一種用于機器人手臂的旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)、機器人手臂及機器人的制作方法

本發(fā)明涉及機器人領(lǐng)域，特別涉及一種用于機器人手臂的旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)、機器人手臂及機器人。

背景技術(shù)：

隨著科技的進(jìn)步，機器人的研究應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴展，其中仿人型機器人的研究和應(yīng)用尤其受到普遍關(guān)注，并成為智能機器人領(lǐng)域中最活躍的研究熱點之一，仿人型機器人主要是通過機器人手臂完成任務(wù)，但是現(xiàn)有的許多機器人手臂存在關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)臃腫和控制繁瑣等缺點。

例如中國專利(CN101780673B)公開的一種輕型服務(wù)機器人手臂，其通過減速機和電機配合驅(qū)動各關(guān)節(jié)動作，使得該機器人手臂結(jié)構(gòu)復(fù)雜，另外，由于受機器人手臂安裝空間限制，減速機只能采用微小型的減速機傳動實現(xiàn)手臂擺動功能，但是微小型的減速機的價格較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供了一種結(jié)構(gòu)簡單和緊湊，且降低生產(chǎn)成本的用于機器人手臂的旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)和包含有該旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)的機器人手臂以及包含該機器人手臂的機器人。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供了一種用于機器人手臂的旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)，包括第一電機、第一連接件、連接座、轉(zhuǎn)動滑輪、固定滑輪、旋轉(zhuǎn)座、支撐軸、第一牽引繩、第二牽引繩、第一滑輪和第二滑輪，所述第一電機固定在所述第一連接件上，且所述第一電機的輸出軸穿過所述第一連接件套接所述轉(zhuǎn)動滑輪，所述第一連接件上還固定有所述連接座，所述連接座上固定有所述支撐軸，所述支撐軸的軸線和所述轉(zhuǎn)動滑輪的軸線相互垂直，所述支撐軸上套設(shè)有所述旋轉(zhuǎn)座，所述旋轉(zhuǎn)座和所述支撐軸能夠相互轉(zhuǎn)動，并且所述旋轉(zhuǎn)座和所述第一連接件分別位于所述轉(zhuǎn)動滑輪的兩側(cè)，所述旋轉(zhuǎn)座上還固定有所述固定滑輪，所述固定滑輪和所述支撐軸同軸設(shè)置；

所述轉(zhuǎn)動滑輪外側(cè)面上設(shè)置有第一卡槽，所述固定滑輪外側(cè)面上設(shè)置有第二卡槽，所述第一牽引繩的第一端和所述第二牽引繩的第一端均固定在所述第一卡槽內(nèi)，所述第一牽引繩和所述第二牽引繩分別從所述第一卡槽的兩側(cè)且沿著所述轉(zhuǎn)動滑輪的切向延伸至所述固定滑輪所在的平面，其中所述第一牽引繩通過所述第一滑輪換向，所述第二牽引繩通過所述第二滑輪換向，之后所述第一牽引繩和所述第二牽引繩分別沿著所述固定滑輪的切向延伸至所述固定滑輪兩側(cè)，最后所述第一牽引繩第二端和所述第二牽引繩第二端分別從所述第二卡槽兩側(cè)且沿著所述固定滑輪的周向延伸至所述第二卡槽內(nèi)并固定，其中所述第一牽引繩和所述第二牽引繩不相交。

進(jìn)一步，所述連接座呈L型，包括相互垂直的第一支板和第二支板，所述支撐軸固定在所述第二支板上，所述第二支板和所述固定滑輪分別位于所述旋轉(zhuǎn)座兩側(cè)，所述第一支板位于所述轉(zhuǎn)動滑輪和所述第一連接件之間，且所述第一支板固定在所述第一連接件上。

進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)動滑輪外側(cè)面上設(shè)置第一環(huán)形槽，所述第一環(huán)形槽沿所述轉(zhuǎn)動滑輪周向分布設(shè)置，且所述第一環(huán)形槽分別與所述第一牽引繩和所述第二牽引繩配合，所述固定滑輪外側(cè)面上設(shè)置有第二環(huán)形槽，所述第二環(huán)形槽沿所述固定滑輪周向分布設(shè)置，且所述第二環(huán)形槽分別與所述第一牽引繩和所述第二牽引繩配合；

所述第一滑輪外側(cè)面上設(shè)置有與所述第一牽引繩配合的第三環(huán)形槽，所述第一滑輪套設(shè)在所述第一銷軸上，所述第一銷軸固定在所述第一滑輪座上，所述第一滑輪座固定在所述第一支板上，所述第二滑輪外側(cè)面上設(shè)置有與所述第二牽引繩配合的第四環(huán)形槽，所述第二滑輪套設(shè)在所述第二銷軸上，所述第二銷軸固定在所述第二滑輪座上，所述第二滑輪座固定在所述所述第一支板上。

進(jìn)一步，所述第一滑輪軸心和所述第二滑輪軸心的連線分別與所述轉(zhuǎn)動滑輪的軸線和所述固定滑輪的軸線相互垂直。

進(jìn)一步，所述第一牽引繩和所述第二牽引繩均為相同結(jié)構(gòu)的牽引繩。

進(jìn)一步，所述第一牽引繩和所述第二牽引繩均為鋼絲材料制成的牽引繩。

進(jìn)一步，所述旋轉(zhuǎn)座通過兩個軸承套設(shè)在所述支撐軸上。

本發(fā)明還提供了一種機器人手臂，包括一旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)，以及一大臂殼體、一小臂殼體和一手部殼體；

所述大臂殼體連接所述小臂殼體的一端，連接在所述旋轉(zhuǎn)座上；

所述小臂殼體連接所述大臂殼體的一端，套設(shè)在所述第一連接件外，且所述第一電機位于所述小臂殼體內(nèi)部；所述手部殼體與所述小臂殼體為一體化結(jié)構(gòu)或組裝結(jié)構(gòu)；

或者，所述大臂殼體遠(yuǎn)離所述小臂殼體的一端，套設(shè)在所述第一連接件外，且所述第一電機位于所述大臂殼體內(nèi)；所述大臂殼體、所述小臂殼體和所述手部殼體三者之間為組裝結(jié)構(gòu)和/或一體化結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述用于機器人手臂的旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)還包括第二電機、第二連接件和法蘭，所述法蘭固定在所述旋轉(zhuǎn)座上，所述法蘭連接所述第二電機的輸出軸，所述第二電機的輸出軸軸線與所述支撐軸軸線相互垂直，其中所述第二電機固定在所述第二連接件上，所述第二連接件位于所述第二電機和所述法蘭之間；

所述大臂殼體連接所述小臂殼體的一端，套接在第二連接件外，且所述第二電機位于所述大臂殼體內(nèi)部。

本發(fā)明還提供了一種機器人，包括上身殼體和兩條所述機器人手臂，兩機器人手臂分別通過一所述旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)連接上身殼體；

所述大臂殼體連接所述上身殼體的一端，套設(shè)在所述第一連接件外；且所述第一電機位于所述大臂殼體內(nèi)部；

所述上身殼體連接所述大臂殼體的一端，連接在所述旋轉(zhuǎn)座上。

本發(fā)明還提供了一種機器人，包括一上身殼體和兩條機器人手臂，兩機器人手臂分別通過一所述旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)連接上身殼體；

所述大臂殼體連接所述上身殼體的一端，套設(shè)在所述第一連接件外；且所述第一電機位于所述大臂殼體內(nèi)部；

所述上身殼體連接所述大臂殼體的一端，套設(shè)在所述第二連接件外，且所述第二電機位于所述上身殼體內(nèi)部。

本發(fā)明提供了如下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，另外旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)可組裝完成后再安裝到大臂殼體和小臂殼體之間，以及大臂殼體和上身殼體之間，提高了安裝效率。

(2)本發(fā)明用以模擬人體肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)的動作，其中肘關(guān)節(jié)具有兩個自由度，肩膀具有兩個自由度。

(3)本發(fā)明的轉(zhuǎn)動滑輪和固定滑輪之間通過第一牽引繩和第二牽引繩配合連接，代替了傳統(tǒng)機械換向結(jié)構(gòu)，因此大大降低了旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)的成本。

以下結(jié)合附圖及實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)的爆炸圖；

圖2為本發(fā)明所述機器人手臂的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明所述機器人的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明所述旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)的工作原理圖。

具體實施方式

以下描述用于揭露本發(fā)明以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。以下描述中的優(yōu)選實施例只作為舉例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其他顯而易見的變形。在以下描述中界定的本發(fā)明的基本原理可以應(yīng)用于其他實施方案、變形方案、改進(jìn)方案、等同方案以及沒有背離本發(fā)明的精神和范圍的其他技術(shù)方案。

參見圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例所述的一種用于機器人手臂的旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)，包括第一電機401、第一連接件402、連接座429、轉(zhuǎn)動滑輪408、固定滑輪413、旋轉(zhuǎn)座416、支撐軸415、第一牽引繩409、第二牽引繩428、第一滑輪424和第二滑輪406，第一電機401固定在第一連接件402上，且第一電機401的輸出軸穿過第一連接件402套接轉(zhuǎn)動滑輪408，即轉(zhuǎn)動滑輪408和第一電機401的輸出軸同軸設(shè)置，第一連接件402上還固定有連接座429，連接座429上固定有支撐軸415，支撐軸415的軸線和轉(zhuǎn)動滑輪408的軸線相互垂直，支撐軸415上套設(shè)有旋轉(zhuǎn)座416，旋轉(zhuǎn)座416和支撐軸415能夠相互轉(zhuǎn)動，其中旋轉(zhuǎn)座416位置固定，且不發(fā)生轉(zhuǎn)動，即支撐軸415能夠繞著自身軸線轉(zhuǎn)動，并且旋轉(zhuǎn)座416和第一連接件402分別位于轉(zhuǎn)動滑輪408的兩側(cè)，旋轉(zhuǎn)座416上還固定有固定滑輪413，即固定滑輪413也不發(fā)生轉(zhuǎn)動，固定滑輪413和支撐軸415同軸設(shè)置，即固定滑輪413的軸線和轉(zhuǎn)動滑輪408的軸線相互垂直。轉(zhuǎn)動滑輪408外側(cè)面上設(shè)置有第一卡槽417，固定滑輪413外側(cè)面上設(shè)置有第二卡槽412，第一牽引繩409的第一端和第二牽引繩428的第一端均通過端頭410固定在第一卡槽417內(nèi)，第一牽引繩409和第二牽引繩428分別從第一卡槽417的兩側(cè)且沿著轉(zhuǎn)動滑輪408的切向延伸至固定滑輪413所在的平面，其中第一牽引繩409通過第一滑輪424換向，第二牽引繩428通過第二滑輪406換向，之后第一牽引繩409和第二牽引繩428分別沿著固定滑輪413的切向延伸至固定滑輪413兩側(cè)，最后第一牽引繩409第二端和第二牽引繩428第二端分別從第二卡槽412兩側(cè)且沿著固定滑輪413的周向延伸至第二卡槽412內(nèi)，且第一牽引繩409第二端和第二牽引繩428第二端均通過端頭410固定在第二卡槽412內(nèi)，其中第一牽引繩409和第二牽引繩428不相交。

連接座429呈L型，包括相互垂直的第一支板403和第二支板420，支撐軸415固定在第二支板420上，第二支板420和固定滑輪413分別位于旋轉(zhuǎn)座416兩側(cè)，第一支板403位于轉(zhuǎn)動滑輪408和第一連接件402之間，且第一支板403固定在第一連接件402上，第一支板403上還設(shè)置有避讓孔419。

在本實施例中，第一支板403和第二支板420為一體化結(jié)構(gòu)。

在其它實施例中，第一支板403和第二支板420為組裝結(jié)構(gòu)。

轉(zhuǎn)動滑輪408外側(cè)面上設(shè)置第一環(huán)形槽418，第一環(huán)形槽418沿轉(zhuǎn)動滑輪408周向分布設(shè)置，且第一環(huán)形槽418分別與第一牽引繩409和第二牽引繩428配合，固定滑輪413外側(cè)面上設(shè)置有第二環(huán)形槽411，第二環(huán)形槽411沿固定滑輪413周向分布設(shè)置，且第二環(huán)形槽411分別與第一牽引繩409和第二牽引繩428配合。

第一滑輪424外側(cè)面上設(shè)置有與第一牽引繩409配合的第三環(huán)形槽425，第三環(huán)形槽425沿第一滑輪424周向分布設(shè)置，第一滑輪424套設(shè)在第一銷軸427上，第一銷軸427固定在第一滑輪座426上，第一滑輪座426固定在第一支板403上，第二滑輪406外側(cè)面上設(shè)置有與第二牽引繩428配合的第四環(huán)形槽407，第四環(huán)形槽407沿第二滑輪406周向分布設(shè)置，第二滑輪406套設(shè)在第二銷軸405上，第二銷軸405固定在第二滑輪座404上，第二滑輪座404固定在第一支板403上。

第一滑輪424軸心和第二滑輪406軸心的連線分別與轉(zhuǎn)動滑輪408的軸線和固定滑輪413的軸線相互垂直。

旋轉(zhuǎn)座416可通過兩個軸承414套設(shè)在支撐軸415上。

在本實施例中，第一牽引繩409和第二牽引繩428為相同結(jié)構(gòu)的牽引繩，即第一牽引繩409和第二牽引繩428的直徑、材料和長度均相同，其中第一牽引繩409和第二牽引繩428均為鋼絲材料制成的牽引繩。另外，轉(zhuǎn)動滑輪408和固定滑輪413為相同結(jié)構(gòu)的滑輪，第一滑輪424和第二滑輪406可為相同結(jié)構(gòu)的滑輪，第一銷軸427和第二銷軸405可為相同結(jié)構(gòu)的銷軸，以及第一滑輪座426和第二滑輪座404可為相同結(jié)構(gòu)的滑輪座。

在其它實施例中，第一滑輪424的直徑和第二滑輪406的直徑不相等。

在其它實施例中，轉(zhuǎn)動滑輪408的直徑和固定滑輪413的直徑不相等。

參見圖2，示出了一種機器人手臂，包括一個旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)，以及大臂殼體100、小臂殼體200和手部殼體300，大臂殼體100連接小臂殼體200的一端，連接在旋轉(zhuǎn)座416上，小臂殼體200連接大臂殼體100的一端，套設(shè)在第一連接件402外，且第一電機401位于小臂殼體200內(nèi)部；手部殼體300與小臂殼體200可為一體化結(jié)構(gòu)或組裝結(jié)構(gòu)。

在其它實施例中，大臂殼體100遠(yuǎn)離小臂殼體200的一端，套設(shè)在第一連接件402外，且第一電機401位于大臂殼體100內(nèi)，大臂殼體100、小臂殼體200和手部殼體300三者之間為組裝結(jié)構(gòu)和/或一體化結(jié)構(gòu)。

參見圖2，用于機器人手臂的旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)還包括第二電機421、第二連接件422和法蘭423，法蘭423固定在旋轉(zhuǎn)座416上，法蘭423連接第二電機421的輸出軸，第二電機421的輸出軸軸線與支撐軸415軸線相互垂直，其中第二電機421固定在第二連接件422上，第二連接件422位于第二電機421和法蘭423之間，此時，大臂殼體100連接小臂殼體200的一端，可套接在第二連接件422外，且第二電機421位于大臂殼體100內(nèi)部。

第一電機401的輸出軸和第二電機421的輸出軸可同軸設(shè)置。

第一電機401和第二電機421可均為直流無刷行星減速電機。

參考圖3，示出了一種機器人，包括一上身殼體500和兩機器人手臂，兩機器人手臂分別通過一旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)連接上身殼體500，大臂殼體100連接上身殼體500的一端，套設(shè)在此處的旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)中的第一連接件402外；且第一電機401位于大臂殼體100內(nèi)部，上身殼體500連接大臂殼體100的一端，套設(shè)在此處的旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)中的第二連接件422外，且第二電機421位于上身殼體500內(nèi)部，值得注意的是，上身殼體500和機器人手臂之間還可采用不同于本實施例中旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)的裝置進(jìn)行連接，并且該裝置能夠帶動機器人手臂擺動和旋轉(zhuǎn)。

在其它實施例中，上身殼體500連接大臂殼體100的一端，連接在旋轉(zhuǎn)座416上。

圖4為旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)的工作原理圖，其中圓a為固定滑輪413，M為圓a的圓心，圓b為轉(zhuǎn)動滑輪408，N為圓b的圓心，圓b可繞圓心N作圓周運動，圓e為第一滑輪424，E為圓e的圓心，圓e可繞圓心E作圓周運動，圓f為第二滑輪406，F(xiàn)為圓f的圓心，圓f可繞圓心F作圓周運動，ASDGR連成的線段為第一牽引繩409，SD與圓a相切于S點，SD與圓e相切于D點，GR與圓b相切于R點，GR與圓e相切于G點，KUHCB連成的線段為第二牽引繩428，BC與圓a相切于B點，BC與圓f相切于C點，HU與圓b相切于U點，HU與圓f相切于H點，圓a的直徑和圓b的直徑相等，圓e的直徑和圓f的直徑相等，圖中圓a的軸線和圓b的軸線相交于一點O，即MO⊥NO，EF⊥MO，EF⊥NO。

現(xiàn)參考圖4，并結(jié)合圖1和圖2介紹旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)的工作原理：

第一電機401帶動圓b沿2方向轉(zhuǎn)動，使旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)從實線5表示的運動狀態(tài)運動到虛線5’表示的運動狀態(tài)，其中第一牽引繩409在圓b上貼合的長度增加，且增加的長度為劣弧RR’，劣弧RR’對應(yīng)的角度為∠RN’R’，此時圓b轉(zhuǎn)動的角度為∠RN’R’，第一牽引繩409長度的改變使圓e繞圓心E且朝著箭頭3方向作圓周運動，第一牽引繩409在圓b增加的長度等于第一牽引繩409在圓a上減少的長度，故第一牽引繩409在圓a上的切點從S變?yōu)镾’，即第一牽引繩409在圓a上減少的長度為劣弧SS’，劣弧SS’對應(yīng)的角度為∠SMS’，由已知可得∠SMS’＝∠RN’R’，由于圓a位置固定，且不發(fā)生轉(zhuǎn)動，且第一牽引繩409在圓a上減少的長度使圓b繞OM且朝箭頭1的方向作圓周運動，該圓周運動的角度為∠NO’N’，其中∠NO’N’＝∠SMS’＝∠RN’R’。同理，第一電機401帶動圓b沿2方向轉(zhuǎn)動后，第二牽引繩428在圓b上貼合的長度減少，該減少的長度為劣弧UU’，劣弧UU’對應(yīng)的角度為∠UN’U’，其中∠UN’U’＝∠RN’R’，第二牽引繩428長度的改變使圓f繞圓心F且朝著箭頭4方向作圓周運動，其中圓f的轉(zhuǎn)動方向和圓e的轉(zhuǎn)動方向相反，第二牽引繩428在圓b上減少的長度等于第二牽引繩428在圓a上增加的長度，故第二牽引繩428在圓a上的切點從B變?yōu)锽’，即第二牽引繩428在圓a上增加的長度為劣弧BB’，劣弧BB’對應(yīng)的角度為∠BMB’，∠BMB’＝∠UN’U’。之后，第一電機401帶動圓b沿2的反方向轉(zhuǎn)動，圓b能夠繞OM且朝箭頭1的反方向作圓周運動。

綜上所述，設(shè)置在大臂殼體100和小臂殼體200之間的旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)能夠帶動小臂殼體200模擬人體肘部擺動動作，其具有一個自由度。還有第二電機421能夠帶動小臂殼體200繞著第二電機421輸出軸軸線轉(zhuǎn)動，從而模擬人體肘部轉(zhuǎn)動動作，其具有一個自由度，因此，機器人的肘關(guān)節(jié)具有兩個自由度。同理，設(shè)置在大臂殼體100和上身殼體500之間的旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)，可模擬人體肩部擺動動作和轉(zhuǎn)動動作，因此，機器人的肩關(guān)節(jié)具有兩個自由度。再說，轉(zhuǎn)動滑輪和固定滑輪之間通過第一牽引繩和第二牽引繩配合連接，代替了傳統(tǒng)機械換向結(jié)構(gòu)，因此大大降低了旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)的成本。另外旋轉(zhuǎn)擺動機構(gòu)可組裝完成后再安裝到大臂殼體和小臂殼體之間，以及大臂殼體和上身殼體之間，提高了安裝效率。

以上所述的實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，不能僅以本實施例來限定本發(fā)明的專利范圍采用，即凡依本發(fā)明所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍落在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。