CN107498578A - 一种机器人手臂 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于机器人技术领域，提供了一种机器人手臂，包括舵机外壳，由上到下依次安装在舵机外壳内的PCB板、电机、行星齿轮传动***、升降盘，以及转动连接在舵机外壳上的多个爪勾；电机与PCB板电性连接，行星齿轮传动***与电机的输出轴连接，升降盘与行星齿轮传动***的输出轴连接且用于在行星齿轮传动***的驱动下上下运动，多个爪勾的一端分别转动连接在升降盘上且用于在升降盘的带动下进行开合运动。本发明用于积木类益智类产品，采用行星齿轮传动***，既实现了结构紧凑，又实现了功能需求，当PCB板发出指令驱动电机转动时带动行星齿轮传动***转动，进而带动升降盘上下运动，多个爪勾在升降盘的带动下进行开合运动，以便抓取或放掉积木。

Description

一种机器人手臂
技术领域
本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种机器人手臂。
背景技术
目前，社会上虽然有多种多样的积木玩具，但是缺乏一种小型智能化且利于开发小孩智力的积木三爪工程机构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人手臂，旨在解决现有技术中缺乏小型智能化且利于开发小孩智力的积木三爪工程机构的技术问题。
本发明是这样实现的：一种机器人手臂，包括舵机外壳，由上到下依次安装在所述舵机外壳内的PCB板、电机、行星齿轮传动***、升降盘，以及转动连接在所述舵机外壳上的多个爪勾；所述电机与所述PCB板电性连接，所述行星齿轮传动***与所述电机的输出轴连接，所述升降盘与所述行星齿轮传动***的输出轴连接且用于在所述行星齿轮传动***的驱动下上下运动，多个所述爪勾的一端分别转动连接在所述升降盘上且用于在所述升降盘的带动下进行开合运动。
进一步地，所述行星齿轮传动***包括行星轮上端盖、行星轮下端盖，以及固定在所述行星轮上端盖和行星轮下端盖之间的至少两级行星齿轮传动机构，至少两级行星齿轮传动机构的输入端与所述电机连接且输出端与所述升降盘连接。
进一步地，至少两级所述行星齿轮传动机构的输出端设置有螺杆，所述升降盘上设置有与所述螺杆配合的螺纹。
进一步地，每一所述行星齿轮传动机构包括用作输入端的太阳轮、与所述太阳轮外向啮合的多个行星轮、用于装配所述行星轮且用作输出端的行星架，以及套设在所述行星架外且用于与多个所述行星轮啮合的齿圈。
进一步地，所述行星架包括行星轮安装板、固定在所述行星轮安装板上且用于分别套设多个所述行星轮的多个行星轮转轴，以及与所述行星轮安装板固定连接且用作输出端的固定板，所述行星轮转轴的一端穿设所述固定板。
进一步地，所述至少两级行星齿轮传动机构共用一个所述齿圈。
进一步地，所述舵机外壳包括相互扣合且固定连接的舵机上壳和舵机下壳，所述PCB板固定连接在所述舵机上壳上，所述爪勾转动连接在所述舵机下壳上。
进一步地，所述舵机下壳内设置有多个竖直向上的导向柱，所述升降盘的外沿开设有多个与所述导向柱匹配的U型槽。
进一步地，所述升降盘的外沿开设有多个凹槽，所述机器人手臂还包括两端分别插设在所述凹槽的两侧内壁上的升降盘转轴以及套设在所述升降盘转轴上的升降盘滑套，所述爪勾的一端的端部开设有与所述升降盘滑套配合的开口腰型槽。
进一步地，所述爪勾通过爪勾转轴转动连接在所述舵机下壳上。
实施本发明的一种机器人手臂，具有以下有益效果：其用于积木类益智类产品，采用行星齿轮传动***，既实现了结构紧凑，又实现了功能需求，当PCB板发出指令驱动电机转动时带动行星齿轮传动***转动，进而带动升降盘上下运动，多个爪勾在升降盘的带动下进行开合运动，以便抓取或放掉积木。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的机器人手臂在三爪处于打开状态的剖视图(一)；
图2是本发明实施例提供的机器人手臂在三爪处于打开状态的剖视图(二)；
图3是本发明实施例提供的机器人手臂在三爪处于闭合状态的剖视图；
图4是本发明实施例提供的机器人手臂在三爪处于闭合状态的主视图；
图5是本发明实施例提供的一级行星齿轮传动机构与二级太阳轮的装配示意图；
图6是本发明实施例提供的二级行星齿轮传动机构的立体结构示意图；
图7是本发明实施例提供的机器人手臂的部分结构示意图；
图8是本发明实施例提供的机器人手臂的部分***图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接或间接在另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接或间接连接到另一个元件。
还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
如图1至图4所示，本发明实施例提供的机器人手臂包括舵机外壳、PCB板2、电机4、行星齿轮传动***、升降盘16以及三个爪勾26。其中，PCB板2、电机4、行星齿轮传动***和升降盘16由上到下依次安装在舵机外壳内，电机4与PCB板2电性连接且可接收PCB板的指令，行星齿轮传动***的输入端与电机4的输出轴连接且可在电机4的驱动下转动，升降盘16与行星齿轮传动***的输出轴连接且用于在行星齿轮传动***的驱动下上下运动。三个爪勾26转动连接在舵机外壳上且沿舵机外壳的外沿等间距分布，三个爪勾26的一端的端部分别转动连接在升降盘16上且用于在升降盘16的带动下进行开合运动，而爪勾26的另一端用于抓取积木。如图1和图2所示，当升降盘16向下运动时，其带动爪勾26远离积木的一端向内运动，进而带动爪勾26靠近积木的一端向外运动，从而实现三爪打开；如图3和图4所示，当升降盘16向上运动时，其带动爪勾26远离积木的一端向外运动，进而带动爪勾26靠近积木的一端向内运动，从而实现三爪闭合。当然，爪勾26也可以是四个或以上。
本发明实施例的机器人手臂用于积木类益智类产品，采用行星齿轮传动***，既实现了结构紧凑，又实现了功能需求，当PCB板2发出指令驱动电机4转动时带动行星齿轮传动***转动，进而带动升降盘16上下运动，多个爪勾26在升降盘16的带动下进行开合运动，以便抓取或放掉积木。
具体地，行星齿轮传动***包括行星轮上端盖5、行星轮下端盖22，以及固定在行星轮上端盖5和行星轮下端盖22之间的至少两级行星齿轮传动机构，至少两级行星齿轮传动机构的输入端与电机4连接且其输出端与升降盘16连接。其中，电机4通过第一螺丝17锁紧于行星轮上端盖5上，具体可在行星轮上端盖5上开设圆形的凹槽，电机4固定在凹槽内且电机4的输出轴穿过行星轮上端盖5与行星齿轮传动机构连接。
进一步地，结合图6和图7，为了实现行星齿轮传动机构的转动带动升降盘16的上下运动，在至少两级的行星齿轮传动机构的输出端设置有螺杆29，螺杆29的外壁设有外螺纹。而在升降盘16的中心区域设置有通孔，该通孔的内壁设有螺纹30，该螺纹30为内螺纹且与螺杆29的外螺纹配合，进而驱动升降盘16的上下运动，带动三个爪勾26开合运动。
进一步地，每一行星齿轮传动机构包括用作输入端的太阳轮、与太阳轮外向啮合的多个行星轮、用于装配行星轮且用作输出端的行星架，以及套设在行星架外且用于与多个行星轮啮合的齿圈。行星架包括行星轮安装板、固定在行星轮安装板上且用于分别套设多个行星轮的多个行星轮转轴，以及与行星轮安装板固定连接且用作输出端的固定板，行星轮转轴的一端穿设固定板。
其中，在本发明实施例中，行星齿轮传动机构的级数可以是两级或三级以上，但考虑到其所需实现的功能以及成本，以两级为优选，每级行星齿轮传动机构的行星轮的个数以三个为优选，下面以两级行星齿轮传动机构详细说明。
结合图5和图6，行星齿轮传动***包括一级行星齿轮传动机构和二级行星齿轮传动机构。其中，一级行星齿轮传动机构包括作为输入端且与电机4的输出轴连接的一级太阳轮7、与一级太阳轮7外向啮合的三个一级行星轮8、用于装配一级行星轮8且用作输出端的一级行星架，以及套设在一级行星架外且用于与一级行星轮8啮合的齿圈11。一级行星架包括一级行星轮安装板6、固定在一级行星轮安装板6上且用于分别套设三个一级行星轮8的三个一级行星轮转轴27，以及通过三个一级行星轮转轴27与一级行星轮安装板6连接且用作输出端的一级固定板9，优选的，一级行星轮转轴27的一端穿设一级固定板9。具体地，通过第二螺丝19将一级固定板9和一级行星轮安装板6锁紧，且该一级固定板9作为一级行星齿轮传动机构的输出件。优选的，所述三个一级行星轮转轴27及第二螺丝19均匀设置在所述一级固定板9和一级行星轮安装板6上。在本实施例中，电机4上的马达齿可作为一级行星齿轮传动机构的一级太阳轮7。
二级行星齿轮传动机构包括作为输入端且与一级固定板9连接的二级太阳轮14、与二级太阳轮14外向啮合的三个二级行星轮13、用于装配二级行星轮13且用作输出端的二级行星架，以及套设在二级行星架外且用于与二级行星轮13啮合的齿圈11。二级行星架包括二级行星轮安装板10、固定在二级行星轮安装板10上且用于分别套设三个二级行星轮13的三个二级行星轮转轴28，以及通过所述三个二级行星轮转轴28与二级行星轮安装板10连接且用作输出端的二级固定板15，优选的，二级行星轮转轴28的一端穿设二级固定板15。具体地，二级太阳轮14紧配于一级固定板9上的轴上，通过第三螺丝20将二级固定板15和二级行星轮安装板10锁紧，该二级固定板15作为整个行星齿轮传动***的输出件，其上设置有上述螺杆29。优选的，所述三个二级行星轮转轴28及第三螺丝20均匀设置在所述二级固定板15和二级行星轮安装板10上。
优选地，一级行星齿轮传动机构和二级行星齿轮传动机构共用一个齿圈11，节约了成本和空间，与整机连接方便，方便拆卸。具体地，齿圈11通过第四螺丝18与行星轮上端盖5固定连接，齿圈11通过第五螺丝21与行星轮下端盖22固定连接。
进一步地，舵机外壳包括相互扣合且固定连接的舵机上壳1和舵机下壳12，上述PCB板2通过第六螺丝3固定连接在舵机上壳1上，上述爪勾26转动连接在舵机下壳12上，舵机上壳1、齿圈11和舵机下壳12用螺丝锁紧。具体地，结合图7和图8，爪勾26通过爪勾转轴25转动连接在舵机下壳12上，爪勾26与爪勾转轴25松配，三爪转轴25与舵机下壳12紧配。
优选地，在舵机下壳12内设置有多个竖直向上的导向柱31，该导向柱31沿舵机下壳12的圆周方向布置，在升降盘6的外沿开设有多个与导向柱31匹配的U型槽33，该导向柱31对升降盘16实现圆周方向的定位，使之不能旋转，只能上下移动。在本发明实施例中，导向柱31与U型槽33的个数相同，可以皆是三个或四个以上，只需两者的个数相等即可。
进一步地，在升降盘16的外沿开设有多个凹槽32，优选的，该凹槽32与U型槽33间隔设置。本发明实施例的机器人手臂还包括两端分别插设在每一凹槽32的两侧内壁上的升降盘转轴24以及套设在升降盘转轴24上的升降盘滑套23。
优选地，爪勾26靠近爪勾转轴25的一端开设有开口腰型槽34，升降盘滑套23与爪勾26上的开口腰型槽34配合，使得爪勾26的滑动摩擦变为滚动摩擦，提高了传动效率，爪勾26的滑槽采用开口腰型槽34有利于装配，方便装入舵机下壳12上。在本发明的一个实施例中，三个升降盘滑套23分别通过三根升降盘转轴24装配于升降盘16上，升降盘滑套23与升降盘转轴24松配，升降盘转轴24与升降盘16紧配。
在本发明实施例中，整个舵机的上壳、下壳和行星轮***通过螺丝串联固定，即舵机上壳1、舵机下壳12和行星齿轮传动***通过螺丝串联固定。
本发明实施例的机器人手臂的三爪机构的传动过程如下：PCB2发出指令驱动电机4转动，同时带动一级太阳轮7转动，一级太阳轮7带动一级行星轮8转动，三个一级行星轮8的外缘与齿圈11啮合，齿圈11连接固定在上端盖5和下端盖22之间及连接固定在舵机上壳1和舵机下壳12之间，从而驱动一级行星轮8带动一级行星轮安装板6和一级固定板9一同转动，由于二级太阳轮14固定于一级固定板9的轴上，从而使得一级固定板9既作为一级行星齿轮传动机构的输出，又作为二级行星齿轮传动机构的输入，同上述一级太阳轮7及一级行星轮8、一级行星轮安装板6和一级固定板9的传动原理相似，二级太阳轮14带动二级行星轮13转动，三个二级行星轮13的外缘与齿圈11啮合，从而驱动二级行星轮13带动二级行星轮安装板10和二级固定板15一同转动，二级固定板15的转动带动升降盘16相对二级固定板15上下螺旋转动，从而实现爪勾26的开合动作。
综上所述，本发明实施例采用行星轮传动与螺旋传动组合的方式实现三爪机构的开合功能，使积木玩具更智能化，便于开发小孩智力，同时可运用于教育类课程等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人手臂，其特征在于，包括舵机外壳，由上到下依次安装在所述舵机外壳内的PCB板、电机、行星齿轮传动***、升降盘，以及转动连接在所述舵机外壳上的多个爪勾；所述电机与所述PCB板电性连接，所述行星齿轮传动***与所述电机的输出轴连接，所述升降盘与所述行星齿轮传动***的输出轴连接且用于在所述行星齿轮传动***的驱动下上下运动，多个所述爪勾的一端分别转动连接在所述升降盘上且用于在所述升降盘的带动下进行开合运动。
2.如权利要求1所述的机器人手臂，其特征在于，所述行星齿轮传动***包括行星轮上端盖、行星轮下端盖，以及固定在所述行星轮上端盖和行星轮下端盖之间的至少两级行星齿轮传动机构，至少两级行星齿轮传动机构的输入端与所述电机连接且输出端与所述升降盘连接。
3.如权利要求2所述的机器人手臂，其特征在于，至少两级所述行星齿轮传动机构的输出端设置有螺杆，所述升降盘上设置有与所述螺杆配合的螺纹。
4.如权利要求2所述的机器人手臂，其特征在于，每一所述行星齿轮传动机构包括用作输入端的太阳轮、与所述太阳轮外向啮合的多个行星轮、用于装配所述行星轮且用作输出端的行星架，以及套设在所述行星架外且用于与多个所述行星轮啮合的齿圈。
5.如权利要求4所述的机器人手臂，其特征在于，所述行星架包括行星轮安装板、固定在所述行星轮安装板上且用于分别套设多个所述行星轮的多个行星轮转轴，以及与所述行星轮安装板固定连接且用作输出端的固定板，所述行星轮转轴的一端穿设所述固定板。
6.如权利要求4所述的机器人手臂，其特征在于，所述至少两级行星齿轮传动机构共用一个所述齿圈。
7.如权利要求1至6任一项所述的机器人手臂，其特征在于，所述舵机外壳包括相互扣合且固定连接的舵机上壳和舵机下壳，所述PCB板固定连接在所述舵机上壳上，所述爪勾转动连接在所述舵机下壳上。
8.如权利要求7所述的机器人手臂，其特征在于，所述舵机下壳内设置有多个竖直向上的导向柱，所述升降盘的外沿开设有多个与所述导向柱匹配的U型槽。
9.如权利要求7所述的机器人手臂，其特征在于，所述升降盘的外沿开设有多个凹槽，所述机器人手臂还包括两端分别插设在所述凹槽的两侧内壁上的升降盘转轴以及套设在所述升降盘转轴上的升降盘滑套，所述爪勾的一端的端部开设有与所述升降盘滑套配合的开口腰型槽。
10.如权利要求7所述的机器人手臂，其特征在于，所述爪勾通过爪勾转轴转动连接在所述舵机下壳上。
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