一种机械臂及机器人的制作方法

本实用新型涉及自动控制领域，特别涉及一种机械臂及机器人。

背景技术：

随着科技的发展，机械臂越来越多的得到人们的应用。

如图1所示的是现有技术的一种适用于狭长隧道自主避障的机器人，涉及到一种机械臂，包括摄像头10、机械臂11、行走电机12、行走履带13，行走履带13设置在车体的两侧，机械臂11设置在车体上，而摄像头10设置于机械臂11的末端节臂上。

机械臂11包括多节节臂，现有技术中，为了实现对机械臂中各节臂的驱动，一般采用两种方式进行，一种是，在每相邻的两节节臂之间分别设置有一个驱动电机进行驱动，另一种是采用各个节臂联动的方式进行驱动，但是，第一种方式中需要采用的驱动电机比较多，整个机械臂的成本比较高；第二种方式中，用于实现各个节臂之间联动的结构比较复杂，并且，不易操作。

技术实现要素：

本实用新型提供一种机械臂及机械人，用以解决现有技术中采用联动机械臂时结构复杂、不易操作的问题。

本实用新型实施例提供一种机械臂，该机械臂包括至少三个节臂和固定板；其中：

每相邻的两节节臂之间通过转轴组件转动连接，且所述转轴组件上设置有第一同步带轮和第二同步带轮，所述第一同步带轮与前一级节臂的第二端相对固定，所述第二同步带轮与后一级节臂的第一端相对固定，且每一节臂中，其与前一级节臂连接处的第一同步带轮和其与后一级节臂连接处的第二同步带轮通过同步带连接；

首端节臂的第一端固定在固定板上，且设有第三同步带轮以及用于驱动所述第三同步带轮动作的驱动装置，且所述第三同步带轮和与所述首端节臂第二端连接的后一级节臂的第一端相对固定的第二同步带轮之间通过同步带连接；

末端节臂的第二端设置有可相对于所述末端节臂绕自身轴心线旋转、以用于安装设备平台的平台安装轴和第四同步带轮，且所述第四同步带轮与所述平台安装转轴组件固定连接、且与所述末端节臂的前一级节臂的第二端相对固定的第一同步带轮之间通过同步带连接。

本实用新型提供的机械臂中，每相邻两节节臂之间通过转轴组件转动连接，并且转轴组件上设置有第一同步带轮和第二同步带轮，其中，第二同步带轮与后一级节臂的第一端相对固定，前一级节臂运动带动后一级节臂运动；由于第一同步带轮与前一级节臂的第二端相对固定，当后一级节臂相对于前一级节臂绕转轴组件旋转时，第一同步带轮与后一级节臂之间会产生相对运动；且每一节节臂中，与前一级节臂连接处的第一同步带轮和与后一级节臂连接处的第二同步带轮通过同步带连接，从而能够带动整个机械臂摆动。以首端节臂、第二节臂和第三节臂为例说明，在首端节臂的第一端固定在固定板上的一侧，设置有第三同步带轮和驱动装置，驱动装置驱动第三同步带轮，由于第三同步带轮与第二节臂的第一端相对固定的第二同步带轮之间通过同步带连接，所以第三同步带轮驱动与第二节臂的第一端相对固定的第二同步带轮；由于第二同步带轮与第二节臂的第一端相对固定，那么第二同步带轮运动的同时带动第二节臂，而由于相对运动原理，与首端节臂相对固定的第一同步带轮与第二节臂相对固定的第二同步带轮之间产生相对运动，带动与第三节臂第一端相对固定的第一同步带轮运动，第一同步带轮运动带动第三臂运动，进而带动后续节臂运动，从而带动整个机械臂运动。

上述机械臂中，每相邻的两节节臂之间通过转轴组件以及第一同步带轮和第二同步带轮配合，同时通过相应的同步带就能够实现机械臂中各节臂的动作，结构简单，且便于操控。

优选的，每相邻两节节臂之间，前一级节臂与后一级节臂之间设置的转轴组件包括轴芯和套设于所述轴芯外侧且可相对于所述轴芯旋转的轴套，所述轴芯固定在所述后一级节臂的第一端上，所述轴套固定在所述前一级节臂的第二端上，所述第一同步带轮固定在所述轴芯上，所述第二同步带轮固定在所述轴套上。

优选的，每相邻两节节臂之间，前一级节臂与后一节节臂之间设置有的转轴组件包括轴芯和套设于所述轴芯外侧且可相对于所述轴芯旋转的轴套，所述轴芯固定在所述后一级节臂的第一端上，所述轴套固定在所述前一级节臂的第二端上，所述第二同步带轮固定在所述轴芯上，所述第二同步带轮固定在所述轴套上。

优选的，所述轴芯的直径尺寸小于所述第一同步带轮的尺寸；

所述轴芯的直径尺寸小于所述第二同步带轮的尺寸。

优选的，每相邻两节节臂之间，所述第一同步带轮固定在所述前一级节臂的第二端上，所述第二同步带轮固定在所述后一级节臂的第一端上。

优选的，所述驱动装置为舵机或者步进电机。

优选的，所述首端节臂设置有用于安装所述驱动装置的通孔，所述通孔的轴心线与固定板平行。

优选的，所述同步带是橡胶同步带；或者，

所述同步带是聚氨酯同步带。

优选的，本实用新型实施例还提供一种机器人，包括上述技术方案中任一所述的机械臂。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例现有技术中的一种机械臂；

图2a-2b为本实用新型实施例提供的一种；

图3为本实用新型实施例前一节臂与后一节臂连接的第一种方式；

图4为本实用新型实施例前一节臂与后一节臂之间的另外一种连接方式；

图5为本实用新型实施例第二同步带轮与后一级节臂的第一端相对固定的第二种实现方式。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种机械臂，该机械臂包括至少三个节臂和固定板；其中：

每相邻的两节节臂之间通过转轴组件114转动连接，且所述转轴组件114 上设置有第一同步带轮106和第二同步带轮107，所述第一同步带轮106与前一级节臂的第二端相对固定，所述第二同步带轮107与后一级节臂的第一端相对固定，且每一节臂中，其与前一级节臂连接处的第一同步带轮和其与后一级节臂连接处的第二同步带轮通过同步带连接；

首端节臂的第一端固定在固定板108上，且设有第三同步带轮109以及用于驱动所述第三同步带轮109动作的驱动装置110，且所述第三同步带轮109 和与所述首端节臂第二端连接的后一级节臂的第一端相对固定的第二同步带轮107之间通过同步带111连接；

末端节臂的第二端设置有可相对于所述末端节臂绕自身轴心线旋转、以用于安装设备平台114的平台安装轴和第四同步带轮112，且所述第四同步带轮 112与所述平台安装转轴组件114固定连接、且与所述末端节臂的前一级节臂的第二端相对固定的第一同步带轮106之间通过同步带111连接。

本实用新型提供的机械臂中，每相邻两节节臂之间通过转轴组件114转动连接，并且转轴组件上设置有第一同步带轮106和第二同步带轮107，其中，第二同步带轮107与后一级节臂的第一端相对固定，前一级节臂运动带动后一级节臂运动；由于第一同步带轮106与前一级节臂的第二端相对固定，当后一级节臂相对于前一级节臂绕转轴组件114旋转时，第一同步带轮106与后一级节臂之间会产生相对运动；且每一节节臂中，与前一级节臂连接处的第一同步带轮和与后一级节臂连接处的第二同步带轮107通过同步带111连接，从而能够带动整个机械臂摆动。以首端节臂、第二节臂和第三节臂为例说明，在首端节臂的第一端固定在固定板上的一侧，设置有第三同步带轮109和驱动装置 110，驱动装置110驱动第三同步带轮109，由于第三同步带轮109与第二节臂的第一端相对固定的第二同步带轮107之间通过同步带111连接，所以第三同步带轮109驱动与第二节臂的第一端相对固定的第二同步带轮107；由于第二同步带轮107与第二节臂的第一端相对固定，那么第二同步带轮107运动的同时带动第二节臂，而由于相对运动原理，与首端节臂相对固定的第一同步带轮 106与第二节臂相对固定的第二同步带轮107之间产生相对运动，带动与第三节臂第一端相对固定的第一同步带轮106运动，第一同步带轮106运动带动第三臂运动，进而带动后续节臂运动，从而带动整个机械臂运动。

上述机械臂中，每相邻的两节节臂之间通过转轴组件以及第一同步带轮和第二同步带轮配合，同时通过相应的同步带就能够实现机械臂中各节臂的动作，结构简单，且便于操控。

如图2a-2b所示，是以三节节臂为例介绍的本实用新型提供的一种机械臂，其中，图2a为本实用新型提供的一种机械臂的侧视图，图2b为本实用新型提供的一种机械臂的主视图，图2a、2b中可见，机械臂包括三节节臂，第一节臂100、第二节臂101和第三节臂102；

其中第一节臂100与第二节臂101之间通过第一转轴104连接，第二节臂 101与第三节臂103之间通过第二转轴105连接，并且第一节臂100与第二节臂101之间的第一同步带轮106与第一节臂100之间相对固定；第二同步带轮 107与第二节臂102之间相对固定。

一种可选的实施方式中，每相邻两节节臂之间，前一级节臂与后一级节臂之间设置的转轴组件114包括轴芯1140和套设于所述轴芯外侧且可相对于所述轴芯旋转的轴套1141，所述轴芯1140固定在所述后一级节臂的第一端上，所述轴套1141固定在所述前一级节臂的第二端上，所述第一同步带轮106固定在所述轴芯上，所述第二同步带轮107固定在所述轴套1141上。

如图3所示，是前一节臂与后一节臂连接的第一种方式，图中可见，第一同步带轮106固定在轴芯1140上，第二同步带轮107固定在轴套1141上。

另外一种可选的实施方式中，每相邻两节节臂之间，前一级节臂与后一节节臂之间设置有的转轴组件114包括轴芯1140和套设于所述轴芯外侧且可相对于所述轴芯旋转的轴套1141，所述轴芯1140固定在所述后一级节臂的第一端上，所述轴套1141固定在所述前一级节臂的第二端上，所述第二同步带轮 107固定在所述轴芯1140上，所述第二同步带轮107固定在所述轴套1141上。

如图4所示，是前一节臂与后一节臂之间的另外一种连接方式，图中可见第二同步带轮107固定在轴芯1140上，第一同步带轮106固定在轴套1141上。

具体的，所述轴芯1140的直径尺寸小于所述第一同步带轮106的尺寸；

所述轴芯1140的直径尺寸小于所述第二同步带轮107的尺寸。

如图3、4所示，为了使第一同步带轮106和第二同步带轮107穿过轴芯 1140，那么轴芯1140的直径尺寸小于第一同步带轮106和第二同步带轮107 的尺寸。

除此之外的另外一种实施方式，每相邻两节节臂之间，所述第一同步带轮 106固定在所述前一级节臂的第二端上，所述第二同步带轮107固定在所述后一级节臂的第一端上。

如图5所示，是为了实现第一同步带轮106与前一级节臂的第二端相对固定，第二同步带轮107与后一级节臂的第一端相对固定的第二种实现方式，其中a表示后一节臂的第一端，b表示前一节臂的第二端；图中可见，由于第二同步带轮107固定在后一级节臂的第一端，那么第二同步带轮107运动的同时带动后一级节臂；由于第一同步带轮106固定在前一级节臂的第二端，由于相对运动原理，前一级节臂与后一级节臂之间将会产生相对运动，进而使得整个机械臂实现摆动。

上述，所述驱动装置110为舵机或者步进电机。

驱动装置110是整个机械臂的驱动力，舵机和步进电机比较适用于机械臂，可以为整个机械臂提供良好的驱动力。

具体的，为了更好的保持驱动电机的稳定性，所述首端节臂设置有用于安装所述驱动装置110的通孔，所述通孔的轴心线与固定板平行。

驱动装置110安装在首端节臂连接在固定板上的一侧，为了更好的保持驱动电机的稳定性，在首端节臂与固定板平行的方向设置一个通孔114，并且通孔114设置在与第三同步带轮109相对的首端节臂上；

在具体实施中，驱动装置110一端穿过通孔后与第三同步带轮109连接在一起，当驱动装置110启动后，第三同步带轮109将与驱动装置同时转动。

具体的，所述同步带111是橡胶同步带；或者，

所述同步带111是聚氨酯同步带。

同步带主要用于连接首端节臂第三同步带轮109和第二节臂相对固定的第二同步带轮、第二节臂上与第一节臂相对固定的第一同步带轮106和第二节臂与第三节臂之间的与第二节臂相对固定的第二同步带轮107等，每两节节臂之间的连接；

橡胶同步带111和氨酯同步带具有良好的耐高温特性，是一种优质的同步带，广泛应用于自动控制领域。

本实用新型还提供一种机器人，包括上述具体实施方式中提到的任一所述的机械臂。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。