一種仿生機械臂的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種仿生機械臂，包括有底座，所述的底座上固定有底座支架和直線運動控制件，所述的底座支架的上端鉸接有大臂座,該大臂座與所述直線運動控制件相連接，所述的大臂座與大臂桿的一端相連接,所述的大臂桿的另一端與小臂桿相鉸接，所述的大臂桿遠離所述小臂桿一端設置有絲桿步進電機，該絲桿步進電機上伸縮桿鉸接于所述小臂桿的一端，所述的小臂桿的另一端設置有手爪固定件。本實用新型的優(yōu)點在于，結構簡單、合理，其充分利用杠桿原理，將控制件遠離鉸接點設置，不僅起到了省力的作用，減輕了機械臂的重量，而且使末端的受力減小，從而降低對材料以及加工工藝的要求，有效降低了生產(chǎn)成本。
【專利說明】
一種仿生機械臂
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及機器人技術領域，尤其涉及一種仿生機械臂。
【背景技術】
[0002]隨著科技的不斷發(fā)展以及用人成本的不斷提高，現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中越來越多地使用機器人或者機械臂來完成生產(chǎn)，工業(yè)生產(chǎn)中機器人或者機械臂的廣泛使用不僅能夠提高自動化程度和提高生產(chǎn)效率，而且能夠降低勞動人員的工作強度和避免一些危險環(huán)境下的工作，例如在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，由機器人代替勞動人員完成工作能夠很好地保護勞動人員的安全。
[0003]另外，一些天生的殘疾人以及一些因意外而被截肢的殘疾人會安裝義肢，但是現(xiàn)有的義肢多數(shù)僅具有支撐的功能或者僅具有簡單的活動功能，隨著機器人技術的不斷發(fā)展，其結合仿生技術，相信在不久的將來，由機械臂代替義肢也將成為可能，而為殘疾人朋友帶來方便和福音。
[0004]如專利號為201210000857.4名稱為“仿生機械手”的實用新型專利，該專利公開了一種仿生機械手，包括沿豎直方向延伸的機身升降缸，在機身升降缸的輸出端上固設有繞機身升降缸中心軸線回轉(zhuǎn)的機身回轉(zhuǎn)缸，在機身回轉(zhuǎn)缸的輸出端上固設有沿水平方向延伸的手臂伸縮缸，在手臂伸縮缸上固設有繞手臂伸縮缸的中心軸線回轉(zhuǎn)的手腕回轉(zhuǎn)缸，在手腕回轉(zhuǎn)缸上的轉(zhuǎn)動輸出部上設置有用于抓取物品的手爪部。該機械手通過機身升降缸控制升降，通過機身回轉(zhuǎn)缸繞升降缸中心軸線回轉(zhuǎn)，并通過手臂伸縮缸控制水平方向的運動，因此其手爪的運動范圍其實是圓柱體，活動范圍有限，活動也不夠靈活，作為工業(yè)用機械手可能已經(jīng)足夠，若用于其他領域則需要進一步改進。
[0005]如申請?zhí)枮?01510607815.0名稱為“一種多關節(jié)仿生機械臂”的實用新型專利公開文件，該公開文件公開了一種多關節(jié)仿生機械臂，包括基座、肩關節(jié)、肘關節(jié)、腕關節(jié)以及關節(jié)副組成，其特征在于肩關節(jié)安裝于基座內(nèi)；肘關節(jié)通過關節(jié)副安裝在肩關節(jié)端部;腕關節(jié)通過關節(jié)副布置于肘關節(jié)端部;關節(jié)副安裝在腕關節(jié)末端，并由安裝于腕關節(jié)內(nèi)的轉(zhuǎn)動電機和擺動電機驅(qū)動下實現(xiàn)轉(zhuǎn)動與擺動；基座、肩關節(jié)、肘關節(jié)和腕關節(jié)串聯(lián)成仿生機械臂，其模仿人體手臂具有多個關節(jié)，活動靈活，活動范圍大，但是其驅(qū)動各個關節(jié)的電機直接設置于該關節(jié)上，這樣便需要復雜的減速機構使其達到較高的末端載荷以及閉環(huán)控制電路來精確控制各關節(jié)的角度，還會增加末端的受力從而提高多材料以及制造工藝的要求，進而提高制造成本，因此其結構也需進一步改進。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的是提供一種仿生機械臂，克服上述現(xiàn)有技術存在的不足之處，其結構合理，控制準確，活動靈活，制造成本低。
[0007]本實用新型通過以下技術方案實現(xiàn):
[0008]—種仿生機械臂，包括有底座，所述的底座上固定有底座支架和直線運動控制件，所述的底座支架的上端鉸接有大臂座，該大臂座與所述直線運動控制件相連接，所述的大臂座與大臂桿的一端相連接，所述的大臂桿的另一端與小臂桿相鉸接，所述的大臂桿遠離所述小臂桿一端設置有絲桿步進電機，該絲桿步進電機上伸縮桿鉸接于所述小臂桿的一端，所述的小臂桿的另一端設置有手爪固定件。
[0009]所述的大臂座與大臂桿之間設置有旋轉(zhuǎn)電機，該旋轉(zhuǎn)電機固定于所述大臂座上，所述的旋轉(zhuǎn)電機的輸出軸與所述大臂桿相連接。
[0010]所述的絲桿步進電機上設置有歸零微動開關。
[0011]所述的大臂座與所述底座之間設置有重力平衡彈簧。
[0012]所述的重力平衡彈簧的數(shù)目為兩根，兩根重力平衡彈簧對稱設置于所述大臂座的兩側。
[0013]所述的小臂桿上開設有U字形槽，所述的大臂桿的端部嵌置于該U字形槽內(nèi)。
[0014]所述的手爪固定件用電磁鐵固定件或者氣動固定件。
[0015]所述的電磁鐵固定件包括電磁鐵支架和裝配于所述電磁鐵支架內(nèi)的電磁鐵，所述的電磁鐵支架上設置有信號連接線和電源連接線，所述的電源連接線分布于所述信號連接線的兩側。
[0016]所述的電磁鐵的數(shù)目為兩塊，兩塊電磁鐵分別嵌置于所述電磁鐵支架的凹槽內(nèi)。
[0017]所述的直線運動控制件為直線運動電機、直線運動液壓栗或者直線運動氣壓栗。
[0018]與現(xiàn)有技術相比，具有的有益效果為:本機械臂充分利用杠桿原理，將控制小臂桿活動的絲桿步進電機和大臂桿活動的直線運動控制件遠離鉸接點設置，不僅起到了省力的作用，減輕了機械臂的重量，而且使小臂桿和大臂桿末端的受力減小，從而降低對材料以及加工工藝的要求，有效降低了生產(chǎn)成本;另外，其通過手爪固定件固定手爪，使手爪采用分離式結構，方便了手爪的維修和更換，結構更為合理。
[0019]在大臂座與大臂桿之間設置有旋轉(zhuǎn)電機，使大臂桿能夠繞大臂座轉(zhuǎn)動，從而增加了一個自由度，使本機械臂的活動更為靈活，活動范圍更大。
[0020]而重力平衡彈簧的設置不僅減輕了直線運動控制件的受力負擔，更重要的是它能夠避免因突然斷電而導致使機械臂末端高速下降造成的安全隱患，使本機械臂的使用更加安全、可靠。
【附圖說明】
[0021]圖1是本實用新型的立體結構不意圖；
[0022]圖2是本實用新型另一視角的立體結構不意圖；
[0023]圖3是本實用新型電磁鐵固定件的立體結構示意圖。
[0024]其中，底座1、底座支架2、直線運動控制件3、大臂座4、旋轉(zhuǎn)電機41、重力平衡彈簧42、大臂桿5、小臂桿6、U字形槽61、絲桿步進電機7、伸縮桿71、歸零微動開關72、手爪固定件8、電磁鐵支架81、凹槽81a、電磁鐵82、信號連接線83、電源連接線84。
【具體實施方式】
[0025]為使本實用新型實施例的目的和技術方案更加清楚，下面將結合本實用新型實施例的附圖，對本實用新型實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例?；谒枋龅谋緦嵱眯滦偷膶嵤├?，本領域普通技術人員在無需創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0026]現(xiàn)在結合附圖對本實用新型作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實用新型的基本結構，因此其僅顯示與本實用新型有關的構成。
[0027]—種仿生機械臂，包括有底座I，所述的底座I上固定有底座支架2和直線運動控制件3，所述的底座支架2的上端鉸接有大臂座4，該大臂座4與所述直線運動控制件3相連接，所述的大臂座4與大臂桿5的一端相連接，所述的大臂桿5的另一端與小臂桿6相鉸接，所述的大臂桿5遠離所述小臂桿6—端設置有絲桿步進電機7，該絲桿步進電機7上伸縮桿71鉸接于所述小臂桿6的一端，所述的小臂桿6的另一端設置有手爪固定件8。
[0028]本機械臂充分利用杠桿原理，由直線運動控制件3和相連接的大臂座4以及大臂桿5構成一個杠桿，其杠桿支點設置于底座支架2上，其由直線運動控制件3控制大臂座4繞支點轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)大臂桿5的繞支點轉(zhuǎn)動，直線運動控制件3設置于遠離大臂桿5末端的位置，減輕了大臂桿5末端的受力。再由大臂桿5和小臂桿6構成另一個杠桿，從而形成類似于人體手臂肘關節(jié)的仿生結構，其小臂桿6的活動由絲桿步進電機7控制伸縮桿71的伸出與縮進來實現(xiàn);同時絲桿步進電機7固定于遠離杠桿支點的一端，減輕了小臂桿6末端的受力。
[0029]所述的大臂座4與大臂桿5之間設置有旋轉(zhuǎn)電機41，該旋轉(zhuǎn)電機41固定于所述大臂座4上，所述的旋轉(zhuǎn)電機41的輸出軸與所述大臂桿5相連接。
[0030]設置旋轉(zhuǎn)電機41，使大臂桿5能夠繞大臂座4轉(zhuǎn)動，從而增加了一個自由度，使本本機械臂的活動更為靈活，活動范圍更大。
[0031 ]所述的絲桿步進電機7上設置有歸零微動開關72。
[0032]由于絲桿步進電機7只能控制伸縮桿71的位移量而不能直接獲取伸縮桿71的位置信息，因此在絲桿步進電機7上設置歸零微動開關72。即每當機械臂上電啟動時，絲桿步進電機7的伸縮桿71都會自動移動到原點位置(縮回至最短狀態(tài))。當伸縮桿71移動到原點位置時便會觸碰到歸零微動開關72，歸零微動開關72由斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)為閉合狀態(tài)，這樣便可以得出伸縮桿71的起點位置，有了起點位置和位移量便可以得知伸縮桿71的位置了，通過設置歸零微動開關72能夠簡單、方便地獲取伸縮桿71的位置信息，從而能夠提高機械臂的控制精度。
[0033]所述的大臂座4與所述底座I之間設置有重力平衡彈簧42。
[0034]所述的重力平衡彈簧42的數(shù)目為兩根，兩根重力平衡彈簧42對稱設置于所述大臂座4的兩側。
[0035]重力平衡彈簧42的設置給予主要由大臂桿5以及小臂桿6構成的機械臂一個向下的力，該力用于平衡大臂桿5以及小臂桿6的重力，避免大臂桿5以及小臂桿6的重力以及重力所產(chǎn)生的彎矩對直線運動控制件3造成過大的負擔，進而提高對直線運動控制件3選擇的要求。另外，重力平衡彈簧42也起到安全保護作用，避免因為突然斷電而使機械臂末端高速下降而造成的安全隱患，也降低了機械臂的受損率。
[0036]所述的小臂桿6上開設有U字形槽61，所述的大臂桿5的端部嵌置于該U字形槽61內(nèi)，并通過一轉(zhuǎn)軸穿過小臂桿6以及大臂桿5從而形成鉸接，這樣結構更為緊湊。
[0037]本機械臂的手爪采用分離式結構，大大方便了手爪的維修和更換。本實施例中，所述的手爪固定件8采用電磁鐵固定件。
[0038]所述的電磁鐵固定件包括電磁鐵支架81和裝配于所述電磁鐵支架81內(nèi)的電磁鐵82，所述的電磁鐵支架81上設置有信號連接線83和電源連接線84，所述的電源連接線84分布于所述信號連接線83的兩側。
[0039]所述的電磁鐵82的數(shù)目為兩塊，兩塊電磁鐵82分別嵌置于所述電磁鐵支架81的凹槽81a內(nèi)。
[0040]電磁鐵82通電后產(chǎn)生電磁力從而固定住手爪，電源連接線84為手爪提供電源，信號連接線83則保證了對手爪控制信號的傳輸。
[0041 ]上述的電磁鐵固定件也可由氣動固定件代替。
[0042]本實施例中，所述的直線運動控制件3采用直線運動電機，直線運動電機也可由直線運動液壓栗或者直線運動氣壓栗代替。
[0043]本機械臂結構簡單、合理，制造成本低，合適應用于各個領域，如工業(yè)生產(chǎn)與制造方面的噴漆作業(yè)，精密器件的組裝作業(yè)等;農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領域的噴灑農(nóng)藥和機器人采摘;也在家庭用于清潔作業(yè)。
[0044]以上述依據(jù)本實用新型的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關工作人員完全可以在不偏離本項實用新型技術思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項實用新型的技術性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權利要求范圍來確定其技術性范圍。
[0045]本技術領域技術人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本實用新型所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現(xiàn)有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
【主權項】
1.一種仿生機械臂，所述仿生機械臂包括有底座(I)，其特征在于:所述的底座(I)上固定有底座支架(2)和直線運動控制件(3)，所述的底座支架(2)的上端鉸接有大臂座(4)，該大臂座(4)與所述直線運動控制件(3)相連接，所述的大臂座(4)與大臂桿(5)的一端相連接，所述的大臂桿(5)的另一端與小臂桿(6)相鉸接，所述的大臂桿(5)遠離所述小臂桿(6)一端設置有絲桿步進電機(7)，該絲桿步進電機(7)上伸縮桿(71)鉸接于所述小臂桿(6)的一端，所述的小臂桿(6)的另一端設置有手爪固定件(8)。2.如權利要求1所述一種仿生機械臂，其特征在于:所述的大臂座(4)與大臂桿(5)之間設置有旋轉(zhuǎn)電機(41)，該旋轉(zhuǎn)電機(41)固定于所述大臂座(4)上，所述的旋轉(zhuǎn)電機(41)的輸出軸與所述大臂桿(5)相連接。3.如權利要求2所述一種仿生機械臂，其特征在于:所述的絲桿步進電機(7)上設置有歸零微動開關(72)。4.如權利要求3所述一種仿生機械臂，其特征在于:所述的大臂座(4)與所述底座(I)之間設置有重力平衡彈簧(42)。5.如權利要求4所述一種仿生機械臂，其特征在于:所述的重力平衡彈簧(42)的數(shù)目為兩根，兩根重力平衡彈簧(42)對稱設置于所述大臂座(4)的兩側。6.如權利要求5所述一種仿生機械臂，其特征在于:所述的小臂桿(6)上開設有U字形槽(61)，所述的大臂桿(5)的端部嵌置于該U字形槽(61)內(nèi)。7.如權利要求6所述一種仿生機械臂，其特征在于:所述的手爪固定件(8)用電磁鐵固定件或者氣動固定件。8.如權利要求7所述一種仿生機械臂，其特征在于:所述的電磁鐵固定件包括電磁鐵支架(81)和裝配于所述電磁鐵支架(81)內(nèi)的電磁鐵(82)，所述的電磁鐵支架(81)上設置有信號連接線(83)和電源連接線(84)，所述的電源連接線(84)分布于所述信號連接線(83)的兩側。9.如權利要求8所述一種仿生機械臂，其特征在于:所述的電磁鐵(82)的數(shù)目為兩塊，兩塊電磁鐵(82)分別嵌置于所述電磁鐵支架(81)的凹槽(81a)內(nèi)。10.如權利要求9所述一種仿生機械臂，其特征在于:所述的直線運動控制件(3)為直線運動電機、直線運動液壓栗或者直線運動氣壓栗。
【文檔編號】B25J19/00GK205415633SQ201620246654
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月28日
【發(fā)明人】湯志強
【申請人】湯志強