CN110744537A - 一种三关节机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三关节机器人，包括平台、第一机械臂、第二机械臂和末端件，第一机械臂的一端摆动连接平台，另一端摆动连接第二机械臂的第一端，第二机械臂的第二端摆动连接末端件的一端；第二机械臂与第一机械臂的连接处还转动连接有第一连杆，第一连杆的一端转动连接第二连杆的一端，第二连杆的另一端转动连接平台，第一连杆的另一端转动连接第三连杆的一端，第三连杆的另一端转动连接末端件的另一端；平台、第二连杆、第一连杆和第一机械臂构成平行四边形机构，第一连杆、第三连杆、末端件和第二机械臂构成平行四边形机构。在机器人搬运物品的过程中，末端件运动平稳，不会发生翻转，可以避免物品倾倒。

Description

一种三关节机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种三关节机器人。

背景技术

随着人工智能技术的发展，越来越多的人对机器人表现出浓厚的兴趣，市场上的机器人也越来越多。在车间，工人会运用机器人来搬运货物或者上下料等，可以节省工人力气并能提高工作效率。此外，在教学上，也会使用到桌面级的机器人，以方便教学，让学生更直观地看到机器人的运动规律，也可以自己操作实训。

在现有技术中，一般三关节机器人由底座、机械臂和末端件组成，可以完成伸缩、旋转或升降等运动，但是机器人在运动过程中，机械臂进行伸缩、旋转或升降等运动时，末端件无法保持平稳运动，容易翻转导致货物倾倒，造成损失。而直线桁架机械手虽然能避免货物倾倒，但是直线桁架机械手的运动路径单一，且外形较大，只能在特定的场合使用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种三关节机器人，在运动过程中，其能够保持末端件运动平稳，不易翻转。

根据本发明的三关节机器人，包括平台、第一机械臂、第二机械臂和末端件，所述第一机械臂的一端摆动连接平台，另一端摆动连接第二机械臂的第一端，所述第二机械臂的第二端摆动连接末端件的一端；所述第二机械臂与第一机械臂的连接处还转动连接有第一连杆，所述第一连杆的一端转动连接第二连杆的一端，所述第二连杆的另一端转动连接平台，所述第一连杆的另一端转动连接第三连杆的一端，所述第三连杆的另一端转动连接末端件的另一端，所述平台包括第一电机，所述第一电机的输出端连接第一机械臂的一端；所述平台、第二连杆、第一连杆和第一机械臂构成平行四边形机构，所述第一连杆、第三连杆、末端件和第二机械臂构成平行四边形机构。

至少具有如下有益效果：本机器人的平台、第二连杆、第一连杆和第一机械臂构成一个平行四边形机构，在平台上，第二连杆和第一机械臂的转动中心的连线构成平行四边形机构中的机架，由于机架固定，而第一连杆与机架构成平行四边形的其中两条对边，当第一电机驱动第一机械臂相对平台摆动时，第一连杆虽然空间位置改变，但第一连杆上所有的部位与水平面的夹角均保持不变，即第一连杆不会发生翻转，同理，第一连杆和输末端件构成了另一个平行四边形机构的其中两条对边，由于第一连杆上所有的部位与水平面的夹角均保持不变，则末端件上所有部位与水平面的夹角均能保持不变，也即末端件不会发生翻转。在搬运物品时，可以根据实际需要，给末端件与水平面设置一个初始夹角，则能保证在机器人运动过程中，该夹角始终保持不变，末端件运动平稳，不会发生翻转，则可以避免物品倾倒。此外，本机器人结构简单，可以小型化设计，可用于学校教学等场合。

根据本发明的一些实施例，所述平台还包括转动件和第二电机，所述转动件的一端固定连接第二电机的输出端，另一端转动连接第四连杆的一端，所述第四连杆的另一端转动连接第二机械臂的第三端。本三关节机器人可由第一电机和第二电机分别驱动第一机械臂和第二机械臂，第一机械臂和第二机械臂共同作用于末端件，既能使末端件的运动平稳，不易翻转，也能使末端件产生多种运动路径。

根据本发明的一些实施例，所述第一电机和第二电机同轴设置，所述转动件、第四连杆、第二机械臂和第一机械臂构成平行四边形机构。当第一电机和第二电机同轴设置时，转动件、第四连杆、第二机械臂和第一机械臂构成一个平行四边形机构，可以使得本三关节机器人的结构更为紧凑，运动更为协调，在用于教学示范等场合时，也能使学生更为直观地看懂机器人的运动过程。

根据本发明的一些实施例，所述第二机械臂的第一端位于第二端和第三端之间。当第二电机驱动第二机械臂相对第一机械臂摆动时，第四连杆作用于第二机械臂的第三端，则第二机械臂的第一端相当于杠杆原理中的支点，有利于驱动连接在第二机械臂第二端的末端件。

根据本发明的一些实施例，所述平台还包括底座、第三电机和旋转盘，所述第三电机竖直安装在底座上，第三电机的输出端固定连接旋转盘，所述第一电机安装在旋转盘上，所述第二连杆的另一端转动连接旋转盘。当第三电机驱动旋转盘旋转时，旋转盘可带动整个机器人的上半部分旋转，则可以增加本机器人的运动自由度，扩大本机器人的行程范围。

根据本发明的一些实施例，所述第一连杆呈三角状。使得第一连杆占用的空间较小，机器人的结构更为紧凑，运动更为协调。

根据本发明的一些实施例，所述末端件为L形块。以便于第二机械臂和第三连杆连接末端件，且易于将末端件设置成与水平面平行的状态，便于搬运物品，操作时末端件不易翻转，则末端件上的物品不易掉落。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为图1的后视图；

图3为本发明实施例的局部放大图。

附图中：1平台、2第一机械臂、3第二机械臂、4末端件、5第一连杆、6第二连杆、7第三连杆、8第四连杆、9转动件、10旋转盘、11第一电机、12第二电机、13第三电机、14底座。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1至图3，本发明实施例提供了一种三关节机器人，包括平台1、第一机械臂2、第二机械臂3和末端件4，第一机械臂2的一端摆动连接平台1，另一端摆动连接第二机械臂3的第一端，第二机械臂3的第二端摆动连接末端件4的一端；第二机械臂3与第一机械臂2的连接处还转动连接有第一连杆5，第一连杆5的一端转动连接第二连杆6的一端，第二连杆6的另一端转动连接平台1，第一连杆5的另一端转动连接第三连杆7的一端，第三连杆7的另一端转动连接末端件4的另一端，平台1包括第一电机11，第一电机11的输出端连接第一机械臂2的一端；平台1、第二连杆6、第一连杆5和第一机械臂2构成平行四边形机构，第一连杆5、第三连杆7、末端件4和第二机械臂3构成平行四边形机构。在本实施例中，第一连杆5呈三角状，第一连杆5的三个顶点分别转动连接第一机械臂2、第二连杆6的一端以及第三连杆7的一端。末端件4为L形块，初始时，将L形块的地面设置成与水平面平行的状态，以便于在L形块上放置物品。

本实施例中的平台1、第二连杆6、第一连杆5和第一机械臂2构成一个平行四边形机构，在平台1上，第二连杆6和第一机械臂2的转动中心的连线构成平行四边形机构中的机架，而在第一连杆5上，三角形的其中一条边与机架构成平行四边形的其中两条对边，三角形的另一条边与末端件4构成了另一平行四边形的其中两条对边。当第一电机11驱动第一机械臂2相对平台1摆动时，在第一连杆5上，三角形的其中一条边始终保持与第二连杆6和第一机械臂2的转动中心的连线平行，三角形的另一条边始终保持与末端件4的底面平行，由于第二连杆6和第一机械臂2的转动中心的位置始终不变，故第二连杆6和第一机械臂2的转动中心的连线在空间中为固定不动的，从而使得第一连杆5虽然空间位置改变，但第一连杆5上所有的部位与水平面的夹角均保持不变，即第一连杆5不会发生翻转，同理，由于第一连杆5上所有的部位与水平面的夹角均保持不变，则末端件4能保持其底面始终平行于水平面，也即末端件4不会发生翻转。在搬运物品时，能保证在机器人运动过程中，运动平稳，不会发生翻转，则可以避免物品倾倒。此外，本机器人结构简单，可以适用于车间或仓库内搬运物品，也可以小型化设计，制作成桌面级机器人，适用于教学场合，以便于学生更为直观地看到机器人的运动过程，更好地理解机器人的运动原理。

当然，在一些实施例中，可以将第一连杆5设置呈直杆状，第一连杆5的中部连接第一机械臂2，第一连杆5的两端分别转动连接第二连杆6的一端和第三连杆7的一端，此时若要保持末端件4的地面始终与水平面平行，则需要第一机械臂2和第二连杆6的转动中心的连线与水平面平行。而将第一连杆5设置呈三角状时，则可以使得第一连杆5占用较小的空间，使得机器人的机构更为紧凑，运动更为协调，同时外表也更为美观。

参见图2和图3，在一些实施例中，第二机械臂3的第一端位于第二端和第三端之间，当第一电机11固定，只由第二电机12转动时，第二电机12转动，使得第四连杆8作用于第二机械臂3的第三端，则此时第二机械臂3的第一端相当于杠杆原理中的支点，有利于驱动连接在第二机械臂3第二端的末端件4。在一些实施例中，平台1还包括转动件9和第二电机12，转动件9的一端固定连接第二电机12的输出端，另一端转动连接第四连杆8的一端，第四连杆8的另一端转动连接第二机械臂3的第三端。本三关节机器人可由第一电机11和第二电机12分别驱动第一机械臂2和第二机械臂3，第一机械臂2和第二机械臂3共同作用于末端件4，既能使末端件4的运动平稳，不易翻转，也能使末端件4产生多种运动路径。在一些实施例，第一电机11和第二电机12同轴设置，转动件9、第四连杆8、第二机械臂3和第一机械臂2构成平行四边形机构。当第一电机11和第二电机12同轴设置时，转动件9、第四连杆8、第二机械臂3和第一机械臂2构成一个平行四边形机构，可以使得本三关节机器人的结构更为紧凑，运动更为协调，在用于教学示范等场合时，也能使学生更为直观地看懂机器人的运动过程。在一些场合下，可单独驱动第一电机11或单独驱动第二电机12，可得到一些特殊的路径，例如弧形路径等，也可以同时驱动第一电机11和第二电机12，通过程序控制第一电机11和第二电机12的转动方向以及转动速度，可以获得更多种路径，当然也包括水平运动和竖直运动等特殊路径，则本机器人可实现直线桁架机械手的功能，也能实现其它的功能。

参见图2和图3，在一些实施例中，平台1还包括底座14、第三电机13和旋转盘10，第三电机13竖直安装在底座14上，第三电机13的输出端固定连接旋转盘10，第一电机11安装在旋转盘10上，第二连杆6的另一端转动连接旋转盘10。底座14用于支承第一机械臂2、第一电机11等部件，还能便于将机器人固定在桌面上或其它地方，同时也便于搬运或移动本机器人，在本实施例中，当第三电机13驱动旋转盘10旋转时，旋转盘10可带动整个机器人的上半部分旋转，则可以增加本机器人的运动自由度，扩大本机器人的行程范围。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种三关节机器人，其特征在于：包括平台(1)、第一机械臂(2)、第二机械臂(3)和末端件(4)，所述第一机械臂(2)的一端摆动连接平台(1)，另一端摆动连接第二机械臂(3)的第一端，所述第二机械臂(3)的第二端摆动连接末端件(4)的一端；所述第二机械臂(3)与第一机械臂(2)的连接处还转动连接有第一连杆(5)，所述第一连杆(5)的一端转动连接第二连杆(6)的一端，所述第二连杆(6)的另一端转动连接平台(1)，所述第一连杆(5)的另一端转动连接第三连杆(7)的一端，所述第三连杆(7)的另一端转动连接末端件(4)的另一端，所述平台(1)包括第一电机(11)，所述第一电机(11)的输出端连接第一机械臂(2)的一端；所述平台(1)、第二连杆(6)、第一连杆(5)和第一机械臂(2)构成平行四边形机构，所述第一连杆(5)、第三连杆(7)、末端件(4)和第二机械臂(3)构成平行四边形机构。

2.根据权利要求1所述的一种三关节机器人，其特征在于：所述平台(1)还包括转动件(9)和第二电机(12)，所述转动件(9)的一端固定连接第二电机(12)的输出端，另一端转动连接第四连杆(8)的一端，所述第四连杆(8)的另一端转动连接第二机械臂(3)的第三端。

3.根据权利要求2所述的一种三关节机器人，其特征在于：所述第一电机(11)和第二电机(12)同轴设置，所述转动件(9)、第四连杆(8)、第二机械臂(3)和第一机械臂(2)构成平行四边形机构。

4.根据权利要求2所述的一种三关节机器人，其特征在于：所述第二机械臂(3)的第一端位于第二端和第三端之间。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种三关节机器人，其特征在于：所述平台(1)还包括底座(14)、第三电机(13)和旋转盘(10)，所述第三电机(13)竖直安装在底座(14)上，第三电机(13)的输出端固定连接旋转盘(10)，所述第一电机(11)安装在旋转盘(10)上，所述第二连杆(6)的另一端转动连接旋转盘(10)。

6.根据权利要求1-4任一项所述的一种三关节机器人，其特征在于：所述第一连杆(5)呈三角状。

7.根据权利要求1-4任一项所述的一种三关节机器人，其特征在于：所述末端件(4)为L形块。

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