一种机器人机械臂的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种机器人机械臂。

背景技术：

随着移动机器人应用的迅速发展，具有抓取功能的机械臂在移动车体上得到了广泛的应用。发明人发现，现有的机械臂大多将动力输入机构(电机+减速器)外置于关节处，电机线缆暴露于机械臂外，通过线缆管夹将电机线缆引出集中，既影响美观又给非结构环境下的操作带来隐患，少数内部走线的机械臂采用谐波减速器+无框电机的方式，成本高昂，限制了移动机器人更广泛的应用。同时，将动力输入机构置于关节处，使得重量集中于关节，不仅增大了机械臂的外形尺寸，而且对电机的驱动扭矩提出来更高的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种机器人机械臂，具有结构紧凑、成本低廉，重心分布合理的特点。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种机器人机械臂，包括：

旋转平台底座；

大臂：内部具有第一驱动机构及第二驱动机构，第一驱动机构与设置在大臂内部一端的第一锥齿轮连接，第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合，第二锥齿轮通过第一连接机构与旋转平台底座固定连接；

小臂：通过第二连接机构与第四锥齿轮连接，所述第四锥齿轮与设置在大臂另一端的第三锥齿轮相啮合，第三锥齿轮与第二驱动机构连接，小臂内设有第三驱动机构，第三驱动机构与小臂内的第四驱动机构连接，能够驱动第四驱动机构绕第三驱动机构轴线的转动。

抓手机构：与第四驱动机构连接，第四驱动机构能够驱动抓手的运动。

进一步的，所述第一驱动机构采用第一电机，所述第一电机的输出轴与第一锥齿轮连接，第二锥齿轮设置在大臂端部设置的第一关节内。

进一步的，所述第一连接机构包括与第二锥齿轮固定连接的第一套筒及与旋转平台底座连接的第一涨套，所述第一套筒与第一关节转动连接，所述第一套筒与第一涨套的内圈部分固定连接，所述第一涨套的外圈部分与旋转平台底座设置的第三关节固定连接。

进一步的，所述第二驱动机构采用第二电机，所述第二电机输出轴与第三锥齿轮连接，第四锥齿轮设置在大臂端部设置的第二关节内。

进一步的，所述第二连接机构包括与第四锥齿轮固定连接的第二套筒及设置在小臂端部的第二涨套，所述第二套筒与第二关节转动连接，所述第二套筒与第二涨套的内圈部分固定连接，所述第二涨套的外圈部分与小臂端部的第四关节固定连接。

进一步的，所述第三驱动机构为第三电机、第四驱动机构为第四电机，所述第三电机的输出轴与连接轴的一端固定连接，连接轴的另一端与第四电机固定连接。

进一步的，所述连接轴连接有导电滑环，所述导电滑环的转子端与连接轴连接，导电滑环的定子端固定设置，所述第四驱动机构的控制线缆与导电滑环的转子端连接，第三驱动机构的控制线缆和导电滑环定子端线缆穿过小臂内部空间进入大臂内部空间，并与第一驱动机构及第二驱动机构的控制线缆合并，合并后的控制线缆穿过大臂和旋转平台底座后引出。

进一步的，所述抓手机构包括抓手座，所述抓手座连接有传动机构，所述传动机构与第一夹爪和第二夹爪连接，所述第四驱动机构与传动机构连接，第四驱动机构能够通过传动机构带动第一夹爪和第二夹爪的张开和闭合。

进一步的，所述传动机构包括与抓手座转动连接的第一蜗轮轴和第二蜗轮轴，第一蜗轮轴固定有第一蜗轮，第二蜗轮轴固定有第二蜗轮，第一蜗轮与第二蜗轮之间设有与第一蜗轮及第二蜗轮啮合的蜗杆，蜗杆与第四驱动机构连接，第一蜗轮轴与第一连杆的一端固定连接，第二蜗轮轴与第二连杆的一端固定连接，第一连杆的另一端与第一夹爪端部铰接，第二连杆的另一端与第二夹爪端部铰接，第一夹爪还与第三连杆一端铰接，第三连杆另一端与抓手座铰接，第三连杆与第一连杆平行设置，第二夹爪还与第四连杆一端铰接，第四连杆另一端与抓手座铰接，第四连杆与第二连杆平行设置。

进一步的，所述小臂还安装有摄像头。

本发明的有益效果：

1.本发明的机器人机械臂，第一驱动机构及第二驱动机构布置在大臂内部，第三驱动机构及第四驱动机构布置在小臂内部，结构紧凑，重心分布合理，机械臂的动力输出装置置于大臂或小臂内部，避免了传统的机械臂重量集中于关节，增大了机械臂尺寸，对电机驱动扭矩要求高的缺陷。

2.本发明的机器人机械臂，电机控制线缆布置在大臂及小臂内部，没有暴露在机械臂外，美观效果好，同时不会对非结构环境下的操作带来安全隐患。

3.本发明的机器人机械臂，第一驱动机构、第二驱动机构、第三驱动机构及第四驱动机构均采用普通直流电机，成本低，有利于机器人机械臂的广泛应用。

4.本发明的机器人机械臂，传动机构形成了平行四边形连杆机构，第一夹爪和第二夹爪为平行开闭，适用于狭小环境下对物体的抓取。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1整体结构示意图；

图2为本发明实施例1旋转平台底座结构示意图；

图3为本发明实施例1旋转平台底座爆炸结构示意图；

图4为本发明实施例1大臂结构示意图；

图5为本发明图4中的a向截面示意图；

图6为本发明实施例1大臂爆炸结构示意图；

图7为本发明实施例1小臂结构示意图；

图8为本发明图7中的b向截面示意图；

图9为本发明实施例1小臂爆炸结构示意图；

图10为本发明实施例1抓手机构结构示意图；

图11为本发明实施例1抓手机构内部结构示意图；

其中，1.旋转平台底座，1-1.光电开关，1-2.检测板，1-3.第三关节，1-4.第一涨套，1-5.旋转电机2.大臂，2-1.大臂臂管，2-2.第一关节，2-3.第二关节，2-4.第一电机，2-5.第一电机座，2-5-1.缺口，2-6.定位环，2-7.卡口，2-8.第一锥齿轮，2-9.关节盖，2-10.轴承ⅰ，2-11.轴套ⅰ，2-12.第二锥齿轮，2-13.第一套筒，2-14.轴承ⅱ，2-15.圆螺母，2-16.轴套ⅱ，2-17.轴承端盖，2-18.第二电机，2-19.第二套筒，2-20.防护罩，2-21.第三锥齿轮，2-22.第四锥齿轮，3.小臂，3-1.小臂臂管，3-2.第四关节，3-3.第二涨套，3-4.第三电机，3-5.第四电机，3-6.第三电机座，3-7.连接轴，3-8.传动键，3-9.传动套，3-10.第四电机座，3-11.滑动轴承，3-12.聚四氟轴瓦，3-13.导电滑环，3-14.传动轴，4.抓手机构，4-1.安装底板，4-2.侧板，4-3.第一蜗轮轴，4-4.第二蜗轮轴，4-5.第一蜗轮，4-6.第二蜗轮，4-7.蜗杆，4-8.轴承ⅲ，4-9.第一连杆，4-10.第一夹爪，4-11.第三连杆，4-12.铰接轴，4-13.第二连杆，4-14.第二夹爪，4-15.第四连杆。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有的机器人机械臂成本高，外形大，对电机驱动扭矩要求高且具有一定的安全隐患，针对上述问题，本申请提出了一种机器人机械臂。

本申请的一种典型实施方式实施例1中，如图1-11所示，一种机器人机械臂，包括旋转平台底座1、大臂2、小臂3及抓手机构4，所述小臂上安装有摄像头5，用于对抓手机构抓取物体的情况进行图像采集，方便监控。

所述旋转平台底座能够通过螺钉与用于承载机械臂的车体连接，所述旋转平台底座采用现有的旋转平台即可，其安装有光电开关1-1和检测板1-2，由旋转电机1-5对其提供动力，旋转电机可带动旋转平台底座的输出法兰做旋转运动。

所述大臂包括大臂臂管2-1，内部具有空腔，所述大臂臂管的两端分别设有第一关节2-2和第二关节2-3，所述第一关节及第二关节均为l型的筒状结构，包括相互垂直的第一关节部及第二关节部，第一关节部的一端利用关节盖2-9进行密封，所述第二关节部包括直径大小不同的两部分，其中直径较小的部分可插入大臂臂管中，并利用螺钉与大臂臂管进行固定。

所述大臂臂管内部设有第一驱动机构及第二驱动机构。

所述第一驱动机构采用第一电机2-4，所述第一电机与第一电机座2-5固定连接，所述第一电机座通过螺钉与第一关节的第二关节部固定连接，所述第一电机座端部固定有半圆状结构的定位环2-6，所述定位环两端设有凸起结构，所述凸起结构可卡入第一关节设置的卡口2-7中，通过使用不同厚度的定位环，可改变第一锥齿轮和第二锥齿轮支架的啮合间隙。

所述第一电机的输出轴与第一锥齿轮2-8连接，所述第一锥齿轮固定有第一齿轮轴，所述第一锥齿轮和第一齿轮轴一体式连接，第一齿轮轴通过平键与第一电机的输出轴固定连接，所述第一齿轮轴穿过第一电机座中部设置的空腔，第一齿轮轴通过两个轴承ⅰ2-10与第一电机座转动连接，两个轴承ⅰ之间设有轴套ⅰ2-11。

所述第一锥齿轮与设置在第一关节的第一关节部内的第二锥齿轮2-12相啮合，所述第二锥齿轮与第一连接机构连接，所述第一连接机构包括第一套筒2-13、第一涨套1-4，所述第二锥齿轮与第一套筒固定连接，所述第一套筒通过轴承ⅱ2-14与第一关节的第一关节部转动连接，轴承ⅱ的内圈利用圆螺母2-15和轴套ⅱ2-16进行定位固定，轴承ⅱ的外圈利用轴承端盖2-17进行定位和固定。

所述第一套筒与设置在旋转平台底座的第一涨套的内圈部分固定连接，所述第一涨套的外圈部分与旋转平台底座设置的第三关节固定连接，所述第三关节固定在旋转平台底座的输出法兰，所述第三关节也为筒状结构，其一端利用关节盖进行密封。

第二锥齿轮通过第一套筒、第一涨套1-4与旋转平台底座上的第三关节1-3固定连接，第一电机工作，第一电机输出轴能够带动第一锥齿轮转动，第一锥齿轮转动的同时，能够绕第二锥齿轮轴线做回转运动，从而带动大臂相对于旋转平台底座的转动。

所述第一套筒通过第一涨套与第三关节固定连接，加工方便，第一套筒也可与第三关节直接固定连接。

所述第一电机座上设置有扇形的缺口2-5-1，用于控制线缆的穿过，所述第一锥齿轮的一侧设有防护罩，所述防护罩2-20与第一电机座固定连接，用于防止第一锥齿轮和控制线缆产生干涉。

所述第二驱动机构为第二电机2-18，所述第二电机通过第二电机座与大臂臂管固定连接，所述第二电机的输出轴与第三锥齿轮2-21连接，第三锥齿轮与位于大臂端部第二关节内的第四锥齿轮2-22相啮合，所述第四锥齿轮与第二连接机构连接，第四锥齿轮通过第二连接机构与小臂连接，所述第二电机座的结构与第一电机座结构相同，第二电机与第三锥齿轮、第二电机座的装配方式与第一电机与第一锥齿轮、第一电机座的装配方式相同，第二电机座与第二关节的连接方式与第一电机座与第一关节的连接方式相同，在此不进行详细叙述。

所述第二连接机构包括与第四锥齿轮固定连接的第二套筒2-19，所述套筒通过轴承与第二关节转动连接，所述第二套筒与固定在小臂端部第四关节3-2内的第二涨套3-3的内圈部分固定连接，第二涨套的外圈部分与第四关节固定连接。

第二电机能够带动第三锥齿轮的转动，第三锥齿轮带动第四锥齿轮转动，第四锥齿轮带动第二套筒的转动，第二套筒带动第二涨套的内圈部分转动，利用第二涨套内圈部分和外圈部分的摩擦力，第二涨套的外圈部分带动小臂的转动。

小臂包括小臂臂管3-1，所述小臂臂管内设有第三驱动机构及第四驱动机构，所述第三驱动机构采用第三电机3-4，所述第四驱动机构采用第四电机3-5，所述第三电机通过第三电机座3-6与小臂臂管固定连接，第三电机座设置有用于控制线缆穿过的扇形缺口，所述第三电机的输出轴与连接轴3-7的一端固定连接，连接轴的另一端固定有传动键3-8，所述传动键与传动套3-9连接，传动套与第四电机座3-10固定连接，所述第四电机固定在第四电机座上，所述第四电机座通过滑动轴承3-11与小臂臂管的内侧面转动连接，第三电机能够通过连接轴、传动键、传动套及第四电机座带动第四电机整体绕第三电机轴线的转动，所述第四电机座具有环状凸台，环状凸台位于滑动轴承和安装在小臂臂管内部的聚四氟轴瓦3-12之间，第四电机座通过环状凸台、滑动轴承和聚四氟轴瓦进行定位固定，所述聚四氟轴瓦由两个半圆环状的轴瓦部构成。

所述连接轴采用阶梯轴结构，所述连接轴上安装有导电滑环3-13，所述导电滑环的转子端与连接轴固定连接，导电滑环的定子端与第三电机座固定连接。

第四电机的控制线缆连接到导电滑环的转子端，第三电机的控制线缆和导电滑环的定子端电缆依次穿过小臂、第二套筒、第二电机座的扇形缺口后与第一电机和第二电机的控制线缆合并，合并后的控制线缆穿过大臂、第一套筒及第三关节后由旋转平台底座引出。

第一电机、第二电机、第三电机及第四电机的控制线缆均位于大臂或小臂内部，控制线缆不会暴露至外部空间，美观效果好，且消除了非结构环境下操作带来的安全隐患。

所述第四电机的输出轴与传动轴3-14固定连接，所述传动轴与抓手机构固定连接。

所述抓手机构包括抓手座，所述抓手座连接有传动机构，所述传动机构与第一夹爪及第二夹爪连接，所述抓手座为u型结构，包括安装底板4-1及固定在安装底板两侧的侧板4-2，所述传动机构包括蜗轮轴、蜗轮、蜗杆及连杆，两个侧板之间设有两根平行分布的第一蜗轮轴4-3及第二蜗轮轴4-4，第一蜗轮轴及第二蜗轮轴的两端通过轴承与侧板转动连接，所述第一蜗轮轴上通过花键连接固定有第一蜗轮4-5，所述第二蜗轮轴上通过花键连接固定有第二蜗轮4-6，所述第一蜗轮及第二蜗轮之间设置有蜗杆4-7，所述蜗杆与传动轴固定连接，所述蜗杆与安装底板通过轴承ⅲ4-8转动连接，所述轴承利用圆螺母进行定位和固定，所述蜗杆与第一蜗轮及第二蜗轮相啮合，蜗杆能够带动第一蜗轮及第二蜗轮的转动，并通过第一蜗轮及第二蜗轮分别带动第一蜗轮轴及第二蜗轮轴的转动。

所述第一蜗轮轴与第一连杆4-9的一端固定连接，第一连杆的另一端与第一夹爪4-10的一端铰接，所述第一夹爪的另一端用于夹持物体，所述第一夹爪的中部位置还与第三连杆4-11的一端铰接，第三连杆的另一端通过铰接轴4-12与两个侧板铰接，所述第二蜗轮轴与第二连杆4-13的一端固定连接，第二连杆的另一端与第二夹爪4-14的一端铰接，第二夹爪的另一端用于同第一夹爪共同夹持物体，所述第二夹爪的中部位置与第四连杆4-15的一端铰接，第四连杆的另一端通过铰接轴与两个侧板铰接，第一夹爪及第二夹爪用于夹持物体的端部设有锯齿状结构，用于增大与夹持物体的摩擦力，保证夹持效果，第一连杆、第一夹爪、第三连杆构成平行四边形连杆机构，第二连杆、第二夹爪、第四连杆构成平行四边形连杆机构，蜗杆能够带动第一蜗轮轴及第二蜗轮轴转动，通过第一连杆、第二连杆、第三连杆及第四连杆带动第一夹爪和第二夹爪做平行的开闭运动，从而实现对物体的夹持和松开，第一夹爪和第二夹爪采用平行的开闭运动，适用于狭小环境下对物体的抓取。

本实施例中，旋转平台底座可以带动大臂、小臂及抓手机构做沿其轴线的旋转运动，第一电机能够带动大臂做相对于旋转平台底座的转动，第二电机能够带动大臂和小臂直接角度的变化，所述第三电机能够带动第四电机及抓手机构做绕小臂轴线的转动，适合安装在遥控移动平台上，对物体进行抓取。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。