CN223849291U - 一种末端执行器角度可控的机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种末端执行器角度可控的机械臂，属于机器人技术领域，包括直线行走机构、旋转机构、升降机构、臂机构和末端执行器；旋转机构设置在直线行走机构上，直线行走机构能够带动其直线行走；升降机构设置在旋转机构上，旋转机构能够带动其旋转；臂机构包括移动件、主臂、上副臂和下副臂；移动件设置在升降机构上，升降机构能够带动移动件升降；主臂为平行四边形结构，且四个端点为转动连接结构；上副臂为伸缩件；上副臂和下副臂的后端均与移动件转动连接；主臂后侧边的下端与移动件转动连接，上端与上副臂的前端转动连接；主臂下侧边与下副臂的前端转动连接；末端执行器与主臂的前侧边固定。本实用新型具有灵活、控制精度高等优点。

Description

一种末端执行器角度可控的机械臂

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，涉及一种机械臂，尤其涉及一种末端执行器角度可控的机械臂。

背景技术

机械臂是一种通过多自由度运动实现空间定位与操作任务的自动化设备。传统机械臂基于仿生学原理，通常由基座、关节、连杆和末端执行器构成，通过串联或并联结构实现灵活的空间运动能力。串联机械臂具有较大的工作空间和运动灵活性，而并联机械臂则以高刚性和高速运动为特点，广泛应用于分拣、包装等场景。驱动技术方面，早期机械臂主要依赖液压或气动系统，随着电机技术与控制理论的进步，伺服电机结合精密减速器成为主流设计，显著提升了运动精度与响应速度。传动机构与编码器、扭矩传感器的结合，进一步实现了对关节位置、速度的闭环控制。目前，机械臂技术已从工业制造延伸至医疗手术、太空探测、服务机器人等领域，成为现代自动化系统的核心组成部分。其中，单轨双滑块机械臂通过将单轨和双滑块结合，为机械臂的运动提供了准确的导向，减少了运动过程中的晃动和偏差，并且具有更大的承受力。但是现有的单轨双滑块机械臂存在对需要执行任务的位置不够精确的问题，从而导致任务的完成不能达到预期。

实用新型内容

本实用新型提供一种末端执行器角度可控的机械臂，以克服现有技术的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种末端执行器角度可控的机械臂，包括直线行走机构、旋转机构、升降机构、臂机构和末端执行器；旋转机构设置在直线行走机构上，直线行走机构能够带动旋转机构直线行走；升降机构设置在旋转机构上，旋转机构能够带动升降机构旋转；臂机构包括移动件、主臂、上副臂和下副臂；移动件设置在升降机构上，升降机构能够带动移动件升降；主臂为平行四边形结构，且四个端点为转动连接结构；上副臂为伸缩件；上副臂位于下副臂的上方，上副臂和下副臂的后端均与移动件转动连接；主臂后侧边的下端与移动件转动连接，上端与上副臂的前端转动连接；主臂下侧边与下副臂的前端转动连接；末端执行器与主臂的前侧边固定。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，所述移动件包括上移动块和下移动块；上移动块和下移动块均设置在升降机构上，上移动块位于下移动块的上方，升降机构能够分别带动上移动块和下移动块升降；上移动块具有向前伸出的横向部和向上伸出的竖向部；所述主臂后侧边的下端与横向部的前端转动连接；所述上副臂的后端与竖向部的上端转动连接；所述下副臂的后端与下移动块转动连接。

进一步地，所述升降机构包括底板、立柱和两组升降组件；立柱竖直固定在底板上；升降组件包括升降惰轮、升降同步轮、升降同步带和升降电机；升降惰轮设置在立柱的上端，能够相对于立柱旋转；升降同步轮和升降电机均设置在底板上，升降同步轮位于升降惰轮的下方，与升降电机的输出轴连接，升降电机能够驱动升降同步轮旋转；升降同步带套在升降惰轮和升降同步轮上，能够被升降同步轮带动运转；所述上移动块和下移动块分别与两组升降组件一一对应，上移动块和下移动块分别与对应的升降同步带固定，随升降同步带的运转进行上下移动。

进一步地，所述升降机构还包括升降导轨；升降导轨沿上下方向设置，固定在所述立柱的前侧；两个升降同步带前后设置，均位于升降导轨的前侧；所述上移动块和下移动块均被两个升降同步带穿过，并分别与对应的升降同步带固定，同时后端均与升降导轨滑动连接。

进一步地，所述旋转机构包括支架、圆桌轴承、内齿轮和外齿轮；支架由若干竖直设置的支撑柱及固定在若干支撑柱上的顶板构成；圆桌轴承设置在支架上方，外圈通过垫块与支架的顶板固定；内齿轮固定在圆桌轴承的内圈内，能够相对于支架旋转；外齿轮设置在内齿轮内，与内齿轮啮合，并能够被驱动旋转；所述升降机构的底板固定在内齿轮上。

进一步地，所述旋转机构还包括旋转电机；旋转电机固定在所述支架内，输出轴向上穿过顶板与所述外齿轮连接，能够驱动外齿轮旋转。

进一步地，所述直线行走机构包括底座、两个直线行走导轨和托板；两个直线行走导轨沿前后方向设置，固定在底座上；托板的两侧分别通过滑块与两个直线行走导轨滑动连接，能够沿直线行走导轨前后移动；所述旋转机构的支架固定在托板上。

进一步地，所述直线行走机构还包括行走组件；行走组件包括行走惰轮、行走同步轮、行走同步带和行走电机；行走惰轮和行走同步轮分别设置在所述底座的前后两端；行走惰轮能够相对于底座旋转；行走电机固定在底座上，输出轴与行走同步轮连接，能够驱动行走同步轮旋转；行走同步带套在行走惰轮和行走同步轮上，能够被行走同步轮带动运转；所述托板与行走同步带固定，随行走同步带的运转进行前后移动。

进一步地，所述末端执行器为夹爪机构。

进一步地，所述夹爪机构包括固定架、电推杆、轴头连杆支架和若干夹爪组件；固定架固定在所述主臂前侧边向下延伸杆体的下端；电推杆的轴筒固定在固定架的上侧，轴芯向下穿过固定架；轴头连杆支架固定在电推杆轴芯的下端；夹爪组件包括夹爪连杆、夹爪连杆座和夹爪；夹爪连杆的上端与固定架转动连接；夹爪连杆座呈L形，一端与夹爪连杆的下端转动连接，弯折处与轴头连杆支架转动连接；夹爪的上端与夹爪连杆座的另一端转动连接。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供一种末端执行器角度可控的机械臂，其中的直线行走机构、旋转机构和升降机构大大提高了机械臂运动的灵活性，在空间内的运动更加自由，从而可以完成复杂的曲线运动和多方向的操作任务。臂机构提供了一种具有平行四边形结构的主臂，通过控制上副臂和下副臂的位置及上副臂的长度，可以调节末端执行器的角度，从而使末端执行器的运动精度更高。同时，主臂、上副臂和下副臂的组合，运用了杠杆原理，增大了力矩，从而使得执行效果更加明显。此外，主臂的平行四边形结构可以折叠，节省空间。

附图说明

图1是机械臂的结构示意图；

图2是主臂的结构示意图；

图3是主臂与上副臂连接处的结构示意图；

图4是上移动块的结构示意图；

图5是下移动块的结构示意图；

图6是升降机构的结构示意图；

图7是旋转机构的结构示意图；

图8是旋转机构中圆桌轴承、内齿轮和外齿轮的结构示意图；

图9是直线行走机构的结构示意图；

图10是夹爪机构的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图来说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型提供一种末端执行器角度可控的机械臂，包括直线行走机构1、旋转机构2、升降机构3、臂机构4和末端执行器。

旋转机构2设置在直线行走机构1上，直线行走机构1能够带动旋转机构2直线行走。升降机构3设置在旋转机构2上，旋转机构2能够带动升降机构3旋转，并随旋转机构2直线行走。

臂机构4包括移动件、主臂42、上副臂431和下副臂432。移动件设置在升降机构3上，升降机构3能够带动移动件升降，并随升降机构3旋转和直线行走。如图1和图2所示，主臂42为平行四边形结构，且四个端点为转动连接结构，即构成顶点的两个边转动连接。上副臂431为伸缩件，具体的可以为电推杆52等伸缩杆件结构。上副臂431位于下副臂432的上方，上副臂431和下副臂432的后端均与移动件转动连接。图1中箭头的方向为前侧。主臂42后侧边的下端与移动件转动连接，上端与上副臂431的前端转动连接，如图3所示。主臂42下侧边的中部与下副臂432的前端转动连接。末端执行器与主臂42的前侧边固定。

通过控制上副臂431的伸缩，调整末端执行器的俯仰角度。例如，上副臂431缩短，末端执行器则顺时针转动，上副臂431伸长，末端执行器则逆时针转动。

在一优选的实施例中，如图1、图4和图5所示，移动件包括上移动块411和下移动块412。上移动块411和下移动块412均设置在升降机构3上，上移动块411位于下移动块412的上方，升降机构3能够分别带动上移动块411和下移动块412升降。上移动块411具有向前伸出的横向部4111和向上伸出的竖向部4112。主臂42后侧边的下端与横向部4111的前端转动连接。上副臂431的后端与竖向部4112的上端转动连接。下副臂432的后端与下移动块412转动连接。升降机构3不仅能够带动臂机构4整体上下移动，还能够调节上移动块411和下移动块412的相对位置，从而改变末端执行器的俯仰角度。

关于升降机构3：如图1和图6所示，在一具体实施例中，升降机构3包括底板31、立柱32和两组升降组件。立柱32竖直固定在底板31上。升降组件包括升降惰轮331、升降同步轮332、升降同步带333和升降电机334。升降惰轮331设置在立柱32的上端，能够相对于立柱32旋转。升降同步轮332和升降电机334均设置在底板31上，升降同步轮332位于升降惰轮331的下方，与升降电机334的输出轴连接，升降电机334能够驱动升降同步轮332旋转。升降同步带333沿上下方向设置，套在升降惰轮331和升降同步轮332上，能够被升降同步轮332带动运转。

上移动块411和下移动块412分别与两组升降组件一一对应，上移动块411和下移动块412分别与对应的升降同步带333固定，随升降同步带333的运转进行上下移动。升降电机334驱动升降同步轮332旋转，升降同步带333随之运转，并带动与其固定的上移动块411/下移动块412实现升降运动。

优选的，如图1和图6所示，升降机构3还包括升降导轨34。升降导轨34沿上下方向设置，固定在立柱32的前侧。两个升降同步带333前后设置，均位于升降导轨34的前侧。上移动块411和下移动块412均被两个升降同步带333穿过，并分别与对应的升降同步带333固定，同时后端均与升降导轨34滑动连接。升降导轨34对上移动块411、下移动块412的升降过程起导向作用。具体的，从图1可以看出，上移动块411通过固定在上移动块411下侧的上压块4113与前侧的升降同步带333固定，但并不与后侧的升降同步带333固定，即仍可与后侧的升降同步带333发生相对移动。下移动块412通过固定在下移动块412下侧的下压块4121与后侧的升降同步带333固定，但并不与前侧的升降同步带333固定，即仍可与前侧的升降同步带333发生相对移动。

关于旋转机构2：如图1、图7和图8所示，在一具体实施例中，旋转机构2包括支架21、圆桌轴承22、内齿轮23和外齿轮24。支架21由若干竖直设置的支撑柱211及固定在若干支撑柱211上的顶板212构成。圆桌轴承22设置在支架21上方，外圈通过垫块与支架21的顶板212固定。内齿轮23固定在圆桌轴承22的内圈内，能够相对于支架21旋转。外齿轮24设置在内齿轮23内，与内齿轮23啮合，并能够被驱动旋转。升降机构3的底板31固定在内齿轮23上，在内齿轮23旋转时随之旋转。外齿轮24旋转时，内齿轮23随之旋转，并带动升降机构3的底板31随之旋转。

具体的，旋转机构2还包括旋转电机25。旋转电机25固定在支架21内，输出轴向上穿过顶板212与外齿轮24连接，能够驱动外齿轮24旋转。

关于直线行走机构1，如如图1和图9所示，在一具体实施例中，直线行走机构1包括底座11、两个直线行走导轨12和托板13。两个直线行走导轨12沿前后方向设置，固定在底座11上。托板13下表面的两侧分别通过滑块与两个直线行走导轨12滑动连接，能够沿直线行走导轨12前后移动。旋转机构2的支架21固定在托板13上，在托板13前后移动时随之移动。

具体的，直线行走机构1还包括行走组件。行走组件包括行走惰轮141、行走同步轮142、行走同步带143和行走电机144。行走惰轮141和行走同步轮142分别设置在底座11的前后两端，并位于两个直线行走导轨12之间。行走惰轮141能够相对于底座11旋转。行走电机144固定在底座11上，输出轴与行走同步轮142连接，能够驱动行走同步轮142旋转。行走同步带143沿前后方向设置套在行走惰轮141和行走同步轮142上，能够被行走同步轮142带动运转。行走同步带143位于托板13的上方，托板13通过固定在托板13上表面的托板压块131与行走同步带143固定，随行走同步带143的运转进行前后移动。

末端执行器可以为任意功能性机构，本实施例中，末端执行器为夹爪机构5。

如图1和图10所示，夹爪机构5包括固定架51、电推杆52、轴头连杆支架53和若干夹爪组件。固定架51固定在主臂42前侧边向下延伸杆体的下端。电推杆52的轴筒固定在固定架51的上侧，轴芯向下穿过固定架51。轴头连杆支架53固定在电推杆52轴芯的下端。夹爪组件包括夹爪连杆541、夹爪连杆座542和夹爪543。夹爪连杆541的上端与固定架51转动连接。夹爪连杆座542呈L形，一端与夹爪连杆541的下端转动连接，弯折处与轴头连杆支架53的侧面转动连接。夹爪543的上端与夹爪连杆座542的另一端转动连接。若干夹爪组件均匀布设。电推杆52轴芯伸出，若干夹爪543向外张开。电推杆52轴芯缩回，若干夹爪543向内夹紧。即，夹爪机构5通过电推杆52的伸缩实现夹爪543功能。

在工作时，机械臂通过直线行走机构1实现末端执行器的前后移动功能。具体的，通过行走电机144驱动行走同步轮142旋转，进而带动行走同步带143运转，从而使托板13随之沿直线行走导轨12前后移动，再经旋转机构2、升降机构3和臂机构4带动末端执行器实现前后移动。机械臂通过旋转机构2实现末端执行器的旋转功能。具体的，通过旋转电机25驱动外齿轮24旋转，进而带动与之啮合的内齿轮23旋转，从而使升降机构3的底板31随之旋转，再经升降机构3的其他部件和臂机构4带动末端执行器实现旋转。机械臂通过升降机构3实现末端执行器的升降功能。具体的，通过升降电机334驱动升降同步轮332旋转，进而带动升降同步带333运转，从而使臂机构4的上移动块411和下移动块412随之沿升降导轨34上下移动，再经臂机构4的其他部件带动末端执行器实现升降。机械臂通过臂机构4和升降机构3实现末端执行器俯仰角度的调整。具体的，通过控制上副臂431的长度以及上移动块411和下移动块412的相对位置，即可改变主臂42的形态和角度，从而调整末端执行器的俯仰角度。

需要注意的是，本实用新型中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

最后应说明的是：以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)

1.一种末端执行器角度可控的机械臂，其特征在于：

包括直线行走机构、旋转机构、升降机构、臂机构和末端执行器；

旋转机构设置在直线行走机构上，直线行走机构能够带动旋转机构直线行走；升降机构设置在旋转机构上，旋转机构能够带动升降机构旋转；

臂机构包括移动件、主臂、上副臂和下副臂；

移动件设置在升降机构上，升降机构能够带动移动件升降；

主臂为平行四边形结构，且四个端点为转动连接结构；

上副臂为伸缩件；上副臂位于下副臂的上方，上副臂和下副臂的后端均与移动件转动连接；

主臂后侧边的下端与移动件转动连接，上端与上副臂的前端转动连接；主臂下侧边与下副臂的前端转动连接；

末端执行器与主臂的前侧边固定。

2.根据权利要求1所述的末端执行器角度可控的机械臂，其特征在于：

所述移动件包括上移动块和下移动块；

上移动块和下移动块均设置在升降机构上，上移动块位于下移动块的上方，升降机构能够分别带动上移动块和下移动块升降；

上移动块具有向前伸出的横向部和向上伸出的竖向部；所述主臂后侧边的下端与横向部的前端转动连接；所述上副臂的后端与竖向部的上端转动连接；

所述下副臂的后端与下移动块转动连接。

3.根据权利要求2所述的末端执行器角度可控的机械臂，其特征在于：

所述升降机构包括底板、立柱和两组升降组件；

立柱竖直固定在底板上；

升降组件包括升降惰轮、升降同步轮、升降同步带和升降电机；升降惰轮设置在立柱的上端，能够相对于立柱旋转；升降同步轮和升降电机均设置在底板上，升降同步轮位于升降惰轮的下方，与升降电机的输出轴连接，升降电机能够驱动升降同步轮旋转；升降同步带套在升降惰轮和升降同步轮上，能够被升降同步轮带动运转；

所述上移动块和下移动块分别与两组升降组件一一对应，上移动块和下移动块分别与对应的升降同步带固定，随升降同步带的运转进行上下移动。

4.根据权利要求3所述的末端执行器角度可控的机械臂，其特征在于：

所述升降机构还包括升降导轨；

升降导轨沿上下方向设置，固定在所述立柱的前侧；

两个升降同步带前后设置，均位于升降导轨的前侧；

所述上移动块和下移动块均被两个升降同步带穿过，并分别与对应的升降同步带固定，同时后端均与升降导轨滑动连接。

5.根据权利要求3所述的末端执行器角度可控的机械臂，其特征在于：

所述旋转机构包括支架、圆桌轴承、内齿轮和外齿轮；

支架由若干竖直设置的支撑柱及固定在若干支撑柱上的顶板构成；

圆桌轴承设置在支架上方，外圈通过垫块与支架的顶板固定；

内齿轮固定在圆桌轴承的内圈内，能够相对于支架旋转；

外齿轮设置在内齿轮内，与内齿轮啮合，并能够被驱动旋转；

所述升降机构的底板固定在内齿轮上。

6.根据权利要求5所述的末端执行器角度可控的机械臂，其特征在于：

所述旋转机构还包括旋转电机；

旋转电机固定在所述支架内，输出轴向上穿过顶板与所述外齿轮连接，能够驱动外齿轮旋转。

7.根据权利要求5所述的末端执行器角度可控的机械臂，其特征在于：

所述直线行走机构包括底座、两个直线行走导轨和托板；

两个直线行走导轨沿前后方向设置，固定在底座上；

托板的两侧分别通过滑块与两个直线行走导轨滑动连接，能够沿直线行走导轨前后移动；

所述旋转机构的支架固定在托板上。

8.根据权利要求7所述的末端执行器角度可控的机械臂，其特征在于：

所述直线行走机构还包括行走组件；

行走组件包括行走惰轮、行走同步轮、行走同步带和行走电机；

行走惰轮和行走同步轮分别设置在所述底座的前后两端；行走惰轮能够相对于底座旋转；行走电机固定在底座上，输出轴与行走同步轮连接，能够驱动行走同步轮旋转；行走同步带套在行走惰轮和行走同步轮上，能够被行走同步轮带动运转；

所述托板与行走同步带固定，随行走同步带的运转进行前后移动。

9.根据权利要求1所述的末端执行器角度可控的机械臂，其特征在于：

所述末端执行器为夹爪机构。

10.根据权利要求9所述的末端执行器角度可控的机械臂，其特征在于：

所述夹爪机构包括固定架、电推杆、轴头连杆支架和若干夹爪组件；

固定架固定在所述主臂前侧边向下延伸杆体的下端；

电推杆的轴筒固定在固定架的上侧，轴芯向下穿过固定架；

轴头连杆支架固定在电推杆轴芯的下端；

夹爪组件包括夹爪连杆、夹爪连杆座和夹爪；夹爪连杆的上端与固定架转动连接；夹爪连杆座呈L形，一端与夹爪连杆的下端转动连接，弯折处与轴头连杆支架转动连接；夹爪的上端与夹爪连杆座的另一端转动连接。