机器人及机械臂的制作方法

1.本实用新型涉及机器人技术领域，特别是涉及一种机器人及机械臂。


背景技术：

2.随着机器人技术的发展以及社会老龄化问题加重导致的人力成本上升，越来越多的机器人被应用到建筑行业中以代替人力劳动，从而提高生产效率，降低人力成本。
3.砌砖机器人是自动化建筑行业中常用的机器人之一，传统的砌砖机器人的砌筑执行机构一般只包含夹爪部分，砌筑执行机构的运动范围只能往砌筑高度方向运动，灵活性差，随着砌筑高度的增加，其升降机构的刚性明显大大减弱，砌筑执行机构将产生空间上的偏移，在该情况下砖块将无法平稳的砌筑到墙上。


技术实现要素：

4.基于此，有必要提供一种灵活度高，稳定性好的机器人及机械臂。
5.一方面，本技术提供一种机械臂，包括：
6.执行机构；
7.腕关节，所述腕关节与所述执行机构连接，所述腕关节用于驱动所述执行机构绕第一方向转动；
8.肘关节，所述肘关节设置于所述腕关节远离所述执行机构一侧，并与所述腕关节间隔设置，所述肘关节用于驱动所述执行机构绕所述第一方向转动；以及，
9.调姿机构，所述调姿机构连接于所述肘关节与所述腕关节之间，所述调姿机构包括用于驱动所述执行机构绕第二方向转动的第一驱动模块和用于驱动所述执行机构绕第三方向转动的第二驱动模块；
10.其中，所述第一方向、所述第二方向以及所述第三方向两两相互垂直。
11.上述机械臂通过设置间隔的肘关节与腕关节，并且肘关节与腕关节均能绕第一方向(z轴方向)转动，从而能实现机械臂的执行机构在平面内多工位之间移动，便于执行机构移动至取砖工位夹取砖块，并将砖块再移动至待砌墙体上。同时通过在腕关节与肘关节之间设置调姿机构，调姿机构能驱动执行机构在平面内绕第二方向(x轴方向)以及第三方向(y轴方向)转动，从而在取砖或砌筑时调整执行机构角度，保证执行机构夹取砖头的角度正确以及砌筑时执行机构对位精准，提高了执行机构稳定性与灵活性。进一步地，传统的多轴机械臂的调姿装置通常包括x轴旋转模块、y轴模块以及z轴旋转模块，并且x轴旋转模块、y轴模块以及z轴旋转模块通常相互层叠设置，而本技术的机械臂通过将机械臂的腕关节充当z轴旋转装置，从而省去了在调姿机构中添加z轴旋转模块，并且通过将腕关节设置在调姿机构靠近执行机构的一侧，有效避免了整个机械臂高度的增加，保证了机械臂在砌筑腔体距离楼板最后一层后能成功退出。
12.下面对本技术的技术方案作进一步的说明：
13.在其中一个实施例中，所述腕关节包括：
14.第一活动端，所述第一活动端与所述执行机构连接；
15.第一固定端，所述第一固定端与所述调姿机构连接；并且所述第一固定端与所述第一活动端活动连接；以及，
16.第三驱动模块，所述第三驱动模块设置在所述第一固定端上并且与所述第一活动端驱动连接，所述第三驱动模块用于驱动所述第一活动端绕所述第一方向转动；
17.所述肘关节包括：
18.第二活动端，所述第二活动端与所述调姿机构连接；
19.第二固定端，所述第二固定端与所述第二活动端活动连接，以及，
20.第四驱动模块，设置在所述第二固定端上并且与所述第二活动端驱动连接，所述第四驱动模块用于驱动所述第二活动端绕所述第一方向转动。
21.在其中一个实施例中，所述第三驱动模块包括：
22.第一电机，所述第一电机设置在所述第一固定端上；
23.第一波发生器，所述第一波发生器与所述第一电机的输出轴连接；
24.第一柔轮，所述第一柔轮套设在所述第一波发生器上；以及，
25.第一刚轮，所述第一刚轮套设在所述第一柔轮外并与所述第一柔轮相啮合，所述第一刚轮与所述第一活动端连接；
26.所述第四驱动模块包括：
27.第二电机，所述第二电机设置在所述第二固定端上；
28.第二波发生器，所述第二波发生器与所述第二电机的输出轴连接；
29.第二柔轮，所述第二柔轮套设在所述第二波发生器上；以及，
30.第二刚轮，所述第二刚轮套设在所述第二柔轮外并与所述第二柔轮相啮合，所述第二刚轮与所述第二活动端连接。
31.在其中一个实施例中，所述第一活动端设有与所述第一电机相对设置第一拉板，所述腕关节还包括第一同轴件，所述第一同轴件的一端与所述第一电机的输出轴连接，所述第一同轴件的另一端与所述第一拉板连接，所述第一固定端包括覆盖在所述第一拉板外的第一连接板，所述第一连接板设有第一销轴，所述第一销轴通过第一轴承与所述第一同轴件转动连接；
32.所述第二活动端设有与所述第二电机相对设置第二拉板，所述肘关节还包括第二同轴件，所述第二同轴件的一端与所述第二电机的输出轴连接，所述第二同轴件的另一端与所述第二拉板连接，所述第二固定端包括覆盖在所述第二拉板外的第二连接板，所述第二连接板设有第二销轴，所述第二销轴通过第二轴承与所述第二同轴件转动连接。
33.在其中一个实施例中，所述调姿机构还包括活动连接的第一安装座以及第二安装座，所述第一安装座与所述肘关节连接，所述第二安装座与所述腕关节连接，所述第一驱动模块安装在所述第一安装座上并与所述第二安装座驱动连接，所述第一驱动模块用于驱动第二安装座绕所述第二方向转动，所述第二驱动模块安装在所述第二安装座上并与所述腕关节驱动连接，所述第二驱动模块用于驱动所述腕关节绕所述第三方向转动。
34.在其中一个实施例中，所述机械臂还包括肩关节，所述肩关节与所述肘关节连接，所述肩关节用于驱动所述执行机构绕所述第一方向转动。
35.在其中一个实施例中，所述肩关节包括：
36.第三固定端，所述第三固定端设有第一同步轮；
37.第三活动端，所述第三活动端与第三固定端活动连接并与所述肘关节连接，所述第三活动端设有第三电机，所述第三电机连接有第二同步轮；以及，
38.第一同步带，所述第一同步带套设于所述第一同步轮以及所述第二同步轮上。
39.在其中一个实施例中，所述执行机构为夹爪。
40.在其中一个实施例中，所述执行机构上设置有激光测距传感器和/或倾角传感器。
41.另一方面，本技术还提供一种机器人，机器人包括上述的机械臂。
附图说明
42.构成本技术的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
43.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
44.图1为1为一实施例的砌筑机器人的结构示意图；
45.图2为图1中所示的砌筑机器人在砌筑状态下的结构示意图；
46.图3为图1中所示的砌筑机器人在取砖状态下的结构示意图；
47.图4为一实施例的机械臂的结构示意图；
48.图5为图4中所示的机械臂的腕关节的结构剖视图；
49.图6为图4中所示的机械臂的肘关节的结构剖视图；
50.图7为一实施例的的机械臂的侧视图。
51.附图标记：
52.10、机械臂；11、执行机构；111、夹爪；12、腕关节；121、第一活动端；122、第一固定端；123、第一电机；124、第一波发生器；125、第一柔轮；126、第一钢轮；127、第一拉板；128、第一连接板；129、第一销轴；13、调姿机构；131、第一安装座；132、第二安装座；133、第一驱动模块；134、第二驱动模块；14、肘关节；141、第二活动端；142、第二固定端；143、第二电机；144、第二波发生器；145、第二柔轮；146、第二钢轮；147、第二拉板；148、第二连接板；149、第二销轴；15、肩关节；151、第三活动端；152、第三固定端；153、第三电机；154、第一同步带；20、砖块输送模块；30、翻砖升降模块；40、抬升机构。
具体实施方式
53.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
54.具体地，本技术一实施例提供了一种机器人，机器人包括机器人本体以及设置在机器人本体上的机械臂10。机械臂10用于执行机器人的各种功能操作，机器人本体用于控
制机械臂10运动。具体地，以砌筑机器人为例，参见图1
‑
3，一实施例的砌筑机器人包括机器人本体以及机械臂10。机器人本体上设有砖块输送模块20以及翻砖升降模块30。砖块输送模块20与翻砖升降模块30对接，翻砖升降模块30位于机械臂10的远离待砌墙体的一侧。机械臂10通过抬升机构40可升降地设置在机器人本体上，并由机器人本体控制运动。
55.具体地，在工作时，砖块输送模块20将预先涂覆有砂浆的砖块逐一地输送至翻转升降模块上，翻砖升降模块30夹取砖块输送模块20输送的砖块。然后将砖块翻转180
°
，以将砖块的砂浆面由朝上翻转至朝下，然后将翻转好的砖块抬升至取砖工位上以待机械臂10夹取。机械臂10收到砌砖指令后，需要先移动至后方的翻砖升降模块30上进行抓砖，然后在移动至前方的待砌墙体附近，后在抬升机构40的抬升下将砖头移动至待砌墙体上方并将砖头整齐地叠放在墙体上，重复上述流程，直至墙体由下至上连接至楼板。
56.由于在取砖时机械臂10需要在平面内多工位之间运动和砌筑时需要做直线升降运动，因此需要保证机械机械臂10有足够的灵活度与稳定性。而统的砌筑机器人的砌筑执行机构11一般只包含夹爪111部分，砌筑执行机构11只能通过升降机构沿砌筑高度方向进行升降运动，无法在平面内多工位之间完成取砖以及砌砖工作，缺乏灵活性，并且随着砌筑高度的增加，其升降机构的刚性明显大大减弱，砌筑执行机构11将产生空间上的偏移，在该情况下砖块不能平稳的砌筑到墙体上。虽然工业用的多轴机械臂10能实现在平面内多工位之间运动，但一般的工业多轴机械臂10各运动轴叠设，高度往往较高，应用在砌筑机器人上时，可能会导致在砌筑完墙体距离楼板的最后一层后，由于楼板与墙体的干涉无法成功退出问题。基于此，本技术提供了一种能适用于砌筑机器人的机械臂10，该机械臂10灵活度高，稳定性好，能灵活地在平面内多工位间转动，并且避免整个机械臂10高度增加，实现砌砖机械臂10在距离楼板最后一层砌筑后成功退出的目的。
57.具体地，参见图4，图4示意出了本技术一实施例的机械臂10的结构示意图，具体地，一实施例的机械臂10包括执行机构11、腕关节12、肘关节14以及调资机构，其中，执行机构11用于执行机械臂10的具体功能，例如在砌筑机器人中，执行机构11用于夹取砖头。腕关节12与执行机构11连接，腕关节12用于驱动执行机构11绕第一方向转动。肘关节14设置于腕关节12远离执行机构11一侧，并与腕关节12间隔设置，肘关节14用于驱动执行机构11绕第一方向转动。调姿机构13连接于肘关节14与腕关节12之间，调姿机构13包括用于驱动执行机构11绕第二方向转动的第一驱动模块133和用于驱动执行机构11绕第三方向转动的第二驱动模块134。其中，第一方向、第二方向以及第三方向两两相互垂直。
58.具体地，以应用在砌筑机器人为例，以砌筑机器人砌筑高度方向为z轴方向，则上述第一方向为z轴方向，第二方向为x轴方向，第三方向为y轴方向。通过在机械臂10上设置间隔的肘关节14与腕关节12，并且肘关节14与腕关节12均能绕第一方向(z轴方向)转动，从而能实现机械臂10的执行机构11在平面内多工位之间移动，便于执行机构11移动至取砖工位夹取砖块，并将砖块再移动至待砌墙体上。同时通过在腕关节12与肘关节14之间设置调姿机构13，调姿机构13能驱动执行机构11在平面内绕第二方向(x轴方向)以及第三方向(y轴方向)转动，从而在取砖或砌筑时调整执行机构11角度，保证执行机构11夹取砖头的角度正确以及砌筑时执行机构11对位精准，提高了执行机构11稳定性与灵活性。进一步地，传统的多轴机械臂10的调姿装置通常包括x轴旋转模块、y轴模块以及z轴旋转模块，并且x轴旋转模块、y轴模块以及z轴旋转模块通常相互层叠设置，而本技术的机械臂10通过将机械臂
10的腕关节12充当z轴旋转装置，从而省去了在调姿机构13中添加z轴旋转模块，并且通过将腕关节12设置在调姿机构13靠近执行机构11的一侧，有效避免了整个机械臂10高度的增加，保证了机械臂10在砌筑腔体距离楼板最后一层后能成功退出。
59.具体地，参见图5，腕关节12包括第一活动端121、第一固定端122以及第三驱动模块。第一活动端121与执行机构11连接。第一固定端122与第一活动端121活动连接，并且第一固定端122与调姿机构13连接。第三驱动模块设置在第一固定端122上并且与第一活动端121驱动连接，第三驱动模块用于驱动第一活动端121绕第一方向转动，从而带动执行机构11绕第一方向转动。
60.进一步地，继续参见图5，第三驱动模块包括第一电机123以及第一谐波减速机，第一电机123设置在第一固定端122上，第一电机123通过第一谐波减速机与第一活动端121连接，由于谐波减速机体积小，精度高，易于获得大的减速比，因此通过第一谐波减速机连接第一电机123与第一活动端121能有效减小腕关节12体积，提高腕关节12转动稳定性。具体地，第一谐波减速机包括第一波发生器124、第一柔轮125以及第一钢轮126。其中第一波发生器124与第一电机123的输出轴连接，第一柔轮125套设在第一波发生器124上。第一刚轮套设在第一柔轮125外并与第一柔轮125相啮合，第一刚轮与第一活动端121连接，从而通过第一电机123驱动第一波发生器124转动，第一波发生器124带动第一柔轮125转动，第一柔轮125转动再带动钢轮转动，进而实现第一活动端121转动。
61.进一步地，第一活动端121设有与第一电机123相对设置第一拉板127，腕关节12还包括第一同轴件，第一同轴件的一端与第一电机123的输出轴连接，第一同轴件的另一端与第一拉板127连接，从而将第一电机123的输出动力传递至第一拉板127上，提高第一活动端121的运动稳定性。进一步地，第一固定端122包括覆盖在第一拉板127外的第一连接板128，第一连接板128设有第一销轴129，第一销轴129通过第一轴承与第一同轴件转动连接，从而通过第一销轴129转动连接第一固定端122与第一活动端121，加强了腕关节12的机械刚性，进而保证机械臂10的运动定位精度。
62.进一步地，肘关节14的结构与腕关节12结构类似。具体地，参见图6，肘关节14包括第二活动端141、第二固定端142以及第四驱动模块。第二活动端141与调姿机构13连接。第二固定端142与第二活动端141活动连接，第四驱动模块设置在第二固定端142上并且与第二活动端141驱动连接，第四驱动模块用于驱动第二活动端141绕第一方向转动，从而带动调姿机构13、腕关节12以及执行机构11整体绕第一方向转动。
63.进一步地，继续参见图6，第四驱动模块包括第二电机143以及第二谐波减速机，第二电机143设置在第二固定端142上，第二电机143通过第二谐波减速机与第二活动端141连接，由于谐波减速机体积小，精度高，易于获得大的减速比，因此通过第二谐波减速机连接第二电机143与第二活动端141能有效减小肘关节14体积，提高肘关节14转动稳定性。具体地，第二谐波减速机包括第二波发生器144、第二柔轮145以及第二钢轮146。其中第二波发生器144与第二电机143的输出轴连接，第二柔轮145套设在第二波发生器144上。第二刚轮套设在第二柔轮145外并与第二柔轮145相啮合，第二刚轮与第二活动端141连接，从而通过第二电机143驱动第二波发生器144转动，第二波发生器144带动第二柔轮145转动，第二柔轮145转动再带动钢轮转动，进而实现第二活动端141转动。
64.进一步地，第二活动端141设有与第二电机143相对设置第二拉板147，肘关节14还
包括第二同轴件，第二同轴件的一端与第二电机143的输出轴连接，第二同轴件的另一端与第二拉板147连接，从而将第二电机143的输出动力传递至第二拉板147上，提高第二活动端141的运动稳定性。进一步地，第二固定端142包括覆盖在第二拉板147外的第二连接板148，第二连接板148设有第二销轴149，第二销轴149通过第二轴承与第二同轴件转动连接，从而通过第二销轴149转动连接第二固定端142与第二活动端141，加强了肘关节14的机械刚性，进而保证机械臂10的运动定位精度。
65.进一步地，调姿机构13还包括活动连接的第一安装座131以及第二安装座132，较佳地，第一安装座131可转动地套接在第二安装座132外。第一安装座131与肘关节14连接，第二安装座132与腕关节12连接，第一驱动模块133安装在第一安装座131上并与第二安装座132驱动连接，第一驱动模块133用于驱动第二安装座132绕第二方向转动，第二驱动模块134安装在第二安装座132上并与腕关节12驱动连接，第二驱动模块134用于驱动腕关节12绕第三方向转动。
66.具体地，第一驱动模块133可以为同步带传动机构，具体地，第一驱动模块133包括电机、主动轮，从动轮以及同步带，其中电机设置在第一安安装座上，主动轮与电机的转轴连接，从动轮可转动地设置在第一安装座131上并与第二安装座132连接，从动轮的转轴方向与第二方向一致，同步带套设在主动轮与从动轮上。从而通过电机驱动主动轮转动，同步带带动从动轮转动，进而实现第二安装座132相对第一安装座131绕第二方向转动，最终带动腕关节12以及执行机构11整体绕第二方向转动。值得说明的是，第一驱动模块133不限于上述实施方式，第一驱动模块133也可以是链轮链条机构或齿轮传动机构还可以是电机直接驱动第二安装座132，也同样能实现第二安装座132相对第一安装座131转动，在此不做赘述。
67.第二驱动模块134包括转动电机，转动电机安装在第二安装座132上，并且转动电机的转轴与腕关节12的第一固定端122连接，从而通过转动电机即可直接驱动腕关节12以及执行机构11整体绕第三方向转动。值得说明的是，第二驱动模块134不限于上述实施方式，第二驱动模块134也可以是同步带机构或链轮链条机构或齿轮传动机构，也同样能实现驱动腕关节12座相对第二安装座132转动，较佳地，第二安装座132内设有空腔，第二驱动模块134设置在空腔内，从而使得调姿机构13结构更为紧凑，减小调姿机构13体积。
68.进一步地，参见图7，机械臂10还可以包括肩关节15，肩关节15与肘关节14连接，肩关节15用于驱动执行机构11绕第一方向转动。通过在机械臂10上再增加肩关节15，可以进一步提高机械臂10在平面内多工位间移动的灵活性。具体地，一实施例的肩关节15包括第三固定端152、第三活动端151以及第一同步带154，第三固定端152可转动地设有第一同步轮，第三固定端152用于与机器人本体连接。第三活动端151与第三固定端152活动连接并与肘关节14连接，第三活动端151设有第三电机153，第三电机153连接有第二同步轮。第一同步带154套设于第一同步轮以及第二同步轮上。从而通过第三电机153驱动第二同步轮转动，第一同步带154在带动第一同步轮转动即可使得第三活动端151相对第三固定端152转动，进而带动肘关节14、调姿机构13、腕关节12以及执行机构11整体绕第一方向转动。
69.进一步地，执行机构11包括夹爪111，具体地，以砌筑机器人为例，执行机构11包括砌砖夹爪111，砌砖夹爪111用于夹取或释放砖头，从而实现从取砖工位上夹取砖头并将砖头砌筑到墙体上。较佳地，砌砖夹爪111为气动夹爪111。
70.进一步地，执行机构11上设置有激光测距传感器和/或倾角传感器。通过激光测距传感器可检测执行机构11到目标的距离，例如用于检测执行机构11到砖头的距离并反馈给机器人本体，倾角传感器用于检测中心机构的角度姿态并反馈给机器人本体，机器人本体能根据激光测距传感器并和/或倾角传感器反馈的信息及时调整机械臂10的姿态，从而提高机械臂10的运动定位精度。
71.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
72.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
73.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
74.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
75.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
76.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
77.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。