CN103372860B - 一种多关节离散驱动机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多关节离散驱动机械臂，包括车体基座、安装于车体基座上的机械臂转台、第一至第四机械臂组件、机械抓组件、转台电机和驱动电机。第一机械臂组件设置在机械臂转台上，第一至第四机械臂组件两两相接，转台电机驱动机械臂转台相对于车体基座发生转动，驱动电机经由第一机械臂组件、第二机械臂组件、第三机械臂组件、机械抓组件以及第四机械臂组件形成的动力链进行动力传递，并在传递过程中使上述机械臂组件各自的转动关节执行弯曲操作。采用本发明，第一至第四机械臂组件两两相接并形成一动力链，从而将来自驱动电机的动力分别传递至机械臂的各个转动关节。相比于现有技术，该机械臂架构具有轻量化、大柔性、多自由度的优势。

Description

一种多关节离散驱动机械臂

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种多关节离散驱动机械臂。

背景技术

多关节柔性机械臂是为末端执行器(如机械手)提供支撑的部件，要求机械臂轻量、灵活从而实现末端执行器多方位到达目标位置，使末端执行器进行预设作业。在现有技术中，多关节柔性机械臂往往采用多个电机驱动，每个电机独自驱动相对应的关节单元，然而此种方式对驱动电机和电机减速器的要求较高，带载能力也相对较小。此外，数量较多的驱动电机也会增加机械臂的设计成本，导致性价比较低。

发明内容

针对现有技术中的多关节柔性机械臂在使用时所存在的上述缺陷，本发明提供了一种多关节离散驱动机械臂。

依据本发明的一个方面，提供了一种多关节离散驱动机械臂，包括车体基座、安装于车体基座上的机械臂转台、第一机械臂组件、第二机械臂组件、第三机械臂组件、第四机械臂组件、机械抓组件、一转台电机和一驱动电机。其中，第一机械臂组件设置在机械臂转台上，第二机械臂组件与第一机械臂组件相连接，第三机械臂组件与第二机械臂组件相连接，第四机械臂组件与第三机械臂组件相连接，机械抓组件与第三机械臂组件相连接，转台电机驱动机械臂转台相对于车体基座发生转动，驱动电机经由第一机械臂组件、第二机械臂组件、第三机械臂组件、机械抓组件以及第四机械臂组件所形成的动力链进行动力传递，并在动力传递过程中使上述多个机械臂组件各自的转动关节执行弯曲操作。

优选地，车体基座下方还安装有第一蜗轮蜗杆组，该第一蜗轮蜗杆组的一端连接至转台电机，另一端与机械臂转台相连接。

优选地，第一机械臂组件包括固定在机械臂转台上的底座和与底座相连接的第一机械臂，第一机械臂上安装有第一皮带轮组、第二皮带轮组、第一锥齿轮组、第七锥齿轮组以及第三蜗轮蜗杆组，其中，驱动电机安装于第一机械臂上，电机输出轴与第一皮带轮组相连接，第一皮带轮组上分别连接有第一锥齿轮组、第二皮带轮组和第七锥齿轮组，第一锥齿轮组上连接有第一离合器和第二离合器，第一离合器和第二离合器与第二蜗轮蜗杆组相连接，第二蜗轮蜗杆组连接有第四皮带轮组，第四皮带轮组与机械臂转台相连接，第二皮带轮组与第六锥齿轮组相连接。

第一离合器与第二离合器交替上电，当第一离合器上电且第二离合器不上电时，第一机械臂向第一方向弯曲；当第一离合器不上电且第二离合器上电时，第一机械臂向第二方向弯曲，第一方向与第二方向相对。

优选地，第二机械臂组件包括第二机械臂，第二机械臂上安装有第二锥齿轮组，第二锥齿轮组与第六锥齿轮组相连接，第二机械臂与第五皮带轮组连接，第五皮带轮组与第三蜗轮蜗杆组连接，第三蜗轮蜗杆组连接有第三离合器和第四离合器，第三离合器和第四离合器与第七锥齿轮组相连接。

第三离合器与第四离合器交替上电，当第三离合器上电且第四离合器不上电时，第二机械臂向第一方向弯曲；当第三离合器不上电且第四离合器上电时，第二机械臂向第二方向弯曲，第一方向与第二方向相对。

优选地，第三机械臂组件包括第三机械臂，第三机械臂上安装有第三锥齿轮组、与第三锥齿轮组相连接的第三皮带轮组，第三锥齿轮组与第二锥齿轮组相连接，第二锥齿轮组与第六锥齿轮组相连接，第二锥齿轮组上连接有第五离合器和第六离合器，第五离合器连接有第六皮带轮组，第六皮带轮组连接有第四蜗轮蜗杆组，第三机械臂与第四蜗轮蜗杆组相连接。

第五离合器与第六离合器交替上电，当第五离合器上电且第六离合器不上电时，第三机械臂向第一方向弯曲；当第五离合器不上电且第六离合器上电时，第三机械臂向第二方向弯曲，第一方向与第二方向相对。

优选地，第四机械臂组件包括第四机械臂，第四机械臂上安装有第五锥齿轮组、与第三皮带轮组相连接的第四锥齿轮组，第五锥齿轮组上安装有第七离合器和第八离合器，第七离合器和第八离合器连接有第五蜗轮蜗杆组，第五蜗轮蜗杆组上连接有第七皮带轮组，第七皮带轮组与第三机械臂相连接，其中第七离合器和第八离合器交替上电从而使第四机械臂向不同的方向弯曲。

优选地，机械抓组件包括与直齿轮组相连接的第六蜗轮蜗杆组、与第六蜗轮蜗杆组相连接的机械抓、安装在机械抓内的力传感器，其中，直齿轮组上连接有第九离合器和第十离合器，第九离合器和第十离合器与第四锥齿轮组相连接，第四锥齿轮组与第五锥齿轮组相连接，第九离合器和第十离合器交替上电从而使机械抓打开或闭合。

采用本发明的多关节离散驱动机械臂，第一机械臂组件、第二机械臂组件、第三机械臂组件和第四机械臂组件两两相接并形成一动力链，从而将来自驱动电机的动力分别传递至机械臂的各个转动关节。相比于现有技术，该机械臂架构具有轻量化、大柔性、多自由度的优势。此外，整个架构仅使用转台电机驱动机械臂转台相对于车体基座发生转动，使用单个驱动电机来输出动力并传递至机械臂中的各个转动关节，电机数量少，驱动设计时的成本较低，提高了***的性价比。

附图说明

读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，

图1示出依据本发明的一实施方式的多关节离散驱动机械臂的结构框图；

图2示出图1中的多关节离散驱动机械臂在静止时的状态示意图；以及

图3示出图1中的多关节离散驱动机械臂在运动时的状态示意图。

【主要组件符号说明】

1转台电机

2第一蜗轮蜗杆组

3车体基座

4机械臂转台

5第四皮带轮组

6第二蜗轮蜗杆组

7第一机械臂

8第一离合器

9第一皮带轮组

10第一锥齿轮组

11第二离合器

12第二皮带轮组

13第六锥齿轮组

14第二锥齿轮组

15第六皮带轮组

16第五离合器

17第四蜗轮蜗杆组

18第三机械臂

19第八离合器

20第七皮带轮组

21第五锥齿轮组

22第七离合器

23第四机械臂

24第五蜗轮蜗杆组

25第六蜗轮蜗杆组

26力传感器

27机械抓

28直齿轮组

29第九离合器

30第四锥齿轮组

31第三皮带轮组

32第十离合器

33第三锥齿轮组

34第二机械臂

35第六离合器

36第五皮带轮组

37第四离合器

38第七锥齿轮组

39第三离合器

40第三蜗轮蜗杆组

41驱动电机

具体实施方式

为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。

下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。

图1示出依据本发明的一实施方式的多关节离散驱动机械臂的结构框图。图2示出图1中的多关节离散驱动机械臂在静止时的状态示意图。图3示出图1中的多关节离散驱动机械臂在运动时的状态示意图。

结合图1、图2和图3，本发明的多关节离散驱动机械臂包括车体基座3、安装于车体基座3上的机械臂转台4、第一机械臂组件、第二机械臂组件、第三机械臂组件、第四机械臂组件、机械抓组件、一转台电机1和一驱动电机41。更具体地，第一机械臂组件设置在机械臂转台4上，第二机械臂组件与第一机械臂组件相连接，第三机械臂组件与第二机械臂组件相连接，第四机械臂组件与第三机械臂组件相连接，机械抓组件与第三机械臂组件相连接，转台电机1驱动机械臂转台4相对于车体基座3发生转动，驱动电机41经由第一机械臂组件、第二机械臂组件、第三机械臂组件、机械抓组件以及第四机械臂组件所形成的动力链进行动力传递，并在动力传递过程中使上述多个机械臂组件各自的转动关节执行弯曲操作。例如，第一机械臂组件至第四机械臂组件中的各自机械臂向两个相反的方向弯曲。机械转在接收所传递的动力后，进行打开与闭合的动作。此外，车体基座3下方还安装有第一蜗轮蜗杆组2，该第一蜗轮蜗杆组2的一端连接至转台电机1，另一端与机械臂转台4相连接。

第一机械臂组件作为动力传动链的首个环节，其包括固定在机械臂转台4上的底座和与底座相连接的第一机械臂7。第一机械臂7上安装有第一皮带轮组9、第二皮带轮组12、第一锥齿轮组10、第七锥齿轮组38以及第三蜗轮蜗杆组40。驱动电机41安装于第一机械臂7上，电机输出轴与第一皮带轮组9相连接，第一皮带轮组9上分别连接有第一锥齿轮组10、第二皮带轮组12和第七锥齿轮组38。第一锥齿轮组10上连接有第一离合器8和第二离合器11，第一离合器8和第二离合器11与第二蜗轮蜗杆组6相连接，第二蜗轮蜗杆组6连接有第四皮带轮组5，第四皮带轮组5与机械臂转台4相连接，第二皮带轮组12与第六锥齿轮组13连接。

在一具体实施例中，第一离合器8与第二离合器11交替上电，当第一离合器8上电且第二离合器11不上电时，第一机械臂7向第一方向弯曲。当第一离合器8不上电且第二离合器11上电时，第一机械臂7向第二方向弯曲，第一方向与第二方向相对。也就是说，通过第一离合器8和第二离合器11的交替上电，使第一机械臂7向两个不同的方向弯曲。

第二机械臂组件包括第二机械臂34。第二机械臂34上安装有第二锥齿轮组14，第二锥齿轮组14与第六锥齿轮组13相连接。第二机械臂34与第五皮带轮组36连接，第五皮带轮组36与第三蜗轮蜗杆组40连接，第三蜗轮蜗杆组40连接有第三离合器39和第四离合器37，第三离合器39和第四离合器37与第七锥齿轮组38相连接。在一具体实施例中，第三离合器39与第四离合器37交替上电，当第三离合器39上电且第四离合器37不上电时，第二机械臂34向第一方向弯曲；当第三离合器39不上电且第四离合器37上电时，第二机械臂34向第二方向弯曲，第一方向与第二方向相对。

第三机械臂组件包括第三机械臂18。第三机械臂18上安装有第三锥齿轮组33、与第三锥齿轮组33相连接的第三皮带轮组31，第三锥齿轮组33与第二锥齿轮组14相连接。第二锥齿轮组14与第六锥齿轮组13相连接，第二锥齿轮组14上连接有第五离合器16和第六离合器35，第五离合器16连接有第六皮带轮组15，第六皮带轮组15连接有第四蜗轮蜗杆组17。第三机械臂18与第四蜗轮蜗杆组17相连接。第五离合器16与第六离合器35交替上电，当第五离合器16上电且第六离合器35不上电时，第三机械臂18向第一方向弯曲；当第五离合器16不上电且第六离合器35上电时，第三机械臂18向第二方向弯曲，第一方向与第二方向相对。

第四机械臂组件包括第四机械臂23。第四机械臂23上安装有第五锥齿轮组21、与第三皮带轮组31相连接的第四锥齿轮组30，第五锥齿轮组21上安装有第七离合器22和第八离合器19，第七离合器22和第八离合器19连接有第五蜗轮蜗杆组24，第五蜗轮蜗杆组24上连接有第七皮带轮组20，第七皮带轮组20与第三机械臂18相连接，其中第七离合器22和第八离合器19交替上电从而使第四机械臂23向不同的方向弯曲。

机械抓组件包括与直齿轮组28相连接的第六蜗轮蜗杆组25、与第六蜗轮蜗杆组25相连接的机械抓27、安装在机械抓27内的力传感器26，其中，直齿轮组28上连接有第九离合器29和第十离合器32。第九离合器29和第十离合器32与第四锥齿轮组30相连接，第四锥齿轮组30与第五锥齿轮组21相连接，第九离合器29和第十离合器32交替上电从而使机械抓27打开或闭合。

采用本发明的多关节离散驱动机械臂，第一机械臂组件、第二机械臂组件、第三机械臂组件和第四机械臂组件两两相接并形成一动力链，从而将来自驱动电机的动力分别传递至机械臂的各个转动关节。相比于现有技术，该机械臂架构具有轻量化、大柔性、多自由度的优势。此外，整个架构仅使用转台电机驱动机械臂转台相对于车体基座发生转动，使用单个驱动电机来输出动力并传递至机械臂中的各个转动关节，电机数量少，驱动设计时的成本较低，提高了***的性价比。

上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种多关节离散驱动机械臂，其特征在于，所述多关节离散驱动机械臂包括车体基座(3)、安装于车体基座(3)上的机械臂转台(4)、第一机械臂组件、第二机械臂组件、第三机械臂组件、第四机械臂组件、机械抓组件、一转台电机(1)和一驱动电机(41)，

其中，所述第一机械臂组件设置在机械臂转台(4)上，所述第二机械臂组件与所述第一机械臂组件相连接，所述第三机械臂组件与所述第二机械臂组件相连接，所述第四机械臂组件与所述第三机械臂组件相连接，所述机械抓组件与所述第三机械臂组件相连接，转台电机(1)驱动机械臂转台(4)相对于车体基座(3)发生转动，驱动电机(41)经由所述第一机械臂组件、所述第二机械臂组件、第三机械臂组件、机械抓组件以及第四机械臂组件所形成的动力链进行动力传递，并在动力传递过程中使上述多个机械臂组件各自的转动关节执行弯曲操作，

其中，所述第一机械臂组件包括固定在机械臂转台(4)上的底座和与所述底座相连接的第一机械臂(7)，第一机械臂(7)上安装有第一皮带轮组(9)、第二皮带轮组(12)、第一锥齿轮组(10)、第七锥齿轮组(38)以及第三蜗轮蜗杆组(40)，驱动电机(41)安装于第一机械臂(7)上，电机输出轴与第一皮带轮组(9)相连接，第一皮带轮组(9)上分别连接有第一锥齿轮组(10)、第二皮带轮组(12)和第七锥齿轮组(38)，第一锥齿轮组(10)上连接有第一离合器(8)和第二离合器(11)，第一离合器(8)和第二离合器(11)与第二蜗轮蜗杆组(6)相连接，第二蜗轮蜗杆组(6)连接有第四皮带轮组(5)，第四皮带轮组(5)与机械臂转台(4)相连接，第二皮带轮组(12)与第六锥齿轮组(13)相连接。

2.根据权利要求1所述的多关节离散驱动机械臂，其特征在于，车体基座(3)下方还安装有第一蜗轮蜗杆组(2)，该第一蜗轮蜗杆组(2)的一端连接至转台电机(1)，另一端与机械臂转台(4)相连接。

3.根据权利要求1所述的多关节离散驱动机械臂，其特征在于，第一离合器(8)与第二离合器(11)交替上电，当第一离合器(8)上电且第二离合器(11)不上电时，第一机械臂(7)向第一方向弯曲；当第一离合器(8)不上电且第二离合器(11)上电时，第一机械臂(7)向第二方向弯曲，所述第一方向与所述第二方向相对。

4.根据权利要求1所述的多关节离散驱动机械臂，其特征在于，所述第二机械臂组件包括第二机械臂(34)，第二机械臂(34)上安装有第二锥齿轮组(14)，第二锥齿轮组(14)与第六锥齿轮组(13)相连接，第二机械臂(34)与第五皮带轮组(36)连接，第五皮带轮组(36)与第三蜗轮蜗杆组(40)连接，第三蜗轮蜗杆组(40)连接有第三离合器(39)和第四离合器(37)，第三离合器(39)和第四离合器(37)与第七锥齿轮组(38)相连接。

5.根据权利要求4所述的多关节离散驱动机械臂，其特征在于，第三离合器(39)与第四离合器(37)交替上电，当第三离合器(39)上电且第四离合器(37)不上电时，第二机械臂(34)向第一方向弯曲；当第三离合器(39)不上电且第四离合器(37)上电时，第二机械臂(34)向第二方向弯曲，所述第一方向与所述第二方向相对。

6.根据权利要求4所述的多关节离散驱动机械臂，其特征在于，所述第三机械臂组件包括第三机械臂(18)，第三机械臂(18)上安装有第三锥齿轮组(33)、与第三锥齿轮组(33)相连接的第三皮带轮组(31)，第三锥齿轮组(33)与第二锥齿轮组(14)相连接，第二锥齿轮组(14)与第六锥齿轮组(13)相连接，第二锥齿轮组(14)上连接有第五离合器(16)和第六离合器(35)，第五离合器(16)连接有第六皮带轮组(15)，第六皮带轮组(15)连接有第四蜗轮蜗杆组(17)，第三机械臂(18)与第四蜗轮蜗杆组(17)相连接。

7.根据权利要求6所述的多关节离散驱动机械臂，其特征在于，第五离合器(16)与第六离合器(35)交替上电，当第五离合器(16)上电且第六离合器(35)不上电时，第三机械臂(18)向第一方向弯曲；当第五离合器(16)不上电且第六离合器(35)上电时，第三机械臂(18)向第二方向弯曲，所述第一方向与所述第二方向相对。

8.根据权利要求6所述的多关节离散驱动机械臂，其特征在于，所述第四机械臂组件包括第四机械臂(23)，第四机械臂(23)上安装有第五锥齿轮组(21)、与第三皮带轮组(31)相连接的第四锥齿轮组(30)，第五锥齿轮组(21)上安装有第七离合器(22)和第八离合器(19)，第七离合器(22)和第八离合器(19)连接有第五蜗轮蜗杆组(24)，第五蜗轮蜗杆组(24)上连接有第七皮带轮组(20)，第七皮带轮组(20)与第三机械臂(18)相连接，其中第七离合器(22)和第八离合器(19)交替上电从而使第四机械臂(23)向不同的方向弯曲。

9.根据权利要求8所述的多关节离散驱动机械臂，其特征在于，所述机械抓组件包括与直齿轮组(28)相连接的第六蜗轮蜗杆组(25)、与第六蜗轮蜗杆组(25)相连接的机械抓(27)、安装在机械抓(27)内的力传感器(26)，

其中，直齿轮组(28)上连接有第九离合器(29)和第十离合器(32)，第九离合器(29)和第十离合器(32)与第四锥齿轮组(30)相连接，第四锥齿轮组(30)与第五锥齿轮组(21)相连接，第九离合器(29)和第十离合器(32)交替上电从而使机械抓(27)打开或闭合。