本發(fā)明涉及機(jī)械手臂的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)伸縮型機(jī)械手臂。

背景技術(shù)：

關(guān)節(jié)機(jī)器人，也稱(chēng)關(guān)節(jié)手臂機(jī)器人或關(guān)節(jié)機(jī)械手臂，是當(dāng)今工業(yè)領(lǐng)域中最常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)器人的形態(tài)之一，適合用于諸多工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)械自動(dòng)化作業(yè)。對(duì)于關(guān)節(jié)機(jī)器人，關(guān)節(jié)是其重要組成部分，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手臂的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

目前，大多數(shù)關(guān)節(jié)機(jī)器人，其每?jī)蓷l機(jī)械手臂之間只有一種相對(duì)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)關(guān)節(jié)機(jī)器人需要較復(fù)雜的動(dòng)作或者需要到達(dá)較廣的區(qū)域范圍時(shí)，需要用多個(gè)手臂和多個(gè)關(guān)節(jié)組合而成，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明的目的：本發(fā)明公開(kāi)一種可全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)伸縮型機(jī)械手臂，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的伸縮和全方位轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就可以減少關(guān)節(jié)機(jī)器人的機(jī)械手臂和關(guān)節(jié)的數(shù)量，簡(jiǎn)化關(guān)節(jié)機(jī)器人結(jié)構(gòu)。

技術(shù)方案：為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明公開(kāi)了一種可全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)伸縮型機(jī)械手臂，包括相嚙合的第一齒輪和第二齒輪，第一齒輪穿設(shè)在第一轉(zhuǎn)軸上，并通過(guò)第一轉(zhuǎn)軸與第一支架相連接，第二齒輪穿設(shè)在第二轉(zhuǎn)軸上，并通過(guò)第二轉(zhuǎn)軸與第二支架相連接，第一轉(zhuǎn)軸與第二轉(zhuǎn)軸之間設(shè)有連接臂；其中第一轉(zhuǎn)軸與第一驅(qū)動(dòng)裝置相連接，第一支架與第二驅(qū)動(dòng)裝置相連接，第二支架與可伸縮的外部機(jī)械臂相連接，外部機(jī)械臂的內(nèi)部設(shè)有絲杠裝置；所述外部機(jī)械臂包括第一機(jī)械臂和第二機(jī)械臂，其中第二機(jī)械臂一端設(shè)置在第一機(jī)械臂的中空腔體內(nèi)，絲杠裝置包括絲桿和套設(shè)在絲桿上的螺母，其中絲桿一端設(shè)置在第一機(jī)械臂的中空腔體內(nèi)并與第一機(jī)械臂相連接，另一端設(shè)置在第二機(jī)械臂的中空腔體內(nèi)，螺母的外周與第二機(jī)械臂的中空腔體內(nèi)壁固定連接。這種設(shè)計(jì)通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)機(jī)械關(guān)節(jié)繞著軸線X旋轉(zhuǎn)，通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)裝置以及第一齒輪帶動(dòng)第二齒輪與第二支架繞著第一齒輪旋轉(zhuǎn)，因此可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的全方位轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)絲杠裝置實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的伸縮，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、傳動(dòng)可靠的特點(diǎn)。

進(jìn)一步的，上述一種可全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)伸縮型機(jī)械手臂，所述第一支架包括底板和分別設(shè)置在底板兩端的兩個(gè)側(cè)板，第一轉(zhuǎn)軸兩端分別與兩個(gè)側(cè)板相連接，第二驅(qū)動(dòng)裝置與底板相連接。這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，機(jī)械關(guān)節(jié)的軸線X與第一轉(zhuǎn)軸相垂直；機(jī)械關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的精度高、可控性好。

進(jìn)一步的，上述一種可全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)伸縮型機(jī)械手臂，所述第一齒輪兩端分別設(shè)有擋板，且擋板高于第一齒輪的齒頂。這種設(shè)計(jì)起到對(duì)第二齒輪的限位作用，由于支架、連接臂等部件在安裝時(shí)產(chǎn)生的間隙，當(dāng)?shù)诙?qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)機(jī)械關(guān)節(jié)繞著軸線X旋轉(zhuǎn)時(shí)，第一齒輪有帶動(dòng)第二齒輪繞軸線X旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，輪齒之間會(huì)發(fā)生碰撞和移位，長(zhǎng)此以往，可能會(huì)導(dǎo)致輪齒的磨損和斷裂，而擋板與第二齒輪的端面接觸、受力，可以大大緩解輪齒之間的磨損和撞擊，提高使用壽命。

進(jìn)一步的，上述一種可全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)伸縮型機(jī)械手臂，所述第一驅(qū)動(dòng)裝置包括第一步進(jìn)電機(jī)，安裝在第一步進(jìn)電機(jī)上的第一電機(jī)齒輪，以及與第一電機(jī)齒輪相嚙合的第一傳動(dòng)齒輪，其中第一傳動(dòng)齒輪安裝在第一轉(zhuǎn)軸上。這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)，可以通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)的角位移量，來(lái)控制第二齒輪與第二支架的轉(zhuǎn)動(dòng)位置，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；也可以結(jié)合感應(yīng)裝置，到達(dá)設(shè)定的位置。

進(jìn)一步的，上述一種可全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)伸縮型機(jī)械手臂，所述第二驅(qū)動(dòng)裝置包括第二步進(jìn)電機(jī)，安裝在第二步進(jìn)電機(jī)上的第二電機(jī)齒輪，以及與第二電機(jī)齒輪相嚙合的第二傳動(dòng)齒輪，其中第二傳動(dòng)齒輪通過(guò)第三轉(zhuǎn)軸與底板相連接，且第三轉(zhuǎn)軸的軸線通過(guò)第一齒輪的圓心。這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)，同樣通過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的，機(jī)械關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)可以隨時(shí)停止和開(kāi)始，以及保持在任意的位置；第三轉(zhuǎn)軸軸線通過(guò)第一齒輪圓心的設(shè)計(jì)，使機(jī)械關(guān)節(jié)通過(guò)旋轉(zhuǎn)可以到達(dá)的區(qū)域呈球面狀。

進(jìn)一步的，上述一種可全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)伸縮型機(jī)械手臂，所述第二支架設(shè)有一組長(zhǎng)圓孔，并通過(guò)長(zhǎng)圓孔與第一機(jī)械臂固定連接。這種設(shè)計(jì)可以調(diào)整外部機(jī)械壁的安裝位置，適用性廣。

進(jìn)一步的，上述一種可全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)伸縮型機(jī)械手臂，還包括基座，基座與第三轉(zhuǎn)軸之間通過(guò)軸承連接，第二步進(jìn)電機(jī)安裝在基座上，基座與第三機(jī)械臂固定連接。

進(jìn)一步的，上述一種可全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)伸縮型機(jī)械手臂，所述絲桿由第三步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。通過(guò)步進(jìn)電機(jī)可以對(duì)伸縮量進(jìn)行準(zhǔn)確控制,結(jié)合外部的傳感器,可以使機(jī)械手臂到達(dá)所需的位置。

進(jìn)一步的，上述一種可全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)伸縮型機(jī)械手臂，所述第一機(jī)械臂與第二機(jī)械臂之間設(shè)有一組滾珠，第一機(jī)械臂上設(shè)有形狀相適應(yīng)的凹陷部。這種滾珠的設(shè)計(jì)將第一機(jī)械臂與第二機(jī)械臂之間的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦，使機(jī)械臂的伸縮更順暢。

上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明所述的一種可全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)伸縮型機(jī)械手臂，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、傳動(dòng)可靠；可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的伸縮和全方位轉(zhuǎn)動(dòng)，其可以到達(dá)的區(qū)域?yàn)槌是驙畹目臻g，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)在區(qū)域內(nèi)的準(zhǔn)確定位，可以結(jié)合感應(yīng)裝置，到達(dá)設(shè)定的位置；其旋轉(zhuǎn)精度高，可控性好；另外還有適用性好，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述的一種可全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)伸縮型機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明所述的一種可全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)伸縮型機(jī)械手臂的關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1-第一齒輪，2-第二齒輪，3-第一轉(zhuǎn)軸，4-第一支架，41-底板，42-側(cè)板，5-第二轉(zhuǎn)軸，6-第二支架，61-長(zhǎng)圓孔，7-連接臂，8-第一驅(qū)動(dòng)裝置，81-第一步進(jìn)電機(jī)，82-第一電機(jī)齒輪，83-第一傳動(dòng)齒輪，9-第二驅(qū)動(dòng)裝置，91-第二步進(jìn)電機(jī)，92-第二電機(jī)齒輪，93-第二傳動(dòng)齒輪，10-擋板，11-第三轉(zhuǎn)軸，12-基座，13-外部機(jī)械臂，131-第一機(jī)械臂，132-第二機(jī)械臂，14-絲杠裝置，141-絲桿，142-螺母，15-第三機(jī)械臂，16-滾珠。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的描述。

實(shí)施例

本發(fā)明的一種可全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)伸縮型機(jī)械手臂，如圖1和圖2所示，包括相嚙合的第一齒輪1和第二齒輪2，第一齒輪1兩端分別設(shè)有擋板10，且擋板10高于第一齒輪1的齒頂，對(duì)第二齒輪2起到限位作用；第一齒輪1穿設(shè)在第一轉(zhuǎn)軸3上，并通過(guò)第一轉(zhuǎn)軸3與第一支架4相連接，第二齒輪2穿設(shè)在第二轉(zhuǎn)軸5上，并通過(guò)第二轉(zhuǎn)軸5與第二支架6相連接，第一轉(zhuǎn)軸3與第二轉(zhuǎn)軸5之間設(shè)有連接臂7；第一支架4包括底板41和分別設(shè)置在底板41兩端的兩個(gè)側(cè)板42，第一轉(zhuǎn)軸3兩端分別與兩個(gè)側(cè)板42相連接，第二驅(qū)動(dòng)裝置9與底板41相連接；其中第一轉(zhuǎn)軸3與第一驅(qū)動(dòng)裝置8相連接，第一驅(qū)動(dòng)裝置8包括第一步進(jìn)電機(jī)81，安裝在第一步進(jìn)電機(jī)81上的第一電機(jī)齒輪82，以及與第一電機(jī)齒輪82相嚙合的第一傳動(dòng)齒輪83，其中第一傳動(dòng)齒輪83安裝在第一轉(zhuǎn)軸3上；第二驅(qū)動(dòng)裝置9包括第二步進(jìn)電機(jī)91，安裝在第二步進(jìn)電機(jī)91上的第二電機(jī)齒輪92，以及與第二電機(jī)齒輪92相嚙合的第二傳動(dòng)齒輪93，其中第二傳動(dòng)齒輪93通過(guò)第三轉(zhuǎn)軸11與底板41相連接，且第三轉(zhuǎn)軸11的軸線通過(guò)第一齒輪1的圓心。

第二支架6設(shè)有一組長(zhǎng)圓孔61，并通過(guò)長(zhǎng)圓孔61與第一機(jī)械臂131固定連接；本發(fā)明的一種可全方位轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)伸縮型機(jī)械手臂還包括基座12，基座12與第三轉(zhuǎn)軸11之間通過(guò)軸承連接，第二步進(jìn)電機(jī)91安裝在基座12上，基座12與第三機(jī)械臂15固定連接。

第一齒輪1、第一傳動(dòng)齒輪83分別與第一轉(zhuǎn)軸3固定連接，第一轉(zhuǎn)軸3通過(guò)軸承與第一支架4轉(zhuǎn)動(dòng)連接；第一支架4的底板41與第三轉(zhuǎn)軸11固定連接，第二傳動(dòng)齒輪93與第三轉(zhuǎn)軸11固定連接；第二齒輪2與第二轉(zhuǎn)軸5固定連接。

連接臂7一端與第一轉(zhuǎn)軸3轉(zhuǎn)動(dòng)連接、另一端與第二轉(zhuǎn)軸5轉(zhuǎn)動(dòng)連接。第二支架6與連接臂7之間可以固定連接；也可以通過(guò)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)連接，并加設(shè)驅(qū)動(dòng)裝置，其與第二支架6相連接，可以驅(qū)動(dòng)第二支架6相對(duì)連接臂7旋轉(zhuǎn)，用來(lái)代替上述的第二支架6與連接臂7固定連接的方案。

第二支架6與可伸縮的外部機(jī)械臂13相連接，外部機(jī)械臂13的內(nèi)部設(shè)有絲杠裝置14；所述外部機(jī)械臂13包括第一機(jī)械臂131和第二機(jī)械臂132，其中第二機(jī)械臂132一端設(shè)置在第一機(jī)械臂131的中空腔體內(nèi)，絲杠裝置14包括絲桿141和套設(shè)在絲桿141上的螺母142，其中絲桿141一端設(shè)置在第一機(jī)械臂131的中空腔體內(nèi)并與第一機(jī)械臂131相連接，另一端設(shè)置在第二機(jī)械臂132的中空腔體內(nèi)，螺母142的外周與第二機(jī)械臂132的中空腔體內(nèi)壁固定連接；絲桿141由第三步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。第一機(jī)械臂131與第二機(jī)械臂132之間設(shè)有一組滾珠16，第一機(jī)械臂131中空腔體內(nèi)壁上設(shè)有形狀相適應(yīng)的凹陷部。

工作時(shí)，第二驅(qū)動(dòng)裝置9和第一驅(qū)動(dòng)裝置8是互相獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并都由控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，使機(jī)械關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)至設(shè)定的位置，機(jī)械關(guān)節(jié)的兩種旋轉(zhuǎn)可以同時(shí)進(jìn)行；其繞著軸線X可以進(jìn)行360°的旋轉(zhuǎn)，繞著第一齒輪1的可旋轉(zhuǎn)范圍能達(dá)到300°左右（無(wú)法達(dá)到360°旋轉(zhuǎn)是為了避讓基座12），兩種旋轉(zhuǎn)相結(jié)合可以帶動(dòng)機(jī)械手臂實(shí)現(xiàn)全方位、靈活的轉(zhuǎn)動(dòng)；在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，機(jī)械手臂可以伸縮，伸縮也是由獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所驅(qū)動(dòng)；因此機(jī)械手臂能到達(dá)的區(qū)域，可以形成一個(gè)球體形式（除去避讓自身結(jié)構(gòu)用的中空部分），在此區(qū)域內(nèi)，可以結(jié)合外部的控制系統(tǒng)和傳感裝置，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。