CN208961997U - 一种用于服务型机器人的三自由度机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于服务型机器人的三自由度机械臂，包括第一关节、第二关节以及第三关节；所述第一关节与第二关节之间的连接通过将横向连接柱(13)插入旋转板(10)的连接孔实现；所述第三关节通过大臂左固定板(25)和大臂右固定板(39)固定在第二关节的肩部旋转板(23)上实现与第二关节的连接。本实用新型实现机械臂可以在三个自由度上进行活动，增大了机械臂的受用范围，提高了机械臂的使用效率；并在每个关节上设置机械限位以及感应器，利用感应器感知机械臂的移动范围，保证机械臂的转动保持在额定范围内；通过设置阻尼器，减少了机械臂的回差，提高了控制精度。

Description

一种用于服务型机器人的三自由度机械臂

技术领域

本实用新型涉及商用服务型机器人领域，特别是一种用于服务型机器人的三自由度机械臂。

背景技术

机器人在人类生活的各领域扮演着重要角色，其广阔的前景不断推动机器人研究领域的革新。通过仿生学知识的运用，人们相继开发了不同类型的多自由度机器人，如多足步行机器人，采用两个或两个以上支腿进行支撑，模拟人类或动物的行走；工业机械臂，通过模拟人类手臂，可进行物料的搬运、机械装配或焊接等工作；爬行机器人，模拟蜘蛛、蛇活着壁虎等爬行动物开发的机器人。

而现有技术中关于机器人的机械臂大都存在控制精度低且回差大的问题，不能很好的对整条手臂进行精确控制，且当存在多自由度时，结构形式大都非常复杂，制造成本高，不便于推广。因此急需一种控制精度高的用于服务型机器人的机械臂，以实现对商用服务机器人的精确控制。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于服务型机器人的三自由度机械臂，旨在解决现有机械臂大都存在控制精度低且回差大的问题，实现增大机械臂的受用范围，提高了机械臂的使用效率，减少机械臂的回差，提高控制精度。

为达到上述技术目的，本实用新型提供了一种用于服务型机器人的三自由度机械臂，包括第一关节、第二关节以及第三关节；

所述第一关节包括编码器固定座(1)、电机(2)、电机固定座(3)、联轴器(4)、阻尼器(5)、传动连接轴(6)、阻尼器固定座(7)、固定架(8)、传动旋转轴(9)、旋转板(10)、感应器(11)以及机械限位(12)；

所述第二关节包括横向连接柱(13)、肩部电机(14)、肩部电机固定板(15)、肩部联轴器(16)、竖直连接柱(17)、肩部阻尼器(18)、肩部连接板(19)、肩部轴承盖(20)、肩部接近开关(21)、肩部接近开关固定座(22)、肩部旋转板(23)、肩部机械限位(24)、肩部旋转轴(2-1)、肩部轴承(2-2)；

所述第三关节包括大臂左固定板(25)、大臂电机(26)、大臂电机固定座(27)、从动齿轮(28)、大臂左轴承盖(29)、大臂左旋转轴(30)、大臂左侧板(31)、大臂连接板(32)、大臂右侧板(33)、大臂接近开关(34)、大臂阻尼器(35)、大臂右轴承座(36)、大臂接近开关固定座(37)、大臂右旋转轴(38)、大臂右固定板(39)、主动齿轮(40)、大臂机械限位(41)、大臂左轴承(42)以及大臂右轴承(43)。

优选地，所述第一关节与第二关节之间的连接通过将横向连接柱(13)插入旋转板(10)的连接孔实现。

优选地，所述第三关节通过大臂左固定板(25)和大臂右固定板(39)固定在第二关节的肩部旋转板(23)上实现与第二关节的连接。

优选地，所述电机(2)固定在电机固定座(3)上，通过联轴器(4)连接传动连接轴(6)，所述传动连接轴(6)与传动旋转轴(9)连接，传动旋转轴(9)与旋转板(10)固定连接，通过传动连接轴(6)与传动旋转轴(9)的转动带动旋转板(10)转动。

优选地，所述肩部电机(14)固定在肩部电机固定板(15)上，带动与肩部电机(14)连接的肩部联轴器(16)旋转，所述肩部联轴器(16)与肩部旋转轴(2-1)连接，所述肩部旋转轴(2-1)固定在肩部旋转板(23)上，通过肩部旋转轴(2-1)的转动带动肩部旋转板(23)的转动，实现带动整条手臂旋转。

优选地，所述固定架(8)上设置有感应器(11)和机械限位(12)，所述感应器(11)用于感知机械臂的移动范围，当机械臂旋转角度超过额定范围时，机械限位(12)可以阻挡旋转板继续转动。

优选地，所述肩部旋转板(23)上还设置有肩部接近开关固定座(22)，所述肩部开关固定座(22)上固定有肩部接近开关(21)，所述肩部连接板(19)上设置有肩部机械限位(24)。

优选地，所述大臂右旋转轴(38)上固定有大臂机械限位(41)，并在大臂电机固定座(27)上固定大臂接近开关固定座(37)，所述大臂接近开关固定座(37)上设置大臂接近开关(34)。

实用新型内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是实用新型所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

与现有技术相比，本实用新型实现机械臂可以在三个自由度上进行活动，增大了机械臂的受用范围，提高了机械臂的使用效率；并在每个关节上设置机械限位以及感应器，利用感应器感知机械臂的移动范围，当机械臂旋转角度超过额定范围时，机械限位可以阻挡旋转板继续转动，从而保证机械臂的转动保持在额定范围内；通过设置阻尼器，减少了机械臂的回差，提高了控制精度。

附图说明

图1为本实用新型实施例中所提供的一种用于服务型机器人的三自由度机械臂整体示意图；

图2为本实用新型实施例中第一关节侧面示意图；

图3为本实用新型实施例中第一关节正向立体示意图；

图4为本实用新型实施例中第一关节背向立体示意图；

图5为本实用新型实施例中第二关节侧面示意图；

图6为本实用新型实施例中第二关节立体示意图；

图7为本实用新型实施例中第二关节中肩部旋转轴以及肩部轴承示意图；

图8为本实用新型实施例中第三关节侧面示意图；

图9为本实用新型实施例中第三关节底部去掉接近开关、接近开关固定座以及左、右轴承盖时的结构示意图；

图中，1编码器固定座、2电机、3电机固定座、4联轴器、5阻尼器、6传动连接轴、7阻尼器固定座、8固定架、9传动旋转轴、10旋转板、11感应器、12机械限位、13横向连接柱、14肩部电机、15肩部电机固定板、16肩部联轴器、17竖直连接柱、18肩部阻尼器、19肩部连接板、20肩部轴承盖、21肩部接近开关、22肩部接近开关固定座、23肩部旋转板、24肩部机械限位、25大臂左固定板、26大臂电机、27大臂电机固定座、28从动齿轮、29大臂左轴承盖、30大臂左旋转轴、31大臂左侧板、32大臂连接板、33大臂右侧板、34大臂接近开关、35大臂阻尼器、36大臂右轴承盖、37大臂接近开关固定座、38大臂右旋转轴、39大臂右固定板、40主动齿轮、41大臂机械限位、42大臂左轴承、43大臂右轴承、2-1肩部旋转轴、2-2肩部轴承。

具体实施方式

为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本实用新型省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本实用新型。

下面结合附图对本实用新型实施例所提供的一种用于服务型机器人的三自由度机械臂进行详细说明。

如图1所示，本实用新型实施例公开了一种用于服务型机器人的三自由度机械臂，包括：

第一关节、第二关节以及第三关节；

所述第一关节包括：

编码器固定座(1)、电机(2)、电机固定座(3)、联轴器(4)、阻尼器(5)、传动连接轴(6)、阻尼器固定座(7)、固定架(8)、传动旋转轴(9)、旋转板(10)、感应器(11)以及机械限位(12)；

第二关节包括：

横向连接柱(13)、肩部电机(14)、肩部电机固定板(15)、肩部联轴器(16)、竖直连接柱(17)、肩部阻尼器(18)、肩部连接板(19)、肩部轴承盖(20)、肩部接近开关(21)、肩部接近开关固定座(22)、肩部旋转板(23)、肩部机械限位(24)、肩部旋转轴(2-1)、肩部轴承(2-2)；

第三关节包括：

大臂左固定板(25)、大臂电机(26)、大臂电机固定座(27)、从动齿轮(28)、大臂左轴承盖(29)、大臂左旋转轴(30)、大臂左侧板(31)、大臂连接板(32)、大臂右侧板(33)、大臂接近开关(34)、大臂阻尼器(35)、大臂右轴承盖(36)、大臂接近开关固定座(37)、大臂右旋转轴(38)、大臂右固定板(39)、主动齿轮(40)、大臂机械限位(41)、大臂左轴承(42)以及大臂右轴承(43)。

如图2-4所示，在第一关节上，所述编码器固定座上设置有编码器，用于确保电机准确的转动角度。所述电机固定在电机固定座上，通过联轴器连接传动连接轴，通过电机的转动，带动传动连接轴转动，从而传递扭矩。所述传动连接轴与传动旋转轴连接，传动旋转轴与旋转板固定连接，通过传动连接轴与传动旋转轴的转动带动旋转板转动。所述旋转板上设置有连接孔，用于固定其他关节，以达到控制整条机械臂的目的。

为防止机械臂运动后产生的回差，设置阻尼器，所述阻尼器通过阻尼器固定座固定在固定架上，以减少机械臂的回差，提高控制精度。所述传动旋转轴外部设置有轴承，并将轴承固定在固定架上，以固定传动旋转轴，防止在转动过程中发生移位。

所述固定架上还设置有感应器和机械限位，所述感应器用于感知机械臂的移动范围，当机械臂旋转角度超过额定范围时，机械限位可以阻挡旋转板继续转动，从而保证机械臂的转动保持在额定范围内。

所述电机固定板与固定架的底部共面，可以固定在同一结构上，从而固定整个关节。

如图5-7所示，第一关节与第二关节之间的连接通过将横向连接柱插入旋转板的连接孔实现，从而当第一关节的旋转板转动时，带动第二关节转动。

所述肩部电机固定在肩部电机固定板上，带动与肩部电机连接的肩部联轴器旋转，所述肩部联轴器与连接肩部旋转轴连接，从而带动肩部旋转轴转动。所述肩部旋转轴固定在肩部旋转板上，从而通过肩部旋转轴的转动带动肩部旋转板的转动，实现带动整条手臂旋转。肩部阻尼器安装在所述肩部旋转轴上，以减少机械臂的回差，提高控制精度。所述肩部旋转轴上还设置有肩部轴承，并通过肩部轴承盖固定，所述肩部轴承盖固定在肩部连接板上。所述肩部连接板通过竖直连接柱固定在肩部电机固定板上。

所述肩部旋转板上还设置有肩部接近开关固定座，所述肩部开关固定座上固定有肩部接近开关，所述肩部连接板上设置有机械限位，通过肩部接近开关以及肩部机械限位相互配合，通过接近开关用于感知机械臂的移动范围，当机械臂旋转角度超过额定范围时，机械限位可以阻挡旋转板继续转动，从而保证机械臂的转动保持在额定范围内。

如图8、9所示，第三关节通过大臂左固定板和大臂右固定板固定在第二关节的肩部旋转板上，从而实现第二关节的肩部旋转板带动整个大臂进行旋转。大臂电机固定于大臂电机固定座上，所述大臂电机的输出轴上固定有主动齿轮，通过主动齿轮带动从动齿轮旋转，进而实现带动大臂下端旋转。

所述从动齿轮连接大臂左旋转轴，大臂左旋转轴穿过大臂左固定板，在大臂左固定板外侧，大臂左旋转轴上设置有大臂左轴承，并在大臂左轴承外部设置大臂左轴承盖，所述大臂左轴承盖固定于大臂左固定板的外侧，实现大臂左轴承的固定，防止在转动过程中发生移位。

相应的，在大臂左旋转轴的另一侧，设置大臂右旋转轴，所述大臂右旋转轴穿过大臂右固定板，在大臂右固定板外侧，大臂右旋转轴上设置有大臂右轴承，所述大臂右轴承通过大臂右轴承盖固定，所述大臂右轴承盖固定于大臂右固定板上。

在大臂左旋转轴上设置大臂左侧板，在大臂右旋转轴上设置大臂右侧板，两者之间通过大臂连接板进行固定连接。通过大臂左旋转轴的旋转，带动大臂左侧板的转动，传动扭矩，进而带动大臂右侧板的转动，大臂右旋转轴通过大臂右侧板获得扭矩，即大臂右旋转轴在大臂右侧板的带动下也相应的进行转动。

在所述大臂右旋转轴上设置大臂阻尼器，并将其固定在大臂右固定板上，以减小回差。所述大臂右旋转轴上还固定有大臂机械限位，并在大臂电机固定座上固定大臂接近开关固定座，所述大臂接近开关固定座上设置大臂接近开关，从而通过大臂机械限位与大臂接近开关的配合，实现当机械臂旋转角度超过额定范围时，机械限位可以阻挡旋转板继续转动，从而保证机械臂的转动保持在额定范围内。

本实用新型实现机械臂可以在三个自由度上进行活动，增大了机械臂的受用范围，提高了机械臂的使用效率；并在每个关节上设置机械限位以及感应器，利用感应器感知机械臂的移动范围，当机械臂旋转角度超过额定范围时，机械限位可以阻挡旋转板继续转动，从而保证机械臂的转动保持在额定范围内；通过设置阻尼器，减少了机械臂的回差，提高了控制精度。

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 (8)

1.一种用于服务型机器人的三自由度机械臂，其特征在于，包括第一关节、第二关节以及第三关节；

所述第一关节包括编码器固定座(1)、电机(2)、电机固定座(3)、联轴器(4)、阻尼器(5)、传动连接轴(6)、阻尼器固定座(7)、固定架(8)、传动旋转轴(9)、旋转板(10)、感应器(11)以及机械限位(12)；

所述第二关节包括横向连接柱(13)、肩部电机(14)、肩部电机固定板(15)、肩部联轴器(16)、竖直连接柱(17)、肩部阻尼器(18)、肩部连接板(19)、肩部轴承盖(20)、肩部接近开关(21)、肩部接近开关固定座(22)、肩部旋转板(23)、肩部机械限位(24)、肩部旋转轴(2-1)、肩部轴承(2-2)；

所述第三关节包括大臂左固定板(25)、大臂电机(26)、大臂电机固定座(27)、从动齿轮(28)、大臂左轴承盖(29)、大臂左旋转轴(30)、大臂左侧板(31)、大臂连接板(32)、大臂右侧板(33)、大臂接近开关(34)、大臂阻尼器(35)、大臂右轴承盖(36)、大臂接近开关固定座(37)、大臂右旋转轴(38)、大臂右固定板(39)、主动齿轮(40)、大臂机械限位(41)、大臂左轴承(42)以及大臂右轴承(43)。

2.根据权利要求1所述的一种用于服务型机器人的三自由度机械臂，其特征在于，所述第一关节与第二关节之间的连接通过将横向连接柱(13)插入旋转板(10)的连接孔实现。

3.根据权利要求1所述的一种用于服务型机器人的三自由度机械臂，其特征在于，所述第三关节通过大臂左固定板(25)和大臂右固定板(39)固定在第二关节的肩部旋转板(23)上实现与第二关节的连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于服务型机器人的三自由度机械臂，其特征在于，所述电机(2)固定在电机固定座(3)上，通过联轴器(4)连接传动连接轴(6)，所述传动连接轴(6)与传动旋转轴(9)连接，传动旋转轴(9)与旋转板(10)固定连接，通过传动连接轴(6)与传动旋转轴(9)的转动带动旋转板(10)转动。

5.根据权利要求1所述的一种用于服务型机器人的三自由度机械臂，其特征在于，所述肩部电机(14)固定在肩部电机固定板(15)上，带动与肩部电机(14)连接的肩部联轴器(16)旋转，所述肩部联轴器(16)与肩部旋转轴(2-1)连接，所述肩部旋转轴(2-1)固定在肩部旋转板(23)上，通过肩部旋转轴(2-1)的转动带动肩部旋转板(23)的转动，实现带动整条手臂旋转。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种用于服务型机器人的三自由度机械臂，其特征在于，所述固定架(8)上设置有感应器(11)和机械限位(12)，所述感应器(11)用于感知机械臂的移动范围，当机械臂旋转角度超过额定范围时，机械限位(12)可以阻挡旋转板继续转动。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的一种用于服务型机器人的三自由度机械臂，其特征在于，所述肩部旋转板(23)上还设置有肩部接近开关固定座(22)，所述肩部接近开关固定座(22)上固定有肩部接近开关(21)，所述肩部连接板(19)上设置有肩部机械限位(24)。

8.根据权利要求1-5任意一项所述的一种用于服务型机器人的三自由度机械臂，其特征在于，所述大臂右旋转轴(38)上固定有大臂机械限位(41)，并在大臂电机固定座(27)上固定大臂接近开关固定座(37)，所述大臂接近开关固定座(37)上设置大臂接近开关(34)。