一种仿生机械臂的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种仿生机械臂，包括有底座，所述的底座上固定有底座支架和直线运动控制件，所述的底座支架的上端铰接有大臂座,该大臂座与所述直线运动控制件相连接，所述的大臂座与大臂杆的一端相连接,所述的大臂杆的另一端与小臂杆相铰接，所述的大臂杆远离所述小臂杆一端设置有丝杆步进电机，该丝杆步进电机上伸缩杆铰接于所述小臂杆的一端，所述的小臂杆的另一端设置有手爪固定件。本实用新型的优点在于，结构简单、合理，其充分利用杠杆原理，将控制件远离铰接点设置，不仅起到了省力的作用，减轻了机械臂的重量，而且使末端的受力减小，从而降低对材料以及加工工艺的要求，有效降低了生产成本。
【专利说明】
一种仿生机械臂
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种仿生机械臂。
【背景技术】
[0002]随着科技的不断发展以及用人成本的不断提高，现在工业生产中越来越多地使用机器人或者机械臂来完成生产，工业生产中机器人或者机械臂的广泛使用不仅能够提高自动化程度和提高生产效率，而且能够降低劳动人员的工作强度和避免一些危险环境下的工作，例如在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，由机器人代替劳动人员完成工作能够很好地保护劳动人员的安全。
[0003]另外，一些天生的残疾人以及一些因意外而被截肢的残疾人会安装义肢，但是现有的义肢多数仅具有支撑的功能或者仅具有简单的活动功能，随着机器人技术的不断发展，其结合仿生技术，相信在不久的将来，由机械臂代替义肢也将成为可能，而为残疾人朋友带来方便和福音。
[0004]如专利号为201210000857.4名称为“仿生机械手”的实用新型专利，该专利公开了一种仿生机械手，包括沿竖直方向延伸的机身升降缸，在机身升降缸的输出端上固设有绕机身升降缸中心轴线回转的机身回转缸，在机身回转缸的输出端上固设有沿水平方向延伸的手臂伸缩缸，在手臂伸缩缸上固设有绕手臂伸缩缸的中心轴线回转的手腕回转缸，在手腕回转缸上的转动输出部上设置有用于抓取物品的手爪部。该机械手通过机身升降缸控制升降，通过机身回转缸绕升降缸中心轴线回转，并通过手臂伸缩缸控制水平方向的运动，因此其手爪的运动范围其实是圆柱体，活动范围有限，活动也不够灵活，作为工业用机械手可能已经足够，若用于其他领域则需要进一步改进。
[0005]如申请号为201510607815.0名称为“一种多关节仿生机械臂”的实用新型专利公开文件，该公开文件公开了一种多关节仿生机械臂，包括基座、肩关节、肘关节、腕关节以及关节副组成，其特征在于肩关节安装于基座内；肘关节通过关节副安装在肩关节端部;腕关节通过关节副布置于肘关节端部;关节副安装在腕关节末端，并由安装于腕关节内的转动电机和摆动电机驱动下实现转动与摆动；基座、肩关节、肘关节和腕关节串联成仿生机械臂，其模仿人体手臂具有多个关节，活动灵活，活动范围大，但是其驱动各个关节的电机直接设置于该关节上，这样便需要复杂的减速机构使其达到较高的末端载荷以及闭环控制电路来精确控制各关节的角度，还会增加末端的受力从而提高多材料以及制造工艺的要求，进而提高制造成本，因此其结构也需进一步改进。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的是提供一种仿生机械臂，克服上述现有技术存在的不足之处，其结构合理，控制准确，活动灵活，制造成本低。
[0007]本实用新型通过以下技术方案实现:
[0008]—种仿生机械臂，包括有底座，所述的底座上固定有底座支架和直线运动控制件，所述的底座支架的上端铰接有大臂座，该大臂座与所述直线运动控制件相连接，所述的大臂座与大臂杆的一端相连接，所述的大臂杆的另一端与小臂杆相铰接，所述的大臂杆远离所述小臂杆一端设置有丝杆步进电机，该丝杆步进电机上伸缩杆铰接于所述小臂杆的一端，所述的小臂杆的另一端设置有手爪固定件。
[0009]所述的大臂座与大臂杆之间设置有旋转电机，该旋转电机固定于所述大臂座上，所述的旋转电机的输出轴与所述大臂杆相连接。
[0010]所述的丝杆步进电机上设置有归零微动开关。
[0011]所述的大臂座与所述底座之间设置有重力平衡弹簧。
[0012]所述的重力平衡弹簧的数目为两根，两根重力平衡弹簧对称设置于所述大臂座的两侧。
[0013]所述的小臂杆上开设有U字形槽，所述的大臂杆的端部嵌置于该U字形槽内。
[0014]所述的手爪固定件用电磁铁固定件或者气动固定件。
[0015]所述的电磁铁固定件包括电磁铁支架和装配于所述电磁铁支架内的电磁铁，所述的电磁铁支架上设置有信号连接线和电源连接线，所述的电源连接线分布于所述信号连接线的两侧。
[0016]所述的电磁铁的数目为两块，两块电磁铁分别嵌置于所述电磁铁支架的凹槽内。
[0017]所述的直线运动控制件为直线运动电机、直线运动液压栗或者直线运动气压栗。
[0018]与现有技术相比，具有的有益效果为:本机械臂充分利用杠杆原理，将控制小臂杆活动的丝杆步进电机和大臂杆活动的直线运动控制件远离铰接点设置，不仅起到了省力的作用，减轻了机械臂的重量，而且使小臂杆和大臂杆末端的受力减小，从而降低对材料以及加工工艺的要求，有效降低了生产成本;另外，其通过手爪固定件固定手爪，使手爪采用分离式结构，方便了手爪的维修和更换，结构更为合理。
[0019]在大臂座与大臂杆之间设置有旋转电机，使大臂杆能够绕大臂座转动，从而增加了一个自由度，使本机械臂的活动更为灵活，活动范围更大。
[0020]而重力平衡弹簧的设置不仅减轻了直线运动控制件的受力负担，更重要的是它能够避免因突然断电而导致使机械臂末端高速下降造成的安全隐患，使本机械臂的使用更加安全、可靠。
【附图说明】
[0021]图1是本实用新型的立体结构不意图；
[0022]图2是本实用新型另一视角的立体结构不意图；
[0023]图3是本实用新型电磁铁固定件的立体结构示意图。
[0024]其中，底座1、底座支架2、直线运动控制件3、大臂座4、旋转电机41、重力平衡弹簧42、大臂杆5、小臂杆6、U字形槽61、丝杆步进电机7、伸缩杆71、归零微动开关72、手爪固定件8、电磁铁支架81、凹槽81a、电磁铁82、信号连接线83、电源连接线84。
【具体实施方式】
[0025]为使本实用新型实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0026]现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
[0027]—种仿生机械臂，包括有底座I，所述的底座I上固定有底座支架2和直线运动控制件3，所述的底座支架2的上端铰接有大臂座4，该大臂座4与所述直线运动控制件3相连接，所述的大臂座4与大臂杆5的一端相连接，所述的大臂杆5的另一端与小臂杆6相铰接，所述的大臂杆5远离所述小臂杆6—端设置有丝杆步进电机7，该丝杆步进电机7上伸缩杆71铰接于所述小臂杆6的一端，所述的小臂杆6的另一端设置有手爪固定件8。
[0028]本机械臂充分利用杠杆原理，由直线运动控制件3和相连接的大臂座4以及大臂杆5构成一个杠杆，其杠杆支点设置于底座支架2上，其由直线运动控制件3控制大臂座4绕支点转动，从而实现大臂杆5的绕支点转动，直线运动控制件3设置于远离大臂杆5末端的位置，减轻了大臂杆5末端的受力。再由大臂杆5和小臂杆6构成另一个杠杆，从而形成类似于人体手臂肘关节的仿生结构，其小臂杆6的活动由丝杆步进电机7控制伸缩杆71的伸出与缩进来实现;同时丝杆步进电机7固定于远离杠杆支点的一端，减轻了小臂杆6末端的受力。
[0029]所述的大臂座4与大臂杆5之间设置有旋转电机41，该旋转电机41固定于所述大臂座4上，所述的旋转电机41的输出轴与所述大臂杆5相连接。
[0030]设置旋转电机41，使大臂杆5能够绕大臂座4转动，从而增加了一个自由度，使本本机械臂的活动更为灵活，活动范围更大。
[0031 ]所述的丝杆步进电机7上设置有归零微动开关72。
[0032]由于丝杆步进电机7只能控制伸缩杆71的位移量而不能直接获取伸缩杆71的位置信息，因此在丝杆步进电机7上设置归零微动开关72。即每当机械臂上电启动时，丝杆步进电机7的伸缩杆71都会自动移动到原点位置(缩回至最短状态)。当伸缩杆71移动到原点位置时便会触碰到归零微动开关72，归零微动开关72由断开状态转为闭合状态，这样便可以得出伸缩杆71的起点位置，有了起点位置和位移量便可以得知伸缩杆71的位置了，通过设置归零微动开关72能够简单、方便地获取伸缩杆71的位置信息，从而能够提高机械臂的控制精度。
[0033]所述的大臂座4与所述底座I之间设置有重力平衡弹簧42。
[0034]所述的重力平衡弹簧42的数目为两根，两根重力平衡弹簧42对称设置于所述大臂座4的两侧。
[0035]重力平衡弹簧42的设置给予主要由大臂杆5以及小臂杆6构成的机械臂一个向下的力，该力用于平衡大臂杆5以及小臂杆6的重力，避免大臂杆5以及小臂杆6的重力以及重力所产生的弯矩对直线运动控制件3造成过大的负担，进而提高对直线运动控制件3选择的要求。另外，重力平衡弹簧42也起到安全保护作用，避免因为突然断电而使机械臂末端高速下降而造成的安全隐患，也降低了机械臂的受损率。
[0036]所述的小臂杆6上开设有U字形槽61，所述的大臂杆5的端部嵌置于该U字形槽61内，并通过一转轴穿过小臂杆6以及大臂杆5从而形成铰接，这样结构更为紧凑。
[0037]本机械臂的手爪采用分离式结构，大大方便了手爪的维修和更换。本实施例中，所述的手爪固定件8采用电磁铁固定件。
[0038]所述的电磁铁固定件包括电磁铁支架81和装配于所述电磁铁支架81内的电磁铁82，所述的电磁铁支架81上设置有信号连接线83和电源连接线84，所述的电源连接线84分布于所述信号连接线83的两侧。
[0039]所述的电磁铁82的数目为两块，两块电磁铁82分别嵌置于所述电磁铁支架81的凹槽81a内。
[0040]电磁铁82通电后产生电磁力从而固定住手爪，电源连接线84为手爪提供电源，信号连接线83则保证了对手爪控制信号的传输。
[0041 ]上述的电磁铁固定件也可由气动固定件代替。
[0042]本实施例中，所述的直线运动控制件3采用直线运动电机，直线运动电机也可由直线运动液压栗或者直线运动气压栗代替。
[0043]本机械臂结构简单、合理，制造成本低，合适应用于各个领域，如工业生产与制造方面的喷漆作业，精密器件的组装作业等;农业生产领域的喷洒农药和机器人采摘;也在家庭用于清洁作业。
[0044]以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
[0045]本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
【主权项】
1.一种仿生机械臂，所述仿生机械臂包括有底座(I)，其特征在于:所述的底座(I)上固定有底座支架(2)和直线运动控制件(3)，所述的底座支架(2)的上端铰接有大臂座(4)，该大臂座(4)与所述直线运动控制件(3)相连接，所述的大臂座(4)与大臂杆(5)的一端相连接，所述的大臂杆(5)的另一端与小臂杆(6)相铰接，所述的大臂杆(5)远离所述小臂杆(6)一端设置有丝杆步进电机(7)，该丝杆步进电机(7)上伸缩杆(71)铰接于所述小臂杆(6)的一端，所述的小臂杆(6)的另一端设置有手爪固定件(8)。2.如权利要求1所述一种仿生机械臂，其特征在于:所述的大臂座(4)与大臂杆(5)之间设置有旋转电机(41)，该旋转电机(41)固定于所述大臂座(4)上，所述的旋转电机(41)的输出轴与所述大臂杆(5)相连接。3.如权利要求2所述一种仿生机械臂，其特征在于:所述的丝杆步进电机(7)上设置有归零微动开关(72)。4.如权利要求3所述一种仿生机械臂，其特征在于:所述的大臂座(4)与所述底座(I)之间设置有重力平衡弹簧(42)。5.如权利要求4所述一种仿生机械臂，其特征在于:所述的重力平衡弹簧(42)的数目为两根，两根重力平衡弹簧(42)对称设置于所述大臂座(4)的两侧。6.如权利要求5所述一种仿生机械臂，其特征在于:所述的小臂杆(6)上开设有U字形槽(61)，所述的大臂杆(5)的端部嵌置于该U字形槽(61)内。7.如权利要求6所述一种仿生机械臂，其特征在于:所述的手爪固定件(8)用电磁铁固定件或者气动固定件。8.如权利要求7所述一种仿生机械臂，其特征在于:所述的电磁铁固定件包括电磁铁支架(81)和装配于所述电磁铁支架(81)内的电磁铁(82)，所述的电磁铁支架(81)上设置有信号连接线(83)和电源连接线(84)，所述的电源连接线(84)分布于所述信号连接线(83)的两侧。9.如权利要求8所述一种仿生机械臂，其特征在于:所述的电磁铁(82)的数目为两块，两块电磁铁(82)分别嵌置于所述电磁铁支架(81)的凹槽(81a)内。10.如权利要求9所述一种仿生机械臂，其特征在于:所述的直线运动控制件(3)为直线运动电机、直线运动液压栗或者直线运动气压栗。
【文档编号】B25J19/00GK205415633SQ201620246654
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月28日
【发明人】汤志强
【申请人】汤志强