用于机器人的机械臂的制作方法

本实用新型涉及一种用于机器人的机械臂。

背景技术：

随着科技的进步，仿人机器人的研究和应用成为智能机器人领域中最活跃的研究热点之一，其中机器人手臂是仿人机器人系统中最具代表性的复杂部件，是仿人机器人完成抓取作业和与人机交互的基础，仿人机器人配备双臂，因此其结构设计的紧凑性、通用性和灵活性是实现手臂智能控的首要因素，同时机械臂的运动灵活性、安全性、平稳性和整体刚度是一个急需解决的问题。评价机器人运动灵活性的关键是机器人肩关节、肘关节等多自由度运动机构设计，现有的机器人手臂存在关节结构臃肿、自身重量大、负重比低和刚度差等问题。

上述的讨论仅仅提供了一般的背景信息并且不试图用于帮助确定请求保护的主题的范围。

技术实现要素：

本实用新型的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。

本实用新型的一个目的在于提供一种用于机器人的机械臂，该具有关节结构紧凑、轻质化、负载大和刚度高的优点。

根据本实用新型的一个方面，提供一种用于机器人的机械臂，其特征在于，所述机械臂包括：

第一驱动装置，所述第一驱动装置的输出机构围绕第一轴线转动；

第二驱动装置，所述第二驱动装置的输出机构围绕第二轴线转动，所述第二轴线垂直于所述第一轴线；

第三驱动装置，所述第三驱动装置的输出机构围绕第三轴线转动，所述第三轴线平行于所述第一轴线；

第四驱动装置，所述第四驱动装置的输出机构围绕第四轴线的转动，所述第四轴线垂直于所述第一轴线和第二轴线；

第一紧固装置，所述第一紧固装置连接到机器人主体且将所述第一驱动装置容纳且紧固在其内部；

第二紧固装置，所述第二紧固装置连接到所述第一驱动装置且接收所述第一驱动装置输出的转动运动，并且将所述第二驱动装置容纳且紧固在其内部；

第三紧固装置，所述第三紧固装置连接到所述第二驱动装置且接收所述第二驱动装置输出的转动运动，并且将所述第三驱动装置容纳且紧固在其内部；

第四紧固装置，所述第四紧固装置连接到所述第三驱动装置且接收所述第三驱动装置输出的转动运动，并且将所述第四驱动装置容纳且紧固在其内部。

根据本实用新型的一个示例性实施例，所述第二紧固装置连接到所述第一输出机构；所述第三紧固装置连接到所述第二输出机构；所述第四紧固装置连接到所述第三输出机构。

根据本实用新型的另一示例性实施例，所述机械臂还可以包括连接到所述第四输出机构的小臂机构。

根据本实用新型的另一示例性实施例，所述第一驱动装置、所述第二驱动装置、所述第三驱动装置和所述第四驱动装置采用相同的驱动装置。

根据本实用新型的另一示例性实施例，所述第一输出机构、所述第二输出机构、所述第三输出机构和所述第四输出机构均采用舵盘。

根据本实用新型的另一示例性实施例，第一紧固装置具有U形截面的外壳，外壳的一端形成第一槽，并且另一端形成第二槽，第一槽和第二槽分别用于容纳第一驱动装置的外壳的向外延伸的凸缘，从而将第一驱动装置紧固到第一紧固装置。

根据本实用新型的另一示例性实施例，所述第二紧固装置包括第一表面、第二表面、第三表面和第二连接机构；所述第二连接机构具有连接到所述第三表面的且沿所述第一轴线延伸的柱体和与所述柱体一体的且连接到所述第一输出机构的舵盘的凸缘；以及所述第一表面、第二表面和第三表面构成U型结构，所述第一表面和所述第二表面彼此平行且平行于所述第一轴线延伸且均连接到所述第二驱动装置，从而将所述第二驱动装置紧固和容纳在所述第二紧固装置中。

根据本实用新型的另一示例性实施例，所述第二紧固装置还包括带凸缘的圆筒，所述带凸缘的圆筒包括连接到所述第一紧固装置的对应于所述第一驱动装置的输出机构的表面的凸缘和垂直于所述凸缘且与所述凸缘一体的筒体，所述筒体沿所述第一轴线延伸，所述筒体的直径大于所述第二连接机构的柱体的直径；以及一轴承嵌入到所述筒体内部以可转动地支撑所述第二连接机构的柱体。

根据本实用新型的另一示例性实施例，所述第三紧固装置可以包括：第一片体和第二片体，第一片体和第二片体彼此平行且沿所述第三轴线延伸，所述第一片体的一端连接到所述第二输出机构的舵盘，所述第二片体的一端可转动地连接到所述第二驱动装置，所述第三驱动装置在所述第一和第二片体的两端之间的中间位置处被夹持在所述第一片体和所述第二片体之间；第二轴承装置，所述第一片体的另一端和所述第二片体的另一端均连接到第二轴承装置，以将所述第二轴承装置夹持在它们之间；以及立柱，所述立柱在所述第三驱动装置和所述第二轴承装置之间被支撑在所述第一片体和所述第二片体之间。

根据本实用新型的另一示例性实施例，所述第四紧固装置包括第一板、第二板、第三板和第四连接机构，所述第四连接机构具有连接到所述第三输出机构的凸缘、垂直于所述凸缘且平行于第三轴线延伸的且与所述凸缘一体的空心杆、连接到空心杆的与所述凸缘相反的端部的套环，连接到第三板的法兰，其中所述法兰具有凸缘和垂直于凸缘朝向套环延伸的凸出部，所述凸出部连接到所述套环；所述第一板、第二板和第三板构成U型结构，所述第一板和所述第二板彼此平行且平行于所述第三轴线且均连接到所述第四驱动装置，以将所述第四驱动装置容纳和紧固在所述第四紧固装置中；以及所述第四连接机构的空心杆被支撑在所述第三紧固装置的所述第二轴承装置中。

根据本实用新型的另一示例性实施例，所述第二轴承装置包括矩形的轴承座，在所述轴承座中安装第二轴承，所述第二轴承的厚度位于0.5cm的范围内。

根据本实用新型的另一示例性实施例，所述第一紧固装置、所述第二紧固装置、所述第三紧固装置、所述第四紧固装置和所述小臂机构均采用钣金中空结构，且立柱支撑在所述小臂机构的两个钣金片体之间。

根据本实用新型的另一示例性实施例，所述机械臂还包括抓取机构，所述抓取机构连接到所述小臂机构的与连接到所述第四输出机构的一端相反的一端。

通过下文中参照附图对本实用新型所作的描述，本实用新型的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本实用新型有全面的理解。

附图说明

图1示出了根据本实用新型的示例性实施例的用于机器人的机械臂的立体图，其中各个部件组装在一起；

图2示出了根据本实用新型的示例性实施例的第一驱动装置和第一紧固装置的分解立体图；

图3示出了根据本实用新型的示例性实施例的第二驱动装置和第二紧固装置的分解立体图；

图4示出了根据本实用新型的示例性实施例的第三驱动装置和第三紧固装置的分解立体图；以及

图5示出了根据本实用新型的示例性实施例的第四驱动装置和第四紧固装置的分解立体图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本实用新型实施方式的说明旨在对本实用新型的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本实用新型的一种限制。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

根据本实用新型的一个总体构思，提供一种用于机器人的机械臂，包括：

第一驱动装置，所述第一驱动装置的输出机构围绕第一轴线转动；

第二驱动装置，所述第二驱动装置的输出机构围绕第二轴线转动，所述第二轴线垂直于所述第一轴线；

第三驱动装置，所述第三驱动装置的输出机构围绕第三轴线转动，所述第三轴线平行于所述第一轴线；

第四驱动装置，所述第四驱动装置的输出机构围绕第四轴线的转动，所述第四轴线垂直于所述第一轴线和第二轴线；

第一紧固装置，所述第一紧固装置连接到机器人主体且将所述第一驱动装置容纳且紧固在其内部；

第二紧固装置，所述第二紧固装置连接到所述第一驱动装置且接收所述第一驱动装置输出的转动运动，并且将所述第二驱动装置容纳且紧固在其内部；

第三紧固装置，所述第三紧固装置连接到所述第二驱动装置且接收所述第二驱动装置输出的转动运动，并且将所述第三驱动装置容纳且紧固在其内部；

第四紧固装置，所述第四紧固装置连接到所述第三驱动装置且接收所述第三驱动装置输出的转动运动，并且将所述第四驱动装置容纳且紧固在其内部。

图1示出了根据本实用新型的示例性实施例的用于机器人的机械臂，所述机械臂包括：第一驱动装置1a，所述第一驱动装置1a输出围绕第一轴线A1的转动运动；第二驱动装置2a，所述第二驱动装置2a输出围绕第二轴线A2的转动运动，所述第二轴线A2垂直于所述第一轴线A1；第三驱动装置3a，所述第三驱动装置3a输出围绕第三轴线A3的转动运动，所述第三轴线A3平行于所述第一轴线A1；第四驱动装置4a，所述第四驱动装置4a输出围绕第四轴线A4的转动运动，所述第四轴线A4垂直于所述第一轴线A1和第二轴线A2；第一紧固装置1b，所述第一紧固装置1b连接到机器人主体且将所述第一驱动装置1a容纳且紧固在其内部；第二紧固装置2b，所述第二紧固装置2b连接到所述第一驱动装置1a且接收所述第一驱动装置1a输出的转动运动，并且将所述第二驱动装2a容纳且紧固在其内部；第三紧固装置3b，所述第三紧固装置3b连接到所述第二驱动装置2a且接收所述第二驱动装置2a输出的转动运动，并且将所述第三驱动装置3a容纳且紧固在其内部；第四紧固装置4b，所述第四紧固装置4b连接到所述第三驱动装置3a且接收所述第三驱动装置3a输出的转动运动，并且将所述第四驱动装置4a容纳且紧固在其内部。

在如图1、2、3、4和5所述的实施例中，所述第一驱动装置1a包括围绕第一轴线A1转动的第一输出机构11a；所述第二驱动装置2a包括围绕第二轴线A2转动的第二输出机构21a；所述第三驱动装置3a包括围绕第三轴线转动A3的第三输出机构31a；所述第四驱动装置4a包括围绕第四轴线转动A4的第四输出机构41a。

在本实用新型的实施例中，所述第二紧固装置2b连接到所述第一输出机构11a；所述第三紧固装置3b连接到所述第二输出机构21a；所述第四紧固装置4b连接到所述第三输出机构31a。上述的四个驱动装置的输出机构均采用舵盘机构。

在如图1所示的实施例中，所述机械臂还包括连接到所述第四输出机构41a的小臂机构5。

在如图1所示的实施例中，第一驱动装置1a、第二驱动装置2a、第三驱动装置3a和第四驱动装置4a采用相同的驱动装置，在申请人的2016年8月31日提交的申请号为201610791203.6的发明专利申请中公开了该驱动装置的细节，在此不再赘述。

因此，如图1所示，第一驱动装置1a和第二驱动装置2a构成机械臂的肩关节，第一驱动装置1a输出的转动实现肩关节围绕第一轴线A1的转动。第一驱动装置1a的转动通过其输出舵盘11a被传递到与该输出舵盘相连的第二紧固装置2b，第二紧固装置中紧固有第二驱动装置2a，因此第一驱动装置1a的转动被传递到第二驱动装置2a。此外，第二驱动装置2a输出的转动实现肩关节围绕第二轴线A2的转动。在如图1所示的实施例中，第三紧固装置3b作为机械臂的大臂并且连接到第二驱动装置2a的输出舵盘21a，也就是说第一驱动装置1a输出的转动实现了大臂3b围绕肩关节的转动，第二驱动装置2a输出的转动实现大臂3b围绕肩关节的摆动。

也如图1所示，第三驱动装置3a和第四驱动装置4a构成机械臂的肘关节，第三驱动装置3a输出的转动实现肘关节围绕第三轴线A3的转动。第三驱动装置3a的转动通过其输出舵盘31a被传递到与该输出舵盘相连的第四紧固装置4b，第四紧固装置4b中紧固有第四驱动装置4a，因此第三驱动装置3a的转动被传递到第四驱动装置4a。此外，第四驱动装置4a输出的转动实现肘关节围绕第四轴线A4的转动。在如图1所示的实施例中，小臂机构5作为机械臂的小臂并且连接到第四驱动装置4a的输出舵盘41a，也就是说第三驱动装置3a输出的转动实现了小臂围绕肘关节的转动，第四驱动装置4a输出的转动实现小臂围绕肘关节的摆动。

因此，通过四个驱动装置的围绕四个轴线的转动以及四个驱动装置通过四个紧固装置而彼此相连的结构特征，实现了具有4个自由度的机械臂，能够仿照人类的手臂实现空间内的多维度自由转动。

图2示出了根据本实用新型的示例性实施例的第一紧固装置1b和第一驱动装置的分解立体图。第一紧固装置1b具有外壳11b，该外壳11b的截面形成U字形。在外壳11b的一端形成第一槽111b，并且另一端形成第二槽112b，第一槽111b和第二槽112b分别用于容纳第一驱动装置1a的外壳的向外延伸的凸缘，从而将第一驱动装置1a紧固到第一紧固装置1b，因此通过结构简单且轻质的U形结构紧固住了第一驱动装置1a。

图3示出了根据本实用新型的示例性实施例的第二紧固装置2b和第二驱动装置的分解立体图。如图3所示，所述第二紧固装置2b包括第一表面21b、第二表面22b、第三表面23b、第二连接机构24b、带凸缘圆筒25b、第一支撑轴承26b。所述第二连接机构24b具有连接到所述第三表面23b的且平行于第一轴线A1延伸的柱体241b和与所述柱体241b一体的且连接到所述第一输出机构11a的舵盘的凸缘242b，从而第二紧固装置2b能够围绕第一轴线A1转动。所述第一表面21b、第二表面22b和第三表面23b构成U型结构，且所述第一表面21b和所述第二表面22b彼此平行且平行于第一轴线A1且均连接到所述第二驱动装置2a，从而将所述第二驱动装置2a紧固和容纳在所述第二紧固装置2b中，以此采用较小的紧固装置来容纳和紧固第二驱动装置2a，从而节省空间。在如图3所示的实施例中，第一表面21b和第二表面22b上形成由螺钉孔，并且夹层板27位于第一表面21b或第二表面22b与第二驱动装置2a之间，在该夹层板27的中部形成有与第一表面或第二表面22b上的螺钉孔对齐的螺钉孔，并且在该夹层板27的顶侧面和底侧面上分别形成有与第二驱动装置2a上的从壳体向外延伸的凸缘上的螺钉孔对齐的螺钉孔，从而第一或第二表面通过该夹层板27连接到第二驱动装置，然后在其他实施例中，可以使用其他的连接方式连接到第二驱动装置，例如在第二驱动装置2a的外壳上形成由螺钉孔，从而直接与第一表面或第二表面机械地连接。

如图3所示，所述带凸缘的圆筒25b包括连接到所述第一紧固装置1b的对应于所述第一驱动装置1a的输出机构11a的表面的凸缘251b和垂直于所述凸缘251b且与所述凸缘251b一体的筒体252b，所述筒体252b沿所述第一轴线A1延伸，所述筒体的直径大于所述第二连接机构24b的柱体241b的直径，从而第二连接机构24b被容纳在该筒体252b中。所述第一轴承26b嵌入到所述带凸缘的圆筒25b内部以可转动地支撑所述第二连接机构24b的柱体241b。因为第一紧固装置1b紧固到机器人主体，并且带凸缘的圆筒25b紧固到该第一紧固装置1b，所以该带凸缘的圆筒25b相对于机器人主体的位置不发生改变，因此通过嵌入在筒内的轴承能够牢固地支撑第二连接机构24b，从而增加肩关节甚至整个机械臂的负载能力。

图4示出了根据本实用新型的示例性实施例的第三紧固装置和第三驱动装置的分解立体图。如图4所示，所述第三紧固装置3b构成机械臂的大臂且包括彼此平行且沿所述第三轴线A3延伸的第一片体31b和第二片体32b，所述第一片体31b的左端连接到所述第二输出机构21a的舵盘，所述第二片体32b的左端可转动地连接到所述第二驱动装置2a，从而第一片体31b和第二片体32b都能够围绕第二轴线A2转动。所述第一片体31b的右端和所述第二片体32b的右端均连接到第二轴承装置33b，以将所述第二轴承装置33b夹持在它们之间。所述第三驱动装置3a在所述第一和第二片体31b、32b的两端的中间位置处被夹持在所述第一片体31b和所述第二片体32b之间，在本实施例中，第一片体或第二片体均通过夹层板27而连接到第三驱动装置3a。通过此种布置，节省了用于安置第三驱动装置3a的安装空间，且使得机器人的大臂结构空心化，因此减轻了大臂的重量。此外，两对立柱34b在所述第三驱动装置3a和所述第二轴承33b之间被支撑在所述第一片体31b和所述第二片体32b之间，通过该两对立柱的支撑，大臂的刚度增大。两个片体通过与第三驱动装置的连接，也将第二驱动装置的转动传递到第三驱动装置。

图5示出了根据本实用新型的示例性实施例的第四紧固装置4b的立体图。如图5所示，所述第四紧固装置4b包括第一板41b、第二板42b、第三板43b和第四连接机构44b。所述第四连接机构44b具有平行于第三轴线A3延伸的空心杆441b、与所述空心杆441b一体的且连接到所述第三输出机构31a的舵盘的凸缘442b、连接到空心杆441b的与所述凸缘442b相反的端部4411b(即图5中的右端)的套环443b，连接到第三板43b的法兰444b。所述套环443b通过螺钉连接到所述空心杆441b的所述端部4411b。法兰444b具有凸缘4441b和垂直于该凸缘4441b且平行于第三轴线A3朝向所述套环443b延伸的凸起部4442b，该凸起部4442b是大致立方体的形状且通过螺钉连接到套环443b和空心杆441b的右端，从而将空心杆441b与第三板43b连接在一起，从而第四紧固机构4b能够围绕第三轴线A3转动。所述第一板41b、第二板42b和第三板43b构成U型结构，所述第一板41b和所述第二板42b彼此平行且平行于第三轴线A3且均连接到所述第四驱动装置4a，以将所述第四驱动装置4a容纳和紧固在所述第四紧固装置4b中，以此采用较小的紧固装置容纳第四驱动装置4a，从而节省空间，减轻该紧固装置的重量。上述的第二轴承332b在所述端部4411b附近支撑所述空心杆441b，以增强整个第四连接机构4b的强度。可以看出，第四紧固机构4b与第二紧固机构2b类似，不同之处在于第二连接机构和第四连接机构的构造。

如图1所示，在本实用新型的示例性实施例中，第一紧固装置1b、所述第二紧固装置2b、第三紧固装置3b、第四紧固装置4b和小臂机构5均采用钣金中空结构，且另一对立柱5b支撑在所述小臂机构的彼此平行的两个钣金片体之间。通过采用钣金中空的结构进一步减轻了机械臂的质量，采用立柱来支撑彼此平行的片体，增强了平行结构的刚度。

所述第二轴承装置33b包括矩形的轴承座331b，在所述轴承座中安装第二轴承332b，所述第二轴承332b的厚度位于0.5cm的范围内。通过第二轴承33b对第四连接机构44b的空心杆起支撑作用，使得第四紧固装置能够与第四驱动装置一体地更加稳定地转动，从而也增加了肘关节的负载能力。

此外，根据本实用新型的机械臂还包括抓取机构6，所述抓取机构6连接到所述小臂机构5的与连接到所述第四输出机构41a的一端相反的一端。该抓取机构用于根据机器人控制装置的指令抓取和释放物体。

本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。

虽然结合附图对本实用新型进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本实用新型优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本实用新型的一种限制。

虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本实用新型的范围以权利要求和它们的等同物限定。

应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本实用新型的范围。