一种多自由度机械臂的制作方法

本发明涉及机械臂技术领域，具体涉及一种多自由度机械臂。

背景技术

在现代工业传送中将一件工件通过机械臂移动到另一个地方，放置的位置是无法通过单一机械臂任意选定，单个工业机械手自由度低，导致需要更多的机械臂亦或其他辅助装置。因为现在工业化传输是空间化的、一体化，需要六个维度，现有单个工业机械手自由度少，难以完成空间化的传输。因此，提高机械臂关节的自由度是目前急需解决的问题。

技术实现要素：

为了克服上述技术问题，本发明提供一种多自由度机械臂，其可实现多自由度精准抓取，增加了机械臂关节的灵敏度。

为实现上述目的，本发明所提供的一种多自由度机械臂，包括底座、旋转台、第一关节臂、第二关节臂、手腕结构以及夹指机构，所述旋转台安装在所述底座上，所述第一关节臂的第一端通过第一涡轮传动机构与所述旋转台铰接，所述第二关节臂的第一端通过第二涡轮传动机构与所述第一关节臂的第二端铰接以使所述第二关节臂具有绕所述第一关节臂旋转的自由度，所述手腕结构的一侧通过第三涡轮传动机构与所述第二关节臂的第二端铰接以使所述手腕结构具有绕所述第二关节臂旋转的自由度，所述手腕结构的另一侧设有所述夹指机构，所述夹指机构通过设于所述手腕结构处的第一电机实现旋转运动。

进一步地，所述第二关节臂内设有滑动导轨副，所述第二关节臂的第二端还通过所述滑动导轨副与所述手腕结构连接以带动所述手腕结构伸长或回缩。

进一步地，所述滑动导轨副包括第二电机、丝杆及滑动件，所述第二电机固定于所述第二关节臂的外壳内，所述丝杆的一端与所述第二电机连接，所述丝杆的另一端与所述滑动件固定连接，所述滑动件与所述手腕结构连接。

进一步地，所述底座包括底座本体、第三电机、联轴器、轴承及若干紧定螺栓；所述底座本体的底板上设有带轴孔的凸台，所述第一电机轴穿过所述凸台的轴孔，所述第三电机的轴上套设有所述联轴器；所述底座本体上设有轴承座，所述旋转台底部设有转轴，所述转轴通过所述轴承安装在所述轴承座上且所述旋转台的转轴与所述联轴器固定连接；所述轴承座与所述底板之间通过若干紧定螺栓固定连接。

进一步地，所述底座与旋转台组成一个关节，所述旋转台与第一涡轮传动机构及第一关节臂组成一个关节，所述第一关节臂与第二涡轮传动机构及第二关节臂组成一个关节，所述第二关节臂与第三涡轮传动机构及手腕结构组成一个关节，所述第二关节臂与滑动导轨副及手腕结构组成一个关节，所述手腕结构与第一电机及夹指机构组成一个关节，每个关节都有一个关节自由度。

进一步地，所述夹指机构可拆卸地设于所述手腕结构的另一侧。

进一步地，还包括第四电机，所述第一涡轮传动机构、第二涡轮传动机构、第三涡轮传动机构分别通过一个第四电机进行驱动。

进一步地，所述第一电机为控制电机，所述第三电机为减速电机。

本发明所提供的一种多自由度机械臂相比于现有技术，具有以下技术效果：

通过设计所述旋转台安装在所述底座上以控制机械臂的旋转，所述第一关节臂的第一端通过第一涡轮传动机构与所述旋转台铰接，所述第二关节臂的第一端通过第二涡轮传动机构与所述第一关节臂的第二端铰接以使所述第二关节臂具有绕所述第一关节臂旋转的自由度，所述手腕结构的一侧通过第三涡轮传动机构与所述第二关节臂的第二端铰接以使所述手腕结构具有绕所述第二关节臂旋转的自由度，所述手腕结构的另一侧设有所述夹指机构，所述夹指机构通过设于所述手腕结构处的第一电机实现旋转运动；从而在使用本发明所述的多自由度机械臂进行工作时，可实现多自由度精准抓取，增加了机械臂关节的灵敏度，实现工业化运输的空间化、一体化，降低了装置成本、维修成本。

附图说明

图1为本发明实施例的多自由度机械臂的整体结构示意图。

其中，1、底座，11、底座本体，111、凸台，112、轴承座，12、第三电机，13、联轴器，14、轴承，15、紧定螺栓，2、旋转台，3、第一关节臂，4、第二关节臂，5、手腕结构，6、夹指机构，7、第一涡轮传动机构，8、第一电机，9、滑动导轨副，91、第二电机，92、丝杆，93、滑动件，10、第四电机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种多自由度机械臂，包括底座1、旋转台2、第一关节臂3、第二关节臂4、手腕结构5以及夹指机构6，所述旋转台2安装在所述底座1上，所述第一关节臂3的第一端通过第一涡轮传动机构7与所述旋转台2铰接，所述第二关节臂4的第一端通过第二涡轮传动机构与所述第一关节臂3的第二端铰接以使所述第二关节臂4具有绕所述第一关节臂3旋转的自由度，所述手腕结构5的一侧通过第三涡轮传动机构与所述第二关节臂4的第二端铰接以使所述手腕结构5具有绕所述第二关节臂4旋转的自由度，所述手腕结构5的另一侧设有所述夹指机构6，所述夹指机构6通过设于所述手腕结构5处的第一电机8实现旋转运动；

通过设计所述旋转台2安装在所述底座1上以控制机械臂的旋转，所述第一关节臂3的第一端通过第一涡轮传动机构7与所述旋转台2铰接，所述第二关节臂4的第一端通过第二涡轮传动机构与所述第一关节臂3的第二端铰接以使所述第二关节臂4具有绕所述第一关节臂3旋转的自由度，所述手腕结构5的一侧通过第三涡轮传动机构与所述第二关节臂4的第二端铰接以使所述手腕结构5具有绕所述第二关节臂4旋转的自由度，所述手腕结构5的另一侧设有所述夹指机构6，所述夹指机构6通过设于所述手腕结构5处的第一电机8实现旋转运动；从而在使用本发明所述的多自由度机械臂进行工作时，可实现多自由度精准抓取，增加了机械臂关节的灵敏度，实现工业化运输的空间化、一体化，降低了装置成本、维修成本。

在本发明实施例中，在所述第一关节臂3、第二关节臂4的关节处使用所述第一涡轮传动机构7、第二涡轮传动机构，可在简化减速机构的同时获得较大的传动比，蜗轮蜗杆配合紧密，有效提高了所述机械臂的结构精度。此外，所述夹指机构6通过设于所述手腕结构5处的第一电机8实现旋转运动，所述夹指机构6的旋转角度可达360°，所述手腕结构5最大可与所述第二关节臂4垂直，提高了所述夹指机构6的灵活性。

在本发明实施例中，需要说明的是：本发明所述的多自由度机械臂以mcu为计算核心，在机械手臂上引出信号控制端并与控制系统通信连接，操控者可参考机械臂上带有的图像采集设备并通过控制台的指令遥控，使机械臂完成预想的动作角度。其控制系统以烧录有控制程序的armcortexm3内核单片机为核心。所述机械臂具有独立的电源模块供电及uart串口协议进行，以保证所述机械臂在其他的工作台上可快速配备使用。

在本发明所述的多自由度机械臂的夹指机构6处，装载着高灵敏度的压力传感器，压力传感器会有对应的压力感受并将反馈数据发送到mcu中进行角度微调计算，并将微调角度pwm脉冲发送给手臂上的执行机构模块。以提高所述机械臂使用的简便性、可控度、安全性及稳定性。

优选地，所述第二关节臂4内设有滑动导轨副9，所述第二关节臂4的第二端还通过所述滑动导轨副9与所述手腕结构5连接以带动所述手腕结构5伸长或回缩。通过设计所述第二关节臂4的第二端还通过所述滑动导轨副9与所述手腕结构5连接以带动所述手腕结构5伸长或回缩，从而为机械臂增加了一个直线自由度，使得机械臂还可以做直线伸缩运动，使得本发明所述的机械臂灵敏度更高，可以更好地扩大工作空间。

在本发明实施例中，优选地，所述滑动导轨副9包括第二电机91、丝杆92及滑动件93，所述第二电机91固定于所述第二关节臂4的外壳内，所述丝杆92的一端与所述第二电机91连接，所述丝杆92的另一端与所述滑动件93固定连接，所述滑动件93与所述手腕结构5连接。

如图1所示，在本发明实施例中，优选地，所述底座1包括底座本体11、第三电机12、联轴器13、轴承14及若干紧定螺栓15；所述底座本体11的底板上设有带轴孔的凸台111，所述第一电机8轴穿过所述凸台111的轴孔，所述第三电机12的轴上套设有所述联轴器13；所述底座本体11上设有轴承座112，所述旋转台2底部设有转轴，所述转轴通过所述轴承14安装在所述轴承座112上且所述旋转台2的转轴与所述联轴器13固定连接；所述轴承座113与所述底板之间通过若干紧定螺栓15固定连接。

优选地，所述底座1与旋转台2组成一个关节，所述旋转台2与第一涡轮传动机构7及第一关节臂3组成一个关节，所述第一关节臂3与第二涡轮传动机构及第二关节臂4组成一个关节，所述第二关节臂4与第三涡轮传动机构及手腕结构5组成一个关节，所述第二关节臂4与滑动导轨副9及手腕结构5组成一个关节，所述手腕结构5与第一电机8及夹指机构6组成一个关节，每个关节都有一个关节自由度。

优选地，所述夹指机构6可拆卸地设于所述手腕结构5的另一侧。通过设计所述夹指机构6可拆卸地设于所述手腕结构5的另一侧，从而便于将所述夹指机构6进行拆装，便于进行维修。

优选地，还包括第四电机10，所述第一涡轮传动机构7、第二涡轮传动机构、第三涡轮传动机构分别通过一个第四电机10进行驱动。

优选地，所述第一电机8为控制电机，所述第三电机12为减速电机。

综上，本发明所述的多自由度机械臂，通过设计所述旋转台2安装在所述底座1上以控制机械臂的旋转，所述第一关节臂3的第一端通过第一涡轮传动机构7与所述旋转台2铰接，所述第二关节臂4的第一端通过第二涡轮传动机构与所述第一关节臂3的第二端铰接以使所述第二关节臂4具有绕所述第一关节臂3旋转的自由度，所述手腕结构5的一侧通过第三涡轮传动机构与所述第二关节臂4的第二端铰接以使所述手腕结构5具有绕所述第二关节臂4旋转的自由度，所述手腕结构5的另一侧设有所述夹指机构6，所述夹指机构6通过设于所述手腕结构5处的第一电机8实现旋转运动；从而在使用本发明所述的多自由度机械臂进行工作时，可实现多自由度精准抓取，增加了机械臂关节的灵敏度，实现工业化运输的空间化、一体化，降低了装置成本、维修成本。

应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。