本發(fā)明涉及一種模塊化機械臂，具體來說，是一種可重構(gòu)輕型模塊化機械臂。

背景技術(shù)：

機器人臂是具有模仿人類手臂功能并可完成各種作業(yè)的自動控制設(shè)備，具備一些與人手臂相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，實質(zhì)上是一種具有高度靈活性的自動化機器人。市場上，現(xiàn)有的機械臂多是以定制為主，每制造出一種機械臂都需要經(jīng)過專門的設(shè)計，機械臂種類多批量少，通用性差，成本高，同時，對于普通的機械臂而言，其應(yīng)用領(lǐng)域受到了其自身的機械結(jié)構(gòu)的極大限制。機器人的柔性越來越不能滿足市場變化的要求。而模塊化機械臂的應(yīng)用可以扭轉(zhuǎn)這樣的情況，提高機器人研制的效率，從而大大推動機器人技術(shù)的發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供一種質(zhì)量輕、體積小，外型美觀，具有極強的靈活性和適應(yīng)性的可重構(gòu)輕型模塊化機械臂。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案如下：

一種可重構(gòu)的輕型模塊化機械臂，包括工控pc機、底座、若干機械臂連桿與若干輸出轉(zhuǎn)矩的機械臂關(guān)節(jié)，所述底座為固定底座，用于整個輕型模塊化機械臂的固定與安裝；所述機械臂連桿之間通過可拆裝式機械臂關(guān)節(jié)相互連接，各個機械臂關(guān)節(jié)的兩端及機械臂連桿兩端均設(shè)置有實現(xiàn)任意連接的統(tǒng)一化機械接口；所述工控pc機通過控制機械臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動帶動機械臂連桿的運動。

進一步地，所述的機械臂關(guān)節(jié)采用直線疊加中空式結(jié)構(gòu)，包括用于分別連接前后機械臂連桿的圓柱狀關(guān)節(jié)輸出端和關(guān)節(jié)輸入端，所述關(guān)節(jié)輸出端內(nèi)設(shè)置有控制器、相連接的直流無刷力矩電機和諧波減速器，所述關(guān)節(jié)輸出端由諧波減速器柔輪引出，以關(guān)節(jié)輸出軸作為連接件，通過力矩傳感器后輸出；所述的機械臂關(guān)節(jié)內(nèi)還分別設(shè)置用于檢測直流無刷力矩電機及諧波減速器轉(zhuǎn)角的編碼器。

進一步地，所述關(guān)節(jié)輸出端和關(guān)節(jié)輸入端的外周壁上沿周向均勻設(shè)置有若干螺釘孔。

進一步地，所述的機械臂連桿采用中空結(jié)構(gòu)，其兩端設(shè)置分別設(shè)置有可連接機械臂關(guān)節(jié)或底座的圓孔形接口。

進一步地，所述圓孔形接口的外周壁沿周向均勻設(shè)置有若干螺釘孔。

進一步地，所述的機械臂連桿的整體外形為中空的流線型結(jié)構(gòu)。

進一步地，所述工控pc機通過usb-can模塊連接各個機械臂關(guān)節(jié)的控制器，各個機械臂關(guān)節(jié)按can總線分布式的要求相連接，通過canopen通訊協(xié)議形成一個互通的整體。

進一步地，所述的機械臂連桿、機械臂關(guān)節(jié)均采用鋁合金材料。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明可重構(gòu)輕型模塊化機械臂的設(shè)計方法，將在機械臂設(shè)計中應(yīng)用模塊化思想，是機械臂能根據(jù)任務(wù)和環(huán)境的不同而選擇自身模塊的連接方式，從而達到與所需功能所適應(yīng)的結(jié)構(gòu)，因而具有良好的自組織、自適應(yīng)能力。

2、本發(fā)明可重構(gòu)輕型模塊化機械臂的設(shè)計方法，在機械臂中應(yīng)用流線型的機械臂連桿設(shè)計，保證了其外形美觀。

3、本發(fā)明可重構(gòu)輕型模塊化機械臂的設(shè)計方法，采用中通式外殼，減輕機械臂整體的重量。

4、本發(fā)明可重構(gòu)輕型模塊化機械臂的設(shè)計方法，連桿與關(guān)節(jié)的接口設(shè)計在側(cè)面，便于安裝，拆卸方便。

5、本發(fā)明可重構(gòu)輕型模塊化機械臂的設(shè)計方法，當需要設(shè)計不同類型的機械臂時，只需要在使用模塊化關(guān)節(jié)機械接口的基礎(chǔ)上，設(shè)計模塊化機械臂連桿的基本外形，大大縮短了一款機械臂的研制周期。

6、本發(fā)明可重構(gòu)輕型模塊化機械臂的設(shè)計方法，在機械臂設(shè)計中主要使用鋁合金作為材料，結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕、體積小。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的模塊化機械臂整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例的機械臂關(guān)節(jié)剖面示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例的機械臂關(guān)節(jié)外觀示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例中連接于底座和第一機械臂關(guān)節(jié)之間的機械臂連桿結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明實施例中連接于第一機械臂關(guān)節(jié)和第二機械臂關(guān)節(jié)之間的機械臂連桿結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中所示：1-第一機械臂關(guān)節(jié)；2-第二機械臂關(guān)節(jié)；3-第三機械臂關(guān)節(jié)；4-第四機械臂關(guān)節(jié)；5-第五機械臂關(guān)節(jié)；6-第六機械臂關(guān)節(jié)；7-機械臂連桿；8-底座；9-第一編碼器；10-諧波減速器；11-第二編碼器；12-直流無刷力矩電機；13-力矩傳感器；14-關(guān)節(jié)輸出端；15-關(guān)節(jié)輸入端；16-螺釘孔。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的發(fā)明目的作進一步詳細地描述，實施例不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實施方式并不因此限定于以下實施例。

如圖1所述，一種可重構(gòu)的輕型模塊化機械臂，包括工控pc機、底座8、輸出轉(zhuǎn)矩的第一機械臂關(guān)節(jié)1、第二機械臂關(guān)節(jié)2、第三機械臂關(guān)節(jié)3、第四機械臂關(guān)節(jié)4、第五機械臂關(guān)節(jié)5、第六機械臂關(guān)節(jié)6、若干連接于各機械臂關(guān)節(jié)之間的機械臂連桿7，所述底座8為固定底座，用于整個輕型模塊化機械臂的固定與安裝；所述機械臂連桿7之間通過可拆裝式機械臂關(guān)節(jié)相互連接，各個機械臂關(guān)節(jié)的兩端及機械臂連桿兩端均設(shè)置有實現(xiàn)任意連接的統(tǒng)一化機械接口；所述工控pc機通過控制各機械臂關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動帶動機械臂連桿的運動。各機械臂連桿與機械臂關(guān)節(jié)采用統(tǒng)一的機械接口，結(jié)構(gòu)上各機械臂連桿與機械臂關(guān)節(jié)可以以不同的方式自由組合，由此獲得不同的機械臂構(gòu)型和自由度。

具體而言，如圖2和圖3所示，各機械臂關(guān)節(jié)采用直線疊加中空式結(jié)構(gòu)，主要采用鋁合金材料，包括用于分別連接前后機械臂連桿的圓柱狀關(guān)節(jié)輸出端14和關(guān)節(jié)輸入端15，所述關(guān)節(jié)輸出端14內(nèi)設(shè)置有控制器、相連接的直流無刷力矩電機12和諧波減速器10，所述關(guān)節(jié)輸出端14由諧波減速器10柔輪引出，以關(guān)節(jié)輸出軸作為連接件，通過力矩傳感器13后輸出；各機械臂關(guān)節(jié)內(nèi)還分別設(shè)置用于檢測直流無刷力矩電機12及諧波減速器10轉(zhuǎn)角的第一編碼器9和第二編碼器11，控制器通過電路分別連接直流無刷力矩電機12、力矩傳感器13、第一編碼器9和第二編碼器11，另外，所述關(guān)節(jié)輸出端14和關(guān)節(jié)輸入端15的外周壁上沿周向均勻設(shè)置有若干螺釘孔16，達到節(jié)省空間、方便安裝的目的。

所述關(guān)節(jié)輸出端14為運動端，由諧波減速器10的柔輪驅(qū)動，通過力矩傳感器13后輸出，驅(qū)動下個機械臂連桿7的運動；輸入端為固定端，連接上一個機械臂連桿7，所述直流無刷力矩電機12轉(zhuǎn)動產(chǎn)生力矩，經(jīng)過諧波減速器10后，產(chǎn)生較大的力矩控制關(guān)節(jié)輸出端14運動，通過對直流無刷力矩電機12轉(zhuǎn)動的控制即可實現(xiàn)對關(guān)節(jié)運動的控制。

如圖4和圖5所示，各個機械臂連桿的整體外形為中空的流線型結(jié)構(gòu)，采用鋁合金材料，外形美觀，且通過有限元分析優(yōu)化結(jié)構(gòu)，外殼薄、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕，符合流體力學(xué)特點。其兩端設(shè)置分別設(shè)置有可連接機械臂關(guān)節(jié)或底座的圓孔形接口，同時，所述圓孔形接口的外周壁沿周向均勻設(shè)置有若干螺釘孔16，在連接機械臂連桿與機械臂關(guān)節(jié)時，通過在圓周上均布的螺釘孔16內(nèi)旋入螺釘連接兩者，達到節(jié)省空間、方便安裝的目的。

本實施例在整個機械臂中采用中通孔走線的走線方式，包括在機械臂關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)和機械臂連桿結(jié)構(gòu)中都采用中空走線的設(shè)計思想，降低機械臂重量的同時，還能優(yōu)化機械臂的結(jié)構(gòu)，防止線路外露可能帶來的不便和風(fēng)險。

所述工控pc機通過usb-can模塊連接各個機械臂關(guān)節(jié)的控制器，各個機械臂關(guān)節(jié)按can總線分布式的要求相連接，通過canopen通訊協(xié)議形成一個互通的整體，進而由上位機軟件綜合管理調(diào)度。

本實施例在機械臂中引入模塊化思想，每個模塊化的機械臂關(guān)節(jié)都是集機械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動、控制和通信等于一體的相對完整且獨立的單元實體，而每個機械臂連桿都具有相同的機械接口，結(jié)構(gòu)上每個模塊化機械臂關(guān)節(jié)都可以與任意機械臂連桿相接，由此可以按照不同的組合方式與安裝順序連接模塊化機械臂關(guān)節(jié)與連桿，以獲得不同構(gòu)型甚至不同自由度的機械臂，突破機械臂結(jié)構(gòu)對其功能的限制，滿足不同市場變化的要求，提高機械臂的通用性，降低成本，從而大大推動機器人技術(shù)的發(fā)展。

本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。