CN106737627A - 一种仿象鼻机械手臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿象鼻机械手臂，包括底座支架、滚珠丝杠副、机械臂和抓手；滚珠丝杠副驱动机械臂上下运动，底座支架驱动滚珠丝杠副带动机械臂旋转；机械臂包括三个控制机械臂上下转动的关节和三个控制机械臂左右转动的关节；本发明底座内部装有步进电机，可带动圆盘转动，从而实现机械臂可以做圆周运动，全方位工作。滚珠丝杠副因大螺母固定不能旋转而只能沿着丝杠上下移动，从而带着固定在垂直贴片上的机械臂上下移动，增加了机械臂的空间控制范围。抓手有三个爪牙，伸缩自如，爪牙尖部装有塑胶垫片，增加了摩擦力，使得抓取物体时更加稳定。

Description

一种仿象鼻机械手臂

技术领域

本发明属于机械设计制造技术领域，特别涉及一种仿象鼻机械手臂。

背景技术

随着社会发展，在高速发展的自动化行业中，工业生产对机械臂仿生技术的要求越来越多。机械臂的产生，不仅能代替人进行繁重和单调的劳动，还能在危险或者有害气体的地方进行工作，极大的提高了工作效率。最近几十年来，机械臂仿生技术作为一种高端自动化生产技术，无论在国内还是国外都有了迅速的发展。机械臂可以通过编程从而进行电路控制，像手臂一样自由操作，从而达到抓取目的。但是现阶段，对于机械手的研究还不够深入，使得机械手并不能像人的手臂那样灵活运用，因此，一种可回转、可升降、手臂灵活、抓取精确稳定的仿象鼻机械手臂的设计很有必要。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种仿象鼻机械手臂，实现了工作范围大，抓取位置点准确，灵活性好、稳定性高等目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种仿象鼻机械手臂，包括底座支架43、滚珠丝杠副42、机械臂40和抓手41，所述滚珠丝杆副42安装在所述底座支架43上，所述机械臂40安装在所述滚珠丝杠副42上，所述抓手41与所述机械臂40连接，所述滚珠丝杠副42驱动机械臂40上下运动，所述底座支架43驱动滚珠丝杠副42带动机械臂40旋转；所述机械臂40包括若干个依次相连的关节44，所述关节44由关节架32组成，所述关节架32内均设置有固定关节电机14的固定板22，所述关节电机14的底部通过减速箱15内的减速轴20连接有小齿轮21，所述关节架32上还通过连接轴18设置有大齿轮19，位于同一个关节44内的大齿轮19和小齿轮21互相垂直且大齿轮19和小齿轮21的运动运动互不干涉，所述关节44内的小齿轮21啮合于与其相对应的下一个关节44内的大齿轮19。

作为本发明的进一步改进，相邻的所述关节架32相接的端部均为圆弧边，所述连接轴18外套设有嵌套17，所述嵌套17为长方体柱状结构，所述大齿轮19上设置有用于嵌套17通过的方形孔，所述连接轴18的两端穿过与其相对应的关节架32上设置的方形孔，再穿过与其相对应的下一个关节架32上设置的圆形孔，并通过螺母16固定。

作为本发明的进一步改进，所述抓手41包括放样体23、第一圆柱体24、第二圆柱体30、气缸31、活动三脚架25、爪牙26、连杆27，所述放样体23的一端与所述机械臂40连接，放样体23的另一端连接所述第一圆柱体24，所述第一圆柱体24和第二圆柱体30相连接；所述第一圆柱体24和第二圆柱体30均为中空的圆柱体，其中第一圆柱体24内安装有气缸31，所述气缸31的活塞连接活动三脚架25，所述活动三脚架25连接3个爪牙26，所述爪牙26还通过连杆27与第二圆柱体30侧壁安装的固定三脚架28相连接。

作为本发明的进一步改进，所述第二圆柱体30侧壁的外圆周纵向设置有3个长方形孔，长方形孔底部安装有连杆27，所述活动三脚架25在气缸31活塞的驱动下在长方形孔内运动，每个爪牙26的端部设置有塑胶垫片29。

作为本发明的进一步改进，所述底座支架43包括底座1、底座挡板2，所述底座1内部装有底座步进电机33，所述底座步进电机33的顶部通过螺钉固定在盖于底座1顶部的底座挡板2上，底座挡板2上自下而上依次安装有波发生器35、柔轮38和圆盘5。

作为本发明的进一步改进，所述滚珠丝杠副42包括丝杠13和导向杆12，所述丝杠13的顶部通过联轴器11接步进电机10，导向杆12和丝杠13的底部均穿过垂直贴片6固定于圆盘5上，所述导向杆12顶部穿过横向支撑件8并固定，所述垂直贴片6上通过机械臂40连接抓手41，所述底座步进电机33带动圆盘5旋转，圆盘5带动垂直贴片6上的机械臂40和抓手41旋转，所述步进电机10带动丝杠13旋转，丝杠13带动垂直贴片6上的机械臂40和抓手41上下运动。

作为本发明的进一步改进，所述波发生器35和柔轮38的侧壁外侧设置有轴承内圈挡板3，所述轴承内圈挡板3的底部通过螺钉固定于底座1侧壁的顶部端面，所述柔轮38的侧壁外侧自内而外依次设置有内圈37和外圈36，所述内圈37压于轴承内圈挡板3之上。

作为本发明的进一步改进，所述圆盘5盖于柔轮38、内圈37和外圈36的顶面及外圈36的侧壁外侧，外圈36的底面通过螺钉连接轴承挡板4。

作为本发明的进一步改进，所述圆盘5上表面安装有垂直固定架7，垂直固定架7上自上而下依次固定有步进电机支撑件9和横向支撑件8，所述步进电机支撑件9上固定步进电机10，所述横向支撑件8上固定有联轴器11。

作为本发明的进一步改进，所述丝杠13底部穿过垂直贴片6并通过大螺母39与垂直贴片6的底面固定连接，所述大螺母39与垂直贴片6的底面通过若干个螺钉固定连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明底座内部装有步进电机，可带动圆盘转动，从而实现机械手臂可以做圆周运动，全方位工作。滚珠丝杠副利用螺母与丝杠螺纹之间的连接关系，因大螺母固定不能旋转而只能沿着丝杠上下移动，从而带着固定在垂直贴片上的机械手臂上下移动，增加了机械手臂的空间控制范围。抓手有三个爪牙，伸缩自如，爪牙尖部装有塑胶垫片，增加了摩擦力，使得抓取物体时更加稳定。

附图说明

图1是本发明的外部结构示意图；

图2是本发明中机械臂单元之间的连接关系示意图；

图3是本发明中机械臂单元之间的传动关系示意图；

图4是本发明中抓手的结构示意图；

图5是本发明中滚珠丝杠副的局部结构示意图；

图6是本发明中底座的剖面示意图。

图中各附图标记的含义为：

1-底座，2-底座挡板，3-轴承内圈挡板，4-轴承挡板，5-圆盘，6-垂直贴片，7-垂直固定架，8-横向支撑件，9-步进电机支撑件，10-步进电机，11-联轴器，12-导向杆，13-丝杠，14-关节电机，15-行星减速箱，16-螺母，17-嵌套，18-连接轴，19-大齿轮，20-减速轴，21-小齿轮，22-固定板，23-放样体，24-第一圆柱体，25-活动三脚架，26-爪牙，27-连杆，28-固定三脚架，29-塑胶垫片，30-第二圆柱体，31-气缸，32-关节架，33-底座步进电机，34-钢轮，35-波发生器，36-外圈，37-内圈，38-柔轮，39-大螺母，40-机械臂，41-抓手，42-滚珠丝杠副,43-底座支架，44-关节。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1-6所示，一种仿象鼻机械手臂，包括底座支架43、滚珠丝杠副42、机械臂40和抓手41，所述滚珠丝杆副42安装在所述底座支架43上，所述机械臂40安装在所述滚珠丝杠副42上，所述抓手41与所述机械臂40连接，所述滚珠丝杠副42驱动机械臂40上下运动，所述底座支架43驱动滚珠丝杠副42带动机械臂40旋转；所述机械臂40包括若干个依次相连的关节44，所述关节44由关节架32组成，所述关节架32内均设置有固定关节电机14的固定板22，所述关节电机14的底部通过减速箱15内的减速轴20连接有小齿轮21，所述关节架32上还通过连接轴18设置有大齿轮19，位于同一个关节44内的大齿轮19和小齿轮21互相垂直且且大齿轮19和小齿轮21的运动互不干涉，所述关节44内的小齿轮21啮合于与其相对应的下一个关节44内的大齿轮19。整个机械臂由底座1来固定放置，所述底座1是一个大的圆柱体，内部留有空间，所述底座步进电机33与安装在底座1上的底座挡板2相结合，通过螺栓把所述底座步进电机33固定在底座1内部，所述底座步进电机33工作时带动波发生器35工作，然后所述波发生器35就可以带动柔轮38工作，因为所述柔轮38与圆盘5是固定的，所以所述圆盘5就跟着一起转动，从而实现机械臂40的圆周运动。

本实施例中优选的，所述机械臂40包含三个控制机械臂上下转动的关节44和三个控制机械臂左右转动的关节44，所述关节44都是相同的结构，所述三个控制机械臂上下转动的关节44和三个控制机械臂左右转动的关节44互相交替垂直连接，一个关节44内的小齿轮21啮合于与其相对应的下一个关节44内的大齿轮19，每个关节44关节架的前后两端都设计有突出的圆形板块，即相邻的关节架32相接的端部均为圆弧边，以增大关节44的旋转角度。关节电机14通过行星减速箱15和减速轴20带动小齿轮21转动，与之啮合的大齿轮19将使连接轴18做转动动作，由于嵌套17和关节架32前端的孔都是方形的，所以下一关节架32将随之转动，相邻的关节架32都是相互垂直的设置的，有3个左右转动的关节架和3个上下转动的关节架，这样将大大增加机械臂的控制范围和抓手的定位精度。

如图2、3所示，所述连接轴18外套设有嵌套17，所述嵌套17为长方体柱状结构，所述大齿轮19上设置有用于嵌套17通过的方形孔，所述连接轴18的两端穿过与其相对应的关节架32上设置的方形孔，再穿过与其相对应的下一个关节架32上设置的圆形孔，并通过螺母16固定，即所述大齿轮19不会与连接轴18发生相对滑动，所述连接轴18也不会与与其对应的关节架32发生传动，仅会致使下一关节44的关节架32随着连接轴18的转动而转动。所述关节架32中间有个大方形孔，用于安装关节电机14和减速轴20，所述减速轴20下方有一个小齿轮31，与连接轴18上的大齿轮21啮合，所述连接轴18用于连接相邻的两个关节44。相邻的关节44由关节电机14提供动力，通过齿轮传动，从而带动下一关节44的转动。实质上是上一个关节44带动下一个关节44运动。

如图4所示，所述抓手41包括放样体23、第一圆柱体24、第二圆柱体30、气缸31、活动三脚架25、爪牙26、连杆27，所述放样体23的一端与所述机械臂40连接，放样体23的另一端连接所述第一圆柱体24，所述第一圆柱体24和第二圆柱体30相连接；所述第一圆柱体24和第二圆柱体30均为中空的圆柱体，其中第一圆柱体24内安装有气缸31，所述气缸31的活塞连接活动三脚架25，所述活动三脚架25连接3个爪牙26，所述爪牙26还通过连杆27与第二圆柱体30侧壁安装的固定三脚架28相连接。

所述第二圆柱体30侧壁的外圆周纵向设置有3个长方形孔，长方形孔底部安装有连杆27，所述活动三脚架25在气缸31活塞的驱动下在长方形孔内运动，每个爪牙26的端部设置有塑胶垫片29，增加了抓取物的稳定性。所述抓手41的第二圆柱体30的侧壁上切出三个长方形孔，可限制活动三脚架25做圆周运动并且可控制活动三脚架25的活动范围。所述放样体23通过螺栓固定在最后一个关节架32上，然后依次连接着第一圆柱体24和第二圆柱体30，两者中间都是空的并且打通，气缸31安装在第一圆柱体24中，气缸31的活塞与第二圆柱体30中的活动三脚架25相连接，三个爪牙26的末端连接在活动三脚架25上，中间通过连杆27连接在固定三脚架28上，活塞杆的往复运动可带动活动三脚架25的上下运动，所述活动三脚架25上下运动就可使三个爪牙26完成抓取和放松的动作。

如图6所示，所述底座1为一个空心的圆柱体，内部留有空间，用于安装底座步进电机33，所述底座支架43包括内部装有底座步进电机33的底座1，所述底座步进电机33的顶部通过螺钉固定在盖于底座1顶部的底座挡板2上，底座挡板2上自下而上依次安装有波发生器35、柔轮38和圆盘5，底座步进电机33通过轴带动圆盘5转动，从而实现机械臂的圆周运动。

如图1所示，所述滚珠丝杠副42包括丝杠13和导向杆12，所述丝杠13的顶部通过联轴器11接步进电机10，导向杆12和丝杠13的底部均穿过垂直贴片6固定于圆盘5上，所述导向杆12顶部穿过横向支撑件8并固定，所述垂直贴片6上通过机械臂40连接抓手41，所述底座步进电机33带动圆盘5旋转，圆盘5带动垂直贴片6上的机械臂40和抓手41旋转，所述步进电机10带动丝杠13旋转，丝杠13带动垂直贴片6上的机械臂40和抓手41上下运动，步进电机10通过联轴器11带动丝杠13旋转，固定有大螺母39的垂直贴片6沿着导向杆12上下运动，从而实现机械臂的上下运动，增加机械臂的空间控制范围。所述丝杠13与步进电机10分别通过横向支撑件8和步进电机支撑件9固定在垂直固定架7上，所述步进电机10与丝杠13之间通过联轴器11连接，所述丝杠13上的大螺母39与垂直贴片6通过螺栓固定起来，当步进电机10工作时，带动丝杠13旋转，由于被固定的大螺母39不能旋转，将作上下的移动，连接在垂直贴片6上的机械臂随之移动。

如图6所示，所述波发生器35和柔轮38的侧壁外侧设置有轴承内圈挡板3，所述轴承内圈挡板3的底部通过螺钉固定于底座1侧壁的顶部端面，所述柔轮38的侧壁外侧自内而外依次设置有内圈37和外圈36，所述内圈37压于轴承内圈挡板3之上。

如图6所示，所述圆盘5盖于柔轮38、内圈37和外圈36的顶面及外圈36的侧壁外侧，外圈36的底面通过螺钉连接轴承挡板4。所述圆盘5上表面安装有垂直固定架7，垂直固定架7上自上而下依次固定有步进电机支撑件9和横向支撑件8，所述步进电机支撑件9上固定步进电机10，所述横向支撑件8上固定有联轴器11。

如图1、5所示，所述丝杠13底部穿过垂直贴片6并通过大螺母39与垂直贴片6的底面固定连接，所述大螺母39与垂直贴片6的底面通过若干个螺钉固定连接，垂直固定架7安装在圆盘5上，丝杠和导向杆12穿过横向支撑件8也固定于圆盘5上，横向支撑件5通过螺栓固定在垂直固定架7上，垂直贴片6可沿丝杠13上下运动，从而带动机械臂40上下运动。所述横向支撑件8上方安装有步进电机10，并通过联轴器11与丝杠13连接，为丝杠13提供旋转的动力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种仿象鼻机械手臂，包括底座支架（43）、滚珠丝杠副（42）、机械臂（40）和抓手（41），其特征在于：所述滚珠丝杆副（42）安装在所述底座支架（43）上，所述机械臂（40）安装在所述滚珠丝杠副（42）上，所述抓手（41）与所述机械臂（40）连接，所述滚珠丝杠副（42）驱动机械臂（40）上下运动，所述底座支架（43）驱动滚珠丝杠副（42）带动机械臂（40）旋转；所述机械臂（40）包括若干个依次相连的关节（44），所述关节（44）由关节架（32）组成，所述关节架（32）内均设置有固定关节电机（14）的固定板（22），所述关节电机（14）的底部通过减速箱（15）内的减速轴（20）连接有小齿轮（21），所述关节架（32）上还通过连接轴（18）设置有大齿轮（19），位于同一个关节（44）内的大齿轮（19）和小齿轮（21）互相垂直且大齿轮（19）和小齿轮（21）的运动互不干涉，所述关节（44）内的小齿轮（21）啮合于与其相对应的下一个关节（44）内的大齿轮（19）。

2.根据权利要求1所述的仿象鼻机械手臂，其特征在于：相邻的所述关节架（32）相接的端部均为圆弧边，所述连接轴（18）外套设有嵌套（17），所述嵌套（17）为长方体柱状结构，所述大齿轮（19）上设置有用于嵌套（17）通过的方形孔，所述连接轴（18）的两端穿过与其相对应的关节架（32）上设置的方形孔，再穿过与其相对应的下一个关节架（32）上设置的圆形孔，并通过螺母（16）固定。

3.根据权利要求1所述的仿象鼻机械手臂，其特征在于：所述抓手（41）包括放样体（23）、第一圆柱体（24）、第二圆柱体（30）、气缸（31）、活动三脚架（25）、爪牙（26）、连杆（27），所述放样体（23）的一端与所述机械臂（40）连接，放样体（23）的另一端连接所述第一圆柱体（24），所述第一圆柱体（24）和第二圆柱体（30）相连接；所述第一圆柱体（24）和第二圆柱体（30）均为中空的圆柱体，其中第一圆柱体（24）内安装有气缸（31），所述气缸（31）的活塞连接活动三脚架（25），所述活动三脚架（25）连接3个爪牙（26），所述爪牙（26）还通过连杆（27）与第二圆柱体（30）侧壁上安装的固定三脚架（28）相连接。

4.根据权利要求3所述的仿象鼻机械手臂，其特征在于：所述第二圆柱体（30）侧壁的外圆周纵向设置有3个长方形孔，所述长方形孔底部安装有连杆（27），所述活动三脚架（25）在气缸（31）活塞杆的驱动下在长方形孔内运动，每个爪牙（26）的端部均设置有塑胶垫片（29）。

5.根据权利要求1所述的仿象鼻机械手臂，其特征在于：所述底座支架（43）包括底座（1）、底座挡板（2），所述底座（1）内部装有底座步进电机（33），所述底座步进电机（33）的顶部通过螺钉固定在盖于底座（1）顶部的底座挡板（2）上，底座挡板（2）上自下而上依次安装有波发生器（35）、柔轮（38）和圆盘（5）。

6.根据权利要求1所述的仿象鼻机械手臂，其特征在于：所述滚珠丝杠副（42）包括丝杠（13）和导向杆（12），所述丝杠（13）的顶部通过联轴器（11）接步进电机（10），所述导向杆（12）和丝杠（13）的底部均穿过垂直贴片（6）固定于圆盘（5）上，所述导向杆（12）顶部穿过横向支撑件（8）并固定，所述垂直贴片（6）上通过机械臂（40）连接抓手（41），所述底座步进电机（33）带动圆盘（5）旋转，所述圆盘（5）带动垂直贴片（6）上的机械臂（40）和抓手（41）旋转，所述步进电机（10）带动丝杠（13）旋转，所述丝杠（13）带动垂直贴片（6）上的机械臂（40）和抓手（41）上下运动。

7.根据权利要求5所述的仿象鼻机械手臂，其特征在于：所述波发生器（35）和柔轮（38）的侧壁外侧设置有轴承内圈挡板（3），所述轴承内圈挡板（3）的底部通过螺钉固定于底座（1）侧壁的顶部端面，所述柔轮（38）的侧壁外侧自内而外依次设置有内圈（37）和外圈（36），所述内圈（37）压于轴承内圈挡板（3）之上。

8.根据权利要求7所述的仿象鼻机械手臂，其特征在于：所述圆盘（5）盖于柔轮（38）、内圈（37）和外圈（36）的顶面及外圈（36）的侧壁外侧，外圈（36）的底面通过螺钉连接轴承挡板（4）。

9.根据权利要求1所述的仿象鼻机械手臂，其特征在于：所述圆盘（5）上表面安装有垂直固定架（7），所述垂直固定架（7）上自上而下依次固定有步进电机支撑件（9）和横向支撑件（8），所述步进电机支撑件（9）上固定步进电机（10），所述横向支撑件（8）上固定有联轴器（11）。

10.根据权利要求1所述的仿象鼻机械手臂，其特征在于：所述丝杠（13）底部穿过垂直贴片（6）并通过大螺母（39）与垂直贴片（6）的底面固定连接，所述大螺母（39）与垂直贴片（6）的底面通过若干个螺钉固定连接。