本實(shí)用新型涉及一種機(jī)械臂及其通用模塊，屬于機(jī)器人領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

協(xié)作機(jī)器人克服了傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的弊端，擴(kuò)展了自動(dòng)化的適應(yīng)領(lǐng)域，將這些無(wú)防護(hù)籠的機(jī)器人從護(hù)網(wǎng)中解放出來(lái)，讓它們更容易安裝和使用，并日益普及。

目前，協(xié)作機(jī)器人對(duì)于安全性方面的設(shè)計(jì)主要從如下兩個(gè)方面著手：

第一種是采用傳感器與系統(tǒng)控制相配合，機(jī)器人外部采用軟性材料包裹，當(dāng)操作人員與機(jī)器人碰撞時(shí)通過(guò)感應(yīng)與控制實(shí)現(xiàn)減速或停止。這種方案?jìng)鞲衅骷翱刂葡到y(tǒng)工作穩(wěn)定性沒(méi)有得到有效的保證，鑒于此很多廠家采取了多重傳感器，但這勢(shì)必增加成本。

另一種采用的是串聯(lián)彈性元器件實(shí)現(xiàn)的，將彈性元器件串聯(lián)在運(yùn)動(dòng)鏈中，當(dāng)碰撞發(fā)生時(shí)，機(jī)器人會(huì)停止或減速移動(dòng)以保障人員安全的功能，如中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN104245247A中描述的，串聯(lián)式彈性元件為彈簧鋼材質(zhì)，具有兩個(gè)末端，其中一個(gè)與齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出軸連接，另一個(gè)與機(jī)械手臂連接，用于將力/扭矩從馬達(dá)傳遞至彎曲關(guān)節(jié)輸出機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。這種方案考慮到了機(jī)器人的安全性，但是將彈性元器件直接串聯(lián)在傳動(dòng)鏈中，后續(xù)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償針對(duì)非線性模型及動(dòng)、勢(shì)能的轉(zhuǎn)換很難做到精準(zhǔn)，直接導(dǎo)致機(jī)器人的精度不夠。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型旨在提供一種機(jī)械臂及其通用模塊，該通用模塊能靈活運(yùn)動(dòng)，且可以實(shí)現(xiàn)剛?cè)嵝缘霓D(zhuǎn)換，精度高、安全性好。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：

一種通用模塊，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，包括第一轉(zhuǎn)盤(pán)、中間轉(zhuǎn)盤(pán)和第二轉(zhuǎn)盤(pán)；所述第一轉(zhuǎn)盤(pán)與中間轉(zhuǎn)盤(pán)之間設(shè)有第一復(fù)位元件，所述中間轉(zhuǎn)盤(pán)與第二轉(zhuǎn)盤(pán)之間設(shè)有第二復(fù)位元件；所述第一轉(zhuǎn)盤(pán)、第一復(fù)位元件、中間轉(zhuǎn)盤(pán)、第二復(fù)位元件和第二轉(zhuǎn)盤(pán)通過(guò)連接軸相連；所述第一復(fù)位元件和第二復(fù)位元件的復(fù)位方向相反而使第一轉(zhuǎn)盤(pán)、中間轉(zhuǎn)盤(pán)和第二轉(zhuǎn)盤(pán)之間形成剛?cè)崤浜系膭?dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，還可以對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的優(yōu)化，以下為優(yōu)化后形成的技術(shù)方案：

所述第一轉(zhuǎn)盤(pán)與中間轉(zhuǎn)盤(pán)之間還設(shè)有第一吸合組件，所述中間轉(zhuǎn)盤(pán)與第二轉(zhuǎn)盤(pán)之間還設(shè)有第二吸合組件。由此，所述第一吸合組件在正常狀態(tài)下將第一轉(zhuǎn)盤(pán)和中間轉(zhuǎn)盤(pán)吸合形成剛性連接，在被撞擊的非正常正常狀態(tài)下第一轉(zhuǎn)盤(pán)和中間轉(zhuǎn)盤(pán)分離，形成傳遞柔性連接，所述第二吸合組件在正常狀態(tài)下將第二轉(zhuǎn)盤(pán)和中間轉(zhuǎn)盤(pán)吸合形成剛性連接，在被撞擊的非正常正常狀態(tài)下第二轉(zhuǎn)盤(pán)和中間轉(zhuǎn)盤(pán)分離，形成傳遞柔性連接。

本實(shí)用新型配套復(fù)位元件和相應(yīng)的吸合組件的組合使用保證扭轉(zhuǎn)平面內(nèi)順、逆時(shí)針兩個(gè)方向均能靈活運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，通過(guò)復(fù)位元件的扭轉(zhuǎn)力與吸合組件的不同狀態(tài)組合實(shí)現(xiàn)剛?cè)嵝缘霓D(zhuǎn)換。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述第一轉(zhuǎn)盤(pán)朝向中間轉(zhuǎn)盤(pán)的端面上設(shè)有第一磁鐵安裝塊，所述第二轉(zhuǎn)盤(pán)朝向中間轉(zhuǎn)盤(pán)的端面上設(shè)有第四磁鐵安裝塊，所述中間轉(zhuǎn)盤(pán)的兩個(gè)端面上設(shè)有分別與所述第一磁鐵安裝塊配合吸合的第二磁鐵安裝塊和與所述第四磁鐵安裝塊配合吸合的第三磁鐵安裝塊；所述第一磁鐵安裝塊和第二磁鐵安裝塊形成第一吸合組件，所述第三磁鐵安裝塊和第四磁鐵安裝塊形成第二吸合組件。

所述第一磁鐵安裝塊、第二磁鐵安裝塊、第三磁鐵安裝塊和第四磁鐵安裝塊內(nèi)安裝有電磁鐵而形成相應(yīng)的電磁鐵安裝塊。

所述電磁鐵安裝塊內(nèi)安裝有磁力大小可調(diào)的電磁鐵。

所述第一復(fù)位元件用于將因外力分離的第一磁鐵安裝塊與第二磁鐵安裝塊復(fù)位吸合在一起，所述第二復(fù)位元件用于將因外力分離的第三磁鐵安裝塊與第四磁鐵安裝塊復(fù)位吸合在一起。

優(yōu)選地，參照說(shuō)明書(shū)附圖圖1，所述第二磁鐵安裝塊和第三磁鐵安裝塊呈180°對(duì)稱(chēng)分布在中間轉(zhuǎn)盤(pán)的兩個(gè)側(cè)上。

為了保證通用模塊在收到外力碰撞時(shí)達(dá)到一開(kāi)一合的效果，所述第一復(fù)位元件和第二復(fù)位元件均為扭簧，且兩個(gè)扭簧設(shè)置的允許扭轉(zhuǎn)方向相反。由此，兩個(gè)扭簧分別對(duì)兩個(gè)磁鐵安裝塊從外側(cè)面進(jìn)行夾緊。

所述扭簧通過(guò)連接軸套裝在所述連接軸上，所述第一轉(zhuǎn)盤(pán)、中間轉(zhuǎn)盤(pán)和第二轉(zhuǎn)盤(pán)均通過(guò)相應(yīng)的滾動(dòng)軸承裝在所述連接軸上。

本實(shí)用新型的工作過(guò)程如下：

當(dāng)機(jī)械臂處于正常工作狀態(tài)時(shí)，所述第一轉(zhuǎn)盤(pán)與中間轉(zhuǎn)盤(pán)通過(guò)第一吸合組件吸合、同時(shí)中間轉(zhuǎn)盤(pán)第二轉(zhuǎn)盤(pán)之間通過(guò)第二吸合組件吸合而形成剛性連接；

當(dāng)外界碰撞力大于相應(yīng)的第一吸合組件之間的吸力與扭力之和時(shí)，第一轉(zhuǎn)盤(pán)與中間轉(zhuǎn)盤(pán)被分開(kāi)，中間轉(zhuǎn)盤(pán)和第二轉(zhuǎn)盤(pán)被第二復(fù)位元件夾緊，或中間轉(zhuǎn)盤(pán)和第二轉(zhuǎn)盤(pán)被分開(kāi)，第一轉(zhuǎn)盤(pán)與中間轉(zhuǎn)盤(pán)被第一復(fù)位元件夾緊，第一轉(zhuǎn)盤(pán)、中間轉(zhuǎn)盤(pán)和第二轉(zhuǎn)盤(pán)之間不傳遞碰撞力，當(dāng)外界碰撞力被解除時(shí)，相應(yīng)的第一吸合組件或第二吸合組件在復(fù)位元件的作用下吸合復(fù)位。

當(dāng)機(jī)械臂處于正常工作狀態(tài)時(shí)，所述第一轉(zhuǎn)盤(pán)、中間轉(zhuǎn)盤(pán)和第二轉(zhuǎn)盤(pán)之間通過(guò)第一磁鐵安裝塊、第二磁鐵安裝塊、第三磁鐵安裝塊和第四磁鐵安裝塊配合吸合而形成剛性連接；當(dāng)外界碰撞力大于相應(yīng)的磁鐵安裝塊之間的吸力和扭力之和時(shí)，第一轉(zhuǎn)盤(pán)與中間轉(zhuǎn)盤(pán)被分開(kāi)，中間轉(zhuǎn)盤(pán)和第二轉(zhuǎn)盤(pán)被復(fù)位元件夾緊，或中間轉(zhuǎn)盤(pán)和第二轉(zhuǎn)盤(pán)被分開(kāi)，第一轉(zhuǎn)盤(pán)與中間轉(zhuǎn)盤(pán)被復(fù)位元件夾緊，第一轉(zhuǎn)盤(pán)、中間轉(zhuǎn)盤(pán)和第二轉(zhuǎn)盤(pán)之間不傳遞碰撞力，當(dāng)外界碰撞力被解除時(shí)，相應(yīng)的磁鐵安裝塊在復(fù)位元件的作用下吸合復(fù)位。

基于同一個(gè)實(shí)用新型構(gòu)思，本實(shí)用新型還提供了一種機(jī)械臂，其包括底座，依次串聯(lián)在所述底座上的多個(gè)節(jié)臂組件，多個(gè)節(jié)臂組件中的至少一個(gè)節(jié)臂組件內(nèi)裝有至少一個(gè)所述的通用模塊。換句話說(shuō)，通用模塊可以只裝于一個(gè)節(jié)臂組件內(nèi)，也可以多個(gè)節(jié)臂組件內(nèi)都安裝。

由此，機(jī)械臂也具有剛?cè)嵝赞D(zhuǎn)換的功能，提高了機(jī)械臂的定位精度，保證了機(jī)械臂的安全性。

根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，裝有所述的通用模塊的每個(gè)節(jié)臂組件包括與所述第二轉(zhuǎn)盤(pán)配合相連的第一接合盤(pán)，與第一接合盤(pán)固定相連的第一連桿，以及與第一連桿鉸接相連的L座；所述第一轉(zhuǎn)盤(pán)通過(guò)第二連桿與第二接合盤(pán)固定相連，該第二接合盤(pán)用于與相連節(jié)臂組件的L座固定相連；所述最下一級(jí)的節(jié)臂組件的L座裝在所述底座上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：

1、本實(shí)用新型讓安裝此模塊的機(jī)器人既能滿足從安全性角度出發(fā)的柔性要求，又能保證在正常工作狀態(tài)下的精度。

2、功能實(shí)現(xiàn)的模塊化既可以讓柔性機(jī)器人設(shè)計(jì)任務(wù)得到簡(jiǎn)化，也為已有的傳統(tǒng)機(jī)器人柔性化改造提供了一種指導(dǎo)思路。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型一種實(shí)施例的通用模塊的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖2是本實(shí)用新型一種實(shí)施例的機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)原理圖。

具體實(shí)施方式

以下將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本實(shí)用新型中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。為敘述方便，下文中如出現(xiàn)“上”、“下”、“左”、“右”字樣，僅表示與附圖本身的上、下、左、右方向一致，并不對(duì)結(jié)構(gòu)起限定作用。

一種通用模塊，采用剛、柔共存的方式，一方面從結(jié)構(gòu)上保證一定的柔性，避免對(duì)人造成傷害，另一方面提高了定位精度。

如圖1所示，剛度可調(diào)通用模塊包括第一轉(zhuǎn)盤(pán)1、扭簧4,5、轉(zhuǎn)盤(pán)連接軸10、滾動(dòng)軸承11，13、連接軸套軸12、電磁鐵14和第二轉(zhuǎn)盤(pán)3。所述第一轉(zhuǎn)盤(pán)1上安裝有第一磁鐵安裝塊6，所述第二轉(zhuǎn)盤(pán)3上安裝有第四磁鐵安裝塊9，中間轉(zhuǎn)盤(pán)2的兩個(gè)側(cè)面安裝有第二磁鐵安裝塊7和第三磁鐵安裝塊8，兩個(gè)磁鐵安裝塊7,8分別在中間轉(zhuǎn)盤(pán)2的兩個(gè)側(cè)面且呈180°對(duì)稱(chēng)分布，其中一側(cè)的第二磁鐵安裝塊7與第一轉(zhuǎn)盤(pán)1的第一磁鐵安裝塊6配合，另一側(cè)的第三磁鐵安裝塊8與第二轉(zhuǎn)盤(pán)3的第四磁鐵安裝塊9配合。假設(shè)固定中間轉(zhuǎn)盤(pán)2，兩個(gè)配合面能自由扭轉(zhuǎn)的方向相反，兩個(gè)配合定義貼合面為內(nèi)側(cè)面，非貼合面為外側(cè)面。兩個(gè)扭簧分別安裝于中間轉(zhuǎn)盤(pán)2與第一轉(zhuǎn)盤(pán)1和第二轉(zhuǎn)盤(pán)3之間，分別對(duì)兩個(gè)磁鐵安裝塊從外側(cè)面進(jìn)行夾緊。

在本實(shí)施例中，所述電磁鐵安裝塊的磁力大小可根據(jù)外界碰撞力的等級(jí)大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高安全性。

中間轉(zhuǎn)盤(pán)2和第二轉(zhuǎn)盤(pán)3內(nèi)設(shè)有滾動(dòng)軸承13。轉(zhuǎn)盤(pán)連接軸10依次貫穿連接第一轉(zhuǎn)盤(pán)1、扭簧4、中間轉(zhuǎn)盤(pán)2的滾動(dòng)軸承、連接軸套軸12、扭簧5、第二轉(zhuǎn)盤(pán)3的滾動(dòng)軸承12。連接軸套12設(shè)于扭簧5內(nèi)抵接于中間轉(zhuǎn)盤(pán)2和第二轉(zhuǎn)盤(pán)3的兩個(gè)滾動(dòng)軸承12之間。

一種機(jī)械臂，如圖2所示，包括底座16和多個(gè)節(jié)臂組件17,18，機(jī)械臂中至少一個(gè)節(jié)臂組件17、18中安裝有至少一個(gè)所述通用模塊15，每一關(guān)節(jié)臂組件之間連接且和底座16連接構(gòu)成機(jī)械臂。機(jī)械臂不局限于其有幾節(jié)臂，圖2示例為兩節(jié)。每個(gè)節(jié)臂組件17,18包括與所述第二轉(zhuǎn)盤(pán)3配合相連的第一接合盤(pán)21，與第一接合盤(pán)21固定相連的第一連桿20，以及與第一連桿20鉸接相連的L座19；所述第一轉(zhuǎn)盤(pán)1通過(guò)第二連桿22與第二接合盤(pán)23固定相連，該第二接合盤(pán)23用于與相連節(jié)臂組件的L座19固定相連，所述最下一級(jí)的節(jié)臂組件的L座19裝在所述底座16上。

工作原理為：

1、正常工作狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)扭簧在不同方向夾緊兩個(gè)磁鐵安裝塊，同時(shí)，電磁鐵吸合，傳遞剛性連接；

2、每?jī)蓚€(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)之間安裝的電磁鐵有兩個(gè)，當(dāng)外界碰撞力大于電磁鐵吸力與扭力之和時(shí)，且以第一轉(zhuǎn)盤(pán)1為上端作為參照，碰撞力為順時(shí)針，第一轉(zhuǎn)盤(pán)1與中間轉(zhuǎn)盤(pán)2被分開(kāi)，中間轉(zhuǎn)盤(pán)2和第二轉(zhuǎn)盤(pán)3被夾緊，反之，碰撞力為逆時(shí)針時(shí)，第一轉(zhuǎn)盤(pán)1和中間轉(zhuǎn)盤(pán)2為夾緊狀態(tài)，中間轉(zhuǎn)盤(pán)2和第二轉(zhuǎn)盤(pán)3被分開(kāi)。轉(zhuǎn)盤(pán)被分開(kāi)不傳遞碰撞力，避免對(duì)人體造成傷害。當(dāng)碰撞力被解除時(shí)，在扭簧的作用下，合攏，此時(shí)，電磁鐵吸合。

剛度可調(diào)通用模塊串接于機(jī)器人傳動(dòng)鏈中。

上述實(shí)施例闡明的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解為這些實(shí)施例僅用于更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型，而不用于限制本實(shí)用新型的范圍，在閱讀了本實(shí)用新型之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的各種等價(jià)形式的修改均落入本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。