CN109015742A - 一种万向驱动关节模块及柔性机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及机器人领域，公开了一种万向驱动关节模块。本发明中，万向驱动关节模块包括：安装支架、与安装支架相对运动的关节支架，以及连接安装支架与关节支架的至少三个直线驱动臂，至少三个直线驱动臂分别带动关节支架运动，至少三个直线驱动臂分别经由一个第一球铰链与关节支架铰接，且至少三个直线驱动臂中的至少一者经由定向铰链与安装支架铰接，至少一者经由第二球铰链与安装支架铰接。本发明还提供了一种柔性机械臂。本发明提供的万向驱动关节模块和柔性机械臂，能够增大关节的活动范围，增大万向驱动关节模块的运动角度范围。

Description

一种万向驱动关节模块及柔性机械臂

技术领域

本发明实施例涉及机器人领域，特别涉及一种万向驱动关节模块及柔性机械臂。

背景技术

随着人们生活生产水平的日益提高，生产生活环境也日趋复杂多样化，机器人行业的模块标准化发展成为趋势。如今，各行各业对能够应对复杂环境的轻型灵巧臂的需求日渐突出，如何快速地设计、生产和制造模块标准化的低能耗、高自由度轻型灵巧臂成为一个越来越急需解决的问题。关节作为关节型机械臂的核心结构部分，不仅能为机械臂提供动力实施作业任务，还是实现灵巧控制的关键所在。传统关节型机械臂一个关节大都采用单个电机驱动。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：单电机驱动只能做一定角度的平面旋转运动，关节的活动方向受到很大的限制，运动角度范围不高。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种万向驱动关节模块，能够增大万向驱动关节模块的运动角度范围。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种万向驱动关节模块，包括：安装支架、与所述安装支架相对运动的关节支架，以及连接所述安装支架与所述关节支架的至少三个直线驱动臂，所述至少三个直线驱动臂分别带动所述关节支架运动，所述至少三个直线驱动臂分别经由一个第一球铰链与所述关节支架铰接，且所述至少三个直线驱动臂中的至少一者经由定向铰链与所述安装支架铰接，至少一者经由第二球铰链与所述安装支架铰接。

本发明实施方式还提供了一种柔性机械臂，包括多个上述的万向驱动关节模块，所述万向驱动关节模块首尾相连。

本发明实施方式相对于现有技术而言，通过所述至少三个直线驱动臂分别带动所述关节支架运动，所述至少三个直线驱动臂分别经由一个第一球铰链与所述关节支架铰接，且所述至少三个直线驱动臂中的至少一者经由第二球铰链与所述安装支架铰接，使得所述至少三个直线驱动臂有更多的自由度，直线驱动臂能绕着球铰链灵活的运动、且其运动角度不会被束缚，实现运动关节***，进而提高万向驱动关节模块的运动角度范围，提高柔性机械臂的灵活性；同时，所述至少三个直线驱动臂中至少一者经由定向铰链与所述安装支架铰接，使得直线驱动臂能够形成绕轴摆动，利于捕捉到起始位置，起到定位的作用，避免万向驱动关节模块的位置跑动的问题。

另外，所述至少三个直线驱动臂中的一者经由定向铰链与所述安装支架铰接，其余均经由第二球铰链与所述安装支架铰接。通过所述至少三个直线驱动臂中的一者经由定向铰链与所述安装支架铰接，使得直线驱动臂能够形成绕轴摆动，利于捕捉到起始位置，起到定位的作用，避免万向驱动关节模块的位置跑动的问题，通过其余均经由第二球铰链与所述安装支架铰接，从而最大限度的保证了万向驱动关节模块的运动角度范围，极大的提高了柔性机械臂的灵活性。

另外，所述直线驱动臂为三个，其中，一个所述直线驱动臂经由所述定向铰链与所述安装支架铰接，两个所述直线驱动臂经由所述第二球铰链与所述安装支架铰接。如此设置，既保证了较大的运动角度范围，又避免了设置过多的直线驱动臂导致的成本过高的问题。

另外，所述直线驱动臂包括与所述安装支架铰接的直线驱动器、以及与所述关节支架铰接的驱动连杆，所述直线驱动器与所述驱动连杆传动连接、并驱动所述驱动连杆沿所述驱动连杆的轴向方向运动。

另外，还包括与所述安装支架固定相连的万向球，所述关节支架包括具有收容腔体的中心部、以及环绕所述中心部设置并与所述第一球铰链相连的边沿部，所述万向球可转动的收容于所述收容腔体中。如此设置，万向球既能起到一定的定位作用，又不会限制关节支架的活动范围，从而保证了万向驱动关节模块的稳定性以及运动角度范围。

另外，还包括自所述安装支架朝所述关节支架延伸的连接杆，所述万向球设置在所述连接杆的末端、并经由所述连接杆与所述安装支架相连。

另外，相邻的两个所述万向驱动关节模块经由其中一者的安装支架与另一者的关节支架相连。

另外，还包括连接件，所述连接件与相邻的两个所述万向驱动关节模块其中一者的安装支架固定连接，所述连接模块与另一者的关节支架经由螺纹配合连接。如此设置，相邻的两个所述万向驱动关节模块能够稳固、便捷的相连。

另外，相邻的两个所述万向驱动关节模块其中一者的安装支架上设置有探针、另一者的关节支架上设置有插孔，相邻的两个所述万向驱动关节模块经由相互配合的所述探针和所述插孔通信连接。如此设置，相邻的两个所述万向驱动关节模块能够更加便捷的实现通信连接。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明第一实施方式提供的万向驱动关节模块的分解图；

图2是本发明第一实施方式提供的万向驱动关节模块的立体图；

图3是本发明第二实施方式提供的柔性机械臂的分解图；

图4是本发明第二实施方式提供的柔性机械臂的立体图。

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，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本发明所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种万向驱动关节模块100，如图1、图2所示，包括：安装支架11、与安装支架11相对运动的关节支架12，以及连接安装支架11与关节支架12的至少三个直线驱动臂13，至少三个直线驱动臂13分别带动关节支架12运动，至少三个直线驱动臂13分别经由一个第一球铰链14与关节支架12铰接，且至少三个直线驱动臂13中的至少一者经由定向铰链16与安装支架11铰接，至少一者经由第二球铰链15与安装支架11铰接。

本发明实施方式相对于现有技术而言，由于至少三个直线驱动臂13中至少一者经由定向铰链16与安装支架11铰接，使得直线驱动臂13能够形成绕轴摆动，利于捕捉到起始位置，起到定位的作用，避免万向驱动关节模块100的位置跑动的问题；同时，由于至少三个直线驱动臂13分别带动关节支架12运动，至少三个直线驱动臂13分别经由一个第一球铰链14与关节支架12铰接，且至少三个直线驱动臂13中的至少一者经由第二球铰链15与安装支架11铰接，使得至少三个直线驱动臂13有更多的自由度，直线驱动臂13能绕着球铰链灵活的运动、且其运动角度不会被束缚，实现运动关节***，进而提高万向驱动关节模块100的运动角度范围，提高柔性机械臂200的灵活性。

可选的，至少三个直线驱动臂13中的一者经由定向铰链16与安装支架11铰接，其余均经由第二球铰链15与安装支架11铰接。通过至少三个直线驱动臂13中的一者经由定向铰链16与安装支架11铰接，使得直线驱动臂13能够形成绕轴摆动，利于捕捉到起始位置，起到定位的作用，避免万向驱动关节模块100的位置跑动的问题，通过其余均经由第二球铰链15与安装支架11铰接，从而最大限度的保证了万向驱动关节模块100的运动角度范围，极大的提高了柔性机械臂的灵活性。

本实施方式中，直线驱动臂13为三个，其中，一个直线驱动臂13经由定向铰链16与安装支架11铰接，两个直线驱动臂13经由第二球铰链15与安装支架11铰接。通过一个直线驱动臂13经由定向铰链16与安装支架11铰接，使得直线驱动臂13能够形成绕轴摆动，利于捕捉到起始位置，起到定位的作用，避免万向驱动关节模块100的位置跑动的问题；同时，由于只有一个直线驱动臂13经由定向铰链16铰接、其他两个直线驱动臂13均经由第二球铰链15与安装支架11铰接，两个直线驱动臂13均能绕着球铰链灵活的运动、且其运动角度不会被束缚，实现运动关节***，进而提高万向驱动关节模块100的运动角度范围；另外，通过设置三个直线驱动臂13，既能实现万向驱动关节模块100多自由度的运动，又避免了设置过多的直线驱动臂13导致的成本过高的问题。

具体的说，直线驱动臂13包括与安装支架11铰接的直线驱动器131、以及与关节支架12铰接的驱动连杆132，直线驱动器131与驱动连杆132传动连接、并驱动驱动连杆132沿驱动连杆132的轴向方向OO'运动。

进一步的，直线驱动器131包括与驱动连杆132相连的驱动轴(图未示)，驱动轴伸缩以驱动驱动连杆132沿驱动连杆132轴向方向OO'运动，驱动轴和驱动连杆132配合，两个之间设置有相对的起始位置，起始位置向上驱动和向下驱动时都设置有上下两个驱动行程，当三个驱动器驱动时产生不同行程时，驱动关节支架12产生不同偏移角度。另外，直线驱动器可以由减速电机、液压机等经过改造得到。需要注意的是，万向驱动关节模块100只有在直线驱动臂13至少有一个驱动时，才会使关节支架12产生角度偏移，并且在所有的直线驱动臂13均具有相同的驱动行程时，关节支架12不会产生角度偏移。

值得一提的是，万向驱动关节模块100还包括与安装支架11固定相连的万向球17，关节支架12包括具有收容腔体20的中心部121、以及环绕中心部121设置并与第一球铰链14相连的边沿部122，万向球17可转动的收容于收容腔体20中。由于万向球17既与安装支架11固定，又收容于关节支架12的收容腔体20，从而能起到一定的定位作用；同时，由于万向球17在任何方向上的转动都不会收到阻碍，从而不会限制关节支架12的活动范围，从而保证了万向驱动关节模块100运动角度范围，提高了柔性机械臂200的活动方向。

另外，万向驱动关节模块100还包括自安装支架11朝关节支架12延伸的连接杆18，万向球17设置在连接杆18的末端、并经由连接杆18与安装支架11相连。

本实施方式中的万向驱动关节模块100可用在机器人的肩关节、踝关节、腕关节、髋关节等活动方向较多的关节处，从而大大提高了机器人的灵活度。

值得一提的是，万向驱动关节模块100在安装的过程中，可以先固定连接杆18和万向球17，再将三个直线驱动器131分别安装上驱动连杆132，继而安装至安装支架11上；最后安装上安装支架11，并将球形铰链安装好，即完成了万向驱动关节模块100的安装过程。

本发明第二实施方式提供了一种柔性机械臂200，如图3、图4所示，包括多个上述的万向驱动关节模块100，万向驱动关节模块100首尾相连。

本发明实施方式相对于现有技术而言，由于柔性机械臂200由万向驱动关节模块100组成，而万向驱动关节模块100能够实现运动关节***，在规定的范围内没有方向性约束，使得机械臂更加灵活多变，可绕过拐弯多物体，犹如蛇关节一样的灵活性；同时，由于每个万向驱动关节模块100都一样，更加有利于万向驱动关节模块100的批量生产，从而降低了柔性机械臂200的成本；另外，柔性机械臂200可根据需要自由组合万向驱动关节模块100的数量，万向驱动关节模块100越多、柔性机械臂200越灵活。

具体的说，相邻的两个万向驱动关节模块100经由其中一者的安装支架11与另一者的关节支架12相连。进一步的，还包括连接件19，连接件19与相邻的两个万向驱动关节模块100其中一者的安装支架11固定连接，连接模块19与另一者的关节支架12经由螺纹配合连接。如此设置，直接将上一个万向驱动关节模块100的安装支架11与下一个万向驱动关节模块100的关节模块旋在一起，即可实现相邻的两个万向驱动关节模块100之间的固定连接，更加稳固、便捷。值得一提的是，相邻的两个万向驱动关节模块100其中一者的安装支架11与另一者的关节支架12也可以经由其他方式配合连接，此处不做限定。

值得一提的是，相邻的两个万向驱动关节模块100其中一者的安装支架11上设置有探针21、另一者的关节支架12上设置有插孔(图未示)，相邻的两个万向驱动关节模块100经由相互配合的探针21和插孔通信连接。通过探针21***插孔中，就实现了相邻的两个万向驱动关节模块100之间的通信连接，起点位置的万向驱动关节模块100和机器的控制器直接连接，从而更加便捷、方便的实现了柔性机械臂200的控制。可以理解的是，可以是安装支架11上设置有设置有插孔，关节支架12上设置有探针21，均具有相同的技术效果，此处不再赘述。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种万向驱动关节模块，其特征在于，包括：安装支架、与所述安装支架相对运动的关节支架，以及连接所述安装支架与所述关节支架的至少三个直线驱动臂，所述至少三个直线驱动臂分别带动所述关节支架运动，所述至少三个直线驱动臂分别经由一个第一球铰链与所述关节支架铰接，且所述至少三个直线驱动臂中的至少一者经由定向铰链与所述安装支架铰接、至少一者经由第二球铰链与所述安装支架铰接。

2.根据权利要求1所述的万向驱动关节模块，其特征在于，所述至少三个直线驱动臂中的一者经由定向铰链与所述安装支架铰接，其余均经由第二球铰链与所述安装支架铰接。

3.根据权利要求2所述的万向驱动关节模块，其特征在于，所述直线驱动臂为三个，其中，一个所述直线驱动臂经由所述定向铰链与所述安装支架铰接，两个所述直线驱动臂经由所述第二球铰链与所述安装支架铰接。

4.根据权利要求1所述的万向驱动关节模块，其特征在于，所述直线驱动臂包括与所述安装支架铰接的直线驱动器、以及与所述关节支架铰接的驱动连杆，所述直线驱动器与所述驱动连杆传动连接、并驱动所述驱动连杆沿所述驱动连杆的轴向方向运动。

5.根据权利要求1所述的万向驱动关节模块，其特征在于，还包括与所述安装支架固定相连的万向球，所述关节支架包括具有收容腔体的中心部、以及环绕所述中心部设置并与所述第一球铰链相连的边沿部，所述万向球可转动的收容于所述收容腔体中。

6.根据权利要求5所述的万向驱动关节模块，其特征在于，还包括自所述安装支架朝所述关节支架延伸的连接杆，所述万向球设置在所述连接杆的末端、并经由所述连接杆与所述安装支架相连。

7.一种柔性机械臂，其特征在于，包括多个如权利要求1至6任一项所述的万向驱动关节模块，所述万向驱动关节模块首尾相连。

8.根据权利要求7所述的万向驱动关节模块，其特征在于，相邻的两个所述万向驱动关节模块经由其中一者的安装支架与另一者的关节支架相连。

9.根据权利要求8所述的万向驱动关节模块，其特征在于，还包括连接件，所述连接件与相邻的两个所述万向驱动关节模块其中一者的安装支架固定连接，所述连接模块与另一者的关节支架经由螺纹配合连接。

10.根据权利要求8所述的万向驱动关节模块，其特征在于，相邻的两个所述万向驱动关节模块其中一者的安装支架上设置有探针、另一者的关节支架上设置有插孔，相邻的两个所述万向驱动关节模块经由相互配合的所述探针和所述插孔通信连接。