[0001] 本发明涉及生产设备技术领域，具体而言，涉及一种机械手机构。

[0002] 相关技术中，机械手机构所采用的机械臂，由于通过多段转轴连接，实现物料的抓取，在实际应用过程中，由于转动惯量的作用，导致机械手机构在运行过程中稳定性较低。

[0023] 为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0024] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

[0025] 下面参照图1至图8描述根据本发明一些实施例的机械手机构1。

[0026] 结合图1至图6所示，本发明的第一方面提出了一种机械手机构1，包括：第一驱动件12，包括输出轴；安装架14，设置于输出轴，安装架14包括第一安装位142和第二安装位144，第一驱动件12用于驱动安装架14绕输出轴的第一轴线转动；机械臂组件20，设置于第一安装位142，机械臂组件20能够绕第一轴线转动；配重组件40，设置于第二安装位144，配重组件40包括连接座42、第二驱动件44、第三驱动件46和配重块48；连接座42与第二安装位
144转动连接；第二驱动件44设置于安装架14，第二驱动件44的输出轴与连接座42相连接，第二驱动件44用于驱动连接座42绕第三轴线转动；第三驱动件46设置于连接座42；配重块
48与第三驱动件46的输出部相连接，第三驱动件46用于驱动配重块48运动，以调整配重块
48的位置；控制器，与机械臂组件20和配重组件40相连接，控制器用于根据机械臂组件20质心的位置信息，调整连接座42的转动角度和配重块48位于连接座42的位置信息；其中，第一轴线、第二轴线和第三轴线相互平行设置。

[0027] 本申请提供的机械手机构1包括第一驱动件12、安装架14、机械臂组件20、配重组件40和控制器。第一驱动件12用于驱动安装架14绕第一轴线转动，第一轴线为第一驱动件12的输出轴的转动轴线。安装架14包括第一安装位142和第二安装位144。其中，第一安装位
142用于安装机械臂组件20。第二安装位144用于安装配重组件40。也即通过第一驱动件12能够同时驱动机械臂组件20和配重组件40绕第一轴线转动，采用双位安装架14实现机械臂组件20和配重组件40的整体回转。双位安装架14有两个固定工位，所述两个固定工位相对第一轴线对称分布。一个固定工位固定有配重组件40，另一个固定工位固定机械臂组件。这样可通过对配重组件40的控制，实现配重组件40的旋转角度的调整。

[0028] 并且，机械臂组件20还能够绕第一轴线转动，即，通过第一驱动件12将机械臂组件20和配重组件40调整至目标位置后，停止转动。继续，根据机械手机构1要抓取的目标物品的位置调整机械臂组件20的位置。

[0029] 其中，结合图3和图4所示，配重组件40包括连接座42、第二驱动件44、第三驱动件46和配重块48。连接座42安装于第一安装位142，且连接座42的一端与安装架14转动连接。
第二驱动件44用于驱动连接座42绕第三轴线转动。第三轴线为第二驱动件44的输出轴的转动轴线。也即通过第二驱动件44能够进一步地对连接座42的位置进行调整。第三驱动件46和配重块48则设置于连接座42内，通过第二驱动件44驱动配重块48沿连接座42的延伸方向进行移动，以调整配重块48质心相对于第一轴线的位置。

[0030] 控制器则根据机械臂组件20的质量信息，通过调整连接座42的转动角度和配重块48的位置信息，以使得配重组件40与机械臂组件20平衡。

[0031] 本公开提供的机械手机构1通过在安装架14上设置有机械臂组件20和配重组件40，且配重组件40能够单独调整相对于安装架14的转动角度。通过调整配重组件40的旋转角度以及配重块48的位置，进而获得最小的整体转动惯量。这样，降低了机械手机构1转动过程中的转动惯量，降低了转动震颤，提升了到位精度。

[0032] 可选地，第二驱动件44包括电机。电机设置于安装架14上，电机的输出轴于连接座42连接，电机驱动连接座42相对于安装架14转动，以调整连接座42的转动角度。

[0033] 可选地，第三驱动件46包括电机和线性模组47。电机和线性模组47设置于连接座42内，配重块48设置于线性模组47上。通过电机驱动线性模组47运动，进而带动配重块48运动，以调整配重块48的位置。通过设置配重组件40，能够根据机械臂组件20一侧的参数信息，对配重块48的位置进行调整，以达到安装架14两侧的平衡，降低了转动过程中的转动惯量，进而达到降低整个设备在运行过程中的震颤，提升整个设备的稳定性。

[0034] 可选地，结合图1和图5所示，机械臂组件20包括：大臂机构22，大臂机构22的一端与第一安装位142转动连接；小臂机构30，与大臂机构22的另一端转动连接；第一驱动机构24，设置于大臂机构22，与小臂机构30相连接，用于驱动小臂机构30绕第二轴线转动。

[0035] 在该实施例中，机械臂组件20包括大臂机构22、小臂机构30和第一驱动机构24。大臂机构22的一端与第一安装位142转动连接。小臂机构30则设置于大臂机构22的另一端。第一驱动机构24设置于大臂机构22，通过第一驱动机构24能够驱动小臂机构30相对于大臂机构22绕第二轴线转动。这样，通过第一驱动机构24实现了对小臂机构30的转动角度的控制，这样实现了对机械手控制精度的提升。通过多个自由度的设置实现了机械手机构1的灵活性。

[0036] 可选地，机械手机构1还包括基座10。第一驱动件12设置于基座10上。第一驱动件12能够驱动安装架14相对于基座10转动，以调整大臂机构22和配重组件40的转动角度，进而带动设置于大臂机构22上的小臂机构30转动。

[0037] 可选地，结合图5所示，小臂机构30包括：转动轴31，转动设置于大臂机构22，与第一驱动机构24相连接，第一驱动机构24用于驱动转动轴31绕第二轴线转动；安装座32，与转动轴31的一端相连接，安装座32能够相对于大臂机构22转动；第二驱动机构33，设置于安装座32；四连杆机构34，包括第一铰接部和第二铰接部，第一铰接部与第二驱动机构33相连接，第二铰接部与转动轴31的另一端转动连接；其中，第二驱动机构33用于驱动四连杆机构34绕第四轴线摆动，第四轴线与第二轴线相互垂直。

[0038] 在该实施例中，小臂机构30包括：转动轴31、安装座32、第二驱动机构33和四连杆机构34。通过将转动轴31穿设于大臂机构22，且能够相对于大臂机构22转动，进而实现对第二驱动机构33的动力的传递。转动轴31与第一驱动机构24的输出轴之间具有间隔，且转动轴31位于大臂机构22的端部。转动轴31的一端设置有安装座32，安装座32用于承载第二驱动机构33，第二驱动机构33与四连杆机构34的第一铰接部相连接。四连杆机构34的第二铰接部与转动轴31的另一端相铰接。

[0039] 这样，通过第二驱动机构33能够驱动四连杆机构34绕第三轴线摆动。第一驱动机构24与转动轴31相连接，第一驱动机构24驱动转动轴31绕第三轴线转动，进而带动安装座32一起转动，以达到带动小臂机构30同时转动的目的。通过第二驱动机构33能够调整设置于四连杆机构34的摆动角度。

[0040] 这样，通过第一驱动件12，第一驱动机构24和第二驱动机构33实现了机械手机构1的多个自由度的位置调整，进而提升了机械手机构1的控制精度，提升智能化程度。小臂机构30通过包括四连杆机构34，四连杆机构34具有更高的稳定性，能够增加小臂机构30的刚度。提高了四连杆机构34、小臂机构30运动过程中抵抗变形的能力。

[0041] 可选地，结合图1和图5所示，第二驱动机构33和四连杆机构34位于大臂机构22的两侧。通过将小臂机构30的第二驱动机构33和四连杆机构34安装在大臂机构22的两侧，这样的设计使得小臂机构30向下运动时不会与大臂机构22产生碰撞。

[0042] 进一步地，结合图1所示，本申请通过将配重组件40和小臂机构30分别布置于大臂机构22的两端，实现降低机械手机构1转动过程中转动惯量，有效减小设备在转动过程中的震颤，提高系统稳定性及控制精度。

[0043] 进一步地，控制器用于根据小臂机构30的重量和配重块48的重量，控制电机运行，以调整配重块48的位置。通过控制器控制机械手机构1工作。具体地，根据小臂机构30的重量和配重块48的重量，实现对配重块48的位置的调整。再根据大臂机构22的转动角度，确定连接座42的转动角度，以调整小臂机构30一侧和配重组件40的平衡，进而达到降低整个设备的转动惯量，提升整个设备运行的稳定性和控制精度。

[0044] 具体地，本申请提供的机械手机构1的运动过程如下：首先，控制设置于基座10上的第一驱动件12启动。第一驱动件12驱动安装架14绕
第一轴线转动。第一驱动件12驱动安装架14转动时，小臂机构30跟随大臂机构22一起转动。
也即，第一驱动件12用于驱动机械手机构1的机械臂组件20和配重组件40实现转动，以使得小臂机构30能够转动至目标位置，第一驱动件12停止运行。

[0045] 进一步地，第一驱动机构24启动，第一驱动机构24驱动转动轴31转动，转动轴31带动小臂机构30绕第二轴线转动至设定角度后，第一驱动机构24停止运行。

[0046] 进一步地，控制第二驱动机构33启动，通过第二驱动机构33驱动四连杆机构34绕第四轴线摆动至对应位置。这样，实现了对小臂机构30的位置的调整，提升控制精度。

[0047] 同时，根据小臂机构30的位置信息，通过电机驱动线性模组47运动，进而带动配重块48运动，以调整配重块48的位置。以及，根据大臂机构22的转动角度，调整配重组件40的连接座42的转动角度。通过设置配重组件40，能够根据小臂机构30一侧的位置信息，对配重块48的位置和连接座42的转动角度进行调整，以达到大臂机构22两侧的平衡，降低了转动过程中的转动惯量，进而达到降低整个设备在运行过程中的震颤，提升整个设备的稳定性。这样，机械手机构1在绕第一轴线转动的过程中，通过在大臂机构22的两端设置配重组件40和小臂机构30，有效减小设备在转动过程中的震颤，提高系统稳定性及控制精度。

[0048] 进一步地，将配重组件40和小臂机构30分别布置于大臂机构22的两端，通过配重组件40实现与小臂机构30的平衡。

[0049] 可选地，第一驱动件12包括电机。电机的输出轴与大臂机构22相连接，配重组件40和小臂机构30分别位于输出轴的两侧，以提升整个设备转动的稳定性。

[0050] 可选地，结合图6所示，大臂机构22包括壳体25，壳体25的一端安装于第一安装位142。转动轴31穿设于壳体25的一端。其中，转动轴31的第二轴线和第一轴线间隔设置于壳体25。通过将配重组件40设置于连接座42内，对电机和线性模组47起到保护作用，避免损坏和灰尘的进入。

[0051] 可选地，结合图6所示，第一驱动机构24包括：第四驱动件241，设置于大臂机构22，第四驱动件241的输出轴伸入大臂机构22的壳体25内；第一锥齿轮243，设于第四驱动件241的输出轴，位于壳体25内；传动轴242，设置于壳体25内，传动轴242能够相对于壳体25转动；第二锥齿轮244，设置于传动轴242的一端，第一锥齿轮243与第二锥齿轮244啮合连接；第三锥齿轮245，设置于传动轴242的另一端；第四锥齿轮246，套设于转动轴31上，与第三锥齿轮
245相啮合；其中，第四驱动件241驱动第一锥齿轮243转动，通过第二锥齿轮244带动传动轴
242转动，通过第三锥齿轮245和第四锥齿轮246带动转动轴31转动，进而带动小臂机构30相对于大臂机构22转动。

[0052] 在该实施例中，第一驱动机构24包括第四驱动件241、第一锥齿轮243、传动轴242、第二锥齿轮244、第三锥齿轮245和第四锥齿轮246。通过第一锥齿轮243和第二锥齿轮244的啮合配合，实现对第四驱动件241的转动方向的转换。

[0053] 第四驱动件241的转动轴线与第一驱动件12的第一轴线相平行或相重合。传动轴242的轴线与第四驱动件241的转动轴31的轴线相互垂直。第二锥齿轮244和第三锥齿轮245分别设置于传动轴242的两端。

[0054] 通过第三锥齿轮245和第四锥齿轮246的啮合传动，实现将动力传递至转动轴31。转动轴31的第二轴线与传递轴的转动轴线相互垂直。这条通过第一锥齿轮243、第二锥齿轮
244、传动轴242、第三锥齿轮245和第四锥齿轮246实现了第四驱动件241的动力的传递，以及转动方向的转换。

[0055] 并且，通过采用第一锥齿轮243、第二锥齿轮244、传动轴242、第三锥齿轮245和第四锥齿轮246的传动结构，具有传动效率高，安装便捷，传动比恒定的特点，并且能够充分将电机的制动性能体现到机械臂上。

[0056] 可选地，第二驱动机构33和第四驱动件241均采用电机配合减速器。通过电机配合减速器可以输出合适的转速和扭矩，其中机器人常用的减速器为RV减速器和谐波减速器。为了体积小巧，低成本且精度要求不高时也可以采用行星齿轮减速器。。

[0057] 可选地，第四驱动件241位于壳体25的外部，第四驱动件241的输出轴伸入到壳体25的内部与第一锥齿轮243相连接。通过将第四驱动件241设置于壳体25的外部，减小壳体
25的整体体积，减小机械手机构1的占用空间。同时，将第一锥齿轮243、第二锥齿轮244、传动轴242、第三锥齿轮245和第四锥齿轮246均设置于壳体25内，进而实现对第一锥齿轮243、第二锥齿轮244、传动轴242、第三锥齿轮245和第四锥齿轮246的保护，避免受到外力冲击而损坏。进一步地，第一锥齿轮243、第二锥齿轮244、传动轴242、第三锥齿轮245和第四锥齿轮
246位于第一轴线的一侧。配重组件40位于第一轴线的另一侧，这样的布局，进一步地提升基座10两侧的平衡，提升设备整体的稳定性，进而实现减小设备在运动过程中的震颤。

[0058] 可选地，壳体25包括主体和盖体。主体包括容纳部。盖体可拆卸地设置于主体，盖体用于盖设容纳部。通过盖体可拆卸设置，方便对于内部的第一锥齿轮243、第二锥齿轮244、传动轴242、第三锥齿轮245和第四锥齿轮246的安装装配，维修检查。

[0059] 进一步地，连接座42包括安装腔，安装腔用于安装电机、线性模组47和配重块48。

[0060] 进一步地，容纳部内设置有第一支撑座和第二支撑座，第一支撑座和第二支撑座间隔分布。传动轴242设置于第一支持座和第二支撑座，通过第一支撑座和第二支撑座实现对传动轴242的支撑，提升传动轴242转动过程中稳定性，避免传动轴242在转动过程中出现径向上的颤动的，提升动力传递的稳定性。

[0061] 进一步地，机械手机构1还包括第一轴承和第二轴承。第一轴承设置于第一支撑座。第二轴承设置于第二支撑座。传动轴242穿设于第一轴承和第二轴承。通过设置第一轴承和第二轴承，提升传动轴242转动过程中的顺畅性，提升转动的稳定性和顺畅性。

[0062] 进一步地，机械手机构1还包括第三轴承和第四轴承。盖体上设置有第一通孔，第三轴承设置于第一通孔内。主体与第一通孔相对的位置开设有第二通孔。第四轴承设置于第二通孔内。转动轴31穿设于第三轴承和第四轴承。通过第三轴承和第四轴承实现对转动轴31的支撑作用，且提升了转动轴31转动效率。

[0063] 可选地，结合图5所示，四连杆机构34包括：第一杆体341，包括第一铰接部；第二杆体342，包括第二铰接部，第一杆体341和第二杆体342平行设置；第三杆体343，第三杆体343与转动轴31平行设置，并与第一杆体341和第二杆体342分别铰接。

[0064] 在该实施例中，四连杆机构34包括第一杆体341、第二杆体342和第三杆体343，以及转动轴31。转动轴31为四连杆机构34中的固定杆，第一杆体341和第二杆体342通过第二驱动机构33实现摆动。第三杆体343包括间隔设置的两个铰接部，分别与第一杆体341和第二杆体342远离转动轴31的端部相铰接。第三杆体343在第一杆体341和第二杆体342的带动下实现摇动，第三杆体343用于与末端执行机构35相连接。通过采用四连杆机构34中相互平行设置的第一杆体341和第二杆体342，提升了对末端执行机构35承载的稳定性，进而达到降低整个设备的转动惯量。

[0065] 可选地，结合图5所示，第三杆体343包括主体部和伸出部，主体部的两端分别与第一杆体341的端部和第二杆体342的端部相铰接，伸出部伸出第二杆体342，第三杆体343为一体式杆体结构。

[0066] 在该实施例中，第三杆体343包括主体部和伸出部，且第三杆体343为一体式杆体结构，一体式结构提升杆体的结构强度。主体部的两端分别与第一杆体341的端部和第二杆体342的端部相铰接，以使得主体部在第一杆体341的带动下实现摆动，进而能够带动位于主体部端部的伸出部跟随摆动。进一步地伸出部伸出第二杆体342。通过伸出部连接末端执行机构35。

[0067] 可选地，结合图5所示，第二驱动机构33包括：第五驱动件331，设置于安装座32；第五锥齿轮332，安装于第五驱动件331的输出轴；第六锥齿轮333，安装于第一铰接部，第六锥齿轮333与第五锥齿轮332相啮合，以驱动四连杆机构34绕第四轴线摆动。

[0068] 在该实施例中，第二驱动机构33包括第五驱动件331、第五锥齿轮332和第六锥齿轮333。第五锥齿轮332与第五驱动件331的输出轴相连接，第五驱动件331用于驱动第五锥齿轮332转动。第五锥齿轮332和第六锥齿轮333相啮合，以将第五驱动件331的动力传递至四连杆机构34。通过设置第五锥齿轮332和第六锥齿轮333实现对第五驱动件331的动力的传递，以及动力方向的改变，以提升整机的布置的紧凑型。

[0069] 可选地，结合图5所示，小臂机构30还包括：第一舵机351，设置于四连杆结构；末端执行机构35，与第一舵机351转动连接，第一舵机351驱动末端执行机构35绕第五轴线摆动。

[0070] 在该实施例中，小臂机构30还包括第一舵机351和末端执行机构35。第一舵机351设置于伸出部。也即，第三杆体343跟随第一杆体341摆动过程中，带动第一舵机351跟随摆动。再通过第一舵机351驱动末端执行机构35绕第五轴线摆动，以达到指定位置。本申请通过设置四连杆机构34提升了对末端执行机构35运动过程中地稳定性，且能够提高承载量。

[0071] 可选地，结合图5所示，末端执行机构35包括：连接架352，与第一舵机351转动连接；第二舵机353，设置于连接架352；夹手架体354，与第二舵机353转动连接，第二舵机353用于驱动夹手架体354绕第六轴线转动；第三舵机355，设置于夹手架体354上；夹手机构356，设置于夹手架体354，第三舵机355与夹手机构356转动连接。

[0072] 在该实施例中，末端执行机构35包括连接架352、夹手架体354、第二舵机353、第三舵机355和夹手机构356。连接架352与第一舵机351转动连接，通过第一舵机351驱动连接架352相对于第三连杆相转动。连接架352用于承载第二舵机353。第二舵机353用于驱动夹手架体354转动，连接架352的转动轴线与夹手架体354的转动轴线相互垂直。通过第三舵机
355实现对夹手机构356的打开或夹紧的驱动，以实现夹取物品或松开物品。通过采用第一舵机351和第二舵机353实现了夹手机构356的两个自由度的调整。

[0073] 结合前述的实施例，本申请实现了在第一轴线，第二轴线、第三轴线、第四轴线和第五轴线所限定的五个自由度的调整，提升了机械手机构1控制的精确性。

[0074] 可选地，结合图5所示，夹手机构356包括：相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，第三舵机355与第一齿轮相连接；两个夹指，分别与第一齿轮和第二齿轮相连接。

[0075] 其中，第三舵机355通过驱动第一齿轮和第二齿轮相向运动，以实现两个夹指夹取物料，通过驱动第一齿轮和第二齿轮相反向运动，以实现两个夹指释放物料。

[0076] 在该实施例中，夹手机构356包括相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，以及两个夹指。通过设置相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，实现了通过一个第三舵机355实现对夹手机构356的驱动。

[0077] 具体地，夹指采用橡胶制的手指，能够实现对物料的保护，避免刚性接触。同时仅通过一台第三舵机355带动驱动齿轮即可使得两个夹指夹紧和松开工件。

[0078] 进一步地，末端执行机构35可接入控制器，结构简单，控制方便。采用舵机直接驱动齿轮转动，舵机经内部齿轮减速，使用PWM控制，且转动角度大于夹紧需要的转动角度，是非常适合的选择。两齿轮啮合带动夹手收紧夹住工件。这样的结构简单易维护，且成本低廉。

[0079] 可选地，结合图7和图8所示，控制器具体用于：获取配重组件40的质量m1和机械臂组件20的质量m2；获取机械臂组件20质心距离第一轴线的距离L1；根据配重组件40的质量m1、机械臂组件20的质量m2和L2，确定配重块48至第一轴线的距离L1；获取机械臂组件20质心至x轴距离ɑ；根据ɑ和L2，确定连接座42的转动角度ɵ；根据L1和ɵ控制第二驱动件44和第三驱动件46工作。

[0080] 在该实施例中，将整个机械手机构1的旋转，简化成杆件整体绕O1O1轴转动。配重组件40质量为m1，机械臂组件20质量为m2，m1质心距离O1O1轴距离为L1，m2质心距离O1O1轴距离为L2，配重组件40及机械臂组件20绕O1O1轴转动的转动惯量为：2
J1=(m1+m2)×(L1+L2) /12                  （1）
根据转动惯量平行轴定理，如果配重组件40和机械臂组件20质心偏移距离d，那么整个机械臂转动变量将变为：
2 2                     
J1=(m1+m2)×(L1+L2) /12+(m1+m2)×d （2）
可控制配重组件40质心位置，使得配重组件40和机械臂组件20质心落在O1O1直线
上，即，转动惯量相当于没有增加。

[0081] 配重组件40与机械臂组件20相对于O1O1转轴处于平衡状态，那么ɵ=arctan(a/L2)                     （3）
其中，ɵ为配重组件40长度方向线与O1O1轴夹角的余角，也是运动过程中需要控制配重组件40绕第一轴线转过的角度；a为m2质心作用点与x轴的垂直距离。

[0082] L1=m2×L2/m1                                 （4）在上式中，m1和m2为定值，L2随着机械臂组件20位置变化而变化，根据上式可计算得到L1的数值，根据L1数值控制配重组件40的电机的运动参数，进而实现了机械臂转动过程中，转动惯量无变化的目标。

[0083] 在本发明中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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发明中的具体含义。

[0084] 在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0085] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。