一种机械臂的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机械臂。

背景技术：

机械臂能模仿人手和臂的某些动作功能，是一种用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械臂是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械臂是由执行机构、驱动机构和控制系统组成的，执行机构包括抓取部分(手部)、腕部、臂部和腰部，手部直接与工件接触，一般是回转型或平移型；腕部是连接手部和手臂的部件，用来调整被抓物体的方位；臂部是支撑被抓物体、手部、腕部的重要部件，其作用是带动手部去抓取物体，并按预定要求将其搬运到给定的位置；腰部是支撑臂部，其作用是带动臂部旋转。驱动机构有气动、液动、电动和机械式四种形式，气动式速度快，结构简单，液动式可实现连续控制，使工业机械手的用途和通用性更广，且定位精度较高，因此目前常用的是气动和液动驱动方式。控制系统大多采用的是可编程序控制器，输入程序，机械臂按照编程程序实现搬运或焊接工作。

但是，目前机械手臂大多数都是少自由度，而且都是采用电机、液压等输出动力结构与各手指放在一块，通过按钮操作而且移动角度受限，这样无形中加重了手臂的负担，限制了自由度的个数、抓取物品的质量和抓取物品的区域，而且操作起来比较复杂。还有目前大多数工业机器人只适应于特定的产品和工作环境，并且依赖于所提供的专用设备和工具，对于许多任务而言机械手臂的操作是不够的。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种机械臂，以解决目前机械臂操作复杂、自由度较少的问题。

本实用新型提供了一种机械臂，其特征在于，包括基座、执行机构和主控板，其中：

所述执行机构包括底座部件、大臂部件、小臂部件和手腕，所述底座部件固定安装于所述基座上；所述底座部件上对称设置有第一固定支架和第二固定支架，所述大臂部件通过第一关节分别连接所述第一固定支架和第二固定支架；所述小臂部件通过第二关节连接所述大臂部件，所述手腕通过第三关节连接所述小臂部件；

所述底座部件上安装有第一舵机，所述第一舵机驱动所述底座部件旋转；所述第一固定支架上安装有第二舵机，所述第二固定支架上安装有第三舵机，所述第二舵机与所述第三舵机驱动所述大臂部件绕所述第一关节转动、所述小臂部件绕所述第二关节转动；

所述第一舵机、第二舵机与第三舵机分别与所述主控板通信连接。

可选的，所述底座部件包括底座、支撑平台以及位于所述底座与支撑平台之间的旋转机构，所述底座固定安装于所述基座上，所述第一固定支架与第二固定支架分别与所述支撑平台固定连接；

所述旋转机构包括旋转盘与轴承，所述第一舵机驱动所述旋转盘与轴承转动。

可选的，所述大臂部件包括两个平行设置的大臂，所述大臂靠近所述基座的一端连接所述第一关节；所述第二舵机的主轴穿过所述第一固定支架、所述第三舵机的主轴穿过所述第二固定支架分别与所述第一关节连接；所述大臂远离所述基座的一端连接所述第二关节。

可选的，所述小臂部件包括两个平行设置的小臂，所述小臂连接所述第二关节；所述第一关节上连接有连接板，所述连接板通过第四关节连接有第一连杆，所述第一连杆通过第五关节连接所述小臂。

可选的，所述手腕通过第六关节连接有横臂，所述横臂通过第七关节连接有三角板，所述三角板连接所述第二关节，所述三角板通过第八关节连接有第二连杆，所述第二连杆活动连接所述第一固定支架。

可选的，所述机械臂还包括气嘴和气泵，所述气嘴活动连接所述手腕，所述手腕上设有与所述主控板通信连接的第四舵机，所述第四舵机驱动所述气嘴旋转；所述主控板与气嘴分别连接所述气泵。

可选的，所述机械臂还包括支撑板，所述支撑板固定连接所述底座部件，所述主控板与气泵分别安装于所述支撑板上。

本实用新型提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本实用新型提供的机械臂包括基座、执行机构和主控板，其中，执行机构包括底座部件、大臂部件、小臂部件和手腕，底座部件固定安装于基座上，起到支撑的作用；底座部件上对称设置有第一固定支架和第二固定支架，大臂部件通过第一关节分别连接第一固定支架和第二固定支架；小臂部件通过第二关节连接大臂部件，手腕通过第三关节连接小臂部件；底座部件上安装有第一舵机，第一舵机驱动底座部件旋转，从而带动大臂部件、小臂部件和手腕的旋转；第一固定支架上安装有第二舵机，第二固定支架上安装有第三舵机，第二舵机与第三舵机驱动大臂部件绕第一关节转动、小臂部件绕第二关节转动，通过第二舵机与第三舵机实现大臂部件与小臂部件的俯仰动作；第一舵机、第二舵机与第三舵机分别与主控板通信连接。本申请提供的机械臂通过第一舵机、第二舵机与第三舵机分别实现底座部件旋转、大臂部件俯仰、小臂部件俯仰等动作，通过主控板发送控制指令即可实现机械臂的搬运或焊接工作，操作简单，且自由度不受限制。还有本申请减少了驱动机构(舵机)的数量，使得机械臂的结构更简单，操作更简单。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种机械臂的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种机械臂中底座部件的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种机械臂中大臂部件与小臂部件的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种机械臂中腕部的结构示意图；

图1-图4符号表示：1-基座，2-底座部件，201-底座，202-支撑平台，203-第一舵机，204-第一固定支架，205-第二固定支架，3-大臂，301-第二舵机，302-第三舵机，4-小臂，5-手腕，501-第四舵机，6-气嘴，7-第一关节，8-第二关节，9-第三关节，10-连接板，11-第四关节，12-第一连杆，13-第五关节，14-第六关节，15-横臂，16-第七关节，17-三角板，18-第八关节，19-第二连杆，20-主控板，21-支撑板，22-气泵。

具体实施方式

参见图1，为本实用新型实施例提供的机械臂的结构示意图。

如图1所示，本实用新型实施例提供的机械臂包括基座1、执行机构和主控板20，其中，

执行机构包括底座部件2、大臂部件、小臂部件和手腕，底座部件2固定安装与基座1上。大臂部件通过第一关节7连接底座部件2，小臂部件通过第二关节8连接大臂部件，手腕5通过第三关节9连接小臂部件。

基座1可以提高机械臂的稳定性，基座1可以固定于地面上，也可以固定于工作平台上。

底座部件2可以旋转，进而带动大臂部件、小臂部件与手腕5转动，实现整个机械臂的转动。进一步地，底座部件2上安装有第一舵机203，第一舵机203驱动底座部件2旋转。

舵机简单的说就是集成了直流电机、电机控制器和减速器等，并封装在一个便于安装的外壳里的伺服单元，能够利用简单的输入信号比较精确的传动给定角度的电机系统。舵机安装了一个电位器(或其他角度传感器)检测输出轴转动角度，控制板根据电位器的信息能比较精确的控制和保持输出轴的角度。

因舵机接受一个简单的控制指令就可以自动转动到一个比较精确的角度，所以非常适合在关节型机器人产品使用。

为实现旋转动作，如图2所示，底座部件2包括底座201、支撑平台202以及位于底座201与支撑平台202之间的旋转机构，底座201固定安装于基座1上。旋转机构一般包括旋转盘与轴承，第一舵机203的主轴连接旋转盘与轴承，主轴旋转带动旋转盘与轴承的转动，从而实现底座部件2的旋转。

在具体实施过程中，底座部件2的旋转机构不仅限于旋转盘与轴承，如齿轮驱动旋转、涡轮蜗杆驱动旋转等结构等，其均属于本实用新型实施例的保护范围。

进一步地，底座部件2的回转角度范围一般为360°，也可以根据需要限定底座部件的回转角度，如-60°～240°等，其均属于本实用新型实施例的保护范围。

底座部件2还包括对称设置的第一固定支架204与第二固定支架205，第一固定支架204与第二固定支架205固定连接支撑平台202，起到支撑大臂部件的作用。安装时，第一固定支架204与第二固定支架205均垂直于支撑平台202。

如图3所示，大臂部件通过第一关节7分别连接第一固定支架204和第二固定支架205，具体地，大臂部件包括两个平行设置的大臂3，大臂3靠近基座1的一端连接第一关节7，即每个大臂3靠近基座1的一端设置通孔，第一关节7穿过每个大臂3的通孔。

进一步地，第一固定支架204上安装有第二舵机301，第二固定支架205上安装有第三舵机302，第二舵机301的主轴穿过第一固定支架204，第三舵机302的主轴穿过第二固定支架205，且第二舵机301的主轴与第三舵机302的主轴分别与第一关节7连接。即第二舵机301与第二舵机302驱动第一关节7转动，从而带动第一关节7上的大臂3上下转动，实现大臂3的俯仰动作。

进一步地，小臂部件包括两个平行设置的小臂4，小臂4与大臂3通过第二关节8连接，即大臂3与小臂4呈一定角度设置。

为实现小臂4的俯仰动作，第一关节7上连接有连接板10，连接板10位于第二固定支架205与大臂3之间，且第一关节7穿过连接板10的一端，连接板10的另一端连接第四关节11，第四关节11上还连接有第一连杆12，即连接板10与第一连杆12通过第四关节11连接。第一连杆12远离第四关节11的一端连接第五关节13，第五关节13穿过小臂4靠近第二关节8的一端，即小臂4与第一连杆12通过第五关节13连接。

动作时，第二舵机301与第三舵机302驱动第一关节7转动，第一关节7带动连接板10转动，连接板10带动第一连杆12转动，第一连杆12带动小臂4转动，从而实现小臂4的俯仰动作。

第二舵机301与第三舵机302驱动大臂3与小臂4协作动作，大臂3与小臂4的俯仰角度范围可以根据需要进行限定，如大臂3的俯仰角度范围为225°～345°，小臂4的俯仰角度范围为180°～270°，其均属于本实用新型实施例的保护范围。

如图4所示，手腕5通过第三关节9连接小臂4，小臂4可绕第三关节9转动，而手腕5不可转动。为实现这一目的，手腕5通过第六关节14连接有横臂15，横臂15通过第七关节16连接有三角板17，三角板17的一角连接第二关节8，三角板17的一角通过第八关节18连接有第二连杆19，第二连杆19活动连接第一固定支架204。

动作时，第二舵机301与第三舵机302驱动第一关节7转动，第一关节7带动大臂3上下转动，间接地带动小臂4上下转动，小臂4转动带动三角板17转动，三角板17分别带动横臂15、第二连杆19转动，而第二连杆19起支撑作用，因此三角板17与横臂15支撑手腕5保持不动，从而使得小臂4绕第三关节9转动。

进一步地，第一舵机203、第二舵机301与第三舵机302分别与主控板20通信连接，即主控板20向第一舵机203、第二舵机301或第三舵机302发送控制指令，第一舵机203、第二舵机301与第三舵机302即可精确控制底座部件2的转动角度、大臂3的俯仰角度与小臂4的俯仰角度，实现机械臂的搬运或焊接动作。

进一步地，为方便主控板20的安装，机械臂还包括支撑板21，支撑板21固定安装于底座部件2的支撑平台202上，而主控板20安装于支撑板21上。

进一步地，机械臂还包括气嘴6和气泵22，气嘴6活动连接手腕5，其气嘴6可旋转动作。为实现这一目的，手腕5上设有与主控板20通信连接的第四舵机501，第四舵机501驱动气嘴6旋转。

气嘴6与气泵22连接，气泵22通过电力或手力不停压缩空气，产生气压，气压促使气嘴6产生吸力，从而吸住物体表面，用于搬运物体。当气压较高时，气嘴6吸力较大，吸住物体；当气压较低时，气嘴6吸力较低，松开物体。

为实现气泵22的控制，气泵22与主控板20连接，主控板20向气泵22发送控制指令，气泵22根据控制指令控制气嘴6的吸/放。优选的，气泵22安装于支撑板21上。

进一步地，与手腕5连接的不仅限于气嘴6，如机械爪、吸盘等结构，其均属于本实用新型的保护范围。

进一步地，主控板20发送的控制指令可以是编写的程序，机械臂连接电源，通过microUSB连接PC端，在PC端打开机械臂控制软件，进行在线编程，根据需求对机械臂进行编程，以完成相应的动作；也可以通过WIFI模块实现无限远程操控，利用C标准库Socket，通过TCP/IP协议调用笔记本的WIFI，与WIFI模块进行通讯，WIFI模块将接收到的数据直接传输给单片机stm32做进一步处理，通过手机端连接机械臂，通过手机端不同动作序号按钮让机械臂执行相应的动作；也可以将Leap Motion连接到电脑上，通过安装Leap Motion Controller上位机，在执行模式或者实时模式下，控制机械臂模仿完成相应动作。

本申请提供的机械臂在工作时，主控板20分别向第一舵机203、第二舵机301、第三舵机302、第四舵机501与气泵22发送控制指令，第一舵机203根据控制指令驱动底座部件2旋转，实现整个机械臂的旋转，第二舵机301与第二舵机302根据控制指令驱动大臂3绕第一关节7转动、小臂4绕第二关节8转动、小臂4绕第三关节9转动，第四舵机501根据控制指令驱动气嘴6转动，气泵22根据控制指令驱动气嘴6吸/放，在各个执行机构的配合下，实现机械臂的前后、左右、上下移动，完成物体的搬运工作。

从上述实施例可以看出，本实用新型实施例提供的机械臂包括基座、执行机构和主控板，其中，执行机构包括底座部件、大臂部件、小臂部件和手腕，底座部件固定安装于基座上，大臂部件通过第一关节连接底座部件，小臂部件通过第二关节连接大臂部件，手腕通过第三关节连接小臂部件；机械臂还包括第一舵机、第二舵机和第三舵机，主控板分别向第一舵机、第二舵机与第三舵机发送控制指令，第一舵机用于驱动底座部件旋转，第二舵机与第三舵机用于驱动大臂部件绕第一关节转动、小臂部件绕第二关节转动、小臂部件绕第三关节转动；机械臂还包括气嘴与气泵，气嘴与手腕连接，手腕上设有第四舵机，主控板分别向第四舵机与气泵发送控制指令，第四舵机用于驱动气嘴旋转，气泵用于控制气嘴的吸/放；机械臂在执行机构、主控板等结构的协同作用下，完成机械臂的前后、左右、上下动作，从而完成物体的搬运。本申请提供的机械臂通过第一舵机、第二舵机与第三舵机分别实现底座部件旋转、大臂部件俯仰、小臂部件俯仰等动作，通过主控板发送控制指令即可实现机械臂的搬运或焊接工作。还有本申请减少了驱动机构(舵机)的数量，使得机械臂的结构更简单，操作更简单。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里实用新型的公开后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

以上所述的本实用新型实施方式并不构成对本实用新型保护范围的限定。