轻型服务机器人手臂

摘要

本发明公开了一种轻型服务机器人手臂。它由旋转关节、连接板、底座等组成，其中五个旋转关节结构相似，均由减速器、法兰、电机、箱体和编码器等部件集合而成。独特的箱体设计及巧妙的电机、减速机构配合方案使旋转关节具有重量轻、结构简单紧凑、布线方便、强度高、模块化程度高等特性，从而解决了一般服务机器人手臂因重量问题而带来的动作不灵活、运动惯性大的难题。

权利要求

1.一种轻型机器人手臂，由底座、关节一(1)、连接板一(2)、关节二(3)、连接板二(4)、关节三(5)、连接板三(6)、关节四(7)、连接板四(8)、关节五(9)依次串联连接构成，其特征在于所述关节一(1)、关节二(3)、关节三(5)、关节四(7)和关节五(9)均为模块化旋转关节，所述连接板一(2)、连接板二(4)、连接板三(6)、连接板四(8)均为直角形连接板；所述模块化旋转关节由减速机构(10)、法兰(11)、电机(12)、箱体(13)和编码器(14)几个部分组成；所述减速机构(10)壳体与法兰(11)连接，所述箱体(13)与法兰(11)连接，并将电机(12)封装在箱体(13)内部，箱体(13)外端与编码器(14)连接，构成一个半封闭整体，电机(12)的输出轴与减速机构(10)的输入轴连接，减速机构(10)的输出轴与直角形连接板联接。

2.根据权利要求1所述的轻型机器人手臂，其特征在于所述法兰(11)选用硬铝，保证了法兰的轻量化及高强度特性。

3.根据权利要求1所述的轻型机器人手臂，其特征在于：①选用了硬铝作为箱体(13)的制造材料，满足了箱体的轻量化及安全性要求；②在箱体(13)上设计了大通孔(15)和小通孔(16)，保证关节布线方便的同时也减轻了箱体重量；③箱体(13)与电机(12)之间仅留有2mm的间隙，保证了关节结构紧凑、同时实现了箱体(13)内部空间最大化利用。

说明书

轻型服务机器人手臂

技术领域

[0001] 本发明涉及一种机械工程领域中的服务机器人手臂，特别是一种具有轻型关节机构的轻型服务机器人手臂。

[0002] 背景资料

[0003] 经济与社会的发展使人们对工作和生活质量提出了不断增长的要求，希望获得更多、更方便、更舒适的服务；服务机器人作为21世纪高技术服务业的重要组成部分，为这些问题提供了良好的解决方案，并且通过引领人们生活方式的变革而形成一个新兴的快速发展的产业。目前在服务型机器人领域，多关节手臂因具有动作灵活、运动惯性小、通用性强等传统机器人所不能比拟的优良性能，一直以来都是科研工作者们关注的热点，然而对它的研究碰到了许多工程上的困难，尤其是手臂的重量问题。关节多而长的机械手臂由于庞大的重量而难以在实践中推广应用。

[0004] 因此需要研发一种轻型服务机器人手臂，解决一般机械手臂因庞大的重量而难以在实践中推广应用的难点，使手臂具有动作灵活、运动惯性小、通用性强的优点。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服目前一般机械手臂因重量问题而带来的动作不灵活、运动惯性大的局限性，提供一种轻型服务机器人手臂，使该服务机器人手臂动作灵活、运动惯性小，能安全、平稳、高效地执行服务动作。

[0006] 为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

[0007] 一种轻型服务机器人手臂，由底座、关节一、连接板一、关节二、连接板二、关节三、连接板三、关节四、连接板四、关节五串联连接构成，所述关节一、关节二、关节三、关节四和关节五均为模块化旋转关节，所述连接板一、连接板二、连接板三、连接板四均为直角形连接板。

[0008] 上述模块化旋转关节的结构设置是：它由电机、减速机构、编码器、箱体、法兰构成。所述组成部分均按轻量化设计思想进行设计；并且所述箱体和法兰将其他各部件联系在一起，封装成一个半封闭体，模块化程度高，安全性好。具体表现为所述减速机构与法兰连接，减速机构与电机串联连接，箱体与法兰连接，并将电机封装在箱体内部，箱体外端与编码器连接，构成一个半封闭整体。电机的输出轴与减速机构的输入轴连接，减速机构的输出轴与直角形连接板联接。

[0009] 上述电机采用的是新型盘式电机，一方面自身重量很轻；另一方面，这种电机结构有利于减小用于封装电机的箱体的长度，从而减小关节长度，减轻关节重量。

[0010] 上述减速机构采用的是模块化的减速器，可以直接与上述电机通过轴连接。

[0011] 上述编码器连接在箱体的外端，这种设计与传统的编码器直接与电机相连方式相比，大大减小箱体所需长度及半径，从而减轻了关节重量。

[0012] 上述箱体主要依据电机的半径及长度等参数进行设计，在保证结构紧凑，重量轻，强度高等特性的同时，还考虑了布线因素。

[0013] 上述法兰主要依据减速器的参数，采用硬铝作为法兰的制造材料，同时结合重量轻、结构安全、外形美观等设计准则，进行设计。

[0014] 上述机器人手臂还具有：①选用了硬铝作为箱体的制造材料，满足了箱体的轻量化及安全性要求；②在箱体上设计了大通孔和小通孔，保证关节布线方便的同时也减轻了箱体重量；③箱体与电机之间仅留有2mm的间隙，保证了关节结构紧凑、同时实现了箱体内部空间最大化利用。

[0015] 本发明具有以下突出实质性的特点和显著优点：

[0016] (1)重量轻；

[0017] (2)模块化程度高；

[0018] (3)强度高；

[0019] (4)布线方便；

[0020] (5)结构简单紧凑；

[0021] (6)系统稳定。

附图说明

[0022] 图1是本发明中轻型机器人手臂的结构示意图。

[0023] 图2是图1示例中旋转关节的结构示意图。

[0024] 图3是图1示例中连接板的结构示意图。

[0025] 图4是图2示例中箱体的结构示意图。

具体实施方式

[0026] 本发明的优选实施例结合附图说明如下：

[0027] 实施例一：参见图1，本轻型机器人手臂由底座、关节一1、连接板一2、关节二3、连接板二4、关节三5、连接板三6、关节四7、连接板四8、关节五9依次串联连接构成，所述关节一1、关节二3、关节三5、关节四7和关节五9均为模块化旋转关节，所述连接板一2、连接板二4、连接板三6、连接板四8均为直角形连接板。

[0028] 实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特例之处如下：上述关节一1、关节二3、关节三5、关节四7和关节五9均是采用轻量化、模块化思想设计而成。他们的结构相似，如图2所示，每个关节均由减速器10、法兰11、电机12、箱体13和编码器14等组成。所述减速机构10与法兰11连接，减速机构10与电机12串联连接，箱体13与法兰11连接，并将电机12封装在箱体13内部，编码器14与箱体13外端连接，构成一个半封闭体，即轻型的旋转关节。电机12的输出轴与减速机构10的输入轴连接，减速机构10的输出轴与直角形连接板联接。此轻型的旋转关节具有重量轻、布线方便、强度高、模块化程度高、适应面广等优良特性，能很好的满足服务机器人手臂安全、有效执行服务动作要求。

[0029] 上述电机12采用的是新型盘式电机，一方面自身重量很轻；另一方面，这种电机结构有利于减小用于封装电机的箱体13的长度，从而减小关节长度，减轻关节重量，减小关节惯性矩，使关节运动更平稳。

[0030] 上述减速机构10采用的是模块化的减速器，可以直接与上述电机13通过轴连接。

[0031] 上述法兰11主要依据减速器10的参数，同时结合重量轻、结构安全、外形美观等设计准则，进行设计。考虑轻量化及安全性要求，本发明选用了硬铝作为法兰11的制造材料。

[0032] 上述箱体13主要依据电机12的半径及长度等参数进行设计。参见图4，本发明选用了硬铝作为箱体13的制造材料，满足了轻量化及安全性要求。通过在箱体13上设计大通孔15和小通孔16，本发明保证了关节具有布线方便及轻量化性能。另外，上述箱体13与电机12之间仅留有2mm的间隙，这一设计保证了关节(图2)结构紧凑性、同时实现了箱体13内部空间的最大化利用。

[0033] 上述编码器14连接在箱体13的外端，这种设计与传统的编码器直接与电机相连方式相比，大大减小箱体14所需长度及半径，从而减轻了关节重量。

[0034] 上述连接板2、4、6、8的结构设计如图3所示。该结构选用硬铝制造而成，具有重量轻、强度高的性能。另外，一体化、全局性的设计理念，保证了手臂结构具有轻量化、紧凑、安全的优良性能。