CN220408782U - 一种乒乓球机器人专用机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种乒乓球机器人专用机械臂，其包括底座、大臂、小臂、末端关节以及球拍固定座，每相邻的两者中，后者相对于前者转动安装；大臂保持竖置状态，底座内具有驱动大臂相对于底座沿竖直轴旋转的第一驱动结构；大臂内安装有驱动小臂相对于大臂转动的第二驱动机构；大臂内还安装有第三驱动机构以及第四驱动机构，两者分别通过第一传动机构以及第二传动机构建立与末端关节以及球拍固定座的驱动连接。本实用新型的乒乓球机器人专用机械臂各部件的布局以及关节的设置合理，符合乒乓球运动的击球需要，且其中所有的驱动机构均安装在底座以及大臂内，机器人整体的重心靠近底座，机械臂高速运动时转动机械振动较小，运行平稳。

Description

一种乒乓球机器人专用机械臂

技术领域

本实用新型涉及运动训练机器人技术领域，特别是涉及一种乒乓球机器人专用机械臂。

背景技术

乒乓球运动是一种常见的娱乐项目与竞技运动，其需要的场地小，且对打节奏快，运动强度高，对于肢体、反应速度都能得到有效的训练，因此深受国人欢迎。随着机器人技术的进步，在专业领域，为了提升运动员的水平，乒乓球训练机器人开始被引入到运动训练中，乒乓球训练机器人能够与运动员进行多回合对打，且能针对运动员的弱项进行专门训练，因此，乒乓球训练机器人相比于传统的发球机在训练效果与维度上均具有显著的进步。

申请人的在先申请CN215505412U公开了一种乒乓球机器人，其由平面运动机构与多轴机器臂构成，其中多轴机器臂采用的是现成的在售机器臂，其具有如下缺陷：

(1)运动轴较多，实际用不到这么多运动轴，因此实际使用中有运动轴处于锁定闲置状态，这些锁定闲置的运动轴占用了安装空间，且提升了整体重量；

(2)机器臂中所有电机基本就是相对于其驱动的轴就近安装，导致机器臂的重心偏高，高速运动击球时机器臂的稳定较差，抖动大。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种与乒乓球运动需求匹配、且高速运动时稳定性好的乒乓球机器人专用机械臂。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型的乒乓球机器人专用机械臂，其包括底座、大臂、小臂、末端关节以及球拍固定座，每相邻的两者中，后者相对于前者转动安装；

所述大臂保持竖置状态，所述底座内具有驱动所述大臂相对于所述底座沿竖直轴旋转的第一驱动结构；

所述大臂内安装有驱动所述小臂相对于所述大臂转动的第二驱动机构；所述大臂内还安装有第三驱动机构以及第四驱动机构，两者分别通过第一传动机构以及第二传动机构建立与所述末端关节以及所述球拍固定座的驱动连接。

进一步地，所述底座内具有三层空腔结构；所述第一驱动结构包括位于中间空腔内的第一电机，另外两个空腔内分别安装有第一同步带组件以及第一编码器；所述第一同步带组件建立所述第一电机与所述大臂之间的传动关系。

进一步地，所述第二驱动机构包括第二电机，所述第二电机的输出轴相对于所述大臂与所述小臂之间的相对转动中心偏置安装；所述第二驱动机构还包括连接所述第二电机与所述小臂的第二同步带组件。

进一步地，所述第三驱动机构包括安装在所述小臂上的第三电机；所述大臂与所述小臂之间的相对转动中心与所述第三电机的输出轴同轴安装；所述第一传动机构为连接所述第三电机与所述末端关节的同步带组件。

进一步地，末端关节上安装有过渡轴；所述球拍固定座与所述过渡轴之间设置有伞齿轮组件；

所述第四驱动机构包括安装在所述小臂上的第四电机；所述大臂与所述小臂之间的相对转动中心与所述第四电机的输出轴同轴安装；所述第二传动机构为连接所述第四电机与所述过渡轴的同步带组件。

进一步地，所述小臂由第一端座以及两个第一侧板构成；所述第一端座及所述末端关节均安装在两个所述第一侧板之间，所述第一端座及所述末端关节分别位于所述第一侧板的两端；所述第一端座的外围形成有配合同步带使用的齿部；所述第一端座的两侧分别形成有用于安装所述第三电机及所述第四电机的安装腔。

进一步地，所述第一传动机构及所述第二传动机构分别位于两个所述第一侧板的外侧。

进一步地，所述小臂还包括连接两个所述第一侧板中部的连接板。

进一步地，所述大臂包括旋转座，所述旋转座的两侧分别固定有第二侧板；所述旋转座与所述第二侧板之间形成有第一U形槽，所述小臂的一端置于所述第一U形槽内。

进一步地，所述球拍固定座上形成有第二U形槽，乒乓球拍的手柄嵌在所述第二U形槽内。

有益效果：本实用新型的乒乓球机器人专用机械臂一共有4个转动关节，且大臂保持竖置状态，各部件的布局以及关节的设置合理，是在符合乒乓球运动的击球需要的基础上，转动关节的数量达到最少，可有效降低控制难度。且其中所有的驱动机构均安装在底座以及大臂内，机器人整体的重心靠近底座，此外由于大臂是沿竖直轴旋转的，大臂与其内的驱动结构整体具有很小的转动惯量，因此，乒乓球机器人专用机械臂整体运行时转动机械振动较小，运行平稳，可减少乒乓球机器人专用机械臂的安装要求。

附图说明

图1为乒乓球机器人专用机械臂的结构图；

图2为乒乓球机器人专用机械臂下半部分的剖视图；

图3为乒乓球机器人专用机械臂末端部分的局部结构图；

图4为乒乓球机器人专用机械臂末端部分的局部剖视图。

图中：1-底座；2-大臂；21-旋转座；22-第二侧板；3-小臂；31-第一端座；31a-齿部；31b-安装腔；32-连接板；33-第一侧板；4-末端关节；5-球拍固定座；51-过渡轴；52-伞齿轮组件；6-第一驱动结构；61-第一电机；62-第一同步带组件；63-第一编码器；7-第二驱动机构；71-第二电机；72-第二同步带组件；8-第三驱动机构；81-第三电机；82-第三编码器；9-第四驱动机构；91-第四电机；92-第四编码器；10-第一传动机构；20-第二传动机构；30-乒乓球拍。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如图1所示的乒乓球机器人专用机械臂，其包括底座1、大臂2、小臂3、末端关节4以及球拍固定座5，每相邻的两者中，后者相对于前者转动安装；所述底座1与大臂2之间构成第一转动关节；所述大臂2与小臂3两者之间构成第二转动关节，所述小臂3与所述末端关节4之间构成第三转动关节，所述球拍固定座5与所述末端关节4之间构成第四转动关节。其中，第一转动关节与第二转动关节两者的转轴垂直，第二转动关节与第三转动关节两者的转轴平行，第三转动关节与第四转动关节两者的转轴垂直。

所述大臂2保持竖置状态，所述底座1内具有驱动所述大臂2相对于所述底座1沿竖直轴旋转的第一驱动结构6；

如图2所示，所述大臂2内安装有驱动所述小臂3相对于所述大臂2转动的第二驱动机构7；所述大臂2内还安装有第三驱动机构8以及第四驱动机构9，两者分别通过第一传动机构10以及第二传动机构20建立与所述末端关节4以及所述球拍固定座5的驱动连接。

上述结构中，整个乒乓球机器人专用机械臂一共有4个转动关节，且大臂2保持竖置状态，各部件的布局以及关节的设置合理，是在符合乒乓球运动的击球需要的基础上，转动关节的数量达到最少，可有效降低控制难度。另一方面，上述结构中所有的驱动机构均安装在底座1以及大臂2内，机器人整体的重心靠近底座1，此外由于大臂2是沿竖直轴旋转的，大臂2与其内的驱动结构整体具有很小的转动惯量，因此，乒乓球机器人专用机械臂整体运行时转动机械振动较小，运行平稳，可减少乒乓球机器人专用机械臂的安装要求。

具体地，如图2所示，所述底座1内具有三层空腔结构；所述第一驱动结构6包括位于中间空腔内的第一电机61，另外两个空腔内分别安装有第一同步带组件62以及第一编码器63；所述第一同步带组件62建立所述第一电机61与所述大臂2之间的传动关系。采用该结构，可使第一驱动结构6整体处于隐藏状态，且各组成部分均可靠安装。

所述第二驱动机构7包括第二电机71，所述第二电机71的输出轴相对于所述大臂2与所述小臂3之间的相对转动中心偏置安装；所述第二驱动机构7还包括连接所述第二电机71与所述小臂3的第二同步带组件72，以及与第二电机71的输出轴同轴安装的第二编码器73。

所述第三驱动机构8包括安装在所述小臂3上的第三电机81；所述大臂2与所述小臂3之间的相对转动中心与所述第三电机81的输出轴同轴安装；所述第一传动机构10为连接所述第三电机81与所述末端关节4的同步带组件。此外，第三驱动机构8还包括连接第三电机81的中轴的第三编码器82。

如图4所示，末端关节4上安装有过渡轴51；如图3与图4所示，所述球拍固定座5与所述过渡轴51之间设置有伞齿轮组件52；所述第四驱动机构9包括安装在所述小臂3上的第四电机91；所述大臂2与所述小臂3之间的相对转动中心与所述第四电机91的输出轴同轴安装；所述第二传动机构20为连接所述第四电机91与所述过渡轴51的同步带组件。

所述小臂3由第一端座31以及两个第一侧板33构成；所述第一端座31及所述末端关节4均安装在两个所述第一侧板33之间，所述第一端座31及所述末端关节4分别位于所述第一侧板33的两端；所述第一端座31的外围形成有配合同步带使用的齿部31a；所述第一端座31的两侧分别形成有用于安装所述第三电机81及所述第四电机91的安装腔31b。此外，第四驱动机构9还包括连接第四电机91的中轴的第四编码器92。所述第一传动机构10及所述第二传动机构20分别位于两个所述第一侧板33的外侧。所述小臂3还包括连接两个所述第一侧板33中部的连接板32，如此可提升小臂3的结构强度。

所述大臂2包括旋转座21，所述旋转座21的两侧分别固定有第二侧板22；所述旋转座21与所述第二侧板22之间形成有第一U形槽，所述小臂3的一端置于所述第一U形槽内。

如图3所示，所述球拍固定座5上形成有第二U形槽，乒乓球拍30的手柄嵌在所述第二U形槽内。

此外，上述乒乓球机器人专用机械臂也可以安装在类似于专利CN 215505412U中平面运动机构的结构上，以提升其运动范围，提升机器人的接球能力。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种乒乓球机器人专用机械臂，其特征在于，其包括底座(1)、大臂(2)、小臂(3)、末端关节(4)以及球拍固定座(5)，每相邻的两者中，后者相对于前者转动安装；

所述大臂(2)保持竖置状态，所述底座(1)内具有驱动所述大臂(2)相对于所述底座(1)沿竖直轴旋转的第一驱动结构(6)；

所述大臂(2)内安装有驱动所述小臂(3)相对于所述大臂(2)转动的第二驱动机构(7)；所述大臂(2)内还安装有第三驱动机构(8)以及第四驱动机构(9)，两者分别通过第一传动机构(10)以及第二传动机构(20)建立与所述末端关节(4)以及所述球拍固定座(5)的驱动连接。

2.根据权利要求1所述的乒乓球机器人专用机械臂，其特征在于，所述底座(1)内具有三层空腔结构；所述第一驱动结构(6)包括位于中间空腔内的第一电机(61)，另外两个空腔内分别安装有第一同步带组件(62)以及第一编码器(63)；所述第一同步带组件(62)建立所述第一电机(61)与所述大臂(2)之间的传动关系。

3.根据权利要求1所述的乒乓球机器人专用机械臂，其特征在于，所述第二驱动机构(7)包括第二电机(71)，所述第二电机(71)的输出轴相对于所述大臂(2)与所述小臂(3)之间的相对转动中心偏置安装；所述第二驱动机构(7)还包括连接所述第二电机(71)与所述小臂(3)的第二同步带组件(72)。

4.根据权利要求1所述的乒乓球机器人专用机械臂，其特征在于，所述第三驱动机构(8)包括安装在所述小臂(3)上的第三电机(81)；所述大臂(2)与所述小臂(3)之间的相对转动中心与所述第三电机(81)的输出轴同轴安装；所述第一传动机构(10)为连接所述第三电机(81)与所述末端关节(4)的同步带组件。

5.根据权利要求4所述的乒乓球机器人专用机械臂，其特征在于，末端关节(4)上安装有过渡轴(51)；所述球拍固定座(5)与所述过渡轴(51)之间设置有伞齿轮组件(52)；

所述第四驱动机构(9)包括安装在所述小臂(3)上的第四电机(91)；所述大臂(2)与所述小臂(3)之间的相对转动中心与所述第四电机(91)的输出轴同轴安装；所述第二传动机构(20)为连接所述第四电机(91)与所述过渡轴(51)的同步带组件。

6.根据权利要求5所述的乒乓球机器人专用机械臂，其特征在于，所述小臂(3)由第一端座(31)以及两个第一侧板(33)构成；所述第一端座(31)及所述末端关节(4)均安装在两个所述第一侧板(33)之间，所述第一端座(31)及所述末端关节(4)分别位于所述第一侧板(33)的两端；所述第一端座(31)的外围形成有配合同步带使用的齿部(31a)；所述第一端座(31)的两侧分别形成有用于安装所述第三电机(81)及所述第四电机(91)的安装腔(31b)。

7.根据权利要求6所述的乒乓球机器人专用机械臂，其特征在于，所述第一传动机构(10)及所述第二传动机构(20)分别位于两个所述第一侧板(33)的外侧。

8.根据权利要求6所述的乒乓球机器人专用机械臂，其特征在于，所述小臂(3)还包括连接两个所述第一侧板(33)中部的连接板(32)。

9.根据权利要求1所述的乒乓球机器人专用机械臂，其特征在于，所述大臂(2)包括旋转座(21)，所述旋转座(21)的两侧分别固定有第二侧板(22)；所述旋转座(21)与所述第二侧板(22)之间形成有第一U形槽，所述小臂(3)的一端置于所述第一U形槽内。

10.根据权利要求1所述的乒乓球机器人专用机械臂，其特征在于，所述球拍固定座(5)上形成有第二U形槽，乒乓球拍(30)的手柄嵌在所述第二U形槽内。