一种机器人运动胳膊结构、系统及机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及到一种机器人运动胳膊结构、系统及机器人。

背景技术

服务型机器人一般都具备自主行走、语音交互、特定业务办理功能，随着机器人技术的日趋完善，这些功能的应用也越来越成熟。然而，现有的服务型机器人的肢体动作还处于发展阶段，肢体动作不够灵活，僵硬单一。

发明内容

本发明实施例提供一种机器人运动胳膊结构、系统及机器人，用以解决现有的服务型机器人肢体动作不够灵活，僵硬单一的问题。

依据本发明实施例的第一个方面，提供一种机器人运动胳膊结构，包括：

胳膊衔接部、上胳膊部及下胳膊部；所述上胳膊部包括肩夹板及上摆臂，所述肩夹板一端与所述胳膊衔接部转动连接，另一端与所述上摆臂上部转动连接；所述下胳膊部包括舵机支架及下摆臂，所述舵机支架一端与所述上摆臂下部转动连接，另一端与所述下摆臂上部转动连接。

本发明实施例的有益效果为：机器人运动胳膊结构通过将各部分进行转动连接，使机器人运动胳膊结构的相应部分实现旋转或摆动等动作的执行，使得机器人运动胳膊结构的动作灵活多变，丰富有趣。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

可选的，所述上摆臂包括支撑框及支撑架，所述支撑框上部转动连接在所述肩夹板另一端的开口内，下部与所述支撑架上部连接。

本发明采用上述可选方案的有益效果为：支撑框及支撑架整体能够相对肩夹板旋转摆动，进而带动下胳膊部相应摆动，进一步丰富了机器人运动胳膊结构的肢体动作的灵活性和多样性。

可选的，所述舵机支架包括肘夹板、矩形框架结构的第一支架板及第二支架板，且所述第一支架板及所述第二支架板的下部均设置有支撑台；所述肘夹板一端与所述支撑架下部转动连接，另一端的两侧分别与所述第一支架板及所述第二支架板固定连接。

本发明采用上述可选方案的有益效果为：舵机支架通过肘夹板一端与支撑架转动连接，使得下胳膊部整体能够相对上胳膊部的支撑架的轴向转动。

可选的，还包括胳膊-手衔接转轴，所述胳膊-手衔接转轴转动连接在所述下摆臂下部。

本发明采用上述可选方案的有益效果为：使得机器人运动胳膊结构能够带动胳膊-手衔接转轴转动。

依据本发明实施例的第二个方面，提供一种机器人运动胳膊系统，包括：主控装置、机器人运动胳膊结构，及设置在所述机器人运动胳膊结构内的动力驱动机构；所述动力驱动机构包括多个舵机，所述舵机与所述主控装置通过CAN总线进行通信连接；所述主控装置控制所述舵机的转动来驱动所述机器人运动胳膊结构完成运动操作。

本发明实施例的有益效果为：系统内的动力驱动机构的舵机以总线方式挂载在数据通讯线上，每一个舵机有一个单独ID地址，采用主从通讯方式，将多个舵机作为从机，主控装置作为主机，主机向从机下发指令包控制从机转动，进而使得机器人运动胳膊结构的各个部分能够进行旋转、摆动等运动动作的执行，动作灵活多变，丰富有趣。

可选的，所述动力驱动机构包括第一舵机及第一传动机构，所述第一舵机及所述第一传动机构设置在所述胳膊衔接部内，所述第一传动机构的一端与所述第一舵机转动连接，另一端与所述肩夹板一端固定连接，以使所述第一舵机通过所述第一传动机构将动力传输至所述上胳膊部。

本发明实施例的有益效果为：在主控装置的控制下，设置在胳膊衔接部的第一舵机通过第一传动机构将动力传输至上胳膊部，以使机器人运动胳膊结构的上胳膊部能够相对胳膊衔接部的轴向转动。

可选的，所述动力驱动机构还包括设置在所述上摆臂内的第二舵机、第三舵机及第二传动机构；所述第二舵机设置在所述支撑框内，所述支撑框通过所述第二舵机转动连接在所述肩夹板另一端的开口内；

所述第三舵机固定在所述支撑框与所述支撑架之间，所述第二传动机构设置在所述支撑架内，所述第二传动机构一端与所述第三舵机转动连接，另一端与所述肘夹板一端固定连接，以使所述第三舵机通过所述第二传动机构将动力传输至所述下胳膊部。

本发明实施例的有益效果为：在主控装置的控制下，通过第二舵机的转动带动整个上胳膊部的支撑框及支撑架沿第二舵机输出端的轴向摆动，进而带动下胳膊部相应摆动，并由第三舵机通过第二传动机构将动力传送至下胳膊部，使得下胳膊部能沿第二舵机输出端的轴向摆动的同时，还能沿第二传动机构的轴向转动，进一步丰富了机器人运动胳膊结构的肢体动作的灵活性和多样性。

可选的，所述动力驱动机构还包括设置在所述舵机支架内的第四舵机及设置在所述下摆臂内的第五舵机，所述下摆臂通过所述第四舵机与所述舵机支架转动连接，所述第五舵机与所述胳膊-手衔接转轴转动连接。

本发明采用上述可选方案的有益效果为：使得下摆臂沿第四舵机输出端的轴向摆动的同时，机器人运动胳膊结构还能在第五舵机的转动下，带动胳膊-手衔接转轴沿第五舵机输出端的轴向转动。

可选的，所述第一传动机构及所述第二传动机构均包括连接轴、联轴器、转动轴及与所述转动轴配合的多个轴承，所述联轴器一端与所述连接轴一端连接，另一端与所述转动轴一端连接；所述第一传动机构的所述连接轴另一端与所述第一舵机转动连接，所述转动轴的另一端与所述肩夹板固定连接；所述第二传动机构的所述连接轴另一端与所述第三舵机转动连接，所述转动轴的另一端与所述肘夹板固定连接。

本发明采用上述可选方案的有益效果为：第一舵机通过第一传动机构将动力传送至上胳膊部，第三舵机通过第二传动机构将动力传送至下胳膊部，使得上胳膊部及下胳膊部进行摆动的同时还能进行转动运动，使得机器人运动胳膊结构的动作灵活多变，丰富有趣。

依据本发明实施例的第三个方面，提供一种机器人，包括机器人本体及机器人运动胳膊系统；所述机器人本体与所述机器人运动胳膊结构的所述胳膊衔接部连接。

本发明实施例的有益效果为：机器人上的机器人运动胳膊系统内的舵机以总线方式挂载在数据通讯线上，每一个舵机有一个单独ID地址，采用主从通讯方式，将动力驱动机构中的多个舵机作为从机，主控装置作为主机，主机向从机下发指令包控制从机转动，进而使得机器人运动胳膊系统的各个部分能够进行旋转、摆动等运动动作的执行。丰富了机器人的肢体动作，使得机器人在和人互动时变得更加生动、有趣。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明一实施例提供的机器人运动胳膊结构的结构示意图；

图2为本发明一实施例中胳膊衔接部的结构示意图；

图3为图2中固定板的结构示意图；

图4为图2中第一竖板或第二竖板的结构示意图；

图5为图2中第一横板的结构示意图；

图6为本发明一实施例中连接轴或第四连接轴的结构示意图；

图7为本发明一实施例中联轴器或第二联轴器的结构示意图；

图8为本发明一实施例中轴承的结构示意图；

图9为本发明一实施例中转动轴或第三连接轴的结构示意图；

图10为本发明一实施例中上胳膊部的结构示意图；

图11为图10中肩夹板的结构示意图；

图12为图10中第一转板或第二转板的结构示意图；

图13为图10中第四横板的结构示意图；

图14为图10中第五横板的结构示意图；

图15为图10中工形横板的结构示意图；

图16为图10中第六横板的结构示意图；

图17为本发明一实施例中下胳膊部的结构示意图；

图18为图17中肘夹板的结构示意图；

图19为图17中第一支架板或第二支架板的结构示意图；

图20为图17中第三U形框板的结构示意图；

图21为图17中十字形板的结构示意图；

图22为图17中衔接板的结构示意图；

图23为本发明一实施例中胳膊-手衔接转轴的结构示意图。

图中：1-胳膊衔接部，111-固定板，112-第一竖板，113-第二竖板，1121-直角六边形翼板，1122-V形板，114-第一横板，115-第二横板，116-第三横板，12-第一舵机，13-连接轴，131-底座，132-连接杆，14-联轴器，15-第一轴承，16-第二轴承，17-转动轴；

2-上胳膊部，21-肩夹板，211-第一U形框板，212-第一U形夹板，221-第一转板，222-第二转板，223-第四横板，2231-第一固定座，2232-第二固定座，23-第二舵机，24-第三舵机，251-第五横板，2511-固定耳板，252-固定杆，253-工形横板，254-第六横板，2541-安装孔，26-第三轴承，27-第四轴承；

下胳膊部3，311-肘夹板，3111-第二U形框板，3311-第一长杆通孔，3112-第二U形夹板，312-第一支架板，313-第二支架板，3121-支撑台，32-第四舵机，331-第三U形框板，332-长杆，333-十字形板，3331-舵机承接台，3332-第一转轴孔，3333-第二长杆通孔，334-衔接板，3341-第二转轴孔，3342-第三长杆通孔，335-第五轴承，34-第五舵机；

4-胳膊-手衔接转轴，41-圆形底板，42-转轴杆；5-固定卡座。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明第一实施例，提供了一种机器人运动胳膊结构，请参见图1，包括：胳膊衔接部1、上胳膊部2及下胳膊部3。上胳膊部2包括肩夹板21及上摆臂，肩夹板21一端与胳膊衔接部1转动连接，另一端与上摆臂上部转动连接。下胳膊部3包括舵机支架及下摆臂，舵机支架一端与上摆臂下部转动连接，另一端与下摆臂上部转动连接。本发明实施例的机器人运动胳膊结构通过将各部分进行转动连接，使机器人运动胳膊结构的相应部分实现旋转或摆动等动作的执行，使得机器人运动胳膊结构的动作灵活多变，丰富有趣。

具体的，请参见图2-9，胳膊衔接部1包括固定板111、第一竖板112、第二竖板113、第一横板114、第二横板115及第三横板116。第一竖板112与第二竖板113均包括直角六边形翼板1121，及与直角六边形翼板1121呈一体化结构的V形板1122，第一竖板112与第二竖板113通过直角六边形翼板1121的直角边相对固定在固定板111两侧。第一横板114为矩形框架结构，且两端分别固定在直角六边形翼板1121内侧，第二横板115及第三横板116均为设置有圆形通孔的矩形板状结构，第二横板115及第三横板116相隔固定在第一竖板112与第二竖板113的内侧，且位于V形板1122尾部。

本发明实施例中，上摆臂包括支撑框及支撑架，支撑框上部转动连接在肩夹板21另一端的开口内，下部与支撑架上部连接。支撑框及支撑架整体能够相对肩夹板21旋转摆动，进而带动下胳膊部3相应摆动，进一步丰富了机器人运动胳膊结构的肢体动作的灵活性和多样性。

具体地，请参见图10-16，支撑框包括第一转板221、第二转板222及第四横板223。第四横板223为矩形板状结构，且上表面相对设置有第一固定座2231及第二固定座2232。第一转板221及第二转板222均为矩形框架结构，第一转板221及第二转板222的下部分别固定在第一固定座2231及第二固定座2232的外侧。支撑架包括第五横板251、四个固定杆252、工形横板253及第六横板254。第五横板251为矩形框架结构，且第五横板251外侧设置有四个固定耳板2511。工形横板253的中部及四个端口分别设置有通孔。第六横板254为矩形板状结构，且中部设置有通孔，四个端口设置有安装孔2541。四个固定杆252的一端固定在固定耳板2511上，另一端穿过工形横板253四个端口的通孔后固定在第六横板254的安装孔2541内，由此构成了上摆臂的支撑架。

请参见图17-22，舵机支架包括肘夹板311、矩形框架结构的第一支架板312及第二支架板313，且第一支架板312及第二支架板313的下部均设置有支撑台3121。肘夹板311一端与支撑架下部转动连接，另一端的两侧分别与第一支架板312及第二支架板313固定连接。具体地，肘夹板311包括第二U形框板3111、设置在第二U形框板3111底部的第二U形夹板3112，第一支架板312及第二支架板313的上部分别固定在肘夹板311的第二U形框板3111的内侧。舵机支架通过肘夹板311一端与支撑架转动连接，使得下胳膊部3整体能够相对上胳膊部2的支撑架的轴向转动。

参见图1和图23，本发明实施例中，机器人运动胳膊结构还包括胳膊-手衔接转轴4，胳膊-手衔接转轴4转动连接在下摆臂下部，使得机器人运动胳膊结构能够带动胳膊-手衔接转轴4转动。其中，请参见图17-22，下摆臂包括第三U形框板331、两个长杆332、十字形板333及衔接板334。第三U形框板331底部的两侧设置有第一长杆通孔3311。十字形板333的中部设置有舵机承接台3331，舵机承接台3331底部设置有第一转轴孔3332，横向两端设置有第二长杆通孔3333。衔接板334为菱形板状结构，衔接板334中部设置有第二转轴孔3341，横向两端设置有第三长杆通孔3342，两个长杆332一端分别固定在第一长杆通孔3311内，另一端分别穿过第二长杆通孔3333后分别固定在第三长杆通孔3342内。

本发明第二个实施例，提供一种机器人运动胳膊系统，包括：主控装置、实施例一中的机器人运动胳膊结构，及设置在机器人运动胳膊结构内的动力驱动机构。动力驱动机构包括多个舵机，舵机与主控装置通过CAN总线进行通信连接，主控装置控制舵机的转动来驱动机器人运动胳膊结构完成运动操作，主控装置包括微控制器芯片STM32。本发明实施例提供的系统内的动力驱动机构的舵机以总线方式挂载在数据通讯线上，参见图2，机器人运动胳膊机构上还均匀布置有固定舵机走线用的固定卡座5，每一个舵机有一个单独ID地址，采用主从通讯方式，将多个舵机作为从机，主控装置作为主机，主机向从机下发指令包控制从机转动，进而使得机器人运动胳膊结构的各个部分能够进行旋转、摆动等运动动作的执行，动作灵活多变，丰富有趣。

具体地，请参见图2，本发明实施例中，动力驱动机构包括第一舵机12及第一传动机构，第一舵机12及第一传动机构设置在胳膊衔接部1内，第一传动机构的一端与第一舵机12转动连接，另一端与肩夹板21一端固定连接，以使第一舵机12通过所述第一传动机构将动力传输至上胳膊部2。本发明实施例在主控装置(微控制器芯片STM32)的控制下，设置在胳膊衔接部1的第一舵机12通过第一传动机构将动力传送至上胳膊部2，以使机器人运动胳膊结构的上胳膊部2能够相对胳膊衔接部1的轴向转动。

其中，第一传动机构包括连接轴13、联轴器14、转动轴17及与所述转动轴17配合的第一轴承15和第二轴承16。连接轴13包括底座131及连接杆132，转动轴17包括轴杆及轴柄，联轴器14一端与连接轴13一端的连接杆132连接，另一端与转动轴17一端的轴杆连接，其中，第一轴承15设置在胳膊衔接部1的第二横板115的圆形通孔内，第二轴承16设置在第三横板116的圆形通孔内，转动轴17的轴杆依次与第二轴承16、第一轴承15配合并伸出第二横板115，即转动轴17伸出部分的轴杆与联轴器14另一端连接。第一传动机构的连接轴13另一端的底座131与第一舵机12输出端的舵机法兰盘连接，转动轴17的另一端的轴柄与肩夹板21固定连接。具体地，肩夹板21包括第一U形框板211、设置在第一U形框板211底部的第一U形夹板212，则第一传动机构的转动轴17的轴柄固定在第一U形夹板212内，以使胳膊衔接部1带动上胳膊部2沿第一传动机构的转动轴17的轴向转动。

因此，本发明实施例通过设置在胳膊衔接部1内的动力驱动机构的第一舵机12及第一传动机构的转动，来带动上胳膊部2和下胳膊部3同时沿第一舵机12输出端的舵机法兰盘的轴向(或者说转动轴17的轴向)转动，丰富了机器人运动胳膊结构的肢体运动方向。

本发明实施例中，动力驱动机构还包括设置在实施例一中的上摆臂内的第二舵机23、第三舵机24及第二传动机构。第二舵机23设置在支撑框内，支撑框通过第二舵机23转动连接在肩夹板21另一端的开口内。具体地，设置在支撑框内的第二舵机23动力输出端一端的舵机法兰盘穿过支撑框的第一转板221的矩形通孔转动连接在肩夹板21的第一U形框板211一端的内侧，第二舵机23另一端的舵机法兰盘上固定有连接法兰盘231，连接法兰盘231穿过第二转板222的矩形通孔连接在肩夹板21的第一U形框板211另一端的内侧。

第三舵机24固定在支撑框与支撑架之间，第二传动机构设置在支撑架内，第二传动机构一端与第三舵机24转动连接，另一端与肘夹板311一端固定连接，以使第三舵机24通过第二传动机构将动力传输至下胳膊部3。具体地，参见图10，第二传动机构包括连接轴13(因角度原因图中未示出)、联轴器14、转动轴17及与转动轴17配合的第三轴承26和第四轴承27，连接轴13包括底座131及连接杆132，转动轴17包括轴杆及轴柄，联轴器14一端与连接轴13一端的连接杆132连接，另一端与转动轴17一端的轴杆连接，具体地，第三轴承26设置在上摆臂的工形横板253中部的通孔内，第四轴承27设置在第六横板254中部的通孔内，第二传动机构的转动轴17的轴杆依次与第四轴承27、第三轴承26配合并伸出工形横板253，也就是说，转动轴17伸出部分的轴杆与联轴器14另一端连接。同时，第二传动机构的连接轴13另一端的底座131与第三舵机24转动连接(具体地，连接轴13的底座131与第三舵机24的输出端的舵机法兰盘连接)，转动轴17的另一端的轴柄与肘夹板311固定连接，具体地，第二传动机构的转动轴17的轴柄连接在下胳膊部3的肘夹板311顶端的第二U形夹板3112内，由此，第三舵机24就能通过第二传动机构将动力传送至下胳膊部3，以使下胳膊部3沿转动轴17的轴向转动。

因此，本发明实施例在主控装置的控制下，通过第二舵机23的转动带动整个上胳膊部2的支撑框及支撑架沿第二舵机23输出端的舵机法兰盘的轴向摆动，进而带动下胳膊部3相应摆动，并由第三舵机24通过第二传动机构将动力传送至下胳膊部3，使得下胳膊部3能沿第二舵机23输出端的舵机法兰盘的轴向摆动的同时，还能沿第二传动机构的转动轴17的轴向转动，进一步丰富了机器人运动胳膊结构的肢体动作的灵活性和多样性。

本发明实施例中，动力驱动机构还包括设置在舵机支架内的第四舵机32及设置在下摆臂内的第五舵机34，下摆臂通过第四舵机32与舵机支架转动连接，第五舵机34与胳膊-手衔接转轴4转动连接。具体地，第四舵机32输出端两侧的舵机法兰盘分别与下摆臂的第三U形框板331两端的内侧转动连接，在第四舵机32转动时，带动下摆臂沿第四舵机32动力输出端的舵机法兰盘的轴向摆动。下摆臂的十字形板333的中部设置的舵机承接台3331用来承接并固定第五舵机34，具体地，本实施例中，胳膊-手衔接转轴4包括圆形底座41及转轴杆42，胳膊-手衔接转轴4的圆形底座41与第五舵机34输出端的舵机法兰盘连接，转轴杆42与设置在衔接板334中部的第二转轴孔3341内的第五轴承335配合并伸出衔接板334。

因此，本发明实施例在下摆臂沿第四舵机32输出端的舵机法兰盘的轴向摆动的同时，机器人运动胳膊结构还能在第五舵机34的转动下，带动胳膊-手衔接转轴沿第五舵机34输出端的舵机法兰盘的轴向转动。在实际应用中，胳膊-手衔接转轴4还可以通过设计不同的结构形式，实现将不同功能的机械手装配在机器人运动胳膊结构上，因此本发明中的胳膊-手衔接转轴4并不限于图23所示的结构形式。

本发明第三个实施例，提供了一种机器人，包括机器人本体及机器人运动胳膊系统。机器人运动胳膊系统包括主控装置、机器人运动胳膊结构，及设置在机器人运动胳膊结构内的动力驱动机构。动力驱动机构包括多个舵机，舵机与主控装置通过CAN总线进行通信连接。机器人本体与机器人运动胳膊结构的胳膊衔接部1连接，具体地，机器人本体与胳膊衔接部1的固定板111连接，在实际中，固定板111还可以通过设计不同的结构形式，来实现装配在不同型号的如服务型机器人的本体上，因此本发明实施例中的固定板111并不局限于图3所示的结构形式。

本发明实施例的机器人运动胳膊结构内设置的动力驱动机构的舵机与主控装置通过CAN总线进行通信连接，主控装置控制舵机的转动来驱动机器人运动胳膊结构的各部分完成运动操作，舵机以总线方式挂载在数据通讯线上，每一个舵机有一个单独ID地址，采用主从通讯方式，将机器人运动胳膊结构中的多个舵机作为从机，主控装置作为主机，主机向从机下发指令包控制从机转动，进而使得机器人运动胳膊结构的各个部分能够进行旋转、摆动等运动动作的执行。具体地，主控装置包括微控制器芯片STM32，机器人的机器人运动胳膊结构在微控制器芯片STM32的控制下，通过胳膊衔接部1内的第一舵机12的转动来带动上胳膊部2和下胳膊部3沿转动轴17的轴向转动，在上胳膊部2内的第二舵机23的转动下，带动上摆臂沿第二舵机23输出端两侧的舵机法兰盘的轴向摆动，在第三舵机24的转动下，通过第二传动机构带动下胳膊部3沿转动轴17的轴向转动，在第四舵机32的转动下，带动下摆臂沿第四舵机32输出端的舵机法兰盘的轴向摆动，在第五舵机34的转动下，带动胳膊-手衔接转轴沿第五舵机34输出端的舵机法兰盘的轴向转动，当机器人为人们发挥服务功能的服务机器人时，本发明实施例让安装本发明机器人运动胳膊结构的服务机器人可以灵活的进行不同手势的展现，丰富了服务机器人的肢体动作，让服务机器人在和人互动时变得更加生动、有趣。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指控制用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。