臂右板上也设有一个条形镂空。

10.如权利要求5所述的五自由度机器人机械臂，其特征在于：所述小臂右板上设有一个条形镂空，四个所述铜柱等间距平行设置，四个所述铜柱与小臂右板和小臂左板的连接处形成一个平行四边形结构。