一种机器人肩膀装置的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人肩膀装置。

背景技术：

随着科学的不断进步，人工智能科技的发展，智能服务机器人的发展已经到来，随着服务机器人的不断发展，它们慢慢的进入到人类的生活中来，并给人来带来了更方便、更舒适的服务。

对于服务机器人来说，机器人的肩膀是至关重要的，肩膀承载着整个手臂的重量。而对于服务机器人来讲，机械手需要抓取各种各样的物品，需要承载大小不同的负重，但是现有的服务机器人的肩膀大都使用舵机进行驱动，而价格较低的舵机作为驱动时，只能起到演示作用，无法进行负载的抓取。即使使用可输出负载的舵机，仍然存在舵机的体积过大导致的肩膀过大，结构冗杂，无法达到拟人态；同时，这种可输出负载的舵机的价格成本很高，无法普及使用。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种机器人肩膀装置，实现了机器人肩膀关节的大扭矩负重承载和机械手前端重物的自由抓取；同时，实现了机器人的抬臂和摆臂动作；通过结构布置，实现了肩膀部位有限空间的有效利用，避免了机器人肩膀过大导致的结构冗杂，保证了机器人肩关节部位的拟人态，且大大降低了机器人肩关节的驱动成本。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。

一种机器人肩膀装置，安装于机器人躯体内的背板上，所述肩膀装置包括：抬臂机构和摆臂机构，所述摆臂机构的外侧安装有机器人的臂膀。所述抬臂机构包含上下对应设置的u形抬臂基座和l形抬臂电机座；所述u形抬臂基座的一个侧板固定于背板上，所述u形摆臂基座的开口朝向内侧，所述u形抬臂基座的两个侧板之间设置有垂直于背板的转轴；所述转轴的靠近背板的一端套设有从动带轮，靠近所述转轴的另一端竖直固定有摆臂机构。

所述l形抬臂电机座的一个侧板垂直固定于背板上，所述l形抬臂电机座的平行于背板的侧板上固定有抬臂电机，l形抬臂电机座的平行于背板的侧板上开设有第一轴孔，所述抬臂电机的输出轴穿过第一轴孔，且所述抬臂电机的输出轴的穿出端套设有驱动带轮，所述驱动带轮与从动带轮通过传动带传动连接。

另外，本发明提供的一种机器人肩膀装置还可以具有以下附加技术特征：

优选的，所述摆臂机构包含减速机座，所述减速机座高出所述u形抬臂基座；所述减速机座的上部安装有减速机，所述减速机的外侧输出轴上安装有机器人的臂膀，所述减速机的内侧输入轴传动连接有摆臂电机。

优选的，所述摆臂电机固定在l形摆臂电机座上，l形摆臂电机座具有底板和竖直侧板，l形摆臂电机座的底板与减速机座固定连接，l形摆臂电机座的竖直侧板固定连接所述摆臂电机。

优选的，所述l形摆臂电机座的竖直侧板上开设有第二轴孔，所述摆臂电机固定在所述竖直侧板的外侧，所述摆臂电机的输出轴穿过第二轴孔。

优选的，所述摆臂电机的输出轴设置有驱动齿轮，所述减速机的内侧输入轴设置有从动齿轮，所述从动齿轮与所述驱动齿轮相互啮合。

优选的，所述转轴由两个短轴组成，两个短轴的中心线共线并垂直于背板；其中，一个短轴设置在所述u形抬臂基座的靠近背板的侧板，并安装所述从动带轮；另一个短轴设置在所述u形抬臂基座的远离背板的侧板；所述减速机座固定连接在两个短轴上。

优选的，背板上左右对称设置有两套抬臂机构和摆臂机构。

进一步优选的，所述左右对称设置的两套抬臂机构和摆臂机构中，两套摆臂机构对应的两个摆臂电机前后错位布置。

进一步优选的，所述左右对称设置的两套抬臂机构和摆臂机构中，两套抬臂机构对应的两个抬臂电机的尾部相靠近设置。

优选的，所述抬臂机构的抬臂角度为0-50°。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明通过机器人肩膀部位的结构设计，实现了机器人肩膀处的大扭矩负重承载，使机器人肩膀能够带动机器人的臂膀和手实现重物的自由抓取。

(2)本发明通过结构设计，实现了机器人的抬臂和摆臂动作，使机器人能够更好的模拟人的动作。

(3)本发明通过机器人肩膀的结构布置，实现了肩膀部位有限空间的有效利用，避免了机器人肩膀过大导致的结构冗杂，保证了机器人肩关节部位的拟人态，且大大降低了机器人肩关节的驱动成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明的一种机器人肩膀装置的立体结构示意图。

图2是图1中的a-a面剖视图。

图3是本发明的一种机器人肩膀装置的正视结构示意图。

图4是本发明的一种机器人肩膀装置的俯视结构示意图。

以上图中，1背板；2u形抬臂基座；21转轴；211从动带轮；3l形抬臂电机座；31抬臂电机；311驱动带轮；312传动带；4l形摆臂电机座；41摆臂电机；411驱动齿轮；412从动齿轮；5减速机座；51减速机。

具体实施方式

参考图1-图4，本发明实施例提供的一种机器人肩膀装置，安装于机器人躯体内的背板1上，肩膀装置包括：抬臂机构和摆臂机构，摆臂机构的外侧安装有机器人的臂膀。抬臂机构包含上下对应设置的u形抬臂基座2和l形抬臂电机31座3；u形抬臂基座2的一个侧板固定于背板1上，u形摆臂基座的开口朝向内侧，u形抬臂基座2的两个侧板之间设置有垂直于背板1的转轴21；转轴21的靠近背板1的一端套设有从动带轮211，靠近转轴21的另一端竖直固定有摆臂机构。

l形抬臂电机31座3的一个侧板垂直固定于背板1上，l形抬臂电机31座3的平行于背板1的侧板上固定有抬臂电机31，l形抬臂电机31座3的平行于背板1的侧板上开设有第一轴孔，抬臂电机31的输出轴穿过第一轴孔，且抬臂电机31的输出轴的穿出端套设有驱动带轮311，驱动带轮311与从动带轮211通过传动带312传动连接。

在以上实施例中，u形抬臂基座2和l形抬臂电机31座3，可实现空间的有效利用，在垂直于背板1的两个方向上保证了结构的稳定性。l形抬臂电机31座3的一个侧板垂直固定于背板1上，l形抬臂电机31座3的平行于背板1的侧板上固定有抬臂电机31，使l形抬臂电机31座3的靠近背板1端预留有空间，以使抬臂电机31的输出轴垂直伸向背板1侧的驱动带轮311与转轴21靠近背板1一端的从动带轮211实现传动连接，结构紧凑，充分利用了有限的空间，避免了机器人肩膀过大导致的结构冗杂。

u形抬臂基座2的两个侧板之间设置有垂直于背板1的转轴21；转轴21的靠近背板1的一端套设有从动带轮211，抬臂电机31的输出轴的穿出端套设有驱动带轮311，驱动带轮311与从动带轮211通过传动带312传动连接，从而实现了抬臂电机31带动转轴21转动，转轴21的另一端竖直固定有摆臂机构，摆臂机构的外侧安装有机器人的臂膀，通摆臂机构实现了机器人臂膀的摆动，通过转轴21实现了摆臂机构和抬臂机构的连接，从而使机器人能够实现抬臂和摆臂动作，使机器人能够更好的模拟人的动作。本发明通过机器人肩膀部位的结构设计，实现了机器人肩膀处的大扭矩负重承载，使机器人肩膀能够带动机器人的臂膀和手实现重物的自由抓取。

参考图1-图4，根据本发明的一个实施例，摆臂机构包含减速机座5，减速机座5高出u形抬臂基座2；减速机座5的上部安装有减速机51，减速机51的外侧输出轴上安装有机器人的臂膀，减速机51的内侧输入轴传动连接有摆臂电机41。

在以上实施例中，减速机座5高出u形抬臂基座2，使机器人的摆臂与抬臂动作不发生相互干涉；通过减速机座5上部安装的减速机51，实现了机器人臂膀的内部驱动，外部摆动，从而实现了机器人肩膀处的大扭矩负重承载。

参考图1和图4，根据本发明的一个实施例，摆臂电机41固定在l形摆臂电机41座4上，l形摆臂电机41座4具有底板和竖直侧板，l形摆臂电机41座4的底板与减速机座5固定连接，l形摆臂电机41座4的竖直侧板固定连接摆臂电机41。

在以上实施例中，l形摆臂电机41座4具有底板和竖直侧板，l形摆臂电机41座4的底板与减速机座5固定连接，l形摆臂电机41座4的竖直侧板固定连接摆臂电机41，通过l形摆臂电机41座4将减速机座5内的减速机51与摆臂电机41连接，通过上下位置关系的设置，实现了机器人的摆臂过程的稳定进行，同时，避免了机器人肩膀过大导致的结构冗杂。

参考图1，根据本发明的一个实施例，l形摆臂电机41座4的竖直侧板上开设有第二轴孔，摆臂电机41固定在竖直侧板的外侧，摆臂电机41的输出轴穿过第二轴孔。

在以上实施例中，摆臂电机41固定在竖直侧板的外侧，摆臂电机41的输出轴穿过第二轴孔，使l形摆臂电机41座4位于摆臂电机41的输出轴侧，l形摆臂电机41座4的竖直侧板与摆臂电机41，保证摆臂电机41结构稳定性的同时节省空间。

参考图1，根据本发明的一个实施例，摆臂电机41的输出轴设置有驱动齿轮411，减速机51的内侧输入轴设置有从动齿轮412，从动齿轮412与驱动齿轮411相互啮合。

在以上实施例中，摆臂电机41与减速机51通过从动齿轮412与驱动齿轮411相互啮合实现传动连接，实现机器人摆臂过程中的稳定传动。

参考图2，根据本发明的一个实施例，转轴21由两个短轴组成，两个短轴的中心线共线并垂直于背板1；其中，一个短轴设置在u形抬臂基座2的靠近背板1的侧板，并安装从动带轮211；另一个短轴设置在u形抬臂基座2的远离背板1的侧板；减速机座5固定连接在两个短轴上。

在以上实施例中，转轴21由两个短轴组成，便于机器人肩膀装置的组装，同时减轻了机器人肩膀装置的重量，使肩膀装置更轻便。

参考图1和图3，根据本发明的一个实施例，背板1上左右对称设置有两套抬臂机构和摆臂机构。

在以上实施例中，背板1上左右对称设置有两套抬臂机构和摆臂机构，使机器人的肩膀为左右对称结构，使机器人的肩膀结构呈现更好的拟人态。

参考图1和图3，根据本发明的一个实施例，左右对称设置的两套抬臂机构和摆臂机构中，两套摆臂机构对应的两个摆臂电机41前后错位布置。

在以上实施例中，两套摆臂机构对应的两个摆臂电机41前后错位布置，使机器人的左、右肩膀进行摆动时，避免两个摆臂电机41发生碰撞；同时，充分利用了两套摆臂机构之间的空间。

参考图1和图3，根据本发明的一个实施例，左右对称设置的两套抬臂机构和摆臂机构中，两套抬臂机构对应的两个抬臂电机31的尾部相靠近设置。

在以上实施例中，两套抬臂机构对应的两个抬臂电机31的尾部相靠近设置，使左右两套抬臂机构相互靠近，使整个机器人结构更紧凑。

参考图1-图4，根据本发明的一个实施例，抬臂机构的抬臂角度为0-50°。

在以上实施例中，抬臂角度为0-50°，避免机器人在服务过程中突然的大角度抬臂动作引起的事故，提高了机器人的使用安全性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些改动和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。