CN108748125B - 一种蛇形工业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种蛇形工业机器人，包括基体，以及安装于基体之上的机械手本体；其中，机械手本体包括多个链接的活动节，相邻两个活动节之间相互铰接，且通过一个设于活动节内部的关节组件进行驱动；基体内部设有控制单元，每个关节组件通过线路与控制单元控制连接。本发明仿照蛇的条状结构进行弯曲活动，即使在狭小弯曲的空间也能活动。

Description

一种蛇形工业机器人

技术领域

本发明涉及机械设备领域，具体涉及一种蛇形工业机器人。

背景技术

工业机器人是一种自由度高，功能强大的机械设备，广泛应用于工业生产之中。大部分的工业机器人设有多个机械关节，仿照人体的肢体一般，可以旋转摆动实现各种动作。

现有技术中的工业机器人并没有蛇形的结构，动作较为单一，且需要较大的施展空间来活动，无法在狭小空间进行活动。各个关节的体积较为巨大，一旦在弯曲且狭小的环境就无法施展任何动作。

不难看出，现有技术还存在一定的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种蛇形工业机器人，仿照蛇的条状结构进行弯曲活动，即使在狭小弯曲的空间也能活动。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种蛇形工业机器人，包括基体，以及安装于基体之上的机械手本体；其中，机械手本体包括多个链接的活动节，相邻两个活动节之间相互铰接，且通过一个设于活动节内部的关节组件进行驱动；基体内部设有控制单元，每个关节组件通过线路与控制单元控制连接；

所述关节组件包括单元电机、驱动构件和导向构件；单元电机固定安装于位于下一层的活动节的内部，单元电机的上传动连接有一个驱动构件，驱动构件与导向构件相互接触构成一个凸轮机构；导向构件固定设于位于上一层的活动节尾部，且导向构件与位于下一层的活动节铰接，使导向构件可以基于下一层的活动节左右旋转摆动，从而使相邻两个活动节相互铰接在一起；驱动构件与导向构件配合传动连接，使驱动构件旋转时带动导向构件一侧上升、且带动导向构件的另一侧下降，使导向构件摆动。

进一步的，所述驱动构件呈圆球状，且沿着球面的表面倾斜设置有一左一右两条运动轨，左右两侧的运动轨相互镜向对称，且倾斜角度小于45°；导向构件的两侧朝中心凸出设有一左一右两个导向单元，两个导向单元分别嵌入于两条运动轨中，使驱动构件向左或向右旋转时运动轨带动导向构件旋转摆动。

进一步的，所述导向构件套设于驱动构件的***，两个导向单元自导向构件的两侧向内凸出延伸并嵌入运动轨中；导向构件与位于下一层的活动节的铰接点位于两个导向单元之间，铰接轴的方位与导向单元正交设置，且两者均正对于驱动构件的球心。

进一步的，所述导向单元包括滚轮，滚轮通过一条自导向构件向内凸出延伸的滚轮轴悬臂安装，滚轮嵌设于运动轨内自由滚动。

进一步的，所述驱动构件的前后两侧设有向外凸出延伸的驱动部；导向构件的前后两侧分别设有第一导向轨和第二导向轨，一侧的第一导向轨呈中部向上拱起、左右两侧向下凸出的上拱形，另一侧的第二导向轨呈中部向下拱起、左右两侧向上凹陷的下拱形，两个驱动部分别与两条导向轨接触传动，使驱动构件向左或向右旋转时驱动部带动导向构件左右旋转摆动。

进一步的，所述导向构件安装于驱动构件的之上；导向构件与位于下一层的活动节的铰接点位于第一导向轨和第二导向轨的中部之上；铰接轴的方位与第一导向轨及第二导向轨正交设置。

进一步的，所述驱动部包括滚轮，滚轮通过一条自驱动构件向外凸出延伸的滚轮轴悬臂安装，滚轮接触于导向轨的表面自由滚动。

进一步的，所述活动节的头部设有朝上一层活动节凸出延伸的铰接部，位于下一层的活动节通过铰接部与位于上一层的活动节的尾部相互铰接。

进一步的，所述活动节的尾部两侧设有朝下一层活动节凸出延伸的挡片部，挡片部与铰接部配合啮合，使铰接部的两侧被遮蔽。

进一步的，相邻的两个活动节的头部的铰接轴方向相互正交，使相邻两个关节的摆动方向相互正交。

本发明所提供的一种蛇形工业机器人，具有以下优点：

模仿蛇形结构，使多个活动节实现摆动、盘曲等特殊动作，呈现特殊的形态和运动轨迹，即使在弯曲狭小的空间也能得以施展；

体积比现有技术的机械手小，容易节省空间；

关节采用驱动构件机构控制，运动幅度可控度高，具有一定的负载能力；

活动节与活动节之间配合紧密，遮蔽性能好，内部机械部件不外露。

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他的附图。

图1为本发明蛇形工业机器人的整体结构示意图。

图2为实施例一的关节组件的分解结构示意图。

图3为实施例一的活动节与活动节之间的组合结构内部示意图。

图4为实施例一的驱动构件的结构示意图。

图5为实施例二的关节组件的分解结构示意图。

图6为实施例二的活动节与活动节之间的组合结构其中一侧的内部示意图。

图7为图6相对一侧的内部示意图。

附图标记说明：

1、基体 2、机械手本体

3、活动节 4、关节组件

5、铰接轴 6、单元电机

7、驱动构件 8、导向构件

9、导向单元 10、滚轮

11、滚轮轴 12、运动轨

13、铰接部 14、挡片部

15、驱动部 16、第一导向轨

17、第二导向轨

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1至图4，本发明公开了一种蛇形工业机器人，包括基体 1，以及安装于基体1之上的机械手本体2；其中，机械手本体2包括多个链接的活动节3，相邻两个活动节3之间相互铰接，且通过一个设于活动节3内部的关节组件4进行驱动；基体1内部设有控制单元，每个关节组件4通过线路与控制单元控制连接；

相邻的两个活动节3之间均设有关节组件4，控制单元实际是控制每个关节组件4的动作，从而控制整个蛇形工业机器人的动作。具体关节组件4与控制单元之间的连接线路排布方式在此不作具体限定，一般是沿着活动节3内部铺设。通过每个关节组件4的配合活动，能够实现蛇形工业机器人整体的弯曲、盘曲、摆动等诸多动作，彷如条状的蛇形一般，自由度极高，方便在狭小弯曲的环境施展多种动作。

请参阅图2至图4，具体的，作为优选，所述关节组件4包括单元电机6、驱动构件7和导向构件8；单元电机6固定安装于位于下一层的活动节3的内部，单元电机6的上传动连接有一个驱动构件7，驱动构件7与导向构件8相互接触构成一个凸轮机构；导向构件8固定设于位于上一层的活动节3尾部，且导向构件8与位于下一层的活动节3铰接，使导向构件8可以基于下一层的活动节3左右旋转摆动，从而使相邻两个活动节3相互铰接在一起；驱动构件7与导向构件8 配合传动连接，使驱动构件7旋转时带动导向构件8一侧上升、且带动导向构件8的另一侧下降，使导向构件8摆动。

关节组件4采用凸轮机构，能够方便控制，只要控制单元电机6 的转动角度，即可相应控制关节组件4的活动幅度，可控性很高。而且驱动构件7的属于高副，自身结构相当坚固，使关节组件4具有一定的负载能力。这里需要说明的是，所述单元电机6优选为带抱闸锁紧功能的电机，以便于将关节的摆动幅度控制锁定在一个特定的位置，满足控制需求。

在本实施例中，作为第一种优选结构方案，所述驱动构件7呈圆球状，且沿着球面的表面倾斜设置有一左一右两条运动轨12，左右两侧的运动轨12相互镜向对称，且倾斜角度小于45°；导向构件8的两侧朝中心凸出设有一左一右两个导向单元9，两个导向单元9分别嵌入于两条运动轨12中，使驱动构件7向左或向右旋转时运动轨12 带动导向构件8旋转摆动。

当驱动构件7在单元电机6的带动下旋转，运动轨12也会相应地发生转动，由于运动轨12是倾斜的，使得导向单元9能够被带动上下运动。两侧的运动轨12是镜向设置的，意味着驱动构件7向一个方向旋转时，一侧的运动轨12会带动导向单元9上升，另一侧的运动轨 12则会带动导向单元9下降，从而实现导向构件8的旋转摆动动作。

之所以驱动构件7是球状的，是因为导向构件8在摆动的过程中，导向单元9作的是弧线的运动轨迹，为了确保导向单元9与运动轨12 一直保持嵌合作用，运动轨迹需要设置在球面上。

作为进一步的优选，所述导向构件8套设于驱动构件7的***，两个导向单元9自导向构件8的两侧向内凸出延伸并嵌入运动轨12 中；导向构件8与位于下一层的活动节3的铰接点位于两个导向单元 9之间，铰接轴5的方位与导向单元9正交设置，且两者均正对于驱动构件7的球心。

如说明书附图中所示，导向构件8可以是环状的结构，中部不会干涉到驱动构件7的动作，但不排除采用其他的形状结构。且如上文所述，导向构件8是摆动的，其摆动轨迹依赖于驱动构件7，那么实际其摆动轨迹的圆心必定穿过驱动构件7的球心，故对铰接轴5的位置有相应的限定。此外，这种导向构件8的设计能够方便安装，只要先安装好导向构件8，再从两侧固定好导向单元9并调试好其运动性能，再安装位于上一层的活动节3即可。

再进一步的，所述导向单元9包括滚轮10，滚轮10通过一条自导向构件8向内凸出延伸的滚轮轴11悬臂安装，滚轮10嵌设于运动轨 12内自由滚动。

由于驱动构件7接触有一定摩擦，滚轮10能够使运作更加畅顺。具体滚轮10可以直接采用小号的轴承以节省体积，方便整体蛇形工业机器人能够做得更小巧。

对于活动节3的具体结构，作为优选，所述活动节3的头部设有朝上一层活动节3凸出延伸的铰接部13，位于下一层的活动节3通过铰接部13与位于上一层的活动节3的尾部相互铰接。所述活动节3 的尾部两侧设有朝下一层活动节3凸出延伸的挡片部14，挡片部14与铰接部13配合啮合，使铰接部13的两侧被遮蔽。

凸出设置的铰接部13具体可以跟导向构件8铰接，而凸出的挡片部14具体可以跟导向构件8固定连接安装，提高了两节活动节3之间的配合度。且这种结构一方面使导向构件8正对在铰接部13与挡片部 14的内侧，便于安置导向构件8；同时，又最大限度将导向构件8及单元电机6等部件遮蔽，避免外露，能够防尘之余又提高了产品的外观，更提高了产品的安全性，避免外部物体卡在关节组件4中。

另外，相邻的两个活动节3的头部的铰接轴5方向相互正交，使相邻两个关节的摆动方向相互正交。这一结构方案下，活动节3的结构会有对应更改，具体是铰接部13与挡片部14的方位会有对应的调整。当相邻两个活动节3的头部的铰接轴5方向相互平行，那么这两个相邻的关节摆动方向是一致的，可以实施的动作会对应减少；当相邻两个活动节3的头部的铰接轴5方向相互正交时，两个相邻的关节的摆动方向是相互不同的，由此实现了两个不同方向的摆动自由度，能够实施的动作则更多。

实施例二

本实施例与实施例一的唯一区别在于：关节组件4采用了不同的结构。

请参阅图5至图7，作为优选，所述驱动构件7的前后两侧设有向外凸出延伸的驱动部15；导向构件8的前后两侧分别设有第一导向轨 16和第二导向轨17，一侧的第一导向轨16呈中部向上拱起、左右两侧向下凸出的上拱形，另一侧的第二导向轨17呈中部向下拱起、左右两侧向上凹陷的下拱形，两个驱动部15分别与两条导向轨接触传动，使驱动构件7向左或向右旋转时驱动部15带动导向构件8左右旋转摆动。

这一实施例中，驱动构件7及导向构件8的结构发生了改变，且两者之间的结合采用了开放式的结构，相对于实施例一的方案，就更容易加工生产。而且，安装时可依次安装驱动构件7、导向构件8和上一层的活动节3，相对于实施例一就进一步简化了组装。其工作原理也十分的简单，当驱动构件7旋转时，由于第一导向轨16和第二导向轨17分别处理上升和下降轨迹，其中一侧的驱动部15向左或向右顶起呈上拱形的第一导向轨16，驱动导向构件8向右或向左旋转摆动；另一侧的驱动部15嵌设于呈下拱形的第二导向轨17中，向右或向左带动导向构件8向右或向左旋转摆动。但由于两条导向轨的轨迹分别不同，受力也并不平衡，力学性能上不如实施例一的方案。

对于导向构件8，优选的，所述导向构件8安装于驱动构件7的之上；导向构件8与位于下一层的活动节3的铰接点位于第一导向轨16 和第二导向轨17的中部之上；铰接轴5的方位与第一导向轨16及第二导向轨17正交设置。更具体的，所述驱动部15包括滚轮10，滚轮10通过一条自驱动构件7向外凸出延伸的滚轮轴11悬臂安装，滚轮 10接触于导向轨的表面自由滚动。

本发明所提供的一种蛇形工业机器人，模仿蛇形结构，使多个活动节3实现摆动、盘曲等特殊动作，呈现特殊的形态和运动轨迹，即使在弯曲狭小的空间也能得以施展。由于呈长条状，体积比现有技术的机械手小得多。关节采用驱动构件7机构控制，运动幅度可控度高，具有一定的负载能力。活动节3与活动节3之间配合紧密，形状设计遮蔽性能好，内部机械部件不外露。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种蛇形工业机器人，其特征在于：包括基体，以及安装于基体之上的机械手本体；其中，机械手本体包括多个链接的活动节，相邻两个活动节之间相互铰接，且通过一个设于活动节内部的关节组件进行驱动；基体内部设有控制单元，每个关节组件通过线路与控制单元控制连接；

所述关节组件包括单元电机、驱动构件和导向构件；单元电机固定安装于位于下一层的活动节的内部，单元电机的上传动连接有一个驱动构件，驱动构件与导向构件相互接触构成一个凸轮机构；导向构件固定设于位于上一层的活动节尾部，且导向构件与位于下一层的活动节铰接，使导向构件可以基于下一层的活动节左右旋转摆动，从而使相邻两个活动节相互铰接在一起；驱动构件与导向构件配合传动连接，使驱动构件旋转时带动导向构件一侧上升、且带动导向构件的另一侧下降，使导向构件摆动；

所述驱动构件呈圆球状，且沿着球面的表面倾斜设置有一左一右两条运动轨，左右两侧的运动轨相互镜向对称，且倾斜角度小于45°；导向构件的两侧朝中心凸出设有一左一右两个导向单元，两个导向单元分别嵌入于两条运动轨中，使驱动构件向左或向右旋转时运动轨带动导向构件旋转摆动。

2.根据权利要求1所述的蛇形工业机器人，其特征在于：所述导向构件套设于驱动构件的***，两个导向单元自导向构件的两侧向内凸出延伸并嵌入运动轨中；导向构件与位于下一层的活动节的铰接点位于两个导向单元之间，铰接轴的方位与导向单元正交设置，且两者均正对于驱动构件的球心。

3.根据权利要求2所述的蛇形工业机器人，其特征在于：所述导向单元包括滚轮，滚轮通过一条自导向构件向内凸出延伸的滚轮轴悬臂安装，滚轮嵌设于运动轨内自由滚动。

4.一种蛇形工业机器人，其特征在于：包括基体，以及安装于基体之上的机械手本体；其中，机械手本体包括多个链接的活动节，相邻两个活动节之间相互铰接，且通过一个设于活动节内部的关节组件进行驱动；基体内部设有控制单元，每个关节组件通过线路与控制单元控制连接；

所述关节组件包括单元电机、驱动构件和导向构件；单元电机固定安装于位于下一层的活动节的内部，单元电机的上传动连接有一个驱动构件，驱动构件与导向构件相互接触构成一个凸轮机构；导向构件固定设于位于上一层的活动节尾部，且导向构件与位于下一层的活动节铰接，使导向构件可以基于下一层的活动节左右旋转摆动，从而使相邻两个活动节相互铰接在一起；驱动构件与导向构件配合传动连接，使驱动构件旋转时带动导向构件一侧上升、且带动导向构件的另一侧下降，使导向构件摆动；

所述驱动构件的前后两侧设有向外凸出延伸的驱动部；导向构件的前后两侧分别设有第一导向轨和第二导向轨，一侧的第一导向轨呈中部向上拱起、左右两侧向下凸出的上拱形，另一侧的第二导向轨呈中部向下拱起、左右两侧向上凹陷的下拱形，两个驱动部分别与两条导向轨接触传动，使驱动构件向左或向右旋转时驱动部带动导向构件左右旋转摆动。

5.根据权利要求4所述的蛇形工业机器人，其特征在于：所述导向构件安装于驱动构件的之上；导向构件与位于下一层的活动节的铰接点位于第一导向轨和第二导向轨的中部之上；铰接轴的方位与第一导向轨及第二导向轨正交设置。

6.根据权利要求5所述的蛇形工业机器人，其特征在于：所述驱动部包括滚轮，滚轮通过一条自驱动构件向外凸出延伸的滚轮轴悬臂安装，滚轮接触于导向轨的表面自由滚动。

7.根据权利要求1或4所述的蛇形工业机器人，其特征在于：所述活动节的头部设有朝上一层活动节凸出延伸的铰接部，位于下一层的活动节通过铰接部与位于上一层的活动节的尾部相互铰接。

8.根据权利要求7所述的蛇形工业机器人，其特征在于：所述活动节的尾部两侧设有朝下一层活动节凸出延伸的挡片部，挡片部与铰接部配合啮合，使铰接部的两侧被遮蔽。

9.根据权利要求1或4所述的蛇形工业机器人，其特征在于：相邻的两个活动节的头部的铰接轴方向相互正交，使相邻两个关节的摆动方向相互正交。

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