CN219095130U - 一种多自由度桌面机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多自由度桌面机械臂，驱动组件包括驱动器安装件，驱动器安装件包括底壁和两个侧壁，第一轴驱动器安装在所述底壁上，并位于两个所述侧壁之间；第二轴驱动器和第三轴驱动器分别安装在所述侧壁上，并对称布置；两个所述侧壁上还对称设置有竖槽，驱动板插入所述竖槽中，并位于所述第一轴驱动器与所述第二轴驱动器和第三轴驱动器的组合体之间，所述驱动板与所述第一轴驱动器与所述第二轴驱动器和第三轴驱动器通过控制线电连接。本实用新型提供的多自由度桌面机械臂，驱动板布置合理，便于安装时备线，可以减少过多裸露外线，防止机械臂工作过程中连接线产生不必要的缠绕；机械臂的结构简单，安装方便，调试效率高，便于加工制造。

Description

一种多自由度桌面机械臂

技术领域

本实用新型属于机械臂领域，具体涉及一种多自由度桌面机械臂。

背景技术

随着现代科技的迅速发展，机械臂行业发展越来越迅速，在工厂自动化生产中应用越来越多。工业机械臂技术日渐成熟，但由于工业机械臂体积庞大、操作危险，不适用于学校、家庭使用。

现有技术中已经存在一些桌面型机械臂，由于较小的体积，能够满足教育、生活和轻工等领域对应机械臂的需求。但现有技术中的桌面型机械臂仍存在结构复杂，安装困难等问题。由于结构设计不合理，机器人在运动过程中存在抖动等现象。机械臂的驱动电机安装位置分散，过多的电线裸露，不利于布线，使用过程中易缠绕打结；且不利于安装接线；安装调试效率低。

实用新型内容

为了至少解决上述技术问题之一，本实用新型采用的技术方案是提供一种多自由度桌面机械臂，其结构简单，布线合理；安装方便，调试效率高，便于加工制造。

为了至少实现上述目的之一，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型提供一种多自由度桌面机械臂，包括底座组件，驱动组件，大臂组件，小臂组件和末端执行组件，驱动组件，大臂组件，小臂组件和末端执行组件安装在所述底座组件上，驱动组件包括驱动器安装件，驱动器安装件包括底壁和两个侧壁，第一轴驱动器安装在所述底壁上，并位于两个所述侧壁之间；第二轴驱动器和第三轴驱动器分别安装在所述侧壁上，并对称布置；两个所述侧壁上还对称设置有竖槽，驱动板插入所述竖槽中，并位于所述第一轴驱动器与所述第二轴驱动器和第三轴驱动器的组合体之间，所述驱动板与所述第一轴驱动器与所述第二轴驱动器和第三轴驱动器通过控制线电连接。

进一步地，所述竖槽设置有通孔；所述驱动板上设置有安装缺口；固定销穿过所述通孔后卡入所述安装缺口中。

进一步地，所述驱动组件还包括驱动基座；所述底壁上与所述第一轴驱动器相对的一侧设置有连接部；所述连接部通过轴承旋转支撑在所述驱动基座上，固定螺栓穿过所述驱动基座和驱动器安装件，通过螺母将所述驱动基座和驱动器安装件连接。

进一步地，所述驱动基座的一端通过螺钉与所述底座组件连接，另一端设置有同步齿；所述第一轴驱动器上设置有同步轮，所述同步轮通过同步带所述同步齿传动连接。

进一步地，两个所述侧壁上还设置有螺栓固定轴；大臂组件包括大臂和大臂驱动轮；所述大臂和大臂驱动轮固连，并旋转支撑在所述螺栓固定轴的一端，大臂驱动轮通过同步带传动装置与所述第二轴驱动器传动连接。

进一步地，所述小臂组件包括小臂、小臂驱动轮、连杆驱动件和小臂连杆；所述小臂的臂体与所述大臂链接，所述小臂的一端与所述小臂连杆的一端链接，所述小臂连杆的另一端与所述连杆驱动件铰接；所述连杆驱动件与小臂驱动轮固连，并旋转支撑在所述螺栓固定轴的另一端；所述小臂驱动轮通过同步带传动装置与所述第三轴驱动器传动连接。

进一步地，所述末端执行组件包括末端基体和第四轴驱动器；所述末端基体与所述小臂的另一端铰接，所述第四轴驱动器安装在所述末端基体上。

进一步地，还包括连杆组件，所述连杆组件包括第一连杆、连接件和第二连杆；所述第一连杆的一端铰接在所述驱动器安装件上，另一端与所述连接件铰接；所述连接件铰接在所述小臂绕所述大臂的旋转轴线上；所述大臂、第一连杆、驱动器安装件和连接件之间的四个铰接点组成第一平行四边形机构；所述第二连杆的一端铰接在所述连接件上，另一端与所述末端基体铰接，所述小臂、第二连杆、连接件和末端基体之间的四个铰接点组成第二平行四边形机构。

进一步地，所述驱动板设置有霍尔传感器，所述霍尔传感器与所述驱动板的基体垂直，并靠近所述驱动基座；所述驱动基座靠近所述驱动板的一侧端面上安装有磁铁；所述磁铁与所述霍尔传感器配合安装；所述驱动板上与所述霍尔传感器相对的一侧设置有大臂行程开关和小臂行程开关；大臂上设置有大臂凸起，所述大臂凸起与所述大臂行程开关配合安装；所述小臂连杆上设置有小臂凸起，所述小臂凸起与所述小臂行程开关配合安装。

进一步地，所述大臂上设置有第一水平仪安装槽，所述小臂上设置有第二水平仪安装槽；所述第一水平仪安装槽和第二水平仪安装槽用于安装圆柱水平仪。

本实用新型提供一种多自由度桌面机械臂，与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提供的多自由度桌面机械臂，驱动板安装在驱动器安装件的竖槽中，并位于第一轴驱动器与第二轴驱动器和第三轴驱动器的组合体之间，驱动板的此种布置方式，使得各驱动器与驱动板之间的连接线长度基本一致，便于安装时备线。同时驱动板位于第一轴旋转轴线附近，其与控制盒内主控板的连接线长度较短，可以减少过多裸露外线，防止机械臂工作过程中连接线产生不必要的缠绕。

本实用新型提供的多自由度桌面机械臂，驱动板插入竖槽后，固定销穿过竖槽上的通孔后卡入驱动板上的安装缺口中，实现驱动板的固定，结构简单，安装方便。

本实用新型提供的多自由度桌面机械臂，驱动板上通过设置霍尔传感器、大臂行程开关和小臂行程开关，与驱动基座上的磁铁、大臂凸起和小臂凸起安装配合，实现对机械臂第一自由度、第二自由度和第三自由度的限位，结构简单，控制方便。

本实用新型提供的多自由度桌面机械臂，大臂组件的旋转轴线与机械臂第一自由度的旋转轴线偏置布置，与第一轴驱动器的旋转轴线相对于机械臂第一自由度的旋转轴线相对布置；此布置方式能够减小偏心力矩对机械臂第一自由度运动的影响，同时还使机械臂末端远离底座组件的控制盒布置，减小控制盒对机械臂末端的影响，增大机械臂行程范围的利用率。

本实用新型提供的多自由度机械臂，大臂上的第一水平仪安装槽和小臂上的第二水平仪安装槽，可以安装圆柱水平仪能够直观快速实现大臂和小臂的调平，安装调试更加方便，效率更高。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型的保护范围。

附图说明

图1为本实用新型提供的多自由度桌面机械臂的结构示意图；

图2为本实用新型提供的驱动组件的结构示意图；

图3为本实用新型提供的驱动组件的内部结构示意图；

图4为本实用新型提供的驱动基座的结构示意图；

图5为本实用新型提供的驱动板的结构示意图；

图6为本实用新型提供的多自由度桌面机械臂的部分结构示意图；

图7为本实用新型提供的多自由度桌面机械臂的另一视角的部分结构示意图；

图8为图7中沿A-A线的剖视图；

图9为图7中沿B-B线的剖视图；

图10为本实用新型提供的多自由度桌面机械臂的又一视角的部分结构示意图；

其中，1底座组件、1-1控制盒、2驱动组件、2-1驱动基座、2-101同步齿、2-102磁铁安装槽、2-2驱动器安装件、2-20底壁、2-21侧壁、2-210竖槽、2-22连接部、2-3固定螺栓、2-4第一轴驱动器、2-40同步轮、2-5同步带、2-6第二轴驱动器、2-7第三轴驱动器、2-8驱动板、2-81安装缺口、2-82霍尔传感器、2-83大臂行程开关、2-84小臂行程开关、2-9固定销、2-10螺栓固定轴、3大臂组件、3-1大臂、3-10第一水平仪安装槽、3-2大臂驱动轮、4小臂组件、4-1小臂、4-10第二水平仪安装槽、4-2小臂驱动轮、4-3连杆驱动件、4-4小臂连杆、4-5条槽、5末端执行组件、5-1末端基体、5-2第四轴驱动器、6连杆组件、6-1第一连杆、6-2连接件、6-3第二连杆。

实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下，将通过具体实施例对本实用新型提供的多自由度桌面机械臂作详细说明：

如图1-10所示，本实用新型提供的机械臂包括：底座组件1，驱动组件2，大臂组件3，小臂组件4，末端执行组件5和连杆组件6等主要零部件。

底座组件1包括控制盒1-1；所述控制盒1-1内设置有控制器（图中未示出），底部设置有底板，所述控制器设置在所述底板上。所述控制盒的侧壁上设置有电源接口、数据接口以及扩展口等端口。控制盒的顶部还设置有控制按键，如电源开关、复位开关等，所述控制按键与所述控制器通信连接。

驱动组件2包括驱动基座2-1，驱动器安装件2-2，固定螺栓2-3，第一轴驱动器2-4，同步带2-5，第二轴驱动器2-6，第三轴驱动器2-7，驱动板2-8等零部件。驱动基座2-1一端通过螺钉固定在控制盒1-1上。驱动基座2-1的另一端设置有同步齿2-101。

驱动器安装件2-2包括底壁2-20及底壁两侧的侧壁2-21，呈开口的半包围结构。第一轴驱动器2-4安装在底壁2-20上，并设置在两个侧壁之间。驱动器安装件2-2底壁上与第一轴驱动器2-4相对的一侧设置有连接部2-22。连接部2-22通过轴承旋转支撑在驱动基座2-1的阶梯孔中，固定螺栓2-3穿过驱动基座2-1和驱动器安装件2-2，通过螺母将两者定位连接。

第一轴驱动器2-4倒置安装在底壁2-20上，第一轴驱动器2-4的驱动轴穿过底壁2-20的末端设置有同步轮2-40，同步轮2-40通过同步带2-5与驱动基座2-1上的同步齿2-101传动连接。由于同步齿2-10固定，第一轴驱动器2-4带动同步轮2-40转动时，实现驱动器安装件2-2绕驱动基座2-1的轴线A转动，进而实现机械臂第一自由度的运动。

驱动器安装件2-2的两个侧壁2-21上分别对称安装有第二轴驱动器2-6和第三轴驱动器2-7。驱动器安装件2-2两个侧壁2-21上还对称设置有竖槽2-210，驱动板2-8插入所述竖槽2-210中，并位于第一轴驱动器2-4与第二轴驱动器2-6和第三轴驱动器2-7之间，靠近轴线A。驱动板8的此种布置方式，使得各驱动器与驱动板对应驱动端口2-80之间的连接线长度基本一致，便于安装时备线。同时驱动板位于轴线A附近，其与控制盒内主控板的连接线长度较短，可以减少过多裸露外线，防止机械臂工作过程中连接线产生不必要的缠绕。

竖槽2-210上还设置有通孔。驱动板2-8插入竖槽2-210后，与通孔对应部位设置有安装缺口2-81。固定销2-9穿过通孔后卡入安装缺口2-81，实现驱动板2-8的固定。两个侧壁2-21之间还设置有螺栓固定轴2-10，螺栓固定轴2-10通过螺母固定在侧壁2-21上。

驱动板2-8上还设置有霍尔传感器2-82，霍尔传感器2-82与驱动板2-8基体垂直，并靠近驱动基座2-1布置。驱动基座2-1靠近驱动板的一侧端面上还设置有磁铁安装槽2-102，磁铁安装槽2-102中安装有磁铁。磁铁与霍尔传感器2-82配合，实现对第一轴旋转的硬件限位。

大臂组件3包括大臂3-1和大臂驱动轮3-2。大臂3-1和大臂驱动轮3-2通过螺钉固连，并一起旋转支撑在螺栓固定轴2-10的一端。大臂驱动轮3-2通过同步带传动装置与第二轴驱动器2-6传动连接，第二轴驱动器2-6带动大臂3-1绕驱动器安装件2-2的旋转，从而实现机械臂第二自由度的运动。

小臂组件4包括小臂4-1、小臂驱动轮4-2、连杆驱动件4-3和小臂连杆4-4等零部件。小臂4-1与大臂3-1链接，小臂在靠近铰接位置的一端与小臂连杆4-4的一端链接，小臂连杆4-4的另一端与连杆驱动件4-3铰接。连杆驱动件4-3与小臂驱动轮4-2通过螺钉固连，并一起旋转支撑在螺栓固定轴2-10的另一端。小臂驱动轮4-2通过同步带传动装置与第三轴驱动器2-7传动连接，第三轴驱动器2-7通过上述传动带动小臂4-1绕大臂3-1旋转，从而实现机械臂第三自由度的运动。

末端执行组件5包括末端基体5-1和第四轴驱动器5-2。末端基体5-1与小臂4-1的另一端铰接，第四轴驱动器5-2安装在末端基体5-1上，第四轴驱动器5-2带动工装夹具转动，实现机械臂第四自由度的运动。第四轴驱动器5-2优选为带自复位功能的电机。

连杆组件6包括第一连杆6-1、连接件6-2和第二连杆6-3等零部件。第一连杆6-1的一端铰接在驱动器安装件2-2上，另一端与连接件6-2铰接。连接件6-2铰接在小臂4-1绕大臂3-1的旋转轴线上。大臂3-1、第一连杆6-1与驱动器安装件2-2和连接件6-2的四个铰接点组成第一平行四边形机构。第二连杆6-3的一端铰接在连接件6-2上，另一端与末端基体5-1铰接。小臂4-1、第二连杆6-3与连接件6-2和末端基体5-1的四个铰接点组成第二平行四边形机构。

大臂组件3、小臂组件4、末端执行组件5和连杆组件6通过两个平行四边形机构保证了末端基体5-1在运动过程中均处于水平位置；且在运动过程中直至达到机器人极限位置，上述连杆均不会与臂体产生运动干涉。

驱动板2-8上与霍尔传感器2-82相对的一侧，还设置有大臂行程开关2-83和小臂行程开关2-84。大臂3-1上靠近大臂驱动轮3-2的一侧设置有大臂凸起3-10，大臂凸起3-10与大臂行程开关2-83配合实现大臂的运动限位。小臂连杆4-4与连杆驱动件4-3的铰接端形成小臂凸起4-10，小臂凸起4-10与小臂行程开关2-84配合实现小臂的运动限位。

本实用新型提供的多自由度机械臂，大臂组件3的旋转轴线C与机械臂第一自由度的旋转轴线A偏置，与第一轴驱动器2-4的旋转轴线B相对于机械臂第一自由度的旋转轴线A相对布置。此布置方式能够减小偏心力矩对机械臂第一自由度运动的影响，同时还使机械臂末端远离控制盒1-1布置，减小控制盒1-1对机械臂末端的影响，增大机械臂行程范围的利用率。

本实用新型提供的多自由度机械臂，大臂3-1上设置有第一水平仪安装槽3-10，小臂4-1上设置有第二水平仪安装槽4-10。通过在第一水平仪安装槽3-10和第二水平仪安装槽4-10中安装圆柱水平仪能够直观快速实现大臂和小臂的调平，安装调试更加方便，效率更高。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面” 可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、 或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

Claims (10)

1.一种多自由度桌面机械臂，包括底座组件，驱动组件，大臂组件，小臂组件和末端执行组件，驱动组件，大臂组件，小臂组件和末端执行组件安装在所述底座组件上，其特征在于，驱动组件包括驱动器安装件，驱动器安装件包括底壁和两个侧壁，第一轴驱动器安装在所述底壁上，并位于两个所述侧壁之间；第二轴驱动器和第三轴驱动器分别安装在所述侧壁上，并对称布置；两个所述侧壁上还对称设置有竖槽，驱动板插入所述竖槽中，并位于所述第一轴驱动器与所述第二轴驱动器和第三轴驱动器的组合体之间，所述驱动板与所述第一轴驱动器与所述第二轴驱动器和第三轴驱动器通过控制线电连接。

2.根据权利要求1所述的多自由度桌面机械臂，其特征在于，所述竖槽设置有通孔；所述驱动板上设置有安装缺口；固定销穿过所述通孔后卡入所述安装缺口中。

3.根据权利要求2所述的多自由度桌面机械臂，其特征在于，所述驱动组件还包括驱动基座；所述底壁上与所述第一轴驱动器相对的一侧设置有连接部；所述连接部通过轴承旋转支撑在所述驱动基座上，固定螺栓穿过所述驱动基座和驱动器安装件，通过螺母将所述驱动基座和驱动器安装件连接。

4.根据权利要求3所述的多自由度桌面机械臂，其特征在于，所述驱动基座的一端通过螺钉与所述底座组件连接，另一端设置有同步齿；所述第一轴驱动器上设置有同步轮，所述同步轮通过同步带所述同步齿传动连接。

5.根据权利要求4所述的多自由度桌面机械臂，其特征在于，两个所述侧壁上还设置有螺栓固定轴；大臂组件包括大臂和大臂驱动轮；所述大臂和大臂驱动轮固连，并旋转支撑在所述螺栓固定轴的一端，大臂驱动轮通过同步带传动装置与所述第二轴驱动器传动连接。

6.根据权利要求5所述的多自由度桌面机械臂，其特征在于，所述小臂组件包括小臂、小臂驱动轮、连杆驱动件和小臂连杆；所述小臂的臂体与所述大臂链接，所述小臂的一端与所述小臂连杆的一端链接，所述小臂连杆的另一端与所述连杆驱动件铰接；所述连杆驱动件与小臂驱动轮固连，并旋转支撑在所述螺栓固定轴的另一端；所述小臂驱动轮通过同步带传动装置与所述第三轴驱动器传动连接。

7.根据权利要求6所述的多自由度桌面机械臂，其特征在于，所述末端执行组件包括末端基体和第四轴驱动器；所述末端基体与所述小臂的另一端铰接，所述第四轴驱动器安装在所述末端基体上。

8.根据权利要求7所述的多自由度桌面机械臂，其特征在于，还包括连杆组件，所述连杆组件包括第一连杆、连接件和第二连杆；所述第一连杆的一端铰接在所述驱动器安装件上，另一端与所述连接件铰接；所述连接件铰接在所述小臂绕所述大臂的旋转轴线上；所述大臂、第一连杆、驱动器安装件和连接件之间的四个铰接点组成第一平行四边形机构；所述第二连杆的一端铰接在所述连接件上，另一端与所述末端基体铰接，所述小臂、第二连杆、连接件和末端基体之间的四个铰接点组成第二平行四边形机构。

9.根据权利要求8所述的多自由度桌面机械臂，其特征在于，所述驱动板设置有霍尔传感器，所述霍尔传感器与所述驱动板的基体垂直，并靠近所述驱动基座；所述驱动基座靠近所述驱动板的一侧端面上安装有磁铁；所述磁铁与所述霍尔传感器配合安装；所述驱动板上与所述霍尔传感器相对的一侧设置有大臂行程开关和小臂行程开关；大臂上设置有大臂凸起，所述大臂凸起与所述大臂行程开关配合安装；所述小臂连杆上设置有小臂凸起，所述小臂凸起与所述小臂行程开关配合安装。

10.根据权利要求8所述的多自由度桌面机械臂，其特征在于，所述大臂上设置有第一水平仪安装槽，所述小臂上设置有第二水平仪安装槽；所述第一水平仪安装槽和第二水平仪安装槽用于安装圆柱水平仪。

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