專利名稱：多自由度機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多自由度機(jī)器人，該機(jī)器人可以起身、可以自由移動(dòng)，可 抓舉物品，適于用作排爆部隊(duì)中的排爆機(jī)器人或者用作公司倉庫中提取小型輕載貨物的 自動(dòng)搬運(yùn)設(shè)備。
背景技術(shù)：
在公司的倉庫中，有一些小型輕載的貨物一般都是人為進(jìn)行搬運(yùn)，在一些自動(dòng) 生產(chǎn)線上，還要將一些小型輕載貨物搬運(yùn)到某一特定位置?，F(xiàn)有公司大多選擇使用人工 進(jìn)行搬運(yùn)，然而人工搬運(yùn)存在很多弊端，首先搬運(yùn)的工作量比較大，常人在短時(shí)間內(nèi)進(jìn) 行搬運(yùn)是可以的，如果設(shè)備需要連續(xù)運(yùn)行，則每隔一段時(shí)間就需要其他人力進(jìn)行接替； 其次隨著人力資源的成本逐漸增加，搬運(yùn)費(fèi)用將給公司造成越來越大的成本壓力。在一 些危險(xiǎn)、工作環(huán)境惡劣的場(chǎng)合，例如高溫、高壓、排爆等工作場(chǎng)合，使用人工將存在很 大安全隱患。目前也有一些工業(yè)機(jī)器人被用來替代人工，只要對(duì)其進(jìn)行合適的編程，它即能 在任何工作場(chǎng)合不間斷的進(jìn)行工作，可以提高生產(chǎn)效率、減少人力資源消耗。然而，現(xiàn) 有的工業(yè)機(jī)器人要么是固定的機(jī)器人手臂，要么雖能移動(dòng)但卻自由度少、在實(shí)際應(yīng)用中 顯得不是很靈活。并且，機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)也存在可以改進(jìn)的地方。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種更靈活、結(jié)構(gòu)更合理的多自由度機(jī) 器人。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種多自由度機(jī)器人，其特征在于該機(jī)器 人主要由以下部分組成底盤，起身機(jī)構(gòu)，水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，機(jī)械手臂，夾緊機(jī)構(gòu)；其 中，底盤作用于地面，且在相對(duì)于地面的水平方向上能夠自由移動(dòng)；起身機(jī)構(gòu)連接在底 盤上，且在相對(duì)于地面的高度方向上能夠伸縮；水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接在起身機(jī)構(gòu)上，且在 相對(duì)于地面的水平面內(nèi)能夠旋轉(zhuǎn)；機(jī)械手臂連接在水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，且在相對(duì)于地面的 水平方向上能夠伸縮；夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)械手臂上，且在相對(duì)于地面的垂直面內(nèi)能夠旋 轉(zhuǎn)，所述夾緊機(jī)構(gòu)還包括能夠夾持物品的卡爪。本實(shí)用新型所具有的優(yōu)點(diǎn)是該機(jī)器人能夠在地面自由直行和轉(zhuǎn)彎，既能實(shí)現(xiàn) 定點(diǎn)工作又能實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸功能；具有起身機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)高度調(diào)節(jié)，水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)卡爪 在平面內(nèi)的移動(dòng)，機(jī)械手臂實(shí)現(xiàn)卡爪的伸縮，夾緊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)卡爪的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此能將放在 一定高度的物品夾取并放置到指定位置；而且該機(jī)器人各個(gè)部位的伸縮方向或者轉(zhuǎn)軸都 是恒定在水平或者豎直面內(nèi)，因此機(jī)器人控制簡單。該機(jī)器人尤其適合在公司倉庫中用 于小型貨物的存取，或者作為排爆機(jī)器人。
通過附圖中所示的本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說明，本實(shí)用新型的上述 及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。 并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本實(shí)用新型的主旨。圖1為本實(shí)用新型所提出的機(jī)器人的總體立體圖；圖2為圖1中底盤的立體圖；圖3為圖1中起身機(jī)構(gòu)的立體圖；圖4為圖1中水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的立體圖；圖5為圖1中機(jī)械手臂、夾緊機(jī)構(gòu)的立體圖；圖6為圖1中夾緊機(jī)構(gòu)的主視圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1所示的多自由度機(jī)器人，主要由以下部分組成底盤1，起身機(jī)構(gòu)2， 水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3，機(jī)械手臂4，夾緊機(jī)構(gòu)5。其中底盤1作用于地面，且在相對(duì)于地面的 水平方向上能夠自由移動(dòng)；起身機(jī)構(gòu)2連接在底盤1上，且在相對(duì)于地面的高度方向上能 夠伸縮；水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3連接在起身機(jī)構(gòu)2上，且在相對(duì)于地面的水平面內(nèi)能夠旋轉(zhuǎn)； 機(jī)械手臂4連接在水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3上，且在相對(duì)于地面的水平方向上能夠伸縮；夾緊機(jī)構(gòu) 5設(shè)置在機(jī)械手臂4上，且在相對(duì)于地面的垂直面內(nèi)能夠旋轉(zhuǎn)，所述夾緊機(jī)構(gòu)5還包括能 夠夾持物品的卡爪50。下面分別對(duì)各個(gè)組成部分進(jìn)行詳細(xì)描述。底盤1，參見圖2。所述底盤1首先包括框架10，所述框架10由方管焊接而成。所述底盤1包括一 對(duì)(在某些場(chǎng)合下可以是兩對(duì)或者更多)從動(dòng)輪13，所述的一對(duì)從動(dòng)輪13能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng) 的連接在一根支撐光軸130的兩端，所述支撐光軸130通過軸承與框架10連接。所述底 盤1包括第一主動(dòng)輪11、第二主動(dòng)輪12，所述第一主動(dòng)輪11固定連接在第一傳動(dòng)軸110 的一端、所述第二主動(dòng)輪12固定連接在第二傳動(dòng)軸120的一端，所述第一傳動(dòng)軸110以 及第二傳動(dòng)軸120均通過軸承轉(zhuǎn)動(dòng)連接在所述框架10上。固定在框架10上的第一驅(qū)動(dòng) 電機(jī)111通過帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)(圖2中未顯示傳動(dòng)帶)驅(qū)動(dòng)第一傳動(dòng)軸110，固定在框架10上 的第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)121通過帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)(圖2中未顯示傳動(dòng)帶)驅(qū)動(dòng)第二傳動(dòng)軸120。當(dāng) 第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)111與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)121轉(zhuǎn)速相同時(shí)，第一傳動(dòng)軸110、第二傳動(dòng)軸120轉(zhuǎn) 速也相同，進(jìn)而第一主動(dòng)輪11、第二主動(dòng)輪12轉(zhuǎn)速相同，實(shí)現(xiàn)框架10的直線運(yùn)動(dòng)；當(dāng) 第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)111與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)121轉(zhuǎn)速不同時(shí)，第一傳動(dòng)軸110、第二傳動(dòng)軸120轉(zhuǎn) 速也不同，進(jìn)而第一主動(dòng)輪11、第二主動(dòng)輪12差速轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)框架10的轉(zhuǎn)彎?？蚣?0 的直線運(yùn)動(dòng)加上轉(zhuǎn)彎能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人在相對(duì)于地面的水平方向上自由移動(dòng)。所述底盤1還包括套筒15，所述套筒可以固定在框架10上也可以懸空，安裝方 式不限，優(yōu)選與框架10固定；所述套筒15可以為圓筒狀也可以為棱形筒狀，形狀不限。 所述套筒15的第一端開設(shè)有第一插孔、套筒15的第二端開設(shè)有第二插孔，所述第一傳動(dòng) 軸110的另一端轉(zhuǎn)動(dòng)插設(shè)在所述第一插孔內(nèi)、第二傳動(dòng)軸120的另一端轉(zhuǎn)動(dòng)插設(shè)在所述第 二插孔內(nèi)。在某些場(chǎng)合下，所述第一插孔與第二插孔連通、成為一個(gè)貫穿套筒15長度的 孔。所述第一傳動(dòng)軸110或者第二傳動(dòng)軸120插入套筒15的深度優(yōu)選為套筒15長度的1/4 2/5，使得套筒15在不影響第一傳動(dòng)軸110、第二傳動(dòng)軸120的情況下能夠確保第 一傳動(dòng)軸110、第二傳動(dòng)軸120的同軸度，進(jìn)而可以確保機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制精度。起身機(jī)構(gòu)2，參見圖3。所述起身機(jī)構(gòu)2包括底板21，所述底板21固定在框架10上；所述起身機(jī)構(gòu)2 還包括四根立柱22以及固定板23，所述立柱22的底端固定在所述底板21上、頂端固定 在所述固定板23上，其中所述立柱22還可以是三根或者超過四根。所述起身機(jī)構(gòu)還包 括三根滑動(dòng)穿設(shè)在所述固定板23上的光軸導(dǎo)軌24、固定在所述光軸導(dǎo)軌24底部的傳動(dòng) 板25、固定在所述光軸導(dǎo)軌24頂部的頂板27，所述光軸導(dǎo)軌24的延伸方向?yàn)榕c地面垂 直的方向，光軸導(dǎo)軌24的數(shù)量還可以為超過三根。所述起身機(jī)構(gòu)通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)使得 光軸導(dǎo)軌24相對(duì)固定板23升降，進(jìn)一步而言，所述絲杠螺母機(jī)構(gòu)包括固定在所述傳動(dòng)板 25上的螺母250、轉(zhuǎn)動(dòng)連接在固定板23上的絲杠26，所述絲杠26延伸方向與光軸導(dǎo)軌24 相同，所述的螺母250還旋設(shè)在所述絲杠26上。所述傳動(dòng)板25上固定有起身電機(jī)251， 所述起身電機(jī)251通過帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述絲杠26旋轉(zhuǎn)，當(dāng)絲杠26旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺母250能 夠相對(duì)絲杠26滑動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)傳動(dòng)板25、光軸導(dǎo)軌24相對(duì)絲杠26滑動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)頂板 27伸縮。水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3，參見圖4。所述水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3包括安裝板31、固定在安裝板31底部的圓盤32，所述圓盤 32轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在起身機(jī)構(gòu)3的頂板27上，具體而言，所述圓盤32底部設(shè)置有深溝球軸承 (圖中不可見)，深溝球軸承外圓周面在頂板27上滾動(dòng)，因而圓盤32與頂板27之間的摩 擦力很小。所述安裝板31上固定有驅(qū)動(dòng)軸310，所述頂板27上固定有用于驅(qū)動(dòng)所述驅(qū) 動(dòng)軸310的轉(zhuǎn)身電機(jī)34。所述水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2還包括轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在頂板27上的限位滾輪 33，所述限位滾輪33的圓周面與所述圓盤32的圓周面抵靠，所述限位滾輪33為三個(gè)并 且均勻分布在一個(gè)圓周上，在某些場(chǎng)合下，限位滾輪33還可以為四個(gè)或者更多個(gè)，限位 滾輪33還可以用固定限位件替代，不過效果較差。限位滾輪33的作用主要是防止圓盤 32相對(duì)頂板27移位，避免驅(qū)動(dòng)軸310由于承載過多的錯(cuò)位摩擦力而變形。機(jī)械手臂4，參見圖5。所述機(jī)械手臂4包括固定在水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3的安裝板31上的導(dǎo)桿41，所述導(dǎo)桿 41為兩根且延伸方向均為相對(duì)于地面的水平方向；還包括滑動(dòng)設(shè)置在兩根所述導(dǎo)桿41上 的滑塊42，固定在安裝板31上的伸縮電機(jī)43，固定在所述伸縮電機(jī)43的輸出軸上的曲 柄44，一端與所述曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)連接、另一端與所述滑塊42轉(zhuǎn)動(dòng)連接的連桿45，固定在所述 滑塊42上的連接軸46，固定在所述連接軸46上的連接座48。所述連接軸46為兩根，且 延伸方向與導(dǎo)桿41平行，所述安裝板31上還固定有線性軸承47，所述連接軸46滑動(dòng)插 設(shè)在所述線性軸承47內(nèi)。當(dāng)所述伸縮電機(jī)43的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，曲柄44轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng) 連桿45擺動(dòng)，連桿45再帶動(dòng)滑塊42相對(duì)導(dǎo)桿41滑動(dòng)，連接軸46也相對(duì)導(dǎo)桿41滑動(dòng)， 則帶動(dòng)連接座48相對(duì)安裝板31滑動(dòng)。夾緊機(jī)構(gòu)5，參見圖5、圖6。所述夾緊機(jī)構(gòu)5包括轉(zhuǎn)動(dòng)連接在機(jī)械手臂的連接座48上的轉(zhuǎn)軸51，所述連接座 48上固定有旋轉(zhuǎn)電機(jī)52，所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)52的輸出軸與轉(zhuǎn)軸51連接并驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸51旋轉(zhuǎn)。 所述卡爪50為對(duì)稱設(shè)置的兩個(gè)，被夾持物品卡在兩個(gè)卡爪50之間。所述卡爪50的卡緊原理是所述轉(zhuǎn)軸51上固定有兩根夾緊滑軸53，兩根所述夾緊滑軸53上滑動(dòng)套設(shè)有夾 緊滑塊54，所述轉(zhuǎn)軸51上固定連接有夾緊電機(jī)55，夾緊電機(jī)55的輸出軸上連接夾緊絲 杠56，所述夾緊滑塊54上固定有夾緊螺母540，所述夾緊絲杠56旋設(shè)在所述夾緊螺母 540內(nèi)；每個(gè)所述卡爪50上轉(zhuǎn)動(dòng)連接有第一驅(qū)動(dòng)桿57的一端部、第二驅(qū)動(dòng)桿58的一端 部，所述第一驅(qū)動(dòng)桿的中部轉(zhuǎn)動(dòng)連接在夾緊滑塊54上，所述第二驅(qū)動(dòng)桿58的另一端部也 轉(zhuǎn)動(dòng)連接在夾緊滑塊54上，所述夾緊滑塊54、第一驅(qū)動(dòng)桿57、卡爪55、第二驅(qū)動(dòng)桿58 形成平行四邊形機(jī)構(gòu)；所述第一驅(qū)動(dòng)桿57的另一端部轉(zhuǎn)動(dòng)連接在第三驅(qū)動(dòng)桿59的一端 部，所述第三驅(qū)動(dòng)桿59的另一端部與轉(zhuǎn)軸51轉(zhuǎn)動(dòng)連接。當(dāng)夾緊電機(jī)55轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)夾 緊絲杠56轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使得夾緊滑塊54相對(duì)轉(zhuǎn)軸51伸縮，則帶動(dòng)第一驅(qū)動(dòng)桿57轉(zhuǎn)動(dòng)，從 而使得卡爪55開合。所述第二驅(qū)動(dòng)桿58可以為平行設(shè)置的多根。 本實(shí)用新型雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定權(quán)利要求，任何 本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改， 因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本實(shí)用新型權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種多自由度機(jī)器人，其特征在于該機(jī)器人主要由以下部分組成底盤，起身機(jī) 構(gòu)，水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，機(jī)械手臂，夾緊機(jī)構(gòu)；其中，底盤作用于地面，且在相對(duì)于地面的 水平方向上能夠自由移動(dòng)；起身機(jī)構(gòu)連接在底盤上，且在相對(duì)于地面的高度方向上能夠 伸縮；水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接在起身機(jī)構(gòu)上，且在相對(duì)于地面的水平面內(nèi)能夠旋轉(zhuǎn)；機(jī)械手 臂連接在水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，且在相對(duì)于地面的水平方向上能夠伸縮；夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī) 械手臂上，且在相對(duì)于地面的垂直面內(nèi)能夠旋轉(zhuǎn)，所述夾緊機(jī)構(gòu)還包括能夠夾持物品的 卡爪。
2.如權(quán)利要求1所述的多自由度機(jī)器人，其特征在于所述底盤包括框架；從動(dòng) 輪，所述從動(dòng)輪與底盤轉(zhuǎn)動(dòng)連接；第一主動(dòng)輪以及第二主動(dòng)輪，所述第一主動(dòng)輪與第二 主動(dòng)輪與底盤轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且分別被獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的多自由度機(jī)器人，其特征在于所述第一主動(dòng)輪固定連接在 第一傳動(dòng)軸的一端、所述第二主動(dòng)輪固定連接在第二傳動(dòng)軸的一端，所述第一傳動(dòng)軸以 及第二傳動(dòng)軸均通過軸承轉(zhuǎn)動(dòng)連接在所述框架上。
4.如權(quán)利要求1所述的多自由度機(jī)器人，其特征在于所述起身機(jī)構(gòu)包括底板，所 述底板固定在所述底盤上；立柱以及固定板，所述立柱的底端固定在所述底板上、頂端 固定在所述固定板上；滑動(dòng)穿設(shè)在所述固定板上的光軸導(dǎo)軌、固定在所述光軸導(dǎo)軌底部 的傳動(dòng)板、固定在所述光軸導(dǎo)軌頂部的頂板，所述光軸導(dǎo)軌的延伸方向?yàn)榕c地面垂直的 方向；用于驅(qū)動(dòng)光軸導(dǎo)軌相對(duì)固定板升降的絲杠螺母機(jī)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的多自由度機(jī)器人，其特征在于所述水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括安裝 板、固定在安裝板底部的圓盤，所述圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在起身機(jī)構(gòu)上。
6.如權(quán)利要求5所述的多自由度機(jī)器人，其特征在于所述圓盤底部設(shè)置有深溝球 軸承，所述深溝球軸承的外圓周面與起身機(jī)構(gòu)接觸。
7.如權(quán)利要求1所述的多自由度機(jī)器人，其特征在于所述機(jī)械手臂包括固定在水 平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上的導(dǎo)桿；滑動(dòng)設(shè)置在所述導(dǎo)桿上的滑塊；固定在水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上的伸縮電 機(jī)；固定在所述伸縮電機(jī)的輸出軸上的曲柄；一端與所述曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)連接、另一端與所述 滑塊轉(zhuǎn)動(dòng)連接的連桿；固定在所述滑塊上的連接軸，固定在所述連接軸上的連接座。
8.如權(quán)利要求1所述的多自由度機(jī)器人，其特征在于所述夾緊機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)動(dòng)連接 在機(jī)械手臂上的能夠相對(duì)機(jī)械手臂旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸，設(shè)置在所述轉(zhuǎn)軸上的卡爪，所述卡爪為 對(duì)稱設(shè)置的兩個(gè)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種多自由度機(jī)器人，包括底盤，起身機(jī)構(gòu)，水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，機(jī)械手臂，夾緊機(jī)構(gòu)；其中，底盤作用于地面，且在相對(duì)于地面的水平方向上能夠自由移動(dòng)；起身機(jī)構(gòu)連接在底盤上，且在相對(duì)于地面的高度方向上能夠伸縮；水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接在起身機(jī)構(gòu)上，且在相對(duì)于地面的水平面內(nèi)能夠旋轉(zhuǎn)；機(jī)械手臂連接在水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，且在相對(duì)于地面的水平方向上能夠伸縮；夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)械手臂上，且在相對(duì)于地面的垂直面內(nèi)能夠旋轉(zhuǎn)，所述夾緊機(jī)構(gòu)還包括能夠夾持物品的卡爪。該機(jī)器人能夠在地面自由直行和轉(zhuǎn)彎，可將放在一定高度的物品夾取并放置到指定位置，且控制簡單。
文檔編號(hào)B25J5/00GK201800035SQ20102029993
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者于桂蘭, 姚佳豪, 尹鳳霞, 張歡歡 申請(qǐng)人:上海電機(jī)學(xué)院