CN214724346U - 一种机器人的肩关节以及机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机器人的肩关节以及机器人，其中，包括关节基座、肩部组件、第一驱动组件、大臂组件和第二驱动组件，所述关节基座上设有安装孔，所述肩部组件穿过所述安装孔固定在所述关节基座上，所述第一驱动组件设于所述关节基座上，且所述第一驱动组件与所述肩部组件连接，用于驱动所述肩部组件在所述安装孔内旋转；所述大臂组件设于所述肩部组件上背离所述第一驱动组件的一端；所述第二驱动组件设于所述大臂组件上，所述第二驱动组件与所述肩部组件连接，用于驱动所述大臂组件相对于所述肩部组件转动。本申请中通过第一驱动组件和第二驱动组件控制机器人的肩部可以自由转动，使机器人的肩部和大臂的运动更加生动协调。

Description

一种机器人的肩关节以及机器人

技术领域

本实用新型涉及仿真机器人技术领域，特别是涉及一种机器人的肩关节以及机器人。

背景技术

机器人一般根据不同应用需求被设计成不同形状，如运用于工业的机械臂、轮椅机器人、步行机器人等。而仿人机器人研究集机械，电子，计算机，材料，传感器，控制技术等多门科学于一体，代表着一个国家的高科技发展水平。仿人机器人是通过模仿人的形态和行为而设计制造的，一般分别或同时具有仿人的四肢和头部。

但是，人类的四肢非常灵活，可以进行多维度的运动，而现有的机器人肩关节的设计往往是使用连杆机构带动机器人手臂运动，无法灵活控制机器人的手臂进行多维运动，使得机器人在工作时手臂的运动不够协调。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种机器人的肩关节以及机器人，旨在解决机器人的肩关节运动不够协调的问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种机器人的肩关节，其中，包括关节基座、肩部组件、第一驱动组件、大臂组件和第二驱动组件，所述关节基座上设有安装孔，所述肩部组件穿过所述安装孔固定在所述关节基座上，所述第一驱动组件设于所述关节基座上，且所述第一驱动组件与所述肩部组件连接，用于驱动所述肩部组件在所述安装孔内旋转；所述大臂组件设于所述肩部组件上背离所述第一驱动组件的一端；所述第二驱动组件设于所述大臂组件上，所述第二驱动组件与所述肩部组件连接，用于驱动所述大臂组件相对于所述肩部组件转动。

所述的机器人的肩关节，其中，所述第一驱动组件包括第一电机、联轴器和蜗杆，所述第一电机固定在所述关节基座上；所述联轴器一端连接所述第一电机的输出端，另一端连接所述蜗杆，所述联轴器将所述第一电机产生的动力传递到所蜗杆上，带动所述蜗杆转动；所述肩部组件上与所述蜗杆相对的位置设有蜗轮，所述蜗轮的侧面与所述蜗杆啮合。

所述的机器人的肩关节，其中，所述第一驱动组件还包括用于固定所述第一电机的电机支撑件和用于固定所述蜗杆的蜗杆支撑件，所述电机支撑件和所述蜗杆支撑件均安装在所述关节基座上。

所述的机器人的肩关节，其中，所述电机支撑件上背离所述关节基座的一端设有第一连接孔，所述第一电机的输出端穿过所述第一连接孔与所述联轴器连接；所述蜗杆支撑件上背离所述关节基座的一端设有第二连接孔，所述蜗杆穿过所述第二连接孔与所述联轴器连接；所述第一连接孔到所述关节基座的距离与所述第二连接孔到所述关节基座的距离相等。

所述的机器人的肩关节，其中，所述第一电机为伺服减速电机。

所述的机器人的肩关节，其中，所述肩部组件包括内套和外套，所述内套一端与所述第一驱动组件连接；另一端与所述大臂组件连接；所述外套为固定在所述安装孔内的空心套筒，所述内套设于所述外套的内腔中，所述内套与外套之间设置有若干个滚珠。

所述的机器人的肩关节，其中，所述内套上朝向所述大臂组件的一端设有第一连接座，所述第一连接座沿所述内套的轴向方向凸出，且所述第一连接座上设有第三连接孔；所述大臂组件包括支撑板和固定在所述支撑板上的两个第二连接座，两个所述第二连接座分别安装于所述第三连接孔两侧；所述第三连接孔内穿过一轴杆，且所述轴杆两端分别延伸到两个所述第二连接座上，将所述第一连接座和第二连接座连接起来。

所述的机器人的肩关节，其中，所述轴杆上还设有固定锥齿轮；所述支撑板上形成有中央孔，所述第二驱动组件包括第二电机和锥形齿轮，所述第二电机固定在所述支撑板上背离所述第一连接座的一侧，所述锥形齿轮安装在所述第二电机的输出端上，且所述锥形齿轮穿过所述中央孔与所述固定锥齿轮啮合。

所述的机器人的肩关节，其中，所述第二电机为伺服减速电机。

本申请还公开了一种机器人，其中，包括如上任一所述的的机器人的肩关节。

与现有技术相比，本实用新型实施例具有以下优点：

本申请的机器人工作时，其肩关节的关节基座固定在躯干上，第一驱动组件则设置于躯干内部，大臂组件和第二驱动组件则设置于躯干外，肩关节运动时，通过控制第一驱动组件控制肩部组件在安装孔内转动，肩部组件的旋转带动大臂组件前后摆动；而第二驱动组件控制大臂组件与肩部组件相对转动，即带动大臂组件上下摆动；从而实现了机器人肩部的前后和上下两个方向上的运动，而且两组驱动组件可以分开控制，使得机器人肩关节的运动方式更加接近人类手臂的运动，整体的运动效果更加协调。

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中记载的一些实施例，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获得其他的附图。

图1为本实用新型中机器人的肩关节的结构示意图；

图2为本实用新型中机器人的肩关节的侧视图；

图3为本实用新型中机器人的肩关节的另一角度的结构示意图；

图4为本实用新型中机器人的肩关节的另一角度的结构示意图；

图5为图4中A处的局部放大图。

其中，10、关节基座；20、肩部组件；21、蜗轮；22、内套；221、第一连接座；222、轴杆；223、固定锥齿轮；23、外套；24、滚珠；30、第一驱动组件；31、第一电机；32、联轴器；33、蜗杆；34、电机支撑件；341、第一连接孔；35、蜗杆支撑件；351、第二连接孔；40、大臂组件；41、支撑板；411、中央孔；42、第二连接座；43、外壳；50、第二驱动组件；51、第二电机；52、锥形齿轮。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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、完整的描述，显然，所描述的实施例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。

目前，随着人工智能的科技进步，人们对机器人的研究越来越多，机器人作为人类研发的用于辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作，提高工作效率与质量，服务人类生活的机器，为现代人类社会的工作和生活带来了便捷。

在机器人的设计中，仿生学的使用非常广泛，特别是基于人类的工作和生活研制的仿人机器人，通过模仿人类自身的身体形态和行为方式而设计制造，一般具有躯干、四肢和头部。

人们希望高仿真人形机器人的整体结构可以高度还原人体的运动，有较高的自由度，可以实现多种肢体运动，动作灵活且协调；但是现有机器人的驱动方式大部分采用传动连接带动机器人的躯体与四肢运动，结构复杂的设计给控制、维修和检修带来不便和未知的问题；而且机器人结构的自由度越多，结构就越复杂，导致各个机构运行时为了控制机器人本身的平衡问题，机器人不能协调的实现运动。

参阅图1，本实用新型申请的一实施例中，公开了一种机器人的肩关节，其中，包括关节基座10、肩部组件20、第一驱动组件30、大臂组件40和第二驱动组件50，所述关节基座10上设有安装孔(附图中未示出)，所述肩部组件20穿过所述安装孔固定在所述关节基座10上，所述第一驱动组件30设于所述关节基座10上，且所述第一驱动组件30与所述肩部组件20连接，用于驱动所述肩部组件20在所述安装孔内旋转；所述大臂组件40设于所述肩部组件20上背离所述第一驱动组件30的一端；所述第二驱动组件50设于所述大臂组件40上，所述第二驱动组件50与所述肩部组件20连接，用于驱动所述大臂组件40相对于所述肩部组件20转动。

本申请的机器人工作时，其肩关节的关节基座10固定在躯干上，第一驱动组件30则设置于躯干内部，大臂组件40和第二驱动组件50则设置于躯干外，肩关节运动时，通过控制第一驱动组件30控制肩部组件20在安装孔内转动，肩部组件20的旋转带动大臂组件40前后摆动；而第二驱动组件50控制大臂组件40与肩部组件20相对转动，即带动大臂组件40上下摆动；从而实现了机器人肩部的前后和上下两个方向上的运动，而且两组驱动组件可以分开控制，使得机器人肩关节的运动方式更加接近人类手臂的运动，整体的运动效果更加协调。

如图2所示，作为本实施例中的一种实现方式，公开了所述第一驱动组件30包括第一电机31、联轴器32和蜗杆33，所述第一电机31固定在所述关节基座10上；所述联轴器32一端连接所述第一电机31的输出端，另一端连接所述蜗杆33，所述联轴器32将所述第一电机31产生的动力传递到所蜗杆33上，带动所述蜗杆33转动；所述肩部组件20上与所述蜗杆33相对的位置设有蜗轮21，所述蜗轮21的侧面与所述蜗杆33啮合。当机器人的肩关节需要向前摆动或者向后摆动时，通过第一电机31产生动力，联轴器32将第一电机31的输出端和蜗杆33连接起来，同步转动，蜗杆33被带着转动，如图2所示，蜗杆33上有啮合螺纹，而肩部组件20上与啮合螺纹相对的位置设有蜗轮21，蜗轮21的侧面与啮合螺纹啮合，当蜗杆33转动时，带动蜗轮21转动，进一步的带动肩部组件20转动，从而使机器人躯干外的大臂组件40也被带动着转动，而肩部组件20沿径向方向的转动是平行于关节基座10所在的平面的，也就相当于大臂组件40被带动着前后摆动，这样的控制方式环环相扣，连接稳定，方便对肩部组件20的运动进行精密控制。另外，本实施例中为了更好地控制蜗杆33的转动，提供稳定的动力，可设置所述第一电机31为伺服减速电机，相对其他电机，伺服减速电机具有高刚性，高精度(单级可做到1分以内)，(双级可做到3分以内)，高传动效率(单级在95％-99％)等特点。因为这些特点，伺服减速电机多数是用来降低转速，提升扭矩，匹配惯量的，所以适于应用在机器人的肩关节上。

如图2和图4所示，作为本实施例中的一种实现方式，公开了所述第一驱动组件30还包括用于固定所述第一电机31的电机支撑件34和用于固定所述蜗杆33的蜗杆支撑件35，所述电机支撑件34和所述蜗杆支撑件35均安装在所述关节基座10上。使用电机支撑件34和蜗杆支撑件35对第一电机31、联轴器32和蜗杆33进行支撑固定，使得机器人在驱动肩部组件20转动时更加稳定，减少第一驱动组件30的震动或者摇晃，使机器人在运动过程中更容易保持平衡。

如图4所示，作为本实施例中的一种实现方式，公开了所述电机支撑件34上背离所述关节基座10的一端设有第一连接孔341，所述第一电机31的输出端穿过所述第一连接孔341与所述联轴器32连接；所述蜗杆支撑件35上背离所述关节基座10的一端设有第二连接孔351，所述蜗杆33穿过所述第二连接孔351与所述联轴器32连接；所述第一连接孔341到所述关节基座10的距离与所述第二连接孔351到所述关节基座10的距离相等。当蜗杆33安装在第一连接孔341内时，其与安装在第二连接孔351内的第一电机31的输出端共线，联轴器32将蜗杆33和第一电机31连接时更加顺畅，减少侧向阻力的产生，第一电机31转动时产生的扭力更好地传递到蜗杆33上，提高动力的传递效率；而且减少第一电机31、联轴器32和蜗杆33之间的相互摩损，延长第一驱动组件30的使用寿命。进一步的，为了使蜗杆33转动时的阻力更小，当设置蜗杆支撑件35时，可以在第二连接孔351与蜗杆33之间设置滚杆，使蜗杆33与蜗杆支撑件35之间形成类似轴承的结构，大大减小转动时受到的阻力，提高动力从第一电机31传递到肩部组件20的效率。

如图2和图5所示，作为本实施例中的一种实现方式，公开了所述肩部组件20包括内套22和外套23，所述内套22一端与所述第一驱动组件30连接；另一端与所述大臂组件40连接；所述外套23为固定在所述安装孔内的空心套筒，所述内套22设于所述外套23的内腔中，所述内套22与外套23之间设置有若干个滚珠24。肩部组件20通过内套22、滚珠24和外套23相互配合形成类似轴承的结构，当外套23固定在安装孔内时，内套22转动通过滚珠24减小摩擦，转动过程中减少内套22与外套23的相互磨损，同时维持转动的稳定，使肩部组件20实现在关节基座10上稳定转动的运动效果；而且转动过程中动作更加连贯，使得机器人的肩关节的运动效果更加协调。

如图2和图4所示，作为本实施例中的一种实现方式，公开了所述内套22上朝向所述大臂组件40的一端设有第一连接座221，所述第一连接座221沿所述内套22的轴向方向凸出，且所述第一连接座221上设有第三连接孔(附图中未示出)；所述大臂组件40包括支撑板41和固定在所述支撑板41上的两个第二连接座42，两个所述第二连接座42分别安装于所述第三连接孔两侧；所述第三连接孔内穿过一轴杆222，且所述轴杆222两端分别延伸到两个所述第二连接座42上，将所述第一连接座221和第二连接座42连接起来。通过第一连接座221和第二连接座42将肩部组件20和大臂组件40实现连接，结构整体性强，有利于维持连接稳定，在大臂相对肩部组件20转动时不易脱落，维持机器人的正常形态。

如图1所示，作为本实施例中的一种实现方式，公开了所述轴杆222上还设有固定锥齿轮223；所述支撑板41上形成有中央孔411，所述第二驱动组件50包括第二电机51和锥形齿轮52，所述第二电机51固定在所述支撑板41上背离所述第一连接座221的一侧，所述锥形齿轮52安装在所述第二电机51的输出端上，且所述锥形齿轮52穿过所述中央孔411与所述固定锥齿轮223啮合。锥形齿轮52的卡齿设置在侧面，刚好正对固定锥齿轮223上设置在侧面边缘部分的卡齿，固定锥齿轮223固定在轴杆222上不会转动，而第二连接座42可在轴杆222上转动，所以当第二电机51产生动力驱动锥形齿轮52转动时，固定锥齿轮223产生的反作用力会使锥形齿轮52沿着固定锥齿轮223的外边缘转动，进而使支撑板41、第二连接座42、第二电机51等等都会同步摆动，即大臂组件40进行“抬起手臂”或者“放下手臂”的动作，实现不同于肩部组件20转动方向的第二个维度的肩部运动。另外，由于锥形齿轮52与固定锥齿轮223随时都处于啮合状态，所以不论大臂停止在什么位置，都可以很好地固定住，所以整个机器人的肩关节的运动，包括转动状态和停止状态都非常稳定，便于控制。

进一步的，在本实施例中同第一电机31一样，所述第二电机51也可为伺服减速电机。可以起到方便更加精确地控制大臂的运动的作用。

如图3所示，作为本实施例中的一种实现方式，公开了所述大臂组件40还可以包括外壳43，所述外壳43为空心壳体，所述第二驱动组件50安装在所述外壳43内。通过外壳43保护第二驱动组件50，防止第二驱动组件50在运动过程中被碰撞产生损坏，维持机器人正常工作；同时筒形外壳43更加接近人类手臂的外形，使机器人的外观看起来更加生动。

需要说明的是，本申请中公开的伺服减速电机刚性大，具有高传动效率，所以可以承受较大重力，不仅适用于传统的小型机器人的肩关节结构，而且还可以应用于大型娱乐机器人，完成机器人的胳臂前后摆动和上下摆动。

作为本申请的另一实施例，公开了一种机器人，其中，包括如上任一所述的的机器人的肩关节。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人的肩关节，其特征在于，包括：

关节基座，所述关节基座上设有安装孔；

肩部组件，穿过所述安装孔固定在所述关节基座上；

第一驱动组件，设于所述关节基座上，所述第一驱动组件与所述肩部组件连接，用于驱动所述肩部组件在所述安装孔内旋转；

大臂组件，设于所述肩部组件上背离所述第一驱动组件的一端；以及

第二驱动组件，设于所述大臂组件上，所述第二驱动组件与所述肩部组件连接，用于驱动所述大臂组件相对于所述肩部组件转动。

2.根据权利要求1所述的机器人的肩关节，其特征在于，所述第一驱动组件包括第一电机、联轴器和蜗杆，所述第一电机固定在所述关节基座上；所述联轴器一端连接所述第一电机的输出端，另一端连接所述蜗杆，所述联轴器将所述第一电机产生的动力传递到所蜗杆上，带动所述蜗杆转动；所述肩部组件上与所述蜗杆相对的位置设有蜗轮，所述蜗轮的侧面与所述蜗杆啮合。

3.根据权利要求2所述的机器人的肩关节，其特征在于，所述第一驱动组件还包括用于固定所述第一电机的电机支撑件和用于固定所述蜗杆的蜗杆支撑件，所述电机支撑件和所述蜗杆支撑件均安装在所述关节基座上。

4.根据权利要求3所述的机器人的肩关节，其特征在于，所述电机支撑件上背离所述关节基座的一端设有第一连接孔，所述第一电机的输出端穿过所述第一连接孔与所述联轴器连接；所述蜗杆支撑件上背离所述关节基座的一端设有第二连接孔，所述蜗杆穿过所述第二连接孔与所述联轴器连接；

所述第一连接孔到所述关节基座的距离与所述第二连接孔到所述关节基座的距离相等。

5.根据权利要求2所述的机器人的肩关节，其特征在于，所述第一电机为伺服减速电机。

6.根据权利要求1所述的机器人的肩关节，其特征在于，所述肩部组件包括内套和外套，所述内套一端与所述第一驱动组件连接；另一端与所述大臂组件连接；所述外套为固定在所述安装孔内的空心套筒，所述内套设于所述外套的内腔中，所述内套与外套之间设置有若干个滚珠。

7.根据权利要求6所述的机器人的肩关节，其特征在于，所述内套上朝向所述大臂组件的一端设有第一连接座，所述第一连接座沿所述内套的轴向方向凸出，且所述第一连接座上设有第三连接孔；所述大臂组件包括支撑板和固定在所述支撑板上的两个第二连接座，两个所述第二连接座分别安装于所述第三连接孔两侧；

所述第三连接孔内穿过一轴杆，且所述轴杆两端分别延伸到两个所述第二连接座上，将所述第一连接座和第二连接座连接起来。

8.根据权利要求7所述的机器人的肩关节，其特征在于，所述轴杆上还设有固定锥齿轮；

所述支撑板上形成有中央孔，所述第二驱动组件包括第二电机和锥形齿轮，所述第二电机固定在所述支撑板上背离所述第一连接座的一侧，所述锥形齿轮安装在所述第二电机的输出端上，且所述锥形齿轮穿过所述中央孔与所述固定锥齿轮啮合。

9.根据权利要求8所述的机器人的肩关节，其特征在于，所述第二电机为伺服减速电机。

10.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的机器人的肩关节。

Images