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一种桌面协作机械臂

阅读：283发布：2021-03-01

IPRDB可以提供一种桌面协作机械臂专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种桌面协作机械臂，该包括：基座、第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节和第六关节。其中，第一关节安装在基座上，关节之间通过连接板进行连接，多关节连接在保证机械臂高精度移动的基础上使其具有高灵活性。第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节和第六关节分别能够独立转动，进而带动执行工具实现三维立体运动。模块化的关节结构可以让维修装配更加的简单方便。另外，该机械臂还具有显示模组和信息采集模组，以实现交互功能。本发明提供的桌面协作机械臂相对于现有的桌面级别的机械臂，运转精度高、装配简单、维护成本低、重量轻且数据可观测，大大提升了使用体验。，下面是一种桌面协作机械臂专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种桌面协作机械臂，其特征在于，该机械臂包括：基座(1)、第一关节(2)、第二关节(3)、第三关节(4)、第四关节(5)、第五关节(6)和第六关节(7)，其中，所述第一关节(2)安装在所述基座(1)上，所述第二关节(3)通过第一连接板(8)与所述第一关节(2)连接；所述第三关节(4)通过第二连接板(9)与所述第二关节(3)连接；所述第四关节(5)通过转接盘(10)与第三连接板(11)连接，所述第三连接板(11)与所述第三关节(4)连接；所述第五关节(6)通过所述转接盘(10)与第四连接板(12)连接，所述第四连接板(12)与所述第四关节(5)连接；所述第六关节(7)通过所述转接盘(10)与第五连接板(13)连接，所述第五连接板(13)与所述第五关节(6)连接；

所述第六关节(7)的关节输出端用于安装执行工具；

所述第一关节(2)、所述第二关节(3)和所述第三关节(4)采用相同的关节模组(14)；

所述第四关节(5)、所述第五关节(6)和所述第六关节(7)采用直驱电机驱动；以及所述第一关节(2)水平转动，所述第二关节(3)、所述第三关节(4)、所述第四关节(5)、所述第五关节(6)和所述第六关节(7)分别能够独立转动，进而带动所述执行工具实现三维立体运动。

2.根据权利要求1所述的桌面协作机械臂，其特征在于，该机械臂还包括：显示模组(15)和信息采集模组(16)，其中，所述信息采集模组(16)设置在所述显示模组(15)上；以及

所述显示模组(15)通过连接架(17)与所述基座(1)连接。

3.根据权利要求2所述的桌面协作机械臂，其特征在于，所述信息采集模组(16)包括：摄像模块(18)、声音采集模块(19)，其中，

所述摄像模块(18)用于采集图像信息；以及

所述声音采集模块(19)用于采集声音信息。

4.根据权利要求3所述的桌面协作机械臂，其特征在于，所述摄像模块(18)包括：红外摄像头、彩色摄像头、红外深度摄像头。

5.根据权利要求2所述的桌面协作机械臂，其特征在于，所述连接架(17)包括：第一连接架(20)、第二连接架(21)和转向电机(22)，其中，所述第一连接架(20)固定在所述基座(1)上，所述转向电机(22)固定安装在所述第一连接架(20)上，所述第二连接架(21)的一端固定安装在所述转向电机(22)的输出端；以及所述显示模组(15)安装在所述第二连接架(21)的另外一端。

6.根据权利要求5所述的桌面协作机械臂，其特征在于，所述第二连接架(21)上与所述显示模组(15)连接的一端具有吸盘(24)，用于安装所述显示模组(15)。

7.根据权利要求1所述的桌面协作机械臂，其特征在于，所述关节模组(23)包括：驱动器(25)、双编码器模块(26)、伺服电机(27)、减速器(28)、输出法兰(29)、主框(30)和散热风扇(31)，其中，所述驱动器(25)连接所述伺服电机(27)，用于控制所述伺服电机(27)转动；

所述双编码器模块(26)连接所述驱动器(25)，用于检测所述伺服电机(27)的转动角度以及所述减速器(28)输出端的转动角度；

所述减速器(28)连接所述伺服电机(27)，用于进行速度调节和转动角度调节；

所述输出法兰(29)固定连接在所述减速器(28)上，用于进行结构连接；

所述散热风扇(31)设置于所述驱动器(25)上，用于进行散热；以及所述主框(30)用于为所述伺服电机(27)、所述驱动器(25)、所述双编码器模块(26)和所述减速器(28)提供安装平台，同时还用于固定连接关节之间的连接板。

8.根据权利要求1所述的桌面协作机械臂，其特征在于，各关节和连接板外侧具有外壳，所述外壳由ABS和软硅胶制成。

9.根据权利要求1所述的桌面协作机械臂，其特征在于，连接板均由增强尼龙复合材料制成。

10.根据权利要求1所述的桌面协作机械臂，其特征在于，所述第六关节(7)的关节输出端具有法兰盘(32)，用于为执行工具提供安装平台。

说明书全文

一种桌面协作机械臂

技术领域

[0001] 本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及桌面级机械臂，具体为一种桌面协作机械臂。

背景技术

[0002] 随着中国人口红利的逐渐减小，越来越多的行业需要“机器换人”，来降低人工成本费用，使用智能科技改善提高人们的生活消费品质。这就要求机器人具有高效率、易交互、更安全，同时能够与人协作等功能。目前，传统的机器人主要应用于3C电子、仓储物流、医疗、日化品和机加工等行业，也逐渐开始在服务、教育领域有所应用。桌面级别的机器人目前也广泛的应用于市场。但是，目前市场上的桌面机器人大都是采用步进电机和舵机驱动方案，末端精度低，可承载能力较差。而且现有的桌面机器人装配过程复杂，往往装配过程中受到机器人外框的限制，由此维修成本高、装配效率低。同时机器人本身没有直观的交互窗口来显示一些性能参数、故障信息、商品界面等参数信息，与人的互动性较差。

[0003] 本发明的目的在于提供一种末端精度高、轻量型、易装配且数据直观的桌面协作机械臂。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种桌面协作机械臂。该机械臂相对于现有的桌面级别的机械臂，运转精度高、装配简单、维护成本低、重量轻且数据可观测，大大提升了使用体验。

[0005] 本发明提供一种桌面协作机械臂，该机械臂包括：基座、第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节和第六关节，其中，所述第一关节安装在所述基座上，所述第二关节通过第一连接板与所述第一关节连接；所述第三关节通过第二连接板与所述第二关节连接；所述第四关节通过转接盘与第三连接板连接，所述第三连接板与所述第三关节连接；所述第五关节通过所述转接盘与第四连接板连接，所述第四连接板与所述第四关节连接；所述第六关节通过所述转接盘与第五连接板连接，所述第五连接板与所述第五关节连接；所述第六关节的关节输出端用于安装执行工具；所述第一关节、所述第二关节和所述第三关节采用相同的关节模组；所述第四关节、所述第五关节和所述第六关节采用直驱电机驱动；以及所述第一关节水平转动，所述第二关节、所述第三关节、所述第四关节、所述第五关节和所述第六关节分别能够独立转动，进而带动所述执行工具实现三维立体运动。

[0006] 本发明的具体实施方式中，该机械臂还包括：显示模组和信息采集模组，其中，所述信息采集模组设置在所述显示模组上；以及所述显示模组通过连接架与所述基座连接。

[0007] 本发明的具体实施方式中，所述信息采集模组包括：摄像模块、声音采集模块，其中，所述摄像模块用于采集图像信息；以及所述声音采集模块用于采集声音信息。

[0008] 其中，所述摄像模块包括：红外摄像头、彩色摄像头、红外深度摄像头。

[0009] 本发明的具体实施方式中，所述连接架包括：第一连接架、第二连接架和转向电机，其中，所述第一连接架固定在所述基座上，所述转向电机固定安装在所述第一连接架上，所述第二连接架的一端固定安装在所述转向电机的输出端；以及所述显示模组安装在所述第二连接架的另外一端。

[0010] 进一步的，所述第二连接架上与所述显示模组连接的一端具有吸盘，用于安装所述显示模组。

[0011] 本发明的具体实施方式中，所述关节模组包括：驱动器、双编码器模块、伺服电机、减速器、输出法兰、主框和散热风扇，其中，所述驱动器连接所述伺服电机，用于控制所述伺服电机转动；所述双编码器模块连接所述驱动器，用于检测所述伺服电机的转动角度以及所述减速器输出端的转动角度；所述减速器连接所述伺服电机，用于进行速度调节和转动角度调节；所述输出法兰固定连接在所述减速器上，用于进行结构连接；所述散热风扇设置于所述驱动器上，用于进行散热；以及所述主框用于为所述伺服电机、所述驱动器、所述双编码器模块和所述减速器提供安装平台，同时还用于固定连接关节之间的连接板。

[0012] 本发明的具体实施方式中，各关节和连接板外侧具有外壳，所述外壳由ABS和软硅胶制成。

[0013] 本发明的具体实施方式中，连接板均由增强尼龙复合材料制成。

[0014] 本发明的具体实施方式中，所述第六关节的关节输出端具有法兰盘，用于为执行工具提供安装平台。

[0015] 根据上述实施方式可知，本发明提供的一种桌面协作机械臂具有以下益处：该机械臂相对于现有的机械臂通过多个关节实现高精度的末端运转，且该机械臂实现了模块化，安装以及维修更加的简单。通过使用轻量型材料，降低了机械臂的重量，实现了轻量化。显示系统的加入能够展示机械臂的数据以及提升用户的使用交互体验。

[0016] 应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。

附图说明

[0017] 下面的附图是本发明的说明书的一部分，其绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本发明的原理。

[0018] 图1为本发明提供的一种桌面协作机械臂的外观图。

[0019] 图2为本发明提供的一种桌面协作机械臂的关节连接结构。

[0020] 图3为本发明提供的一种桌面协作机械臂的整体结构图。

[0021] 图4为本发明提供的一种桌面协作机械臂的关节模组的爆炸图。

[0022] 附图标记说明：

[0023] 1-基座、2-第一关节、3-第二关节、4-第三关节、5-第四关节、6-第五关节、7-第六关节、8-第一连接板、9-第二连接板、10-转接盘、11-第三连接板、12-第四连接板、13-第五连接板、14-关节模组、15-显示模组、16-信息采集模组、17-连接架、18-摄像模块、19-声音采集模块、20-第一连接架、21-第二连接架、22-转向电机、23-连接架固定座、24-吸盘、25-驱动器、26-双编码器模块、27-伺服电机、28-减速器、29-输出法兰、30-主框、31-散热风扇、32-法兰盘。

具体实施方式

[0024] 现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

[0025] 在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

[0026] 如图2所示为本发明提供的一种桌面协作机械臂的关节连接结构。图2所示的实施例中，该机械臂包括：基座1、第一关节2、第二关节3、第三关节4、第四关节5、第五关节6和第六关节7。其中，

[0027] 第一关节2固定安装在基座1上，第二关节3通过第一连接板8与第一关节2连接。第一连接板8一端与第一关节2的关节输出端连接，实现第一连接板8的转动。第一连接板8的另外一端固定连接在第二关节3上，第一关节2的电机转动，带动第一连接板8和第二关节3转动。第三关节4通过第二连接板9与第二关节3连接。第二连接板9的一端固定连接在第二关节3的关节输出端，第二关节3的电机转动，带动第二块连接板9转动。第二连接板9的另外一端固定连接在第三关节4的关节输出端上，第三关节4的电机转动时，关节输出端与第二连接板9的固定处固定不动，第三关节4的其他部分进行转动。第四关节5通过转接盘10与第三连接板11连接，第三连接板11与第三关节4连接。第三连接板11的一端与第三关节4进行固定连接，第三连接板11的另外一端通过转接盘10与第四关节5进行固定连接，连接部位非第四关节5的关节输出端。第五关节6通过转接盘10与第四连接板12连接，第四连接板12与第四关节5连接。第四连接板12的一端固定连接在第四关节5的关节输出端，第四关节的电机可带动第四连接板12进行转动，第四连接板12的另外一端通过转接盘10与第五关节6进行固定连接，连接部位非第五关节6的关节输出端。同理，第六关节7通过转接盘10与第五连接板13连接，第五连接板13与第五关节6连接。第六关节7与转接盘10的连接部位非第六关节7的关节输出端，第六关节7的关节输出端用于安装执行工具。第六关节7作为末端关节，其关节输出端是用于进行安装执行工具的，以便实现具体的操作动作。本实施例中，第六关节7的关节输出端具有法兰盘32，法兰盘32可以用于为执行工具提供安装平台。六个关节的协调运动可实现机械臂的精准运动，准确到达预设位置。本实施例中执行工具不限于夹爪、机械手等操作工具。

[0028] 本实施例中，第一关节2、第二关节3和第三关节4采用相同的关节模组23。关节模组23可以实现单独装配，而且在进行机械臂安装时可实现模块化，安装以及后期维护更加简单方便，降低维护成本。如图4所示，本实施例的具体实施方式中，关节模组23包括：驱动器25、双编码器模块26、伺服电机27、减速器28、输出法兰29、主框30和散热风扇31。其中，驱动器25连接伺服电机27，驱动器25用于控制伺服电机27转动。双编码器模块26连接驱动器25，双编码器模块26用于检测伺服电机27的转动角度以及所述减速器28输出端的转动角度，进而将转动角度参数传递给驱动器25，以便驱动器25控制伺服电机27的转动。减速器28连接伺服电机27，减速器28用于进行速度调节和转动角度调节，而且能够增大伺服电机27的输出扭矩。本实施例中的减速器为中空谐波减速器，该减速器内部中空，有利于机械臂内部线缆的通过。输出法兰29固定连接在减速器28上，输出法兰29用于进行结构连接。第一连接板8上与第一关节2的连接端就是固定在第一关节2的输出法兰29上。同理第二连接板9的两端分别连接在第二关节2和第三关节的输出法兰29上。散热风扇31设置于驱动器25上，散热风扇31用于进行散热防止关节处温度过高，进而避免驱动器以及电路结构的损坏。驱动器25、双编码器模块26、伺服电机27和减速器28的加入，可以使机械臂的运动更加的精准，实现高速度、高灵活性和高精度操作。

[0029] 主框30用于为伺服电机27、驱动器25、双编码器模块26和减速器28提供安装平台，同时还用于固定连接关节之间的连接板。第一连接板8与第二关节3的连接位置就是在主框30上，通过主框30上的固定螺栓将第一连接板8与第二关节3固定在一起。同理，第三连接板
11与第三关节4的连接位置也是在主框30上，通过焊接或固定螺栓的方式将第三连接板11与第三关节4上的主框30进行固定连接。

[0030] 本实施例中，第四关节5、第五关节6和第六关节7均由电机驱动器驱动直驱电机，且第四关节5、第五关节6和第六关节7的主要结构为直驱电机和电机驱动器，直驱电机通过使用转接盘以及连接板实现关节之间的连接。

[0031] 第一关节2水平转动，第二关节3、第三关节4、第四关节5、第五关节6和第六关节7分别能够独立转动，进而带动执行工具实现三维立体运动。

[0032] 本实施例的具体实施方式中，该机械臂的各关节和连接板外侧具有外壳，外壳由ABS和软硅胶制成。柔软的硅胶使得机械臂与人碰撞时，能够具有一定的缓冲和保护作用。而且硅胶材质的外壳具有的缓冲性能还能够对机械臂结构进行一定程度的保护，减小机械臂结构因碰撞发生损坏的几率。连接板均由增强尼龙复合材料制成。在满足机械臂刚度和强度要求的基础上，减小了连接板的整体重量，从而提高了机械臂的负载/自重比，满足机器人轻量化的要求。

[0033] 本实施例的具体实施方式中，如图1所示，该机械臂还包括：显示模组15和信息采集模组16。其中，信息采集模组16设置在显示模组15上。显示模组15通过连接架17与基座1连接。本实施例中显示模组15为显示屏，用于进行信息展示以及交互。而信息采集模组16包括：摄像模块18、声音采集模块19。其中，摄像模块18用于采集图像信息。摄像模块18包括：红外摄像头、彩色摄像头、红外深度摄像头。通过不同摄像头的配合，能够获取景深图像，捕捉姿态、手势、表情等信息，然后利用视觉识别算法完成物体或手势识别。声音采集模块19用于采集声音信息。声音采集模块19为环形阵列的麦克风，当声源发出的声音时，声音到达不同麦克风的时间会有偏差，通过该时间差可以判断声源的位置。同时声音采集模块19也能采集语音，通过语音技术完成与使用者的语音交互。

[0034] 本实施例中，如图3所示，连接架17包括：第一连接架20、第二连接架21和转向电机22。其中，第一连接架20固定在基座1上，转向电机22固定安装在第一连接架20上。第二连接架21的一端具有连接架固定座23，连接架固定座23通过转接盘10固定安装在转向电机22的输出端，使的转向电机22能够带动第二连接架21进行转动。连接架17还包括外壳，外壳用于包覆在第一连接架20、第二连接架21、转向电机22、连接架固定座23和转接盘10的外侧，起到美观以及保护的作用。本实施例中该外壳为多段外壳，一段包覆在第一连接架20和转向电机22的外侧，另外一段包覆在第二连接架21、连接架固定座23和转接盘10的外侧。两段外壳之间预留转动缝隙，便于两段外壳之间进行相对转动。另外，显示模组15安装在第二连接架21的另外一端。第二连接架21上与显示模组15连接的一端还具有吸盘24，该吸盘24用于安装显示模组15。通过按压吸盘24上的扳手，使得吸盘24中形成负压，从而使得显示模组15锁固在第二连接架21上吸盘24因为其拆卸方便，且固定牢靠，在机械臂调试场景中，吸盘24能够方便的取下机械臂的显示模组15，用于离线编程或在线实时下达指令操作。

[0035] 本实施例的具体实施方式中，该机械臂可以外接控制器，该控制器为通用控制器，同样为实现模块化。摄像模组18采集到的图像信息后会将该信息传递给控制器。同样的声音采集模块19会将采集到的声音信息传递给控制器。声音采集模块19为环形阵列的麦克风，控制器通过声音信息达到的时间差进行声音来源的位置判断，进而控制连接架17上的转向电机22进行转向，将显示模组15对准声音来源。同时声音采集模块19也能采集语音，通过控制器进行语音算法处理，使得机械臂能够与使用者进行语音交互。摄像模组18通过不同摄像头的配合，能够获取景深图像，捕捉姿态、手势等信息，利用视觉识别算法完成物体或手势识别，控制器根据识别到的图像信号控制机械臂做出相应的运动。在跟人进行交互的时候，摄像模组18通过捕获人体面部的信息，通过算法识别，然后控制器控制显示模组15显示不同的表情符号，以实现更加人性化的交互方式。另外，控制器需要控制机械臂做出一系列动作的时候，通过算法计算，控制器控制第一关节2、第二关节3和第三关节4的驱动器25，驱动器25驱动对应关节的伺服电机27进行转动。同时关节模组14上的双编码器模块26会实时检测伺服电机27的转动角度以及转动圈数，并将检测信息实时传递给驱动器25，当双编码器模块26检测到的伺服电机27的转动圈数或角度达到了控制器设定的圈数或角度的时候，驱动器25会控制伺服电机27停止转动。而第四关节5、第五关节6和第六关节7同样是由控制器下达驱动指令，电机驱动器驱动对应关节的直驱电机进行运转，进一步实现机械臂的移动以及末端关节的操作动作。

[0036] 以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，在不脱离本发明的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

标题	发布/更新时间	阅读量
机械手臂-专利编号CN110919695A	2020-05-11	147
机械手臂-专利编号CN109397273A	2020-05-13	575
机械臂-专利编号CN109124773A	2020-05-13	148
机械臂-专利编号CN105232153B	2020-05-13	458
机械臂-专利编号CN111093909A	2020-05-12	569
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机械手臂-专利编号CN111015626A	2020-05-11	429
机械臂-专利编号CN107097219B	2020-05-11	717
机械臂-专利编号CN110293583A	2020-05-12	758
机械臂-专利编号CN110536779A	2020-05-11	241

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