用於機器人的機械臂的製作方法

2023-10-09 22:19:09

本實用新型涉及一種用於機器人的機械臂。

背景技術：

隨著科技的進步，仿人機器人的研究和應用成為智慧機器人領域中最活躍的研究熱點之一，其中機器人手臂是仿人機器人系統中最具代表性的複雜部件，是仿人機器人完成抓取作業和與人機互動的基礎，仿人機器人配備雙臂，因此其結構設計的緊湊性、通用性和靈活性是實現手臂智能控的首要因素，同時機械臂的運動靈活性、安全性、平穩性和整體剛度是一個急需解決的問題。評價機器人運動靈活性的關鍵是機器人肩關節、肘關節等多自由度運動機構設計，現有的機器人手臂存在關節結構臃腫、自身重量大、負重比低和剛度差等問題。

上述的討論僅僅提供了一般的背景信息並且不試圖用於幫助確定請求保護的主題的範圍。

技術實現要素：

本實用新型的目的旨在解決現有技術中存在的上述問題和缺陷的至少一個方面。

本實用新型的一個目的在於提供一種用於機器人的機械臂，該具有關節結構緊湊、輕質化、負載大和剛度高的優點。

根據本實用新型的一個方面，提供一種用於機器人的機械臂，其特徵在於，所述機械臂包括：

第一驅動裝置，所述第一驅動裝置的輸出機構圍繞第一軸線轉動；

第二驅動裝置，所述第二驅動裝置的輸出機構圍繞第二軸線轉動，所述第二軸線垂直於所述第一軸線；

第三驅動裝置，所述第三驅動裝置的輸出機構圍繞第三軸線轉動，所述第三軸線平行於所述第一軸線；

第四驅動裝置，所述第四驅動裝置的輸出機構圍繞第四軸線的轉動，所述第四軸線垂直於所述第一軸線和第二軸線；

第一緊固裝置，所述第一緊固裝置連接到機器人主體且將所述第一驅動裝置容納且緊固在其內部；

第二緊固裝置，所述第二緊固裝置連接到所述第一驅動裝置且接收所述第一驅動裝置輸出的轉動運動，並且將所述第二驅動裝置容納且緊固在其內部；

第三緊固裝置，所述第三緊固裝置連接到所述第二驅動裝置且接收所述第二驅動裝置輸出的轉動運動，並且將所述第三驅動裝置容納且緊固在其內部；

第四緊固裝置，所述第四緊固裝置連接到所述第三驅動裝置且接收所述第三驅動裝置輸出的轉動運動，並且將所述第四驅動裝置容納且緊固在其內部。

根據本實用新型的一個示例性實施例，所述第二緊固裝置連接到所述第一輸出機構；所述第三緊固裝置連接到所述第二輸出機構；所述第四緊固裝置連接到所述第三輸出機構。

根據本實用新型的另一示例性實施例，所述機械臂還可以包括連接到所述第四輸出機構的小臂機構。

根據本實用新型的另一示例性實施例，所述第一驅動裝置、所述第二驅動裝置、所述第三驅動裝置和所述第四驅動裝置採用相同的驅動裝置。

根據本實用新型的另一示例性實施例，所述第一輸出機構、所述第二輸出機構、所述第三輸出機構和所述第四輸出機構均採用舵盤。

根據本實用新型的另一示例性實施例，第一緊固裝置具有U形截面的外殼，外殼的一端形成第一槽，並且另一端形成第二槽，第一槽和第二槽分別用於容納第一驅動裝置的外殼的向外延伸的凸緣，從而將第一驅動裝置緊固到第一緊固裝置。

根據本實用新型的另一示例性實施例，所述第二緊固裝置包括第一表面、第二表面、第三表面和第二連接機構；所述第二連接機構具有連接到所述第三表面的且沿所述第一軸線延伸的柱體和與所述柱體一體的且連接到所述第一輸出機構的舵盤的凸緣；以及所述第一表面、第二表面和第三表面構成U型結構，所述第一表面和所述第二表面彼此平行且平行於所述第一軸線延伸且均連接到所述第二驅動裝置，從而將所述第二驅動裝置緊固和容納在所述第二緊固裝置中。

根據本實用新型的另一示例性實施例，所述第二緊固裝置還包括帶凸緣的圓筒，所述帶凸緣的圓筒包括連接到所述第一緊固裝置的對應於所述第一驅動裝置的輸出機構的表面的凸緣和垂直於所述凸緣且與所述凸緣一體的筒體，所述筒體沿所述第一軸線延伸，所述筒體的直徑大於所述第二連接機構的柱體的直徑；以及一軸承嵌入到所述筒體內部以可轉動地支撐所述第二連接機構的柱體。

根據本實用新型的另一示例性實施例，所述第三緊固裝置可以包括：第一片體和第二片體，第一片體和第二片體彼此平行且沿所述第三軸線延伸，所述第一片體的一端連接到所述第二輸出機構的舵盤，所述第二片體的一端可轉動地連接到所述第二驅動裝置，所述第三驅動裝置在所述第一和第二片體的兩端之間的中間位置處被夾持在所述第一片體和所述第二片體之間；第二軸承裝置，所述第一片體的另一端和所述第二片體的另一端均連接到第二軸承裝置，以將所述第二軸承裝置夾持在它們之間；以及立柱，所述立柱在所述第三驅動裝置和所述第二軸承裝置之間被支撐在所述第一片體和所述第二片體之間。

根據本實用新型的另一示例性實施例，所述第四緊固裝置包括第一板、第二板、第三板和第四連接機構，所述第四連接機構具有連接到所述第三輸出機構的凸緣、垂直於所述凸緣且平行於第三軸線延伸的且與所述凸緣一體的空心杆、連接到空心杆的與所述凸緣相反的端部的套環，連接到第三板的法蘭，其中所述法蘭具有凸緣和垂直於凸緣朝向套環延伸的凸出部，所述凸出部連接到所述套環；所述第一板、第二板和第三板構成U型結構，所述第一板和所述第二板彼此平行且平行於所述第三軸線且均連接到所述第四驅動裝置，以將所述第四驅動裝置容納和緊固在所述第四緊固裝置中；以及所述第四連接機構的空心杆被支撐在所述第三緊固裝置的所述第二軸承裝置中。

根據本實用新型的另一示例性實施例，所述第二軸承裝置包括矩形的軸承座，在所述軸承座中安裝第二軸承，所述第二軸承的厚度位於0.5cm的範圍內。

根據本實用新型的另一示例性實施例，所述第一緊固裝置、所述第二緊固裝置、所述第三緊固裝置、所述第四緊固裝置和所述小臂機構均採用鈑金中空結構，且立柱支撐在所述小臂機構的兩個鈑金片體之間。

根據本實用新型的另一示例性實施例，所述機械臂還包括抓取機構，所述抓取機構連接到所述小臂機構的與連接到所述第四輸出機構的一端相反的一端。

通過下文中參照附圖對本實用新型所作的描述，本實用新型的其它目的和優點將顯而易見，並可幫助對本實用新型有全面的理解。

附圖說明

圖1示出了根據本實用新型的示例性實施例的用於機器人的機械臂的立體圖，其中各個部件組裝在一起；

圖2示出了根據本實用新型的示例性實施例的第一驅動裝置和第一緊固裝置的分解立體圖；

圖3示出了根據本實用新型的示例性實施例的第二驅動裝置和第二緊固裝置的分解立體圖；

圖4示出了根據本實用新型的示例性實施例的第三驅動裝置和第三緊固裝置的分解立體圖；以及

圖5示出了根據本實用新型的示例性實施例的第四驅動裝置和第四緊固裝置的分解立體圖。

具體實施方式

下面通過實施例，並結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體的說明。在說明書中，相同或相似的附圖標號指示相同或相似的部件。下述參照附圖對本實用新型實施方式的說明旨在對本實用新型的總體發明構思進行解釋，而不應當理解為對本實用新型的一種限制。

另外，在下面的詳細描述中，為便於解釋，闡述了許多具體的細節以提供對本披露實施例的全面理解。然而明顯地，一個或多個實施例在沒有這些具體細節的情況下也可以被實施。在其他情況下，公知的結構和裝置以圖示的方式體現以簡化附圖。

根據本實用新型的一個總體構思，提供一種用於機器人的機械臂，包括：

第一驅動裝置，所述第一驅動裝置的輸出機構圍繞第一軸線轉動；

第二驅動裝置，所述第二驅動裝置的輸出機構圍繞第二軸線轉動，所述第二軸線垂直於所述第一軸線；

第三驅動裝置，所述第三驅動裝置的輸出機構圍繞第三軸線轉動，所述第三軸線平行於所述第一軸線；

第四驅動裝置，所述第四驅動裝置的輸出機構圍繞第四軸線的轉動，所述第四軸線垂直於所述第一軸線和第二軸線；

第一緊固裝置，所述第一緊固裝置連接到機器人主體且將所述第一驅動裝置容納且緊固在其內部；

第二緊固裝置，所述第二緊固裝置連接到所述第一驅動裝置且接收所述第一驅動裝置輸出的轉動運動，並且將所述第二驅動裝置容納且緊固在其內部；

第三緊固裝置，所述第三緊固裝置連接到所述第二驅動裝置且接收所述第二驅動裝置輸出的轉動運動，並且將所述第三驅動裝置容納且緊固在其內部；

第四緊固裝置，所述第四緊固裝置連接到所述第三驅動裝置且接收所述第三驅動裝置輸出的轉動運動，並且將所述第四驅動裝置容納且緊固在其內部。

圖1示出了根據本實用新型的示例性實施例的用於機器人的機械臂，所述機械臂包括：第一驅動裝置1a，所述第一驅動裝置1a輸出圍繞第一軸線A1的轉動運動；第二驅動裝置2a，所述第二驅動裝置2a輸出圍繞第二軸線A2的轉動運動，所述第二軸線A2垂直於所述第一軸線A1；第三驅動裝置3a，所述第三驅動裝置3a輸出圍繞第三軸線A3的轉動運動，所述第三軸線A3平行於所述第一軸線A1；第四驅動裝置4a，所述第四驅動裝置4a輸出圍繞第四軸線A4的轉動運動，所述第四軸線A4垂直於所述第一軸線A1和第二軸線A2；第一緊固裝置1b，所述第一緊固裝置1b連接到機器人主體且將所述第一驅動裝置1a容納且緊固在其內部；第二緊固裝置2b，所述第二緊固裝置2b連接到所述第一驅動裝置1a且接收所述第一驅動裝置1a輸出的轉動運動，並且將所述第二驅動裝2a容納且緊固在其內部；第三緊固裝置3b，所述第三緊固裝置3b連接到所述第二驅動裝置2a且接收所述第二驅動裝置2a輸出的轉動運動，並且將所述第三驅動裝置3a容納且緊固在其內部；第四緊固裝置4b，所述第四緊固裝置4b連接到所述第三驅動裝置3a且接收所述第三驅動裝置3a輸出的轉動運動，並且將所述第四驅動裝置4a容納且緊固在其內部。

在如圖1、2、3、4和5所述的實施例中，所述第一驅動裝置1a包括圍繞第一軸線A1轉動的第一輸出機構11a；所述第二驅動裝置2a包括圍繞第二軸線A2轉動的第二輸出機構21a；所述第三驅動裝置3a包括圍繞第三軸線轉動A3的第三輸出機構31a；所述第四驅動裝置4a包括圍繞第四軸線轉動A4的第四輸出機構41a。

在本實用新型的實施例中，所述第二緊固裝置2b連接到所述第一輸出機構11a；所述第三緊固裝置3b連接到所述第二輸出機構21a；所述第四緊固裝置4b連接到所述第三輸出機構31a。上述的四個驅動裝置的輸出機構均採用舵盤機構。

在如圖1所示的實施例中，所述機械臂還包括連接到所述第四輸出機構41a的小臂機構5。

在如圖1所示的實施例中，第一驅動裝置1a、第二驅動裝置2a、第三驅動裝置3a和第四驅動裝置4a採用相同的驅動裝置，在申請人的2016年8月31日提交的申請號為201610791203.6的發明專利申請中公開了該驅動裝置的細節，在此不再贅述。

因此，如圖1所示，第一驅動裝置1a和第二驅動裝置2a構成機械臂的肩關節，第一驅動裝置1a輸出的轉動實現肩關節圍繞第一軸線A1的轉動。第一驅動裝置1a的轉動通過其輸出舵盤11a被傳遞到與該輸出舵盤相連的第二緊固裝置2b，第二緊固裝置中緊固有第二驅動裝置2a，因此第一驅動裝置1a的轉動被傳遞到第二驅動裝置2a。此外，第二驅動裝置2a輸出的轉動實現肩關節圍繞第二軸線A2的轉動。在如圖1所示的實施例中，第三緊固裝置3b作為機械臂的大臂並且連接到第二驅動裝置2a的輸出舵盤21a，也就是說第一驅動裝置1a輸出的轉動實現了大臂3b圍繞肩關節的轉動，第二驅動裝置2a輸出的轉動實現大臂3b圍繞肩關節的擺動。

也如圖1所示，第三驅動裝置3a和第四驅動裝置4a構成機械臂的肘關節，第三驅動裝置3a輸出的轉動實現肘關節圍繞第三軸線A3的轉動。第三驅動裝置3a的轉動通過其輸出舵盤31a被傳遞到與該輸出舵盤相連的第四緊固裝置4b，第四緊固裝置4b中緊固有第四驅動裝置4a，因此第三驅動裝置3a的轉動被傳遞到第四驅動裝置4a。此外，第四驅動裝置4a輸出的轉動實現肘關節圍繞第四軸線A4的轉動。在如圖1所示的實施例中，小臂機構5作為機械臂的小臂並且連接到第四驅動裝置4a的輸出舵盤41a，也就是說第三驅動裝置3a輸出的轉動實現了小臂圍繞肘關節的轉動，第四驅動裝置4a輸出的轉動實現小臂圍繞肘關節的擺動。

因此，通過四個驅動裝置的圍繞四個軸線的轉動以及四個驅動裝置通過四個緊固裝置而彼此相連的結構特徵，實現了具有4個自由度的機械臂，能夠仿照人類的手臂實現空間內的多維度自由轉動。

圖2示出了根據本實用新型的示例性實施例的第一緊固裝置1b和第一驅動裝置的分解立體圖。第一緊固裝置1b具有外殼11b，該外殼11b的截面形成U字形。在外殼11b的一端形成第一槽111b，並且另一端形成第二槽112b，第一槽111b和第二槽112b分別用於容納第一驅動裝置1a的外殼的向外延伸的凸緣，從而將第一驅動裝置1a緊固到第一緊固裝置1b，因此通過結構簡單且輕質的U形結構緊固住了第一驅動裝置1a。

圖3示出了根據本實用新型的示例性實施例的第二緊固裝置2b和第二驅動裝置的分解立體圖。如圖3所示，所述第二緊固裝置2b包括第一表面21b、第二表面22b、第三表面23b、第二連接機構24b、帶凸緣圓筒25b、第一支撐軸承26b。所述第二連接機構24b具有連接到所述第三表面23b的且平行於第一軸線A1延伸的柱體241b和與所述柱體241b一體的且連接到所述第一輸出機構11a的舵盤的凸緣242b，從而第二緊固裝置2b能夠圍繞第一軸線A1轉動。所述第一表面21b、第二表面22b和第三表面23b構成U型結構，且所述第一表面21b和所述第二表面22b彼此平行且平行於第一軸線A1且均連接到所述第二驅動裝置2a，從而將所述第二驅動裝置2a緊固和容納在所述第二緊固裝置2b中，以此採用較小的緊固裝置來容納和緊固第二驅動裝置2a，從而節省空間。在如圖3所示的實施例中，第一表面21b和第二表面22b上形成由螺釘孔，並且夾層板27位於第一表面21b或第二表面22b與第二驅動裝置2a之間，在該夾層板27的中部形成有與第一表面或第二表面22b上的螺釘孔對齊的螺釘孔，並且在該夾層板27的頂側面和底側面上分別形成有與第二驅動裝置2a上的從殼體向外延伸的凸緣上的螺釘孔對齊的螺釘孔，從而第一或第二表面通過該夾層板27連接到第二驅動裝置，然後在其他實施例中，可以使用其他的連接方式連接到第二驅動裝置，例如在第二驅動裝置2a的外殼上形成由螺釘孔，從而直接與第一表面或第二表面機械地連接。

如圖3所示，所述帶凸緣的圓筒25b包括連接到所述第一緊固裝置1b的對應於所述第一驅動裝置1a的輸出機構11a的表面的凸緣251b和垂直於所述凸緣251b且與所述凸緣251b一體的筒體252b，所述筒體252b沿所述第一軸線A1延伸，所述筒體的直徑大於所述第二連接機構24b的柱體241b的直徑，從而第二連接機構24b被容納在該筒體252b中。所述第一軸承26b嵌入到所述帶凸緣的圓筒25b內部以可轉動地支撐所述第二連接機構24b的柱體241b。因為第一緊固裝置1b緊固到機器人主體，並且帶凸緣的圓筒25b緊固到該第一緊固裝置1b，所以該帶凸緣的圓筒25b相對於機器人主體的位置不發生改變，因此通過嵌入在筒內的軸承能夠牢固地支撐第二連接機構24b，從而增加肩關節甚至整個機械臂的負載能力。

圖4示出了根據本實用新型的示例性實施例的第三緊固裝置和第三驅動裝置的分解立體圖。如圖4所示，所述第三緊固裝置3b構成機械臂的大臂且包括彼此平行且沿所述第三軸線A3延伸的第一片體31b和第二片體32b，所述第一片體31b的左端連接到所述第二輸出機構21a的舵盤，所述第二片體32b的左端可轉動地連接到所述第二驅動裝置2a，從而第一片體31b和第二片體32b都能夠圍繞第二軸線A2轉動。所述第一片體31b的右端和所述第二片體32b的右端均連接到第二軸承裝置33b，以將所述第二軸承裝置33b夾持在它們之間。所述第三驅動裝置3a在所述第一和第二片體31b、32b的兩端的中間位置處被夾持在所述第一片體31b和所述第二片體32b之間，在本實施例中，第一片體或第二片體均通過夾層板27而連接到第三驅動裝置3a。通過此種布置，節省了用於安置第三驅動裝置3a的安裝空間，且使得機器人的大臂結構空心化，因此減輕了大臂的重量。此外，兩對立柱34b在所述第三驅動裝置3a和所述第二軸承33b之間被支撐在所述第一片體31b和所述第二片體32b之間，通過該兩對立柱的支撐，大臂的剛度增大。兩個片體通過與第三驅動裝置的連接，也將第二驅動裝置的轉動傳遞到第三驅動裝置。

圖5示出了根據本實用新型的示例性實施例的第四緊固裝置4b的立體圖。如圖5所示，所述第四緊固裝置4b包括第一板41b、第二板42b、第三板43b和第四連接機構44b。所述第四連接機構44b具有平行於第三軸線A3延伸的空心杆441b、與所述空心杆441b一體的且連接到所述第三輸出機構31a的舵盤的凸緣442b、連接到空心杆441b的與所述凸緣442b相反的端部4411b(即圖5中的右端)的套環443b，連接到第三板43b的法蘭444b。所述套環443b通過螺釘連接到所述空心杆441b的所述端部4411b。法蘭444b具有凸緣4441b和垂直於該凸緣4441b且平行於第三軸線A3朝向所述套環443b延伸的凸起部4442b，該凸起部4442b是大致立方體的形狀且通過螺釘連接到套環443b和空心杆441b的右端，從而將空心杆441b與第三板43b連接在一起，從而第四緊固機構4b能夠圍繞第三軸線A3轉動。所述第一板41b、第二板42b和第三板43b構成U型結構，所述第一板41b和所述第二板42b彼此平行且平行於第三軸線A3且均連接到所述第四驅動裝置4a，以將所述第四驅動裝置4a容納和緊固在所述第四緊固裝置4b中，以此採用較小的緊固裝置容納第四驅動裝置4a，從而節省空間，減輕該緊固裝置的重量。上述的第二軸承332b在所述端部4411b附近支撐所述空心杆441b，以增強整個第四連接機構4b的強度。可以看出，第四緊固機構4b與第二緊固機構2b類似，不同之處在於第二連接機構和第四連接機構的構造。

如圖1所示，在本實用新型的示例性實施例中，第一緊固裝置1b、所述第二緊固裝置2b、第三緊固裝置3b、第四緊固裝置4b和小臂機構5均採用鈑金中空結構，且另一對立柱5b支撐在所述小臂機構的彼此平行的兩個鈑金片體之間。通過採用鈑金中空的結構進一步減輕了機械臂的質量，採用立柱來支撐彼此平行的片體，增強了平行結構的剛度。

所述第二軸承裝置33b包括矩形的軸承座331b，在所述軸承座中安裝第二軸承332b，所述第二軸承332b的厚度位於0.5cm的範圍內。通過第二軸承33b對第四連接機構44b的空心杆起支撐作用，使得第四緊固裝置能夠與第四驅動裝置一體地更加穩定地轉動，從而也增加了肘關節的負載能力。

此外，根據本實用新型的機械臂還包括抓取機構6，所述抓取機構6連接到所述小臂機構5的與連接到所述第四輸出機構41a的一端相反的一端。該抓取機構用於根據機器人控制裝置的指令抓取和釋放物體。

本領域的技術人員可以理解，上面所描述的實施例都是示例性的，並且本領域的技術人員可以對其進行改進，各種實施例中所描述的結構在不發生結構或者原理方面的衝突的情況下可以進行自由組合。

雖然結合附圖對本實用新型進行了說明，但是附圖中公開的實施例旨在對本實用新型優選實施方式進行示例性說明，而不能理解為對本實用新型的一種限制。

雖然本總體發明構思的一些實施例已被顯示和說明，本領域普通技術人員將理解，在不背離本總體發明構思的原則和精神的情況下，可對這些實施例做出改變，本實用新型的範圍以權利要求和它們的等同物限定。

應注意，措詞「包括」不排除其它元件或步驟，措詞「一」或「一個」不排除多個。另外，權利要求的任何元件標號不應理解為限制本實用新型的範圍。