CN213971184U - 一种机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机械臂，包括多个用以连接成机械臂主体的驱动臂体，任意相邻的两个所述驱动臂体的转动连接处设有第一驱动轮；还包括中部环绕且张紧于所述第一驱动轮的轮周的柔性牵拉件；所述柔性牵拉件的端部连接有驱动件。该机械臂中，第一驱动轮的旋转方向、旋转速度和旋转范围等运动参数均可以由驱动件控制柔性牵拉件的运动来实现间接控制，由此实现对驱动臂体的运动控制。因此，相比于传统的齿轮、连杆等传动结构而言，利用柔性牵拉件、驱动件和第一驱动轮实现驱动臂体的运动控制时，驱动臂体的传动结构独立，并不相互依赖和叠加，有利于降低多自由度的机械臂的传动结构的复杂程度。

Description

一种机械臂

技术领域

本实用新型涉及机械臂领域，尤其涉及一种机械臂。

背景技术

目前，机械臂多采用齿轮、连杆等零部件组装成传动结构，随之机械臂的运动自由度增大，则前述传动结构的零部件数量、结构连接的复杂程度将大大增加。

由于前述传动结构的各个机械零部件彼此连接并设置于机械臂，用于驱动机械臂的动力设备需要将运动自机械臂的根部传递至目标关节，因此，随着机械臂的自由度增加，机械臂尤其是机械臂前端的质量将明显增大，这就增大了机械臂的驱动设备的负担。与此同时，传动结构越复杂，则传动结构的运动可靠性也会随之降低。而机械臂中传动结构的结构复杂性又反过来影响机械臂的自由度，导致机械臂的自由度受限，难以满足使用需求。

综上所述，如何兼顾机械臂的多自由度需求和传动结构的复杂程度要求，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种机械臂，可利用简单的传动结构实现机械臂的多自由度控制。

为实现上述目的，本实用新型提供一种机械臂，包括多个用以连接成机械臂主体的驱动臂体，任意相邻的两个所述驱动臂体的转动连接处设有第一驱动轮；还包括中部环绕且张紧于所述第一驱动轮的轮周的柔性牵拉件；所述柔性牵拉件的端部连接有驱动件。

优选地，所述驱动件包括电机和设于所述电机的输出轴的第二驱动轮；所述柔性牵拉件为首尾衔接的环状柔性拉环；所述环状柔性拉环套设于所述第二驱动轮的轮周。

优选地，所述驱动件还包括设于所述电机和所述第二驱动轮之间的变速齿轮组。

优选地，所述变速齿轮组包括与所述电机的输出轴同轴固定的第一锥齿轮和与所述第二驱动轮同轴固定、用以啮合所述第一锥齿轮的第二锥齿轮；所述第一锥齿轮的齿数少于所述第二锥齿轮的齿数。

优选地，还包括紧邻所述第一驱动轮设置的第一限位组件和紧邻所述第二驱动轮设置的第二限位组件；所述第一限位组件和所述第二限位组件均包括两组用以供所述柔性牵拉件卡嵌且穿梭的限位槽。

优选地，任意一组所述限位槽具体包括设于所述挡块的第一限位槽和设于所述连接环的第二限位槽；所述挡块和所述连接环沿同一直线间隔分布。

优选地，所述第一驱动轮具体为线轮；所述环状柔性拉环具体为拉索。

优选地，所述第一驱动轮处连接有用以检测所述第一驱动轮的旋转角度的编码器。

优选地，位于所述机械臂主体根部的所述驱动臂体连接有安装台；所述驱动件设于所述安装台。

优选地，所述驱动臂体包括自所述安装台依次铰接的第一驱动臂体、第二驱动臂体和第三驱动臂体；

所述第一驱动臂体、所述第二驱动臂体和所述第三驱动臂体三者均设有第一驱动轮；任一所述第一驱动轮连接有一个所述柔性牵拉件和一个所述驱动件。

相对于上述背景技术，本实用新型所提供的机械臂包括多个用以连接成机械臂主体的驱动臂体；还包括柔性牵拉件和设于柔性牵拉件的端部连接有驱动件。

任意相邻的两个驱动臂体的转动连接处设有第一驱动轮，第一驱动轮与相邻两个驱动臂体之间的转轴同轴；柔性牵拉件的中部环绕且张紧于所述第一驱动轮的轮周，柔性牵拉件的运动同步传递至第一驱动轮的轮周。因此，驱动件利用柔性牵拉件带动第一驱动轮实现旋转，进而实现对与第一驱动轮所连接的驱动臂体的运动控制。

基于柔性牵拉件和第一驱动轮二者的运动关系，本实用新型中，第一驱动轮的旋转方向、旋转速度和旋转范围等运动参数均可以由驱动件控制柔性牵拉件的运动来实现间接控制。相比于传统的齿轮、连杆等传动结构而言，本实用新型所提供的机械臂中，一组柔性牵拉件、驱动件和第一驱动轮作为一个驱动臂体的传动组件，与另一驱动臂体的传动组件相对独立，因此，整个机械臂可以通过增加前述传动组件的组数来满足机械臂的多自由度控制，而非增大整个机械臂的传动结构的复杂程度。

与此同时，基于柔性牵拉件的柔性，该机械臂可以令驱动臂体和作为机械臂的动力设备的驱动件分开设置，包括且不限于令前述驱动件设于机械臂的根部或者远离机械臂。因此，可以有效控制机械臂的结构复杂程度和质量。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的机械臂在第一方向上的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所提供的机械臂在第二方向上的结构示意图；

图3为本实用新型实施例所提供的机械臂在第三方向上的结构示意图；

图4为本实用新型实施例所提供的机械臂在第四方向上的结构示意图；

图5为图4的局部放大图；

图6为本实用新型实施例所提供的电机、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第二驱动轮和柔性牵拉件、挡块和连接环的装配示意图；

图7为本实用新型实施例所提供的第二锥齿轮、柔性牵拉件、挡块和连接环的装配示意图；

图8为本实用新型所采用的柔性牵拉件的结构示意图。

其中，101-第一驱动臂体、102-第二驱动臂体、103-第三驱动臂体、2-第一驱动轮、3-柔性牵拉件、31-外壳、32-内部绳体、4-电机、5-第二驱动轮、6-第一锥齿轮、7-第二锥齿轮、8-挡块、9-连接环、10-编码器、11-安装台。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1至图8，图1为本实用新型实施例所提供的机械臂在第一方向上的结构示意图；图2为本实用新型实施例所提供的机械臂在第二方向上的结构示意图；图3为本实用新型实施例所提供的机械臂在第三方向上的结构示意图；图4为本实用新型实施例所提供的机械臂在第四方向上的结构示意图；图5为图4的局部放大图；图6为本实用新型实施例所提供的电机、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第二驱动轮和柔性牵拉件、挡块和连接环的装配示意图；图7为本实用新型实施例所提供的第二锥齿轮、柔性牵拉件、挡块和连接环的装配示意图；图8为本实用新型所采用的柔性牵拉件的结构示意图。

本实用新型提供一种机械臂，包括驱动件、柔性牵拉件3、多个用以连接成机械臂主体的驱动臂体以及设于驱动臂体的铰接处的第一驱动轮2。

该机械臂中，任意相邻的两个驱动臂体转动连接，且二者的转动连接处设有第一驱动轮。例如，相邻两个驱动臂体可通过一根转轴实现转动连接，则第一驱动轮与前述转轴同轴安装。对于多个驱动臂体而言，不同驱动臂体的旋转方向可以相同也可以不同。通常，为了实现机械臂运动的多自由度，机械臂中的多个驱动臂体的转轴方向不同。

上述驱动臂体在铰接处设有第一驱动轮2，第一驱动轮2与驱动臂体在铰接处的转轴同轴且二者相对固定。因此，该机械臂可以通过驱动第一驱动轮2的旋转实现其所连接的驱动臂体的转动。基于第一驱动轮2，该机械臂中，柔性牵拉件3的中部环绕且张紧于第一驱动轮2的轮周，柔性牵拉件3的端部连接有驱动件。

该机械臂通过驱动件带动柔性牵拉件3移动。举例来说，驱动件牵拉柔性牵拉件3的第一端时，柔性牵拉件3的第一端远离第一驱动轮2而柔性牵拉件3的第二端靠近第一驱动轮2。由于柔性牵拉件3的中部张紧于第一驱动轮2的轮周，因此，第一驱动轮2在柔性牵拉件3的摩擦力作用下随柔性牵拉件3的中部同步运动，实现旋转。若视第一驱动轮2的前述旋转为顺时针旋转，则驱动件牵拉柔性牵拉件3的第二端时，则第一驱动轮2在柔性牵拉件3的作用下逆时针旋转。

其中，一个柔性牵拉件3可以由一个驱动件实现运动控制，也可以由两个驱动件实现运动控制。例如，柔性牵拉件3呈首尾相接的环状结构时，柔性牵拉件3套设于第一驱动轮2和驱动件的输出端之间，柔性牵拉件3的中部指的是套设且贴紧第一驱动轮2的轮周的部分柔性牵拉件3，柔性牵拉件3的端部指的是套设且贴紧驱动件的部分柔性牵拉件3。此时，套设于第一驱动轮2和驱动件的输出端之间的柔性牵拉件3的运动方式类似于带式输送机的带面。柔性牵拉件3呈首尾不相接的条状绳体时，柔性牵拉件3的中部套设且贴紧于第一驱动轮2的轮周，柔性牵拉件3的两个端部可分别连接一个伸缩驱动结构例如电动推杆，用于牵拉柔性牵拉件3的其中一端并放松柔性牵拉件3的另一端。

可见，该机械臂中，驱动件利用柔性牵拉件3带动第一驱动轮2旋转，且基于柔性牵拉件3和第一驱动轮2二者的运动关系，第一驱动轮2的旋转方向、旋转速度和旋转范围等运动参数均可以由驱动件控制柔性牵拉件3的运动来实现间接控制。相比于传统的齿轮、连杆等传动结构而言，利用柔性牵拉件3、驱动件和第一驱动轮2实现驱动臂体的运动控制时，不同驱动臂体的传动结构各自独立，并不相互依赖和叠加，有利于降低多自由度的机械臂的传动结构的复杂程度，简化传动结构在机械臂中的结构布局难度。一旦机械臂需要增加自由度，则可以通过增加柔性牵拉件3和驱动件的数量来满足新增驱动臂体的运动控制，方便对已有机械臂进行改进。

下面结合附图和实施方式，对本实用新型所提供的机械臂做更进一步的说明。

在上述实施例的基础上，本实用新型所提供的机械臂中，驱动件包括电机4；电机4的输出轴设有第二驱动轮5。该机械臂中，柔性牵拉件3为首尾相接的环状柔性结构，该环状柔性结构同时套设第一驱动轮2的轮周和第二驱动轮5的轮周，电机4通过控制第二驱动轮5的转动实现控制第一驱动轮2的转动，进而控制与第一驱动轮2所连接的驱动臂体的转动。可见，上述结构中，一个电机4可以实现第一驱动轮2的双向转动，进而满足与该第一驱动轮2所连接的驱动臂体的运动。

其中，第二驱动轮5的形状结构可与第一驱动轮2相同，直径可以等于第一驱动轮2的直径，也可大于或小于第一驱动轮2的直径。环状柔性结构在第一驱动轮2的轮周和第二驱动轮5的轮周之间，一则满足了第二驱动轮5的运动向第一驱动轮2传递，二则不必局限第一驱动轮2和第二驱动轮5的相对位置关系，可以接住环状柔性结构的柔性和长度，满足第一驱动轮2和第二驱动轮5在较远范围之间的运动传递。基于后一特点，该机械臂中，驱动件、第二驱动轮5可远离第一驱动轮2甚至远离机械臂设置，以避免增大机械臂的质量尤其是机械臂前端的质量。

进一步地，本实用新型所提供的驱动件还设有变速齿轮组；变速齿轮组设于电机4和第二驱动件之间，用于增大电机4的输出轴的转速或降低电机4的输出轴的转速。

其中，变速齿轮组的级数可以根据驱动臂体及其第一驱动轮2的转速需求设置，包括且不限于一级。

针对上述变速齿轮组，本实用新型提供一种具体结构示例。

在该示例中，变速齿轮组具体为减速齿轮组，包括第一锥齿轮6和齿数多于第一锥齿轮6的第二锥齿轮7。该减速齿轮组中，第一锥齿轮6同轴固定于电机4的输出轴，第一锥齿轮6和第二锥齿轮7可相互垂直分布，用于调整电机4向外输出的运动的方向。

如图2所示，电机4及其输出轴水平分布，第一锥齿轮6的中心轴水平，而第二锥齿轮7的中心轴垂向分布。第二驱动轮5与第二锥齿轮7同轴固定，第二锥齿轮7的中心轴即为第二驱动轮5的中心轴。因此，环状柔性结构在第二锥齿轮7处实现水平套设。

为了实现更好的技术效果，本实用新型所提供的机械臂中，还包括紧邻第一驱动轮2设置的第一限位组件和紧邻第二驱动轮5设置的第二限位组件，且第一限位组和第二限位组件均包括两组用以供柔性牵拉件3卡嵌且穿梭的限位槽。

显然，结合柔性牵拉件3在第一驱动轮2的轮周和第二驱动轮5的轮周的安装角度，第一限位组件的两组限位槽分别位于第一驱动轮2的轮周两侧，用于在柔性牵拉件3环绕于第一驱动轮2的轮周后，令位于第一驱动的轮周两侧的柔性牵拉件3分别卡嵌，方便在驱动件带动柔性牵拉件3移动时约束柔性牵拉件3的移动方向，实现柔性牵拉件3在前述限位槽内的穿梭。同理，第二限位组件的两组限位槽分别位于第二驱动轮5的轮周两侧，用于供环绕且张紧于第二驱动轮5的轮周两侧的柔性牵拉件3分别卡嵌。

至于限位槽，无论是第一限位组件的限位槽还是第二限位组件的限位槽，均包括设于挡块8的第一限位槽和设于连接环9的第二限位槽。

可参考图4～图8，由于挡块8和连接环9沿同一直线间隔分布，一则可以有效地约束柔性牵拉件3在第一驱动轮2和第二驱动轮5之间的运动方向，二则，以拉索作为本实用新型所采用的柔性牵拉件3时，利用挡块8和连接环9可以实现拉索在第一驱动轮2和第二驱动轮5之间的连接和定位。其中，拉索的外壳31定位于第一驱动轮2附近的挡块8和第二驱动轮5附近的挡块8之间，拉索的内部绳体32移动时，拉索的外壳31并不移动，而是始终与挡块8保持相对静止。拉索的内部绳体32穿过挡块8的第二限位槽进入连接环9，经由连接环9的第二限位槽约束后环绕于第一驱动轮2和第二驱动轮5，满足柔性牵拉件3对第一驱动轮2和第二驱动轮5的连接。

采用拉索作为本实用新型的柔性牵拉件3时，可以避免整个柔性牵拉件3随第一驱动轮2移动，进而避免该机械臂设有多个第一驱动轮2时，因不同驱动轮所连接的柔性牵拉件3下相互交错而导致任一柔性牵拉件3无法顺畅拉动。

与拉索相适应地，本实用新型具体采用线轮作为第一驱动轮2。显然，针对设有第二驱动轮5的机械臂而言，第二驱动轮5同样可以采用线轮。可见，本实用新型所提供的机械臂中，无论设置几组第一驱动轮2，由于拉索的外壳31并不随第一驱动轮2移动，因此，即使多个拉索在空间内相错，也不影响各个拉索的内部绳体32环绕并牵拉第一驱动轮2转动。

此外，本实用新型在第一驱动轮2处还设有编码器10，此编码器10用于检测第一驱动轮2的旋转角度，方便该机械臂的驱动件及其相关控制结构实时、精确控制驱动臂体及其第一驱动件的运动。

在本实用新型所提供的第二种具体实施例中，机械臂主体的根部设有安装台11，驱动件例如电机4设于安装台11，通过安装台11实现与机械臂的定位连接。

其中，安装台11具体可固定于位于机械臂主体根部的驱动臂体。令安装台11靠近机械臂主体的根部而远离机械臂前端，既可以简化柔性牵拉件3和驱动件的安装，避免过分增大柔性牵拉件3的长度；也可以避免因驱动件而增大机械臂前端的质量，降低驱动件的驱动负担。

本实用新型所提供的各个附图中，均以机械臂包括第一驱动臂体101、第二驱动臂体102和第三驱动臂体103三个驱动臂体为例进行说明。基于第一驱动臂体101、第二驱动臂体102和第三驱动臂体103三个驱动臂体以及分别设于前述三个驱动臂体处的三个第一驱动轮2，本实用新型所提供的机械臂分别采用三个柔性牵拉件3和三个驱动件分别实现第一驱动臂体101、第二驱动臂体102和第三驱动臂体103三者的运动控制。

根据图1和图2可知，第一驱动臂体101、第二驱动臂体102和第三驱动臂体103三个驱动臂体中，第一驱动臂的转轴与第二驱动臂的转轴相互垂直，第三驱动臂的转轴则与第二驱动臂的转轴平行。其中，第一驱动臂体101处于该机械臂的根部，安装台11与第一驱动臂体101连接，因此，用于分别驱动前述三个驱动臂体的三个驱动件，例如图1所示的三个电机4，则通过安装台11定位安装于机械臂的根部。

以上对本实用新型所提供的机械臂进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种机械臂，包括多个用以连接成机械臂主体的驱动臂体，其特征在于，任意相邻的两个所述驱动臂体的转动连接处设有第一驱动轮(2)；还包括中部环绕且张紧于所述第一驱动轮(2)的轮周的柔性牵拉件(3)；所述柔性牵拉件(3)的端部连接有驱动件。

2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述驱动件包括电机(4)和设于所述电机(4)的输出轴的第二驱动轮(5)；所述柔性牵拉件(3)为首尾衔接的环状柔性拉环；所述环状柔性拉环套设于所述第二驱动轮(5)的轮周。

3.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述驱动件还包括设于所述电机(4)和所述第二驱动轮(5)之间的变速齿轮组。

4.根据权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述变速齿轮组包括与所述电机(4)的输出轴同轴固定的第一锥齿轮(6)和与所述第二驱动轮(5)同轴固定、用以啮合所述第一锥齿轮(6)的第二锥齿轮(7)；所述第一锥齿轮(6)的齿数少于所述第二锥齿轮(7)的齿数。

5.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于，还包括紧邻所述第一驱动轮(2)设置的第一限位组件和紧邻所述第二驱动轮(5)设置的第二限位组件；所述第一限位组件和所述第二限位组件均包括两组用以供所述柔性牵拉件(3)卡嵌且穿梭的限位槽。

6.根据权利要求5所述的机械臂，其特征在于，任意一组所述限位槽具体包括设于挡块(8)的第一限位槽和设于连接环(9)的第二限位槽；所述挡块(8)和所述连接环(9)沿同一直线间隔分布。

7.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述第一驱动轮(2)具体为线轮；所述环状柔性拉环具体为拉索。

8.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述第一驱动轮(2)处连接有用以检测所述第一驱动轮(2)的旋转角度的编码器(10)。

9.根据权利要求1至8任一项所述的机械臂，其特征在于，位于所述机械臂主体根部的所述驱动臂体连接有安装台(11)；所述驱动件设于所述安装台(11)。

10.根据权利要求9所述的机械臂，其特征在于，全部所述驱动臂体包括自所述安装台(11)依次铰接的第一驱动臂体(101)、第二驱动臂体(102)和第三驱动臂体(103)；

所述第一驱动臂体(101)、所述第二驱动臂体(102)和所述第三驱动臂体(103)三者均设有第一驱动轮(2)；任一所述第一驱动轮(2)连接有一个所述柔性牵拉件(3)和一个所述驱动件。

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