CN102101291B - 机械手臂 - Google Patents

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Abstract

一种机械手臂，包括相互枢接的第一手臂和第二手臂、设置于第一手臂远离第二手臂的一端的转轴及设置于第二手臂上远离第一手臂的一端的执行件，该转轴具有第一轴线，该第二手臂相对第一手臂可转动，且该旋转轴线为第二轴线，第一手臂和第二手臂至少一个为弯形结构，第一手臂绕第一轴线可转动，第一轴线和第二轴线之间的夹角大于0°且小于180°。该机械手臂结构简单且操作方便。

Description

机械手臂
技术领域
本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种机械人的机械手臂。
背景技术
由于某些生产需在高危、高污染等恶劣环境中进行，可能会造成对操作人员人身安全或身体健康的危害，故在此类生产环境中，常使用机器人代替操作人员进行操作。机械手臂为机器人实现各种操作动作的必要部件。
机械手臂常采用直线形手臂相互枢接以实现多自由度的运动，并在最末端的手臂上安装刀具、手爪等以执行某特定动作，然而，此类机械手臂虽可实现多自由度的运动，但因其相枢接的手臂为直线形，故当需绕过障碍物进行操作时，则需至少三个手臂相互枢接以绕开障碍物，方可对操作对象进行操作，结构较为复杂；当操作对象不为平面时，则需不断调整手臂上安装的刀具、手爪等和操作对象之间的距离以进行操作，操作较为不便。
发明内容
鉴于上述情况，有必要提供一种操作方便且结构简单的机械手臂。
一种机械手臂，包括相互枢接的第一手臂和第二手臂、设置于第一手臂远离第二手臂的一端的转轴及设置于第二手臂上远离第一手臂的一端的执行件，该转轴具有第一轴线，该第二手臂相对第一手臂可转动，且该旋转轴线为第二轴线，第一手臂和第二手臂至少一个为弯形结构，第一手臂绕第一轴线可转动，第一轴线和第二轴线之间的夹角大于0°且小于180°。执行件具有执行端，第二手臂上安装执行件的一端还设置有导向调节组件及驱动执行件动作的第一驱动件，第一驱动件与执行件连接，导向调节组件包括调节件、第一承接件、第二承接件及连接件，第一承接件通过连接件与第二手臂固定，调节件支撑于第一承接件并使第二承接件沿调节件相对第二手臂移动，第一驱动件与第二承接件固定并随第二承接件可移动，从而带动执行件相对第二手臂安装执行件的一端沿直线可移动并改变执行件的执行端与第二手臂安装执行件的一端之间的距离。
另一种机械手臂，包括相枢接的第一手臂和第二手臂及设置于第二手臂上远离第一手臂的一端的执行件，第一手臂和第二手臂至少一个为弯形结构，机械手臂还包括设置于第一手臂的轴接机构，轴接机构包括固定件，第一手臂相对固定件可旋转，第二手臂相对第一手臂可旋转，执行件相对固定件具有两个旋转自由度。第二手臂上还设置有导向调节组件，执行件穿设于第二手臂远离第一手臂的一端，执行件具有执行端，导向调节组件包括连接件、第一承接件、第二承接件及调节件，连接件固定于第二手臂上并将第一承接件与第二手臂相固定，调节件一端固定于第一承接件上并带动第二承接件沿连接件相对第一承接件移动。
上述机械手臂中，第一手臂和第二手臂至少一个为弯形结构，故该机械手臂在需绕开障碍物进行操作时，无需多个手臂枢接即可完成。且由于第一手臂和第二手臂为弯形结构，故设置于第二手臂上的执行件可沿曲面运动，故可实现对曲面操作对象的操作，无需在操作过程中不断调节执行件，操作方便。
附图说明
图1为本发明实施例的机械手臂结构图。
图2为图1中机械手臂另一视角的结构图。
图3为图1中机械手臂的零件分解图。
图4为图1中机械手臂另一视角的零件分解图。
图5为图1中机械手臂的另一状态图。
主要元件符号说明
机械手臂     100
轴接机构     10
第一手臂     20
第二手臂     30
枢接机构     50
作动机构     70
转轴         11
固定件       13
驱动件       15、53、77、78
第一轴段     111
第二轴段     113
收容孔       131
凸缘         133
输出轴       151、531
第一枢接孔   21
第二枢接孔   23
第三枢接孔   31
固定部       33
曲面         331
平面         333
通孔         335
盲孔         337
枢轴         51
第三轴段     511
第四轴段     513
执行件       71
导向调节组件 72
传动组件     73
支撑件       74
固定组件     75
轴接件       76
执行端       711
连接端       713
定位凸缘     7131
第一承接件   721
第二承接件   722
调节件       723
连接件       724
主动轮       731
从动轮       733
传动件       735
支撑体       751
第一套接件   752
第二套接件   753
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明的作进一步的详细说明。
请同时参阅图1和图2，机械手臂100包括轴接机构10、第一手臂20、第二手臂30、枢接机构50及作动机构70。其中第一手臂20和第二手臂30通过枢接机构50相枢接，作动机构70设置于第二手臂30的末端，作动机构70在第一手臂20和第二手臂30的带动下对操作对象（图未示）可执行特定动作。
请同时参阅图3和图4，轴接机构10包括转轴11、固定件13及驱动件15。转轴11为阶梯轴且具有第一轴线A，该转轴11包括第一轴段111和第二轴段113，本实施例中，第一轴段111的外径小于第二轴段113的外径。固定件13为筒状结构，其形成收容孔131及凸缘133，固定件13通过凸缘133固定至其他设备。驱动件15收容于固定件13的收容孔131，该驱动件15具有输出轴151。本实施例中，驱动件15为马达，当然也可为旋转气缸等其他驱动结构。
第一手臂20一端形成第一枢接孔21，另一端形成第二枢接孔23。本实施例中，第一手臂20为弧形结构，且该弧形的圆心角为90°。当然第一手臂20也可为圆心角为其他角度的弧形或为弓形等其他弯形结构。
第二手臂30为弯形结构，其一端开设第三枢接孔31，另一端形成固定部33。固定部33的一侧为曲面331，另一侧为平面333。固定部33上开设一个通孔335及两个盲孔337，其中该两个盲孔337从平面333向曲面331凹陷形成。本实施例中，第二手臂30也为弧形结构，且该弧形的圆心角也为90°，故该第二手臂30可与第一手臂20枢接形成一半圆形结构。当然，第二手臂30也可为圆心角为其他角度的弧形或为弓形等其他结构。
枢接机构50包括枢轴51及驱动件53。枢轴51包括第三轴段511和第四轴段513。驱动件53具有一个输出轴531。本实施例中，第三轴段511的外径小于第四轴段513的外径，驱动件53为马达，当然也可为旋转气缸等其他驱动结构。
作动机构70包括执行件71、导向调节组件72、传动组件73、支撑件74、固定组件75、轴接件76及第一驱动件77和第二驱动件78。
执行件71具有执行端711和连接端713。连接端713具有一个定位凸缘7131。该执行件71可根据使用过程中的操作对象而定，如可为钻头、丝锥或机械手爪等。
导向调节组件72包括第一承接件721、第二承接件722、调节件723及连接件724。本实施例中，第一承接件721及第二承接件722为两块承接板，连接件724为两根导杆。调节件723一端支撑于第一承接件721，连接件724一端固定于第一承接件721，该调节件723和连接件724均贯穿第二承接件722，该第二承接件722相对调节件723和连接件724沿连接件724的延伸方向可移动。当然，第一承接件721及第二承接件722也可为块状结构等。调节件723也可为固定于第一承接件721上的气缸，而将第二承接件722固定于其活塞杆上，通过活塞杆伸出或缩回而调节第二承接件722相对第二手臂30的距离。连接件724的数目可为除两个以外的其他数目。
传动组件73包括主动轮731、从动轮733及传动件735。本实施例中，主动轮731和从动轮733均为皮带轮，传动件735则为皮带。当然，该传动组件73也可为两链轮及包覆于链轮上的链条，或可为相互啮合的齿轮。
本实施例中，支撑件74为截面为“ㄇ”形的板状结构。当然也可由半球形的壳体所替代。
固定组件75包括支撑体751、第一套接件752及第二套接件753。支撑体751也为截面为“ㄇ”形的板状结构，且也可由半球形的壳体所替代。第一套接件752和第二套接件753均为套筒结构。
轴接件76为一开设有轴向通孔的阶梯轴。
第一驱动件77和第二驱动件78均为驱动电机，当然也可由旋转气缸等其他结构的驱动件替代。
组装该机械手臂100时，将轴接机构10的驱动件15固定至固定件13的收容孔131内，将转轴11的第二轴段113***固定件13的收容孔131，并使驱动件15的输出轴151***转轴11的第二轴段113。将转轴11的第一轴段111***第一手臂20的第一枢接孔21，进而使轴接机构10与第一手臂20连接。该第一手臂20相对固定件13具有一个旋转自由度，即该第一手臂20相对固定件13绕第一轴线A可旋转。
将枢接机构50的枢轴51的第四轴段513***第一手臂20的第二枢接孔23内，并将第二手臂30的第三枢接孔31与第一手臂20的第二枢接孔23对准，使第二手臂30套于枢轴51的第三轴段511，最后将驱动件53的输出轴531***枢轴51，完成第二手臂30和第一手臂20的枢接。枢接后的第二手臂30相对第一手臂20具有一个旋转自由度，即第二手臂30相对第一手臂20可转动，且旋转轴线为第二轴线B。该第二手臂30一端与第一手臂20枢接，另一端则为自由端。第一轴线A和第二轴线B之间的夹角为0°～180°，即第一轴线A和第二轴线B相交或异面，故第二手臂30相对轴接机构10的固定件13具有两个旋转自由度。本实施例中，第一轴线A和第二轴线B相交并相互垂直，即二者夹角为90°。当然，若第二手臂30枢接于第一手臂20远离轴接机构10的一端的一侧，或仍如本实施例中的方式枢接，但枢接机构50的旋转轴线不与第一手臂20相对固定件13的旋转轴线垂直相交，则此时第一轴线A和第二轴线B异面。
将作动机构70组装于第二手臂30的固定部33上时，先将固定组件75的第一套接件752***支撑体751，将该第一套接件752连同支撑体751、第二套接件753及传动组件73的从动轮733依次套上调节件723靠近第二承接件722的一端，使第一套接件752部分地穿过第二承接件722而***到第一承接件721和第二承接件722之间，其中，该第一套接件752及第二套接件753均与调节件723同轴设置。将传动组件73的传动件735套上从动轮733。将执行件71的执行端711***第二手臂30的固定部33的通孔335，使该执行件71穿透固定部33，直至连接端713的定位凸缘7131抵持到固定部33的平面333。将轴接件76套于执行件71的连接端713。将导向调节组件72的两根连接件724分别***第二手臂30的固定部33上的两个盲孔337内，其中固定组件75、轴接件76及传动组件73的从动轮733被夹持于固定部33与导向调节组件72的第二承接件722之间。将传动组件73的主动轮731套入传动件735内，并将支撑件74固定至第二手臂30的固定部33，将第二驱动件78固定于支撑件74上并使该第二驱动件78的输出轴（图未标）***主动轮731。将第一驱动件77固定于导向调节组件72的第二承接件722并使该第一驱动件77的输出轴（图未标）***轴接件76，即完成作动机构70往第二手臂30上的组装。当该作动机构70固定于第二手臂30上后，导向调节组件72的第一承接件721相对第二手臂30固定，而第二承接件722在调节件723的带动下沿连接件724相对第二手臂30可移动。该作动机构70固定于第二手臂30远离第一手臂20的自由端。
使用该机械手臂100时，将轴接机构10的固定件13固定至其他设备上，如钻床、磨床等。轴接机构10的驱动件15驱动第一手臂20绕第一轴线A转动，第二手臂30也随第一手臂20一同转动。枢接机构50的驱动件53驱动第二手臂30相对第一手臂20绕第二轴线B转动，极限状态如图5中所示。
需使用执行件71对操作对象进行操作时，第一驱动件77驱动轴接件76进而带动执行件71转动以执行钻孔、攻丝等操作。当需调整执行件71的执行端711相对第二手臂30的固定部33的曲面331之间的距离时，第二驱动件78启动，通过传动组件73带动导向调节组件72的调节件723转动。由于本实施例中调节件723为丝杆结构，其转动时带动第一套接件752转动，进而带动导向调节组件72的第二承接件722沿着连接件724靠近或远离第一承接件721。第二承接件722移动的时候，带动与轴接件76连接的第一驱动件77一起移动，进而带动轴接件76及执行件71相对第二手臂30移动，使执行件71的执行端711靠近或远离第二手臂30的固定部33的曲面331。
该机械手臂100中，通过第一手臂20和第二手臂30相对固定件13的转动及第一手臂20和第二手臂30的相对转动，可带动执行件71的执行端711沿曲面运动。由于在第二手臂30相对第一手臂20枢转的过程中，第二手臂30枢转至如图5中所示的状态而无法继续转动，故执行件71的执行端711的运动轨迹为一具有球缺的球面。
该机械手臂100的弯形结构的第一手臂20和第二手臂30相枢接，可使执行件71对操作对象进行操作时，绕过障碍物。无需使用多个手臂相枢接以绕开障碍物，结构较为简单。
且该机械手臂100中执行件71可实现球面运动，在加工球面时，无需不断调节执行件71的执行端711与操作对象之间的距离，操作较为方便。
该执行件71的执行端711与第二手臂30的固定部33之间的距离可调整，故可适用于尺寸不同的操作对象。
可以理解，根据操作对象及所需绕开的障碍物的形状，第一手臂20和第二手臂30也可向不同方向弯曲而枢接，即使弧形结构的第一手臂20的第二手臂30的弧形的圆形位于二者枢接部位的两侧，进而使第一手臂20和第二手臂30形成一“S”形。
第一手臂20和第二手臂30也可为波浪形或台阶形，二者相互枢接，进而形成一弯形结构。
第一轴线A和第二轴线B之间的夹角也可为0°～180°中的其他角度，如30°、45°或60°等，只要使得执行件71相对固定件13具有两个旋转自由度即可。
执行件71的执行端711也可设置于第二手臂30的固定部33的平面333一侧，相应地，将作动机构70中除执行件71以外的其他元件设置到固定部33的曲面331的一侧。
第一手臂20和第二手臂30也可为一个为弯形结构，另一个为直线结构。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (6)

1.一种机械手臂，包括相互枢接的第一手臂和第二手臂、设置于第一手臂远离第二手臂的一端的转轴及设置于第二手臂上远离第一手臂的一端的执行件，该转轴具有第一轴线，该第二手臂相对第一手臂可转动，且该第二手臂的旋转轴线为第二轴线，其特征在于：所述第一手臂和第二手臂至少一个为弯形结构，所述第一手臂绕第一轴线可转动，所述第一轴线和第二轴线之间的夹角大于0°且小于180°，所述执行件具有执行端，所述第二手臂上安装执行件的一端还设置有导向调节组件及驱动所述执行件动作的第一驱动件，所述第一驱动件与所述执行件连接，所述导向调节组件包括调节件、第一承接件、第二承接件及连接件，所述第一承接件通过所述连接件与所述第二手臂固定，所述调节件支撑于所述第一承接件并使所述第二承接件沿所述调节件相对所述第二手臂移动，所述第一驱动件与所述第二承接件固定并随所述第二承接件可移动，从而带动所述执行件相对所述第二手臂安装所述执行件的一端沿直线可移动并改变所述执行件的执行端与所述第二手臂安装执行件的一端之间的距离。
2.如权利要求1所述的机械手臂，其特征在于：所述第二手臂上还设置有传动机构及第二驱动件，所述传动机构与所述调节件相连，所述第二驱动件通过所述传动机构带动所述调节件运动。
3.如权利要求1所述的机械手臂，其特征在于：所述第一手臂和第二手臂均为弧形，且二者的弧形圆心位于第一手臂和第二手臂相枢接的部位的同一侧。
4.如权利要求3所述的机械手臂，其特征在于：所述第一手臂上远离第二手臂的一端还设置有固定件及驱动件，所述驱动件通过所述转轴与所述第一手臂相连并驱动所述第一手臂相对所述固定件转动。
5.一种机械手臂，包括相枢接的第一手臂和第二手臂及设置于第二手臂上远离第一手臂的一端的执行件，其特征在于：所述第一手臂和第二手臂至少一个为弯形结构，所述机械手臂还包括设置于所述第一手臂的轴接机构，所述轴接机构包括固定件，所述第一手臂相对所述固定件可旋转，所述第二手臂相对所述第一手臂可旋转，所述执行件相对所述固定件具有两个旋转自由度，所述第二手臂上还设置有导向调节组件，所述执行件穿设于所述第二手臂远离所述第一手臂的一端，所述执行件具有执行端，所述导向调节组件包括连接件、第一承接件、第二承接件及调节件，所述连接件固定于第二手臂上并将第一承接件与第二手臂相固定，所述调节件一端固定于第一承接件上并带动第二承接件沿所述连接件相对所述第一承接件移动。
6.如权利要求5所述的机械手臂，其特征在于：所述第一手臂和第二手臂均为弧形结构，且二者的弧形圆心位于二者枢接部位的同侧。
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