专利名称：多自由度机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多自由度机器人，该机器人可以起身、可以自由移动，可 抓举物品，适于用作排爆部队中的排爆机器人或者用作公司仓库中提取小型轻载货物的 自动搬运设备。
背景技术：
在公司的仓库中，有一些小型轻载的货物一般都是人为进行搬运，在一些自动 生产线上，还要将一些小型轻载货物搬运到某一特定位置。现有公司大多选择使用人工 进行搬运，然而人工搬运存在很多弊端，首先搬运的工作量比较大，常人在短时间内进 行搬运是可以的，如果设备需要连续运行，则每隔一段时间就需要其他人力进行接替； 其次随着人力资源的成本逐渐增加，搬运费用将给公司造成越来越大的成本压力。在一 些危险、工作环境恶劣的场合，例如高温、高压、排爆等工作场合，使用人工将存在很 大安全隐患。目前也有一些工业机器人被用来替代人工，只要对其进行合适的编程，它即能 在任何工作场合不间断的进行工作，可以提高生产效率、减少人力资源消耗。然而，现 有的工业机器人要么是固定的机器人手臂，要么虽能移动但却自由度少、在实际应用中 显得不是很灵活。并且，机器人的各个关节也存在可以改进的地方。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种更灵活、结构更合理的多自由度机 器人。本实用新型所采用的技术方案是一种多自由度机器人，其特征在于该机器 人主要由以下部分组成底盘，起身机构，水平旋转机构，机械手臂，夹紧机构；其 中，底盘作用于地面，且在相对于地面的水平方向上能够自由移动；起身机构连接在底 盘上，且在相对于地面的高度方向上能够伸缩；水平旋转机构连接在起身机构上，且在 相对于地面的水平面内能够旋转；机械手臂连接在水平旋转机构上，且在相对于地面的 水平方向上能够伸缩；夹紧机构设置在机械手臂上，且在相对于地面的垂直面内能够旋 转，所述夹紧机构还包括能够夹持物品的卡爪。本实用新型所具有的优点是该机器人能够在地面自由直行和转弯，既能实现 定点工作又能实现运输功能；具有起身机构可以实现高度调节，水平旋转机构实现卡爪 在平面内的移动，机械手臂实现卡爪的伸缩，夹紧机构实现卡爪的转动，因此能将放在 一定高度的物品夹取并放置到指定位置；而且该机器人各个部位的伸缩方向或者转轴都 是恒定在水平或者竖直面内，因此机器人控制简单。该机器人尤其适合在公司仓库中用 于小型货物的存取，或者作为排爆机器人。
通过附图中所示的本实用新型的优选实施例的更具体说明，本实用新型的上述 及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。 并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。图1为本实用新型所提出的机器人的总体立体图；图2为图1中底盘的立体图；图3为图1中起身机构的立体图；图4为图1中水平旋转机构的立体图；图5为图1中机械手臂、夹紧机构的立体图；图6为图1中夹紧机构的主视图。
具体实施方式
参见图1所示的多自由度机器人，主要由以下部分组成底盘1，起身机构2， 水平旋转机构3，机械手臂4，夹紧机构5。其中底盘1作用于地面，且在相对于地面的 水平方向上能够自由移动；起身机构2连接在底盘1上，且在相对于地面的高度方向上能 够伸缩；水平旋转机构3连接在起身机构2上，且在相对于地面的水平面内能够旋转； 机械手臂4连接在水平旋转机构3上，且在相对于地面的水平方向上能够伸缩；夹紧机构 5设置在机械手臂4上，且在相对于地面的垂直面内能够旋转，所述夹紧机构5还包括能 够夹持物品的卡爪50。下面分别对各个组成部分进行详细描述。底盘1，参见图2。所述底盘1首先包括框架10，所述框架10由方管焊接而成。所述底盘1包括一 对(在某些场合下可以是两对或者更多)从动轮13，所述的一对从动轮13能够自由转动 的连接在一根支撑光轴130的两端，所述支撑光轴130通过轴承与框架10连接。所述底 盘1包括第一主动轮11、第二主动轮12，所述第一主动轮11固定连接在第一传动轴110 的一端、所述第二主动轮12固定连接在第二传动轴120的一端，所述第一传动轴110以 及第二传动轴120均通过轴承转动连接在所述框架10上。固定在框架10上的第一驱动 电机111通过带传动结构(图2中未显示传动带)驱动第一传动轴110，固定在框架10上 的第二驱动电机121通过带传动结构(图2中未显示传动带)驱动第二传动轴120。当 第一驱动电机111与第二驱动电机121转速相同时，第一传动轴110、第二传动轴120转 速也相同，进而第一主动轮11、第二主动轮12转速相同，实现框架10的直线运动；当 第一驱动电机111与第二驱动电机121转速不同时，第一传动轴110、第二传动轴120转 速也不同，进而第一主动轮11、第二主动轮12差速转动，实现框架10的转弯。框架10 的直线运动加上转弯能够实现机器人在相对于地面的水平方向上自由移动。所述底盘1还包括套筒15，所述套筒可以固定在框架10上也可以悬空，安装方 式不限，优选与框架10固定；所述套筒15可以为圆筒状也可以为棱形筒状，形状不限。 所述套筒15的第一端开设有第一插孔、套筒15的第二端开设有第二插孔，所述第一传动 轴110的另一端转动插设在所述第一插孔内、第二传动轴120的另一端转动插设在所述第 二插孔内。在某些场合下，所述第一插孔与第二插孔连通、成为一个贯穿套筒15长度的 孔。所述第一传动轴110或者第二传动轴120插入套筒15的深度优选为套筒15长度的1/4 2/5，使得套筒15在不影响第一传动轴110、第二传动轴120的情况下能够确保第 一传动轴110、第二传动轴120的同轴度，进而可以确保机器人的运动控制精度。起身机构2，参见图3。所述起身机构2包括底板21，所述底板21固定在框架10上；所述起身机构2 还包括四根立柱22以及固定板23，所述立柱22的底端固定在所述底板21上、顶端固定 在所述固定板23上，其中所述立柱22还可以是三根或者超过四根。所述起身机构还包 括三根滑动穿设在所述固定板23上的光轴导轨24、固定在所述光轴导轨24底部的传动 板25、固定在所述光轴导轨24顶部的顶板27，所述光轴导轨24的延伸方向为与地面垂 直的方向，光轴导轨24的数量还可以为超过三根。所述起身机构通过丝杠螺母机构使得 光轴导轨24相对固定板23升降，进一步而言，所述丝杠螺母机构包括固定在所述传动板 25上的螺母250、转动连接在固定板23上的丝杠26，所述丝杠26延伸方向与光轴导轨24 相同，所述的螺母250还旋设在所述丝杠26上。所述传动板25上固定有起身电机251， 所述起身电机251通过带传动结构驱动所述丝杠26旋转，当丝杠26旋转时，螺母250能 够相对丝杠26滑动，进而带动传动板25、光轴导轨24相对丝杠26滑动，最终实现顶板 27伸缩。水平旋转机构3，参见图4。所述水平旋转机构3包括安装板31、固定在安装板31底部的圆盘32，所述圆盘 32转动设置在起身机构3的顶板27上，具体而言，所述圆盘32底部设置有深沟球轴承 (图中不可见)，深沟球轴承外圆周面在顶板27上滚动，因而圆盘32与顶板27之间的摩 擦力很小。所述安装板31上固定有驱动轴310，所述顶板27上固定有用于驱动所述驱 动轴310的转身电机34。所述水平旋转机构2还包括转动设置在顶板27上的限位滚轮 33，所述限位滚轮33的圆周面与所述圆盘32的圆周面抵靠，所述限位滚轮33为三个并 且均勻分布在一个圆周上，在某些场合下，限位滚轮33还可以为四个或者更多个，限位 滚轮33还可以用固定限位件替代，不过效果较差。限位滚轮33的作用主要是防止圆盘 32相对顶板27移位，避免驱动轴310由于承载过多的错位摩擦力而变形。机械手臂4，参见图5。所述机械手臂4包括固定在水平旋转机构3的安装板31上的导杆41，所述导杆 41为两根且延伸方向均为相对于地面的水平方向；还包括滑动设置在两根所述导杆41上 的滑块42，固定在安装板31上的伸缩电机43，固定在所述伸缩电机43的输出轴上的曲 柄44，一端与所述曲柄转动连接、另一端与所述滑块42转动连接的连杆45，固定在所述 滑块42上的连接轴46，固定在所述连接轴46上的连接座48。所述连接轴46为两根，且 延伸方向与导杆41平行，所述安装板31上还固定有线性轴承47，所述连接轴46滑动插 设在所述线性轴承47内。当所述伸缩电机43的输出轴转动时，曲柄44转动，进而带动 连杆45摆动，连杆45再带动滑块42相对导杆41滑动，连接轴46也相对导杆41滑动， 则带动连接座48相对安装板31滑动。夹紧机构5，参见图5、图6。所述夹紧机构5包括转动连接在机械手臂的连接座48上的转轴51，所述连接座 48上固定有旋转电机52，所述旋转电机52的输出轴与转轴51连接并驱动转轴51旋转。 所述卡爪50为对称设置的两个，被夹持物品卡在两个卡爪50之间。所述卡爪50的卡紧原理是所述转轴51上固定有两根夹紧滑轴53，两根所述夹紧滑轴53上滑动套设有夹 紧滑块54，所述转轴51上固定连接有夹紧电机55，夹紧电机55的输出轴上连接夹紧丝 杠56，所述夹紧滑块54上固定有夹紧螺母540，所述夹紧丝杠56旋设在所述夹紧螺母 540内；每个所述卡爪50上转动连接有第一驱动杆57的一端部、第二驱动杆58的一端 部，所述第一驱动杆的中部转动连接在夹紧滑块54上，所述第二驱动杆58的另一端部也 转动连接在夹紧滑块54上，所述夹紧滑块54、第一驱动杆57、卡爪55、第二驱动杆58 形成平行四边形机构；所述第一驱动杆57的另一端部转动连接在第三驱动杆59的一端 部，所述第三驱动杆59的另一端部与转轴51转动连接。当夹紧电机55转动时，带动夹 紧丝杠56转动，进而使得夹紧滑块54相对转轴51伸缩，则带动第一驱动杆57转动，从 而使得卡爪55开合。所述第二驱动杆58可以为平行设置的多根。 本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何 本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改， 因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。
权利要求1.一种多自由度机器人，其特征在于该机器人主要由以下部分组成底盘，起身机 构，水平旋转机构，机械手臂，夹紧机构；其中，底盘作用于地面，且在相对于地面的 水平方向上能够自由移动；起身机构连接在底盘上，且在相对于地面的高度方向上能够 伸缩；水平旋转机构连接在起身机构上，且在相对于地面的水平面内能够旋转；机械手 臂连接在水平旋转机构上，且在相对于地面的水平方向上能够伸缩；夹紧机构设置在机 械手臂上，且在相对于地面的垂直面内能够旋转，所述夹紧机构还包括能够夹持物品的 卡爪。
2.如权利要求1所述的多自由度机器人，其特征在于所述底盘包括框架；从动 轮，所述从动轮与底盘转动连接；第一主动轮以及第二主动轮，所述第一主动轮与第二 主动轮与底盘转动连接，且分别被独立驱动。
3.如权利要求2所述的多自由度机器人，其特征在于所述第一主动轮固定连接在 第一传动轴的一端、所述第二主动轮固定连接在第二传动轴的一端，所述第一传动轴以 及第二传动轴均通过轴承转动连接在所述框架上。
4.如权利要求1所述的多自由度机器人，其特征在于所述起身机构包括底板，所 述底板固定在所述底盘上；立柱以及固定板，所述立柱的底端固定在所述底板上、顶端 固定在所述固定板上；滑动穿设在所述固定板上的光轴导轨、固定在所述光轴导轨底部 的传动板、固定在所述光轴导轨顶部的顶板，所述光轴导轨的延伸方向为与地面垂直的 方向；用于驱动光轴导轨相对固定板升降的丝杠螺母机构。
5.如权利要求1所述的多自由度机器人，其特征在于所述水平旋转机构包括安装 板、固定在安装板底部的圆盘，所述圆盘转动设置在起身机构上。
6.如权利要求5所述的多自由度机器人，其特征在于所述圆盘底部设置有深沟球 轴承，所述深沟球轴承的外圆周面与起身机构接触。
7.如权利要求1所述的多自由度机器人，其特征在于所述机械手臂包括固定在水 平旋转机构上的导杆；滑动设置在所述导杆上的滑块；固定在水平旋转机构上的伸缩电 机；固定在所述伸缩电机的输出轴上的曲柄；一端与所述曲柄转动连接、另一端与所述 滑块转动连接的连杆；固定在所述滑块上的连接轴，固定在所述连接轴上的连接座。
8.如权利要求1所述的多自由度机器人，其特征在于所述夹紧机构包括转动连接 在机械手臂上的能够相对机械手臂旋转的转轴，设置在所述转轴上的卡爪，所述卡爪为 对称设置的两个。
专利摘要本实用新型涉及一种多自由度机器人，包括底盘，起身机构，水平旋转机构，机械手臂，夹紧机构；其中，底盘作用于地面，且在相对于地面的水平方向上能够自由移动；起身机构连接在底盘上，且在相对于地面的高度方向上能够伸缩；水平旋转机构连接在起身机构上，且在相对于地面的水平面内能够旋转；机械手臂连接在水平旋转机构上，且在相对于地面的水平方向上能够伸缩；夹紧机构设置在机械手臂上，且在相对于地面的垂直面内能够旋转，所述夹紧机构还包括能够夹持物品的卡爪。该机器人能够在地面自由直行和转弯，可将放在一定高度的物品夹取并放置到指定位置，且控制简单。
文档编号B25J5/00GK201800035SQ20102029993
公开日2011年4月20日 申请日期2010年8月20日 优先权日2010年8月20日
发明者于桂兰, 姚佳豪, 尹凤霞, 张欢欢 申请人:上海电机学院