CN108000555A - 一种可调臂长平面机械臂及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种可调臂长平面机械臂及机器人，包括平台、第一臂、第二臂、第一连杆、第二连杆、第一臂驱动组件和第一连杆驱动组件。该可调臂长平面机械臂将驱动元件设置于底部的平台上，第一臂和第二臂除了自身重量以及配套的连杆重量外，没有额外的重量；第一臂和第二臂的臂长可调整，针对不同的工作范围具有良好的适应性。该可调臂长平面机械臂及机器人具有工作末端移动速度快、环境适应性强等特点，对机器人的快速作业具有良好的效果。

Description

一种可调臂长平面机械臂及机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种可调臂长平面机械臂及机器人。

背景技术

机器人可以分为并联机器人和串联机器人，其中，串联机器人常见的类型有关节机器人。常见的关节机器人，其每一臂的驱动元件安装于与前臂连接的关节上，随着臂数量的增多，每一臂的负载会相应增加，导致臂的驱动动力元件体积增加、臂的运动速度减慢、臂的精度减少等问题，不利于关节机器人的高速化和微型化。另一方面，大部分多关节机器人的臂长都是不可调的，不利于针对工作环境做出改变。

因此，需要一款末端移动速度较快且臂长可调的机械臂。

发明内容

为了克服现有的问题，本发明实施例提供一种可调臂长平面机械臂及机器人，该可调臂长平面机械臂及机器人将驱动元件设置于底部的平台上，第一臂和第二臂除了自身重量以及配套的连杆重量外，没有额外的重量，运动速度较快；第一臂和第二臂为长度可调整，针对不同的工况具有良好的适应性。该可调臂长平面机械臂及机器人具有末端移动速度快等特点，对机器人的快速作业具有良好的效果。

相应的，本发明提供的一种可调臂长平面机械臂，该可调臂长平面机械臂包括平台、第一臂、第二臂、第一连杆、第二连杆、第一臂驱动组件和第一连杆驱动组件；

所述平台与xy平面平行，一基转轴基于基转轴连接件固定于所述平台x 正向上方；

所述第一臂始端铰接于所述基转轴上，末端与所述第二臂始端铰接；

所述第一连杆始端铰接于所述基转轴上，末端与所述第二连杆始端铰接；

所述第二连杆末端铰接与所述第二臂中部或末端上；

所述第一臂、第二臂、第一连杆和第二连杆构成一四连杆机构；

所述第一臂驱动组件安装于所述平台上，用于驱动所述第一臂绕所述基转轴转动；

所述第一连杆驱动组件安装于所述平台上，用于驱动所述第一连杆绕所述基转轴转动。

优选的实施方式，所述第一臂与所述第二连杆平行且长度相等；所述第一连杆平行于所述第二臂。

优选的实施方式，所述第二臂长度大于或等于所述第一连杆长度。

优选的实施方式，所述第一臂驱动组件包括第一臂驱动底座、第一臂驱动电机、第一臂驱动丝杆、第一臂驱动丝杆滑块和第一臂驱动连接件；

所述第一臂驱动底座铰接在所述平台的x负向上；

所述第一臂驱动丝杆和第一臂驱动丝杆滑块安装于第一臂驱动外壳内，所述第一臂驱动丝杆滑块套在所述第一臂驱动丝杆上，所述第一臂驱动连接件与所述第一臂驱动丝杆滑块连接固定；所述第一臂驱动连接件与所述丝杆同轴，并与所述第一臂始端连接固定；

所述第一臂驱动外壳与所述第一臂驱动电机并排固定于所述第一臂驱动底座上；所述第一臂驱动电机的转轴和所述第一臂驱动丝杆的一端在所述第一臂驱动底座内基于齿轮连接传动；

所述第一臂驱动连接件与所述第一臂始端连接固定并驱动所述第一臂绕所述基转轴转动。

优选的实施方式，所述第一连杆驱动组件包括第一连杆驱动底座、第一连杆驱动电机、第一连杆驱动丝杆、第一连杆驱动丝杆滑块和第一连杆驱动连接件；

所述第一连杆驱动底座铰接在所述平台的x负向上；

所述第一连杆驱动丝杆和第一连杆驱动丝杆滑块安装于第一连杆驱动外壳内，所述第一连杆驱动丝杆滑块套在所述第一连杆驱动丝杆上，所述第一连杆驱动连接件与所述第一连杆驱动丝杆滑块连接固定；所述第一连杆驱动连接件与所述丝杆同轴，并与所述第一连杆始端连接固定；

所述第一连杆驱动外壳与所述第一连杆驱动电机并排固定于所述第一连杆驱动底座上；所述第一连杆驱动电机的转轴和所述第一连杆驱动丝杆的一端在所述第一连杆驱动底座内基于齿轮连接传动；

所述第一连杆驱动连接件与所述第一连杆始端连接固定并驱动所述第一连杆绕所述基转轴转动。

优选的实施方式，所述第一臂包括第一外臂和第一内臂，所示第一内臂可在所述第一外壁内部滑动，并基于一穿过所述第一外臂和第一内臂的锁扣锁紧。

优选的实施方式，所述第二臂包括两块第二子臂和第二滑块；所述两块第二子臂通过第二臂连接件相互间固定；

所述第二滑块截面形状为工字型，腰部卡在所述两块第二子臂之间，并基于螺丝锁紧于两块第二子臂上；

在第二滑块上安装有滑轮，第二滑块在所述螺丝松开情况下，可基于所述滑轮在所述两个第二子臂上沿轴向滑动。

相应的，本发明还提供了一种机器人，该机器人包括以上所述的任意一项所述的可调臂长平面机械臂和工作末端；所述工作末端安装在所述第二臂末端上。

本发明提供的一种可调臂长平面机械臂及机器人，包括平台、第一臂、第二臂、第一连杆、第二连杆、第一臂驱动组件和第一连杆驱动组件。该可调臂长平面机械臂及机器人将驱动元件设置于底部的平台上，第一臂和第二臂除了自身重量以及配套的连杆重量外，没有额外的重量，运动速度较快；第一臂和第二臂为长度可调整，针对不同的工况具有良好的适应性。该可调臂长平面机械臂及机器人具有末端移动速度快、环境适应性强等特点，对机器人的快速作业具有良好的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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它的附图。

图1示出了本发明实施例可调臂长平面机械臂的三维结构示意图；

图2示出了本发明实施例可调臂长平面机械臂的正视图；

图3示出了本发明实施例的第一臂正视图；

图4示出了本发明实施例的第一连杆正视图；

图5示出了本发明实施例可调臂长平面机械臂的运动简图；

图6示出了本发明实施例第一连杆驱动组件的透视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明实施例可调臂长平面机械臂的三维结构示意图。本发明实施例提供的一种可调臂长平面机械臂，包括平台101、第一臂102、第二臂103、第一连杆105、第二连杆104、第一臂驱动组件107和第一连杆106驱动组件。

所述平台101与xy平面平行，一基转轴108基于基转轴连接件109固定于所述平台x正向上方。具体实施中，平台101顶面为一平面，该平面与xy平面平行，形状不唯一。在平台x正向的位置上，设置有供基转轴108安装的两个竖直布置的基转轴连接件109，基转轴108两端分别固定在两个基转轴基转轴连接件109 上。基转轴连接件109主要用于将基转轴悬空固定至一设定的高度上，使基转轴与平台之间留有空间供其余部件运动，避免产生干涉。在本发明实施例中，基转轴108的轴线与y轴平行。

图3示出了本发明实施例的第一臂结构正视图，具体实施中，第一臂102 可采用空心结构以减轻其自重。结合图1所示的整体结构可得，所述第一臂102 始端铰接于所述基转轴108上，末端与所述第二臂103始端铰接；为了供第一臂驱动组件107安装连接，第一臂102在始端背离末端的方向上，延伸出第一臂连接件，第一臂连接件与第一臂驱动组件的输出端铰接。需要说明的是第一臂连接件和第一臂是相对固定的，且第一臂连接件的轴向长度小于第一臂的轴向长度，基于杠杆原理，可以使第一臂连接件的微小位移，经基转轴108支点，放大至第一臂末端的大距离位移，有利于第一臂末端的快速运动。

图4示出了本发明实施例的第一连杆结构正视图，第二臂103由两块第二臂盖板组成，所述两块第二臂盖板之间通过一个以上的第二臂固定件固定。结合图1所示的整体结构，所述第一连杆105始端铰接于所述基转轴上，末端与所述第二连杆104始端铰接；为了供第一连杆驱动组件103安装连接，第一连杆105 在始端背离末端的方向上，延伸出第一连杆连接件，第一连杆连接件与第一连杆驱动组件106的输出端铰接。需要说明的是第一连杆连接件和第一连杆是相对固定的，且第一连杆连接件的轴向长度小于第一连杆的轴向长度，基于杠杆原理，可以使第一连杆连接件的微小位移，经基转轴支点，放大至第一连杆末端的大距离位移，有利于第一连杆末端的快速运动。

所述第二连杆104末端铰接与所述第二臂上。

进一步的，第一臂102和第二臂103可采用密度较小的铝或铝合金作为材料，以进一步减轻其重量。

图5示出了该可调臂长平面机械臂的结构简图，结合图2的可调臂长平面机械臂正视图，分别用直线代替第一臂、第二臂、第一连杆、第二连杆，分别用圆圈代替各个铰接点，其中，各铰接点的命名如下：基转轴，即第一臂102始端与第一连杆105始端的铰接点为第一铰接点121，第一连杆105末端与第二连杆104始端的铰接点为第二铰接点122，第一臂102末端与第二臂103始端的铰接点为第三铰接点123，第二连杆104末端与第二臂103的铰接点为第四铰接点 124，第一臂102、第二臂103、第一连杆105和第二连杆104构成一四连杆机构。

具体实施中，可将第二臂103的末端设置在第四铰接点124上，由于此时第二臂103的末端距离第四铰接点124较近，基于杠杆原理可知，第二臂103的末端相对于第二臂103的始端的位移呈缩小作用，有利于提高第二臂103的末端控制精度；但基于四连杆机构的结构限制，该设置方式会导致第二臂103的活动范围较小。

因此，具体实施中，亦可延长第二臂的长度，使末端外伸出第四铰接点124，该设置方式有利于增加第二臂的活动范围，使其能适合更多的工作环境。

进一步的，还可以将第一臂102和/或第二臂103设置为可伸缩臂，以灵活调节该可调臂长平面机械臂工作末端的运动范围和轨迹。

伸缩臂结构主要有滑移式伸缩臂和套入式伸缩臂两种。

滑移式伸缩臂是指通过调整末端在臂上的距离实现改变臂长度的目的。本发明实施例以第二臂采用滑移式伸缩臂结构进行介绍。

所述第二臂包括两块第二子臂137和第二滑块。第二子臂137截面呈L型结构，所述两块第二子臂137上端通过第二臂连接件139相互间固定；第二滑块呈工字型，腰部卡在两块第二子臂137下端之间，顶部基于螺丝分别锁紧于两块第二子臂137上；

在第二滑块141上安装有滑轮，在所述螺丝松开情况下，所述第二滑块可基于所述滑轮在所述两个第二子臂137上沿轴向滑动。

工作末端安装于第二滑块上，通过调整第二滑块在第二臂上的距离，可实现调整工作末端至第二臂始端的距离，相当于调节第二臂的长度。

套入式伸缩臂是指该臂具有多段结构，后段结构内套于前段结构中，通过伸缩来调整总体长度。本发明实施例以第一臂采用套入式伸缩臂结构进行介绍。

第一臂包括第一外臂143和第一内臂142；第一内臂142相对的两面上沿轴向开有长槽，第一外臂143对应所述长槽位置上分别开有螺孔；一快拆螺丝145 头部外套有弹簧，尾部从第一外臂143一端的螺孔伸入，依次穿过第一内臂142 的两条长槽，从第一外臂143另一端的螺孔穿出并在尾部铰接有快拆扳手144；当快拆扳手144绕图示的顺时针方向运动时，可压紧第一外臂143，使第一外臂 143的管径稍微减少，并将内部的第一内臂142压紧完成紧固。

第一内臂142可沿着长槽运动，当位置调节完毕后，通过快拆扳手144的锁紧作用，可快速的将第一内臂142和第一外臂143固定，实现长度的调节。

同理，第二连杆亦可设置为如第一臂结构的伸缩结构。

该四连杆机构具有两个动连杆，分别为第一臂102和第一连杆105，通过控制第一臂102和第一连杆105，可实现第二臂末端的运动。

具体实施中，虽然任意结构的四连杆机构均可实现第二臂末端的相应位移控制，但为了使第二臂末端的控制计算更为方便，本发明实施例的四连杆机构的各边长可设置为如下参数：所述第一臂102与所述第二连杆104平行且长度相等；所述第一连杆105平行于所述第二臂103；此时，本发明实施例的四连杆机构呈平行四边形，第一臂和102第二连杆104的姿态相同，第二臂103和第一连杆105的姿态相同，末端的计算可基于第一连杆长度、第一臂长度、第二臂长度、第一连杆与第一臂之间夹角快速得出，使软件的控制更为简单。

以上为本发明实施例的机械结构介绍，在本发明实施例中，该四连杆机构具有两个动连杆，分别为第一臂和第一连杆，通过控制第一臂和第一连杆，可实现第二臂末端的运动，以下对第一臂和第一连杆的驱动进行介绍。

需要说明的是，第一臂始端和第一连杆始端分别铰接于基转轴上，共同以基转轴作为回转支点，但二者直接的运动时相对独立的，相互间不干扰。

图6示出了本发明实施例的第一连杆驱动组件的局部放大图。所述第一连杆驱动组件包括第一连杆驱动底座130、第一连杆驱动电机131、第一连杆驱动连接件133、第一连杆驱动丝杆134和第一连杆驱动滑块135；

所述第一连杆驱动底座130铰接所述平台的x负向上，第一连杆驱动电机 131固定于所述第一连杆驱动底座130上；第一连杆驱动电机131的转轴伸入第一连杆驱动底座130内；所述第一连杆驱动丝杆134和第一连杆驱动丝杆滑块 135安装于第一连杆驱动外壳136内，所述第一连杆驱动丝杆滑块135套在所述第一连杆驱动丝杆134上，所述第一连杆驱动连接件133与所述第一连杆驱动丝杆滑块135连接固定；所述第一连杆驱动连接件133与所述第一连杆驱动丝杆 134同轴，并与所述第一连杆105始端连接固定；

所述第一连杆驱动外壳136与所述第一连杆驱动电机131并排固定于所述第一连杆驱动底座130上；所述第一连杆驱动电机131的转轴和所述第一连杆驱动丝杆134的一端在所述第一连杆驱动底座130内基于齿轮连接传动。

具体实施中，通过第一连杆驱动电机驱动第一连杆驱动丝杆滑块机构的丝杆转动，并带动滑套沿第一连杆驱动丝杆滑块机构的轴向运动；与第一连杆驱动丝杆滑块机构的滑块连接一体的第一连杆连接件收到驱动并绕基转轴转动，通过杠杆原理带动第一连杆绕基转轴转动。

同理，第一臂驱动组件结构与第一连杆驱动组件结构相同，不再重复介绍。

进一步的，本发明实施例提供的可调臂长平面机械臂，可应用至机器人中，该机器人包括本发明实施例提供的其中一个可调臂长平面机械臂和工作末端。具体实施中，该可调臂长平面机械臂的平台可固定于一底座上，底座可以为固定底座，也可以为可移动的底座，如滑轨、传送带等移动底座；针对本发明实施例第二臂移动速度快的特点，可适用于用于喷涂等行业，在喷涂行业中，可在第二臂末端安装轻质的喷嘴，以实现快速喷涂的目的。

进一步的，本发明实施例的可调臂长平面机械臂在作为多关节机器人中的其中两个关节，对多关节机器人的臂的轻量化具有良好作用。

本发明实施例提供的可调臂长平面机械臂及机器人将驱动元件设置于底部的平台上，第一臂和第二臂除了自身重量以及配套的连杆重量外，没有额外的重量，具有末端移动速度快等特点，对机器人的快速作业具有良好的效果；采用形状为平行四边形的四连杆机构，第二臂的末端位置计算较为容易，大大降低了控制软件的编写难度，有利于该可调臂长平面机械臂的普及使用；第一臂和第二臂为长度可调整，针对不同的工况具有良好的适应性。

以上对本发明实施例所提供的一种可调臂长平面机械臂及机器人进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种可调臂长平面机械臂，其特征在于，所述可调臂长平面机械臂包括平台、第一臂、第二臂、第一连杆、第二连杆、第一臂驱动组件和第一连杆驱动组件，其中，所述第一臂和/或第二臂为可伸缩臂；

所述平台与xy平面平行，一基转轴基于基转轴连接件固定于所述平台x正向的上方；

所述第一臂始端铰接于所述基转轴上，末端与所述第二臂始端铰接；

所述第一连杆始端铰接于所述基转轴上，末端与所述第二连杆始端铰接；

所述第二连杆末端铰接与所述第二臂中部或末端上；

所述第一臂、第二臂、第一连杆和第二连杆构成一四连杆机构；

所述第一臂驱动组件安装于所述平台上，用于驱动所述第一臂绕所述基转轴转动；

所述第一连杆驱动组件安装于所述平台上，用于驱动所述第一连杆绕所述基转轴转动。

2.如权利要求1所述的可调臂长平面机械臂，其特征在于，所述第一臂与所述第二连杆平行且长度相等；所述第一连杆平行于所述第二臂。

3.如权利要求1所述的可调臂长平面机械臂，其特征在于，所述第二臂长度大于或等于所述第一连杆长度。

4.如权利要求1所述的可调臂长平面机械臂，其特征在于，所述第一臂驱动组件包括第一臂驱动底座、第一臂驱动电机、第一臂驱动丝杆、第一臂驱动丝杆滑块和第一臂驱动连接件；

所述第一臂驱动底座铰接在所述平台的x负向上；

所述第一臂驱动丝杆和第一臂驱动丝杆滑块安装于第一臂驱动外壳内，所述第一臂驱动丝杆滑块套在所述第一臂驱动丝杆上，所述第一臂驱动连接件与所述第一臂驱动丝杆滑块连接固定；所述第一臂驱动连接件与所述丝杆同轴，并与所述第一臂始端连接固定；

所述第一臂驱动外壳与所述第一臂驱动电机并排固定于所述第一臂驱动底座上；所述第一臂驱动电机的转轴和所述第一臂驱动丝杆的一端在所述第一臂驱动底座内基于齿轮连接传动；

所述第一臂驱动连接件与所述第一臂始端连接固定并驱动所述第一臂绕所述基转轴转动。

5.如权利要求1所述的可调臂长平面机械臂，其特征在于，所述第一连杆驱动组件包括第一连杆驱动底座、第一连杆驱动电机、第一连杆驱动丝杆、第一连杆驱动丝杆滑块和第一连杆驱动连接件；

所述第一连杆驱动底座铰接在所述平台的x负向上；

所述第一连杆驱动丝杆和第一连杆驱动丝杆滑块安装于第一连杆驱动外壳内，所述第一连杆驱动丝杆滑块套在所述第一连杆驱动丝杆上，所述第一连杆驱动连接件与所述第一连杆驱动丝杆滑块连接固定；所述第一连杆驱动连接件与所述丝杆同轴，并与所述第一连杆始端连接固定；

所述第一连杆驱动外壳与所述第一连杆驱动电机并排固定于所述第一连杆驱动底座上；所述第一连杆驱动电机的转轴和所述第一连杆驱动丝杆的一端在所述第一连杆驱动底座内基于齿轮连接传动；

所述第一连杆驱动连接件与所述第一连杆始端连接固定并驱动所述第一连杆绕所述基转轴转动。

6.如权利要求1～5所述的任意一项可调臂长平面机械臂，其特征在于，所述第一臂包括第一外臂和第一内臂，所示第一内臂可在所述第一外壁内部滑动，并基于一穿过所述第一外臂和第一内臂的锁扣锁紧在所述第一外臂上。

7.如权利要求1～5所述的任意一项可调臂长平面机械臂，其特征在于，所述第二臂包括两块第二子臂和第二滑块；所述两块第二子臂通过第二臂连接件相互间固定；

所述第二滑块截面形状为工字型，腰部卡在所述两块第二子臂之间，并基于螺丝锁紧于两块第二子臂上；

在第二滑块上安装有滑轮，在所述螺丝松开情况下，所述第二滑块可基于所述滑轮在所述两个第二子臂上沿轴向滑动。

8.一种机器人，其特征在于，包括权利要求1至7任意一项所述的可调臂长平面机械臂和工作末端；所述工作末端安装在所述第二臂末端上。