CN209551771U - 一种机械手臂关节系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机械手臂关节系统，安装于机器人肩膀上，所述机械手臂关节系统包括大臂和小臂；所述大臂的下端设置有铰接孔，所述小臂的上端设置有两个铰接孔，所述大臂的铰接孔与小臂靠近关节内侧的铰接孔对齐并插入有销轴；所述大臂上纵向设置有直线运动组件，所述直线运动组件的输出端设置有直线运动的滑块，所述滑块上设置有铰接孔，所述滑块上的铰接孔与小臂靠近关节外侧的铰接孔之间设置有连杆。本实用新型机械手臂关节系统相对于现有技术而言，具有关节体积小，输出力矩大，能承载较重负重的优点。

Description

一种机械手臂关节系统

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，具体涉及一种机械手臂关节系统。

背景技术

随着科学的不断进步，机器人的发展已经不仅仅局限于早期的工业机器人，服务机器人的发展是现阶段的一个趋势。服务机器人的发展为人类带来了更方便、更舒适的服务。对于服务机器人来说，一个合适的仿人型机械臂是至关重要的，但是现有的许多机器人手臂存在些许不足：(一)可抓取较重物体的机器人手臂采用谐波减速器增加关节扭矩，但使得关节臃肿且生产成本高居不下；(二)使用舵机进行关节驱动，从而减小关节臃肿，稍微减低成本，但使得机械手臂前段不可抓取较重物体，仅能做演示，实际效用不大。

实用新型内容

为解决以上技术问题，本实用新型的主要目的是提供一种机械手臂关节系统，从而减小关节体积，使关节小巧，已达到人类关节大小,并且机械手臂可抓取较重重物。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以解决。

一种机械手臂关节系统，安装于机器人肩膀上，所述机械手臂关节系统包括大臂和小臂；所述大臂的下端设置有铰接孔，所述小臂的上端设置有两个铰接孔，所述大臂的铰接孔与小臂靠近关节内侧的铰接孔对齐并插入有销轴；所述大臂上纵向设置有直线运动组件，所述直线运动组件的输出端设置有直线运动的滑块，所述滑块上设置有铰接孔，所述滑块上的铰接孔与小臂靠近关节外侧的铰接孔之间设置有连杆。

进一步地，所述大臂的铰接孔与滑块的直线运动轨迹延长线的垂直距离范围大于等于0mm。

进一步地，所述直线运动组件包含电机、丝杠螺母副；所述电机的输出轴与丝杠螺母副的丝杠固定连接，所述丝杠的上、下两端分别与大臂固定连接；所述丝杠螺母副的螺母与所述滑块固定连接。

进一步地，所述直线运动组件为电动推杆，所述电动推杆与所述大臂固定连接，所述电动推杆的输出端与滑块固定连接。

进一步地，所述大臂上设置有上微动开关、下微动开关，所述上微动开关用于限定所述滑块的上止点，下微动开关用于限定所述滑块的下止点。

进一步地，所述连杆与小臂的两个铰接孔之间的孔距之差小于大臂的铰接孔与滑块的直线运动轨迹延长线的垂直距离。

进一步地，所述连杆与小臂的两个铰接孔之间的孔距之和大于滑块的上止点与大臂的铰接孔的距离。

进一步地，所述小臂的两个铰接孔的连线与小臂的中轴线的夹角范围为100°-150°。

本实用新型机械手臂关节系统相对于现有技术而言，具有关节体积小，输出力矩大，能承载较重负重的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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示出的结构获得其他的附图。

图1为机械手臂关节系统采用丝杠螺母副大臂小臂伸直状态示意图；

图2为机械手臂关节系统采用丝杠螺母副大臂小臂弯曲状态示意图；

图3为机械手臂关节系统大臂铰接孔处于滑块移动轨迹上的示意图；

图4为机械手臂关节系统采用电动推杆大臂小臂伸直状态示意图；

图5为机械手臂关节系统采用电动推杆大臂小臂弯曲状态示意图。

在以上图中：1大臂；2小臂；3滑块；4连杆；5电机；6丝杠螺母副；7电动推杆；8上微动开关；9下微动开关。

具体实施方式

为了使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广。因此本实用新型不受下面公开的具体实施方式的限制。

参考图1，一种机械手臂关节系统，安装于机器人躯体上，包括大臂1和小臂2；所述大臂1的下端设置有铰接孔，所述小臂2的上端设置有两个铰接孔，所述大臂1的铰接孔与小臂2靠近关节内侧的铰接孔对齐并插入有销轴；所述大臂1上纵向设置有直线运动组件，所述直线运动组件的输出端设置有直线运动的滑块3，所述滑块3上设置有铰接孔，所述滑块3上的铰接孔与小臂2的靠近关节外侧的铰接孔之间设置有连杆4。

以上实施例中，小臂2的上端设置两个铰接孔，小臂2上靠近关节内侧的铰接孔与大臂1的下端铰接孔对齐并插入有销轴，并且直线运动输出端设置滑块3，滑块3的移动路径为直线，滑块3与小臂2的靠近关节外侧的铰接孔之间设置连杆4，滑块3、连杆4、小臂2形成了曲柄滑块3机构。启动直线运动组件，即可将直线运动转化为小臂2的旋转运动。通过这样的结构驱动小臂2，可以明显将关节的体积做的很小。这样设计的好处在于：将体积臃肿的减速机构放置在大臂1内部对体积要求不高的地方，而在需要严格控制尺寸的地方没有占用太多空间。

进一步地，参考图1和图2，所述大臂1的铰接孔与滑块3的直线运动轨迹延长线的垂直距离范围大于等于0mm。

以上实施例中，作为优选的，大臂1的铰接孔处于滑块3的直线运动轨迹的侧部，这样就形成了偏置曲柄滑块3机构。使得曲柄的长度较长，根据杠杆原理，驱动端力臂越长，越省力。这样的设计的好处有：(一)对直线运动组件的驱动力要求较小，便于降低成本；(二)将大臂1铰接孔偏置到靠近躯体一侧，在连杆4推动小臂2转动时，连杆4不会伸出大臂1端部或伸出较少，这样的设计更加接近于人体关节。参考图3，大臂1的铰接孔处于滑块3的直线运动轨迹的延长线上，这样就形成了对心曲柄滑块3机构，可以作为次优方案。

进一步地，参考图1和图2，所述直线运动组件包含电机5、丝杠螺母副6；所述电机5的输出轴与丝杠螺母副6的丝杠固定连接，所述丝杠的上、下两端分别与大臂1固定连接；所述丝杠螺母副6的螺母与所述滑块3固定连接。

以上实施例中，具体采用电机5、丝杠螺母副6作为直线运动组件，丝杠螺母副6传动效率高、灵敏度高、传动平稳、磨损小、寿命长，可消除轴向间隙，提高轴向刚度等。

进一步地，参考图4和图5，所述直线运动组件为电动推杆7，所述电动推杆7与所述大臂1固定连接，所述电动推杆7的输出端与滑块3固定连接。

以上实施例中，具体电动推杆7作为直线运动组件，电动推杆7是一种将电动机的旋转运动转变为推杆的直线往复运动的电力驱动装置。由于电动推杆7自身带减速机构，因此电动推杆7能输出大力矩。

进一步地，参考图1和图2，所述大臂1上设置有上微动开关8、下微动开关9，所述上微动开关8用于限定所述滑块3的上止点，下微动开关9用于限定所述滑块3的下止点。

为了确定小臂2相对大臂1旋转的角度范围，大臂1上设置有上微动开关8、下微动开关9，当小臂2相对于大臂1伸直时，滑块3所处的位置设置上微动开关8，当小臂2相对于大臂1弯曲至最小角度时，滑块3所处的位置设置下微动开关9，上微动开关8和下微动开关9确定了小臂2可靠在限定范围内旋转。

进一步地，所述连杆4与小臂2的两个铰接孔之间的孔距之差小于大臂1的铰接孔与滑块3的直线运动轨迹延长线的垂直距离。

曲柄滑块3机构存在曲柄的杆长条件是：机构中连杆4与曲柄的杆长之差应大于滑块3移动的导路中心线与曲柄回转中心之间的偏距。对应于本实施例中，即连杆4与小臂2的两个铰接孔之间的孔距之差小于大臂1的铰接孔与滑块3的直线运动轨迹延长线的垂直距离。小臂2相对于大臂1旋转的过程中，不会越过下死点，即大臂1与小臂2的旋转运动是确定的，可控的。

进一步地，所述连杆4与小臂2的两个铰接孔之间的孔距之和大于滑块3的上止点与大臂1的铰接孔的距离。

以上实施例中，限定连杆4与小臂2的两个铰接孔之间的孔距之和大于滑块3的上止点与大臂1的铰接孔的距离，可以有效防止小臂2的铰接孔连线越过上死点，保证了运动的确定性和可控性。

进一步地，所述小臂2的两个铰接孔的连线与小臂2的中轴线的夹角范围为100°-150°。

以上实施例中，为了确保大笔与小臂2的相对旋转角度能接近于人体大臂1和小臂2的旋转角度，优选小臂2的两个铰接孔的连线与小臂2的中轴线的夹角范围为100°-150°。

虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种机械手臂关节系统，安装于机器人肩膀上，其特征在于，所述机械手臂关节系统包括大臂(1)和小臂(2)；所述大臂(1)的下端设置有铰接孔，所述小臂的上端设置有两个铰接孔，所述大臂的铰接孔与小臂靠近关节内侧的铰接孔对齐并插入有销轴；

所述大臂上纵向设置有直线运动组件，所述直线运动组件的输出端设置有直线运动的滑块(3)，所述滑块(3)上设置有铰接孔，所述滑块(3)上的铰接孔与小臂(2)靠近关节外侧的铰接孔之间设置有连杆(4)。

2.根据权利要求1所述的机械手臂关节系统，其特征在于，所述大臂的铰接孔与滑块的直线运动轨迹延长线的垂直距离范围大于等于0mm。

3.根据权利要求1所述的机械手臂关节系统，其特征在于，所述直线运动组件包含电机(5)、丝杠螺母副(6)；所述电机(5)的输出轴与丝杠螺母副(6)的丝杠固定连接，所述丝杠的上、下两端分别与大臂固定连接；所述丝杠螺母副(6)的螺母与所述滑块固定连接。

4.根据权利要求1所述的机械手臂关节系统，其特征在于，所述直线运动组件为电动推杆(7)，所述电动推杆(7)与所述大臂固定连接，所述电动推杆的输出端与滑块(3)固定连接。

5.根据权利要求1所述的机械手臂关节系统，其特征在于，所述大臂上设置有上微动开关(8)、下微动开关(9)，所述上微动开关(8)用于限定所述滑块(3)的上止点，下微动开关(9)用于限定所述滑块(3)的下止点。

6.根据权利要求1所述的机械手臂关节系统，其特征在于，所述连杆与小臂的两个铰接孔之间的孔距之差小于大臂的铰接孔与滑块的直线运动轨迹延长线的垂直距离。

7.根据权利要求1所述的机械手臂关节系统，其特征在于，所述连杆与小臂的两个铰接孔之间的孔距之和大于滑块的上止点与大臂的铰接孔的距离。

8.根据权利要求1所述的机械手臂关节系统，其特征在于，所述小臂的两个铰接孔的连线与小臂的中轴线的夹角范围为100°-150°。