本實用新型屬于機器人技術領域，涉及一種用于機器人手臂的旋轉擺動機構，尤其涉及一種機器人手臂以及包含機器人手臂的機器人。

背景技術：

對于模特機器人的關節(jié)運動，手臂旋轉運動的軸線與手臂中心線為同一條線；手臂擺動運動的軸線與手臂中心線垂直，若將減速電機放置在與小臂軸線相平行的位置，則需要T型錐齒輪換向器將傳動輸出到小臂擺動；若采用行星減速電機拆分的方式，將行星減速機放置在擺動軸線上，電機與減速機平行放置，使用同步帶輪傳輸動力，就會受到三級行星減速機尺寸的影響，關節(jié)處的結構尺寸就將設計的較大。這樣都存在有設計結構復雜，成本過高的技術問題。

并且，旋轉方向和手臂中心線是同一個軸線，所以實現(xiàn)旋轉運動時，可用減速電機輸出軸直接驅動旋轉運動實現(xiàn)；擺動運動的軸線與手臂中心線是垂直關系，所以要用到換向、拆分減速電機、三鉸點機構等方式來實現(xiàn)擺動。這也是手臂旋轉和手臂擺動的區(qū)別，也就是說，實現(xiàn)手臂旋轉容易，實現(xiàn)手臂擺動難。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術的不足或缺陷，提供一種用于機器人手臂的旋轉擺動機構和包含有該旋轉擺動機構的機器人手臂以及包含機器人手臂的機器人。為降低手臂關節(jié)擺動處結構設計的復雜程度和產品成本，采用微型筆式電動推桿實現(xiàn)關節(jié)小臂擺動的動作，產品成本低，性價比高。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了如下技術方案：

一種用于機器人手臂的旋轉擺動機構，包括：

減速電機，所述減速電機的輸出軸穿過第一連接盤固定連接旋轉法蘭，所述旋轉法蘭固定連接擺動支架，所述擺動支架上設有第一連接部和至少兩個第二連接部；

第二連接盤，所述第二連接盤上設有與第二連接部相配合的第一連接件，所述第一連接件與相配合的第二連接部鉸接；

第三連接盤，所述第三連接盤上設有第三連接部；

電動推桿，所述電動推桿的一端與第一連接部鉸接，其另一端與第三連接部鉸接。

上述的旋轉擺動機構，其中，

電動推桿采用微型筆式電動推桿。

所述減速電機、第一連接盤、旋轉法蘭和擺動支架的軸線均位于同一條直線上。

所述擺動支架具有一片狀底部，所述第一連接部和第二連接部垂直設置在所述底部上，位于所述底部的同一側，且第一連接部設置在底部中部；所述擺動支架底部上設有圓周螺紋孔和中心安裝孔，旋轉法蘭通過螺栓與擺動支架的圓周螺紋孔連接，螺栓穿過擺動支架的中心安裝孔將擺動支架與減速電機的輸出軸連接。

進一步，所述第一擺動支架至少一面視圖呈“山”字形結構架。

所述電動推桿的一端與所述第一連接部，其另一端與所述第三連接部，均是采用鉸制孔螺栓鉸接。

進一步地，

一種機器人手臂，包括：

一個所述用于機器人手臂的旋轉擺動機構，以及，大臂殼體、小臂殼體、手部殼體；

所述小臂殼體和手部殼體固定連接；

所述旋轉擺動機構的減速電機設置在所述大臂殼體外，所述第二連接盤固定連接套設在大臂殼體一端，所述第三連接盤固定連接所述大臂殼體的內壁或固定連接套設在所述大臂殼體的另一端；

或者，所述旋轉擺動機構的減速電機設置在所述大臂殼體內，所述第一連接盤固定連接套設在所述小臂殼體的一端，所述第二連接盤固定連接套設在所述小臂殼體的另一端或者固定連接所述小臂殼體的內壁。

進一步，一種機器人手臂，其中，

所述旋轉擺動機構數量為兩個，還包括，大臂殼體、小臂殼體、手部殼體，所述小臂殼體和手部殼體固定連接；

其中一個旋轉擺動機構的減速電機設置在所述大臂殼體外，第二連接盤固定連接套設在大臂殼體一端，第三連接盤固定連接所述大臂殼體的內壁；

另一個旋轉擺動機構的減速電機位于大臂殼體內，第一連接盤固定連接套設在小臂殼體的一端，第三連接盤固定連接套設在所述小臂殼體的另一端或者固定連接所述小臂殼體的內壁。

所述大臂殼體和小臂殼體均為筒狀結構。

更進一步地，

一種機器人，包括：

兩條所述的機器人手臂，以及通過所述旋轉擺動機構與所述機器人手臂連接的身體殼體；所述旋轉擺動機構的第一連接盤固定連接所述身體殼體，且所述減速電機設置在所述身體殼體內。

由于采用了上述的技術方案，本實用新型與現(xiàn)有的技術相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果：

所述旋轉擺動機構，以行星減速電機驅動旋轉運動，采用三鉸點連桿機構，以微型筆式電動推桿為動力，實現(xiàn)旋轉擺動功能；而包含所述旋轉擺動機構的機器人手臂、以及機器人，其大臂、小臂能夠具有4個自由度，可以模擬人類手臂肩部的旋轉和擺動、肘關節(jié)旋轉和擺動的動作，結構簡單、成本低、性價比高。

附圖說明

通過以下實施例并結合其附圖的描述，可以進一步理解其實用新型的目的、具體結構特征和優(yōu)點。附圖如下：

圖1是本實用新型涉及的機器人手臂立體結構示意圖；

圖2是圖1的部件分解結構示意圖；

圖3是圖2中肩部擺動支架的角度變化狀態(tài)結構示意圖；

圖4是圖1或圖2中的大臂運動原理示意圖；

圖5是圖1或圖2中的小臂運動原理示意圖；

圖6是機器人手臂應用于模特機器人上的立體結構示意圖。

圖中：

1-減速電機；2-第一連接盤；

3-第一旋轉法蘭；

4-擺動支架；4A-第一連接部；4B-第二連接部；

5-第一連接件；6-擺動尾部鉸點軸；

7-擺動鉸點軸；8-第二連接盤；

9-電動推桿；10-大臂殼體；

11-擺動頭部鉸點軸；12-第三連接部；

13-第三連接盤；

23-小臂殼體；

27-手部殼體。

具體實施方式

以下描述用于揭露本實用新型以使本領域技術人員能夠實現(xiàn)本實用新型。以下描述中的優(yōu)選實施例只作為舉例，本領域技術人員可以想到其他顯而易見的變形。在以下描述中界定的本實用新型的基本原理可以應用于其他實施方案、變形方案、改進方案、等同方案以及沒有背離本實用新型的精神和范圍的其他技術方案。

參見圖1，配合參見圖2、3，本實用新型涉及一種用于機器人手臂的旋轉擺動機構，主要包括：減速電機1、第二連接盤8、第三連接盤13和電動推桿9，其中：

減速電機1的輸出軸穿過第一連接盤固定連接旋轉法蘭3，旋轉法蘭3固定連接擺動支架4，擺動支架4上設有第一連接部4A與至少兩個第二連接部4B。

在本實施例中，所述第二連接部4B為兩個。

在其他實施例中，所述第二連接部可以根據所述旋轉擺動機構的受力情況而設置不同的數量。

第二連接盤8上設有與擺動支架4的第二連接部4B相配合的第一連接件5，第一連接件5與相配合的擺動支架4上的第二連接部4B鉸接；第三連接盤即13上設有第三連接部12；電動推桿9的一端通過擺動尾部鉸點軸6與擺動支架4的第一連接部4A鉸接，其另一端通過擺動頭部鉸點軸11與第三連接盤13上的第三連接部12鉸接。

在本實施例中，所述電動推桿9的一端與第一連接部，其另一端與所述第三連接部12，均是采用鉸制孔螺栓鉸接或者采用銷軸連接。

在本實施例中，所述電動推桿9采用微型筆式電動推桿實現(xiàn)關節(jié)小臂擺動的動作。

如圖1、2所示，減速電機1、第一連接盤2、旋轉法蘭3和擺動支架4的軸線均位于同一條直線上。

在本實施例中，由于設有一個第一連接部4A和兩個第二連接部4B，因此擺動支架4至少一面視圖呈“山”字形結構，擺動支架4“山”字形結構底部設有圓周螺紋孔和中心安裝孔，旋轉法蘭3通過螺栓與擺動支架4的圓周螺紋孔連接，螺栓通過擺動支架4的中心安裝孔將擺動支架4與減速電機1的輸出軸連接。

具體地，呈“山”字形結構的擺動支架4其底部設有螺紋孔，旋轉法蘭3上開有安裝孔，螺栓將旋轉法蘭3與擺動支架4連接一起，六個螺紋孔的中心開有安裝孔，螺栓將擺動支架4連接在減速電機1的輸出軸上。

在其他實施例中，所述擺動支架的第二連接部的數量為三個及三個以上時，所述擺動支架的結構可以不為“山”字形，只要能夠實現(xiàn)擺動支架鉸接第二連接盤、也鉸接電動推桿即可。

總的來說，所述擺動支架4具有一片狀底部，所述第一連接部4A和第二連接部4B垂直設置在所述底部上，位于所述底部的同一側，且第一連接部4A設置在底部中部；所述擺動支架4底部上設有圓周螺紋孔和中心安裝孔，旋轉法蘭3通過螺栓與擺動支架4的圓周螺紋孔連接，螺栓穿過擺動支架4的中心安裝孔將擺動支架4與減速電機1的輸出軸連接。

進一步地，本實用新型還涉及一種包含有上述旋轉擺動機構的機器人手臂；包括：

一個或兩個如上所述的旋轉擺動機構，以及，大臂殼體10、小臂殼體23和手部殼體27；所述小臂殼體23和手部殼體27固定連接。

大臂殼體10與小臂殼體23可通過旋轉擺動機構活動連接，實現(xiàn)旋轉擺動動作；同理，大臂殼體10也可以與除手臂外的其他外部結構通過旋轉擺動機構活動連接，實現(xiàn)旋轉擺動動作；此處的“外部結構”包括男性、女性模特的身體、或者或者其單獨的上身、或者機器人手臂的基座等。

具體地，當所述機器人手臂包含一個所述旋轉擺動機構時，所述旋轉擺動機構的減速電機1設置在所述大臂殼體10外，所述第二連接盤8固定連接套設在大臂殼體10一端，所述第三連接盤13固定連接所述大臂殼體10的內壁或固定連接套設在所述大臂殼體10的另一端；或者，所述旋轉擺動機構的減速電機1設置在所述大臂殼體10內，所述第一連接盤2固定連接套設在所述小臂殼體23的一端，所述第二連接盤8固定連接套設在所述小臂殼體23的另一端或者固定連接所述小臂殼體23的內壁。

在所述大臂殼體10通過所述旋轉擺動機構與外部結構連接時，可以是所述第一連接盤2固定連接外部結構。

當具有兩個所述旋轉擺動機構時，其中一個旋轉擺動機構的減速電機1設置在所述大臂殼體10外，第二連接盤8固定連接套設在大臂殼體10一端，第三連接盤13固定連接所述大臂殼體10的內壁；

另一個旋轉擺動機構的減速電機1位于大臂殼體10內，第一連接盤2固定連接套設在小臂殼體23的一端，第三連接盤13固定連接套設在所述小臂殼體23的另一端或者固定連接所述小臂殼體23的內壁。

在本實施例中，所述機器人手臂包含有兩個旋轉擺動機構，參見圖1和圖2，其中一個旋轉擺動機構的減速電機1設置在所述大臂殼體10外，第二連接盤8固定連接套設在大臂殼體10一端，第三連接盤13固定連接所述大臂殼體10的內壁；另一個旋轉擺動機構的減速電機1位于大臂殼體10內，第一連接盤2固定連接套設在小臂殼體23的一端，第三連接盤13固定連接套設在所述小臂殼體23的另一端。

大臂殼體10和小臂殼體23均為筒狀結構。

在本實施例中，小臂殼體23軸向橫截面形狀為梯形。

本實用新型涉及的大臂殼體10、小臂殼體23，其與第二連接盤8、第三連接盤13、以及手部殼體27進行連接時，均是采用螺釘連接。

所述旋轉擺動機構中的第一連接盤2、第二連接盤8和第三連接盤13根據需要可改變大小尺寸，比如，在本實用新型中，分別固定連接套設小臂殼體23兩端的第二連接盤8和第三連接盤13的尺寸就不一樣大小。

更進一步，本實用新型涉及機器人，包括兩條如上所述的機器人手臂以及通過所述旋轉擺動機構與所述機器人手臂連接的身體殼體；所述旋轉擺動機構的第一連接盤2固定連接所述身體殼體，且所述減速電機1設置在所述身體殼體內。

參見圖6，所示為一款模特機器人立體結構示意圖，該模特機器人上裝配有兩條機器人手臂。

該手臂單元共包含有4個自由度，可以模擬人類手臂肩部的旋轉和擺動、肘關節(jié)旋轉和擺動的動作。

連接身體殼體與大臂殼體10的所述旋轉擺動機構中的第一連接盤2將整個手臂固定在模特身體上，其中的減速電機1的輸出軸與旋轉法蘭3連接，直接驅動手臂旋轉；擺動鉸點軸7、擺動尾部鉸點軸6和擺動頭部鉸點軸11三個銷軸組成三鉸點，帶動肩部擺動。

連接所述大臂殼體10與所述小臂殼體23的旋轉擺動機構將兩者活動連接，其中的減速電機1的輸出軸與旋轉法蘭3連接，直接驅動手臂旋轉；擺動鉸點軸7、擺動尾部鉸點軸6和擺動頭部鉸點軸11三個銷軸組成三鉸點，帶動肩部擺動，帶動小臂旋轉擺動。

大臂、小臂的旋轉運動均采用直流無刷行星減速電直接驅動，大臂、小臂的擺動均使用三鉸點機構原理驅動。

如圖1所示，大臂的擺動接近180度，小臂的擺動約為90度，人類的小臂能伸直，但不能反向彎曲。

圖4所示為本實用新型涉及的機器人的大臂運動原理圖，此處的旋轉擺動機構連接所述身體殼體與大臂殼體10，A、B、C分別對應結構圖中的擺動鉸點軸7、擺動尾部鉸點軸6和擺動頭部鉸點軸11三個零件，C1、C2、C3分別對應大臂運動的初始位置、中間位置、極限位置；AB固定且長度不變，BC為可伸縮推桿，AC為長度固定的大臂；根據三鉸點機構的原理，當BC長度變化時，C點即做以A點為圓心、AC為半徑的圓周運動；理論情況下，ABC能構成三角形即可實現(xiàn)C點的運動；C1為大臂垂直放下的狀態(tài)，C2為大臂水平放置的狀態(tài)，C3為大臂起升在最高點的狀態(tài)。

圖5所示為本實用新型涉及的機器人的小臂運動原理圖，此處的旋轉擺動機構連接所述大臂殼體10與小臂殼體23，D、E、F分別對應結構中的擺動鉸點軸7、擺動尾部鉸點軸6和擺動頭部鉸點軸11三個零件，F(xiàn)1、F2、F3分別對應小臂運動的初始位置、中間位置、極限位置；DE固定且長度不變，EF為可伸縮推桿，DF為長度固定的小臂；根據三鉸點機構的原理，當EF長度變化時，F(xiàn)點即做以D點為圓心、DF為半徑的圓周運動；理論情況下，DEF能構成三角形即可實現(xiàn)F點的運動；F1為小臂垂直放下的狀態(tài)，F(xiàn)2為小臂水平放置的狀態(tài)，F(xiàn)3為小臂起升在最高點的狀態(tài)。

從上述運動原理圖中可以看出：大臂的運動從第四象限到第一象限，也就是-90度到+70度；小臂運動在在第一象限內，從0度到90度。

人的大臂可以從第四象限運動到第一象限，但是小臂不可能從第四象限運動到第一象限。

本實用新型與現(xiàn)有的技術相比，所述旋轉擺動機構，采用三鉸點連桿機構，以微型筆式電動推桿為動力，實現(xiàn)旋轉擺動功能；而包含所述旋轉擺動機構的機器人手臂、以及機器人，其大臂、小臂能夠具有4個自由度，可以模擬人類手臂肩部的旋轉和擺動、肘關節(jié)旋轉和擺動的動作，結構簡單、成本低、性價比高。