一种牵拉式机器人的制作方法

1.本实用新型涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种牵拉式机器人。


背景技术：

2.机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断地向人类活动的各个领域渗透。结合这些领域的应用特点，人们发展了各式各样的具有感知、决策、行动和交互能力的特种机器人和各种智能机器人。机器人是自动执行工作的机器装置。它是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物，在工业、医学、农业、服务业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。
3.随着科技的发展机器人的制作技术不断成熟，同时也遇到了瓶颈，主要是体积和力量不匹配的问题，现状是大的太大，小的太小。大的是工业机械臂，可以产生5kg-30kg的力量，但是体积庞大，有数吨到数十吨的重量。小型机械臂体积虽然小，一般放在桌面，只能产生1-2斤的重量，完全达不到实用的要求。
4.传统的机械臂的动力部分电机一般安装在机械臂各个关节的部位，同时电机的功率与电机本身的重量成正比，要使机械臂手部力量越大，关节电机的重量就越大，这就使得由于机械臂的根部电机必须承担更大远端关节电机的重量负担，这就造成机械臂的动力损耗非常惊人。
5.综上，我们提出了一种牵拉式机器人解决以上问题。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种牵拉式机器人，其能够减轻机器人手臂的整体重量，进而加大机器人手臂所抬重物的重量上限，同时提升机器人动作的灵活性，较为直接的方式带动手臂运动，减少能量传递中的能耗损失。
7.本实用新型的实施例是这样实现的：
8.本技术实施例提供一种牵拉式机器人，包括主机箱，主机箱的左侧设有左手臂，主机箱的右侧设有右手臂；左手臂与右手臂均包括有与主机箱活动连接的肩部关节构件、与肩部关节构件活动连接的上臂、与上臂连接的肘关节构件以及与肘关节构件连接的前臂；还包括设于主机箱的第一牵拉绳、第二牵拉绳、第三牵拉绳、第四牵拉绳、第一舵机、第二舵机、第三舵机以及第四舵机；第一舵机的传动轴设有第一法兰盘，第一牵拉绳的一端卷绕于第一法兰盘，第一牵拉绳的另一端绕过右手臂的肩部关节构件并与右手臂的上臂连接；第二舵机的传动轴设有第二法兰盘，第二牵拉绳的一端卷绕于第二法兰盘，第二牵拉绳的另一端绕过左手臂的肩部关节构件并与左手臂的上臂连接；第三舵机的传动轴设有第三法兰盘，第三牵拉绳的一端卷绕于第三法兰盘，第三牵拉绳的另一端绕过左手臂的肩部关节构件并与左手臂的前臂连接；第四舵机的传动轴设有第四法兰盘，第四牵拉绳的一端卷绕于
第四法兰盘，第四牵拉绳的另一端绕过右手臂的肩部关节构件并与右手臂的前臂连接。
9.进一步的，在本实用新型的一些实施例中，上述还包括设于主机箱的第五舵机和第六舵机，第五舵机的传动轴设有第五法兰盘，左手臂的肩部关节构件设于第五法兰盘；第六舵机的传动轴设有第六法兰盘，右手臂的肩部关节构件设于第六法兰盘。
10.进一步的，在本实用新型的一些实施例中，上述还包括设于主机箱的第七舵机，第七舵机的传动轴设有第七法兰盘。
11.进一步的，在本实用新型的一些实施例中，上述肩部关节构件包括肩关节构件箱和设于肩关节构件箱内部的第八舵机，肩关节构件箱与主机箱活动连接，第八舵机设有法兰转动轴，法兰转动轴转动穿过肩关节构件箱；第八舵机的传动轴设有第八法兰盘，上臂设于第八法兰盘。
12.进一步的，在本实用新型的一些实施例中，上述上臂设有第九法兰盘，第一牵拉绳或第二牵拉绳与第九法兰盘连接。
13.进一步的，在本实用新型的一些实施例中，上述肘关节构件包括肘部关节活动连接件，肘部关节活动连接件的一端设有第十法兰盘，肘部关节活动连接件的另一端设有第十一法兰盘；第十法兰盘与上臂连接，前臂设于第十一法兰盘。
14.进一步的，在本实用新型的一些实施例中，上述第十法兰盘设有通孔，第三牵拉绳或第四牵拉绳穿过第十法兰盘的通孔并与第十一法兰盘连接。
15.进一步的，在本实用新型的一些实施例中，上述还包括回力弹簧，回力弹簧的一端与第十法兰盘连接，回力弹簧的另一端与第十一法兰盘连接。
16.进一步的，在本实用新型的一些实施例中，上述肘部关节活动连接件包括转动连接的第一连杆和第二连杆，第十法兰盘设于第一连杆，第十一法兰盘设于第二连杆。
17.进一步的，在本实用新型的一些实施例中，上述前臂包括前臂钢管和设于前臂钢管一端的第十二法兰盘；前臂钢管的另一端与第十一法兰盘连接。
18.相对于现有技术，本实用新型实施例至少具有如下优点或有益效果：
19.本实用新型实施例提供一种牵拉式机器人，包括主机箱，主机箱的左侧设有左手臂，主机箱的右侧设有右手臂；左手臂与右手臂均包括有与主机箱活动连接的肩部关节构件、与肩部关节构件活动连接的上臂、与上臂连接的肘关节构件以及与肘关节构件连接的前臂；还包括设于主机箱的第一牵拉绳、第二牵拉绳、第三牵拉绳、第四牵拉绳、第一舵机、第二舵机、第三舵机以及第四舵机；第一舵机的传动轴设有第一法兰盘，第一牵拉绳的一端卷绕于第一法兰盘，第一牵拉绳的另一端绕过右手臂的肩部关节构件并与右手臂的上臂连接；第二舵机的传动轴设有第二法兰盘，第二牵拉绳的一端卷绕于第二法兰盘，第二牵拉绳的另一端绕过左手臂的肩部关节构件并与左手臂的上臂连接；第三舵机的传动轴设有第三法兰盘，第三牵拉绳的一端卷绕于第三法兰盘，第三牵拉绳的另一端绕过左手臂的肩部关节构件并与左手臂的前臂连接；第四舵机的传动轴设有第四法兰盘，第四牵拉绳的一端卷绕于第四法兰盘，第四牵拉绳的另一端绕过右手臂的肩部关节构件并与右手臂的前臂连接。
20.实际使用时，第一舵机驱动第一法兰盘转动，第一法兰盘对第一牵拉绳进行收卷牵拉，此时第一牵拉绳拉动右手臂的上臂上下运动；第二舵机驱动第二法兰盘转动，第二法兰盘对第二牵拉绳进行收卷牵拉，此时第二牵拉绳拉动左手臂的上臂上下运动；第三舵机
驱动第三法兰盘转动，第三法兰盘对第三牵拉绳进行收卷牵拉，此时第三牵拉绳拉动左手臂的前臂上下运动；第四舵机驱动第四法兰盘转动，第四法兰盘对第四牵拉绳进行收卷牵拉，此时第四牵拉绳拉动右手臂的前臂上下运动。由于第一舵机、第二舵机、第三舵机以及第四舵机均设于主机箱，手臂通过牵拉绳进行牵拉，如此能够减轻机器人手臂的整体重量，进而加大机器人手臂所抬重物的重量上限，同时提升机器人动作的灵活性，较为直接的方式带动手臂运动，减少能量传递中的能耗损失。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
22.图1为本实用新型实施例提供的牵拉式机器人的正视图；
23.图2为本实用新型实施例提供的主机箱内部的各个舵机的安装结构示意图；
24.图3为本实用新型实施例提供的主机箱外部的结构示意图；
25.图4为本实用新型实施例提供的手臂的结构示意图；
26.图5为本实用新型实施例提供的肘关节构件和前臂的结构示意图；
27.图6为本实用新型实施例提供的原理图；
28.图7为本实用新型实施例提供的主机箱外部的结构示意图。
29.图标：1-主机箱；2-第一牵拉绳；3-第二牵拉绳；4-第三牵拉绳；5-第四牵拉绳；6-第一舵机；7-第二舵机；8-第三舵机；9-第四舵机；10-第五舵机；11-第六舵机；12-第七舵机；13-肩关节构件箱；14-第八舵机；15-法兰转动轴；16-回力弹簧；17-第一连杆；18-第二连杆；19-前臂钢管；20-摄像头；21-麦克风；22-超声波传感器；23-上臂；24-前臂；25-第一法兰盘；26-第二法兰盘；27-第三法兰盘；28-第四法兰盘；29-第五法兰盘；30-第六法兰盘；31-第七法兰盘；32-第八法兰盘；33-第九法兰盘；34-第十法兰盘；35-第十一法兰盘；36-第十二法兰盘。
具体实施方式
30.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
31.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通的技术人员在没有作出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。
32.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
33.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.此外，若出现“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或者竖直，而是可以稍微的倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对于“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
35.在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。
36.实施例
37.请参照图1-图7，本实施例提供一种牵拉式机器人，包括主机箱1，主机箱1的左侧设有左手臂，主机箱1的右侧设有右手臂；左手臂与右手臂均包括有与主机箱1活动连接的肩部关节构件、与肩部关节构件活动连接的上臂23、与上臂23连接的肘关节构件以及与肘关节构件连接的前臂24；还包括设于主机箱1的第一牵拉绳2、第二牵拉绳3、第三牵拉绳4、第四牵拉绳5、第一舵机6、第二舵机7、第三舵机8以及第四舵机9(见图1和图2)；
38.第一舵机6安装固定在主机箱1的右下方，第一舵机6的传动轴设有第一法兰盘25，第一牵拉绳2的一端卷绕于第一法兰盘25，第一牵拉绳2的另一端绕过主机箱1面板的导线轴和右手臂的肩部关节构件上的导线孔并与右手臂的上臂23连接(见图2和图4)；
39.第二舵机7安装固定在主机箱1的左下方，第二舵机7的传动轴设有第二法兰盘26，第二牵拉绳3的一端卷绕于第二法兰盘26，第二牵拉绳3的另一端绕过主机箱1面板的导线轴和左手臂的肩部关节构件上的导线孔并与左手臂的上臂23连接(见图2和图4)；
40.第三舵机8安装固定在主机箱1的右后方，第三舵机8的传动轴设有第三法兰盘27，第三牵拉绳4的一端卷绕于第三法兰盘27，第三牵拉绳4的另一端绕过左手臂的肩部关节构件上的导线孔并与左手臂的前臂24连接(见图1和图2)；
41.第四舵机9安装固定在主机箱1的左后方，第四舵机9的传动轴设有第四法兰盘28，第四牵拉绳5的一端卷绕于第四法兰盘28，第四牵拉绳5的另一端绕过右手臂的肩部关节构件上的导线孔并与右手臂的前臂24连接(见图1和图2)。
42.实际使用时，第一舵机6驱动第一法兰盘25转动，第一法兰盘25对第一牵拉绳2进行收卷牵拉，此时第一牵拉绳2拉动右手臂的上臂23上下运动；第二舵机7驱动第二法兰盘26转动，第二法兰盘26对第二牵拉绳3进行收卷牵拉，此时第二牵拉绳3拉动左手臂的上臂23上下运动(见图1、图3和图4)。
43.第三舵机8驱动第三法兰盘27转动，第三法兰盘27对第三牵拉绳4进行收卷牵拉，此时第三牵拉绳4拉动左手臂的前臂24上下运动；第四舵机9驱动第四法兰盘28转动，第四法兰盘28对第四牵拉绳5进行收卷牵拉，此时第四牵拉绳5拉动右手臂的前臂24上下运动。由于第一舵机6、第二舵机7、第三舵机8以及第四舵机9均设于主机箱1，手臂通过牵拉绳进
行牵拉，如此能够减轻机器人手臂的整体重量，进而加大机器人手臂所抬重物的重量上限，同时提升机器人动作的灵活性，较为直接的方式带动手臂运动，减少能量传递中的能耗损失(见图1、图2和图4)。
44.本实用新型的优势：体积小，与正常人的上肢和身体尺寸类似，主要材料为25mm不锈钢管，结实耐用。所有大功率舵机均安装在主机箱1内，由于重心集中在身体中央，可以增加上肢运动过程中身体的稳定性。机器人不容易摔倒。同时采用钢丝绳牵拉的方法，可以使机器人手部产生10kg,以上的力量。由于本牵拉机器人手臂有八个自由度，可以使上肢完成上举，放下，弯曲，伸直，前转，后转等各种动作，在电脑等设备的控制下可以逼真的模仿人类的上肢运动
45.如图1-图7所示，在本实用新型的一些实施例中，上述还包括设于主机箱1的第五舵机10和第六舵机11，第五舵机10的传动轴设有第五法兰盘29，左手臂的肩部关节构件设于第五法兰盘29；第六舵机11的传动轴设有第六法兰盘30，右手臂的肩部关节构件设于第六法兰盘30(见图1、图2和图3)。
46.工作原理：第五舵机10驱动第五法兰盘29转动，第五法兰盘29带动左手臂的肩部关节构件转动，从而带动整条左手臂做抬起和放下的动作，也可以使整个手臂以第五法兰盘29为中心轴旋转；第六舵机11驱动第六法兰盘30转动，第六法兰盘30带动右手臂的肩部关节构件转动，从而带动整条右手臂做抬起和放下的动作，也可以使整个手臂以第六法兰盘30为中心轴旋转(见图2和图3)。
47.如图1-图7所示，在本实用新型的一些实施例中，上述还包括设于主机箱1的第七舵机12，第七舵机12的传动轴设有第七法兰盘31。
48.本实用新型通过设置第七舵机12，第七舵机12的传动轴设有第七法兰盘31，如此第七法兰盘31可以固定连接在机器人的头部，第七舵机12转动时可以带动机器人头部做左右共180度转动(见图2和图3)。
49.如图1-图7所示，在本实用新型的一些实施例中，上述肩部关节构件包括肩关节构件箱13和设于肩关节构件箱13内部的第八舵机14，肩关节构件箱13与主机箱1活动连接，第八舵机14设有法兰转动轴15，法兰转动轴15转动穿过肩关节构件箱13；第八舵机14的传动轴设有第八法兰盘32，上臂23设于第八法兰盘32(见图4)。
50.工作原理：由于第八舵机14设有法兰转动轴15，法兰转动轴15转动穿过肩关节构件箱13，如此第八舵机14会以法兰转动轴15为圆心被动旋转，从而产生机器人上臂23在牵拉绳的牵引放松下抬起，放下的效果。同时第八舵机14的传动轴设有第八法兰盘32，上臂23设于第八法兰盘32，当第八舵机14转动时可以带动上臂23做纵向水平旋转(见图4)。
51.如图1-图7所示，在本实用新型的一些实施例中，上述上臂23设有第九法兰盘33，第一牵拉绳2或第二牵拉绳3与第九法兰盘33连接(见图4)。
52.如图1-图7所示，在本实用新型的一些实施例中，上述肘关节构件包括肘部关节活动连接件，肘部关节活动连接件的一端设有第十法兰盘34，肘部关节活动连接件的另一端设有第十一法兰盘35；第十法兰盘34与上臂23连接，前臂24设于第十一法兰盘35。上述第十法兰盘34设有通孔，第三牵拉绳4或第四牵拉绳5穿过第十法兰盘34的通孔并与第十一法兰盘35连接。上述还包括回力弹簧16，回力弹簧16的一端与第十法兰盘34连接，回力弹簧16的另一端与第十一法兰盘35连接。上述肘部关节活动连接件包括转动连接的第一连杆17和第
二连杆18，第十法兰盘34设于第一连杆17，第十一法兰盘35设于第二连杆18(见图5)。
53.工作原理：在第三牵拉绳4或第四牵拉绳5的牵拉下，拉动第十一法兰盘35带动前臂24向上抬起，当第三牵拉绳4或第四牵拉绳5放松，在回力弹簧16和重力的共同作用下，前臂24向下放下(见图5)。
54.如图1-图7所示，在本实用新型的一些实施例中，上述前臂24包括前臂钢管19和设于前臂钢管19一端的第十二法兰盘36；前臂钢管19的另一端与肘部关节活动件连接。本实用新型通过设置前臂钢管19和第十二法兰盘36，第十二法兰盘36可以固定机器人的手部(见图5)。
55.可选地，如图6-图7所示，本实施例还包括控制系统(见图6)，本实施例的动力系统主要由大功率舵机组成，本实施例采用的是扭矩360kg的大功率舵机，通过牵拉钢丝绳能在机器人手臂远端产生大于10kg的托举力。舵机控制采用多路舵机控制器，控制方法有电脑编程控制，手机控制，遥控器现场控制，可穿戴设备如智能手套等设备控制，同时在主机箱1面板上安装有摄像头20，麦克风21，超声波传感器22等。麦克风21接收声音信号，用于语音控制，摄像头20接收图像信号用于人脸识别，超声波传感器22用于距离识别和安全报警，避免使用中对其他人造成伤害(见图7)。外来信号由单片机统一处理，并连接多路舵机控制器，由多路舵机控制器控制各个大功率舵机工作。舵机的控制系统电路及原件均安装在主机箱1的后部面板内。
56.舵机控制器选用众灵机器人32路舵机控制器；舵机采用特优机器人的60kg、380kg扭矩大功率舵机；超声波传感器22购自信泰微电子，音像识别单元采用购自悦为电子科技的型号为stm32f407的语音识别视频传输人脸识别模块；供电组件主要部件为锂电池，主要采用购自小鱼户外骑行用品的型号为24v30a12v30a动力锂电池。本技术中所使用的元器件和电器件均为通用元件，不同厂家不同型号的元器件和电器件只要功能相同均可使用和替换，包括但不限于本实施例中所使用的上述型号的电器件和元器件。
57.综上，本实用新型的实施例提供一种牵拉式机器人，包括主机箱1，主机箱1的左侧设有左手臂，主机箱1的右侧设有右手臂；左手臂与右手臂均包括有与主机箱1活动连接的肩部关节构件、与肩部关节构件活动连接的上臂23、与上臂23连接的肘关节构件以及与肘关节构件连接的前臂24；还包括设于主机箱1的第一牵拉绳2、第二牵拉绳3、第三牵拉绳4、第四牵拉绳5、第一舵机6、第二舵机7、第三舵机8以及第四舵机9；
58.第一舵机6的传动轴设有第一法兰盘25，第一牵拉绳2的一端卷绕于第一法兰盘25，第一牵拉绳2的另一端绕过右手臂的肩部关节构件并与右手臂的上臂23连接；
59.第二舵机7的传动轴设有第二法兰盘26，第二牵拉绳3的一端卷绕于第二法兰盘26，第二牵拉绳3的另一端绕过左手臂的肩部关节构件并与左手臂的上臂23连接；
60.第三舵机8的传动轴设有第三法兰盘27，第三牵拉绳4的一端卷绕于第三法兰盘27，第三牵拉绳4的另一端绕过左手臂的肩部关节构件并与左手臂的前臂24连接；
61.第四舵机9的传动轴设有第四法兰盘28，第四牵拉绳5的一端卷绕于第四法兰盘28，第四牵拉绳5的另一端绕过右手臂的肩部关节构件并与右手臂的前臂24连接。
62.实际使用时，第一舵机6驱动第一法兰盘25转动，第一法兰盘25对第一牵拉绳2进行收卷牵拉，此时第一牵拉绳2拉动右手臂的上臂23上下运动；第二舵机7驱动第二法兰盘26转动，第二法兰盘26对第二牵拉绳3进行收卷牵拉，此时第二牵拉绳3拉动左手臂的上臂
23上下运动；第三舵机8驱动第三法兰盘27转动，第三法兰盘27对第三牵拉绳4进行收卷牵拉，此时第三牵拉绳4拉动左手臂的前臂24上下运动；第四舵机9驱动第四法兰盘28转动，第四法兰盘28对第四牵拉绳5进行收卷牵拉，此时第四牵拉绳5拉动右手臂的前臂24上下运动。由于第一舵机6、第二舵机7、第三舵机8以及第四舵机9均设于主机箱1，手臂通过牵拉绳进行牵拉，如此能够减轻机器人手臂的整体重量，进而加大机器人手臂所抬重物的重量上限，同时提升机器人动作的灵活性，较为直接的方式带动手臂运动，减少能量传递中的能耗损失。
63.以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。