CN102371590A - 机器人的臂结构 - Google Patents

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Abstract

一种机器人的臂结构，其包括支撑座、与支撑座转动连接的大臂、驱动大臂的第一驱动机构、与大臂转动连接的小臂、驱动小臂的第二驱动机构，以及手腕组件。大臂及小臂分别绕第一旋转轴线及第二旋转轴线转动。机器人的臂结构还包括与支撑座固定连接的第一圆轮、固定设置于小臂的第二圆轮、与小臂转动连接且与手腕组件固定的第三圆轮、无滑动地缠绕于第一圆轮与第二圆轮的第一挠性传动件，以及无滑动地缠绕于第二圆轮与第三圆轮的第二挠性传动件。第一、第二、第三圆轮具有相同的工作半径，且第一圆轮的中心轴线与第一旋转轴线重合，第二圆轮的中心轴线与第二旋转轴线重合。上述机器人的臂结构具有结构紧凑、占用空间较小的优点。

Description

机器人的臂结构
技术领域
本发明涉及一种机器人的臂结构。
背景技术
应用于包装、码垛、灌装、搬运以及喷涂等领域的机器人，其末端执行装置需在平面内作平移运动，以利于完成取放料等动作。现有的机器人一般采用四边形连杆结构来保持其末端执行装置的姿态。
图1所示为一种采用平行四边形连杆结构的机器人的结构简图。机架101安装在底座上，且可绕垂直方向转动。与转轴H同轴设置的马达(图未示)驱动下方大臂102，与转轴H同轴设置的另一马达(图未示)通过下方小臂103、上方大臂104来驱动上方小臂105。其中，下方小臂103、上方大臂104、上方小臂105及下方大臂102，通过转轴A、B、C、H相连而共同组成一个第一平行四边形连杆机构。下方大臂102和上方小臂105的中心线交汇点C的连接轴安装有一个“L”型连接件106。“L”型连接件106、第一连杆107、机架101以及下方大臂102通过转轴O、D、C、H相连而共同组成一个第二平行四连杆机构。“L”型连接件106、第二连杆114、上方小臂105与末端执行器保持机构108通过连接轴C、E、F、G相连而共同组成一个第三平行四连杆机构，利用上述第二平行四连杆机构和第三平行四连杆机构可保证末端执行器109在机器人工作过程中始终保持水平。然而，上述采用平行四连杆结构的机器人，其转动连接副较多、结构较为复杂，且因需采用较多的连杆结构，而造成体积较大，需占用较大的空间。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种结构紧凑、占用空间较小的机器人的臂结构。
一种机器人的臂结构，包括支撑座、与支撑座转动连接的大臂、驱动该大臂的第一驱动机构、与该大臂转动连接的小臂、驱动该小臂的第二驱动机构，以及手腕组件，该大臂及小臂分别绕第一旋转轴线及第二旋转轴线转动。该臂结构还包括与支撑座固定连接的第一圆轮、固定设置于小臂的第二圆轮、与小臂转动连接且与手腕组件固定的第三圆轮、无滑动地缠绕于第一圆轮与第二圆轮的第一挠性传动件，以及无滑动地缠绕于第二圆轮与第三圆轮的第二挠性传动件。该第一、第二、第三圆轮具有相同的工作半径，且该第一圆轮的中心轴线与第一旋转轴线重合，该第二圆轮的中心轴线与第二旋转轴重合。
上述机器人的臂结构通过第一、第二挠性传动件与第一、第二、第三圆轮相互无滑动配合，使第二圆轮相对于第一圆轮的姿态可保持不变，第三圆轮相对与第二圆轮的姿态可保持不变，从而与第三圆轮固定连接的手腕组件在机器人的运动过程中的姿态可保持不变，且上述机器人的臂结构的结构较为紧凑，占用空间较小。
附图说明
图1是一种采用平行四边形连杆结构的机器人的结构示意图。
图2是本发明实施方式的机器人的臂结构的立体图。
图3是图2所示机器人的臂结构沿另一视角的立体图。
图4是图2所示机器人的臂结构的局部结构的立体图。
图5是图4所示机器人的臂结构的局部结构沿另一视角的立体图。
图6是图2所示机器人的臂结构的运动状态示意图。
主要元件符号说明
  机器人的臂结构   100
  支撑座   11
  大臂   12
  第一驱动机构   13
  小臂   14
  第二驱动机构   15
  手腕组件   16
  第一旋转轴线   201
  第二旋转轴线   202
  第一端   141
  第二端   142
  第一圆轮   21
  第二圆轮   22
  第三圆轮   23
  第一挠性传动件   24
  第二挠性传动件   25
  安装座体   211
  第一预紧装置   26
  压轮   261
  支撑杆   262
  第一马达   131
  第一蜗杆   132
  第一蜗轮   133
  第一转矩调节部   1331
  第二马达   151
  第二蜗杆   152
  第二蜗轮   153
  带传动机构   154
  第二转矩调节部   1531
  底座   110
  第三驱动机构   112
  第三马达   1122
  第一齿轮   1123
  第二齿轮   1124
  第三旋转轴线   203
  旋转轴   161
  第四马达   162
  第四旋转轴线  204
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施方式对本发明的机器人的臂结构作进一步的详细说明。
请参见图2及图3，本发明实施方式的机器人的臂结构100包括支撑座11、与支撑座11转动连接的大臂12、驱动大臂12的第一驱动机构13、与大臂12转动连接的小臂14、驱动小臂14的第二驱动机构15，以及手腕组件16。手腕组件16设于机器人的末端，其上可安装刀具、夹具等末端执行装置。大臂12与小臂14分别绕第一旋转轴线201及第二旋转轴线202转动。小臂14包括相对设置的第一端141及第二端142。第一端141与大臂12的前端相连接，第二端142与手腕组件16相连接。
请同时参见图4和图5，机器人的臂结构100还包括与支撑座11固定连接的第一圆轮21、固定设置于小臂14的第二圆轮22、与小臂14转动连接且与手腕组件16固定的第三圆轮23、无滑动地缠绕于第一圆轮21与第二圆轮22的第一挠性传动件24，以及无滑动地缠绕于第二圆轮22与第三圆轮23的第二挠性传动件25。第一、第二、第三圆轮21、22、23具有相同的工作半径，且第一圆轮21的中心轴线与第一旋转轴线201重合，第二圆轮22的中心轴线与第二旋转轴线202重合。具体在本实施方式中，第一圆轮21通过一个安装座体211固定设置于支撑座11上，第二圆轮22设于小臂14的第一端141，第三圆轮23设于小臂14的第二端142。
以下详细介绍本发明实施方式的机器人的臂结构100的工作原理。请同时参见图6，假设第一、第二、第三圆轮21、22、23的工作半径均为r。因第一圆轮21固定设置于支撑座11，且第一挠性传动件24无打滑地缠绕于第一圆轮21与第二圆轮22，当第一驱动机构13驱动大臂12以角速度ω由第一位置(图6中实线所示)逆时针转动至第二位置(图6中虚线所示)时，大臂12转动的角度为α。第一挠性传动件24将在第一圆轮21的左侧相对绕出长度为rα的一段，而在第一圆轮21的右侧相对绕入长度为rα的一段，此时第二圆轮22跟随大臂12由X位置转动移动至X’位置。因第一、第二圆轮21、22的工作半径相同，且第一挠性传动件24相对第一、第二圆轮21、22无滑动，第二圆轮22将相对第一挠性传动件24顺时针转动角度α，以将第一圆轮21左侧绕出的长度为rα的一段传递至第二圆轮22右侧。从而，第二圆轮22在跟随大臂12绕第一旋转轴线201作公转运动时，还将绕其自身的中心轴线自转。根据相对运动原理，当第一挠性传动件24相对于第一圆轮21以角速度ω逆时针转动，第二圆轮22相对第一挠性传动件24以角速度ω顺时针转动时，第二圆轮22相对于第一圆轮21的绝对转动速度为零，也就是说，第二圆轮22在运动过程中其姿态不变。从而在大臂12绕第一旋转轴线201转动的过程中，小臂14的姿态始终保持不变。
同理，因第二圆轮22相对于小臂14固定，第二挠性传动件25无打滑地缠绕于第二圆轮22与第三圆轮23，且第二圆轮22与第三圆轮23的工作半径相同，从而当第二驱动机构15驱动小臂14绕第二旋转轴线202转动的过程中，第三圆轮23以及与之固定的手腕组件16的姿态也保持不变，因此，设于手腕组件16的末端执行器，在机器人的运动过程中可保持姿态不变，从而便于进行包装、码垛、灌装及搬运等动作。
第一、第二挠性传动件24、25可为钢丝绳、同步传送带、平带及钢带中任一种，其满足相对于第一、第二、第三圆轮21、22、23无滑动连接即可。
本发明实施方式的机器人的臂结构100通过第一、第二挠性传动件24、25分别与第一、第二、第三圆轮21、22、23相互无滑动配合，使第二圆轮22相对于第一圆轮21的姿态可保持不变，第三圆轮23相对与第二圆轮22的姿态可保持不变，从而与第三圆轮23固定连接的手腕组件16在机器人的运动过程中的姿态可保持不变，其结构较为紧凑，占用的空间较小，且元件数量较少，安装便利，成本较低。
进一步，机器人的臂结构100还可包括用于对第一挠性传动件24进行预紧的第一预紧装置26。第一预紧装置26可采用公知的带传动机构的预紧装置，例如，第一预紧装置26包括抵压第一挠性传动件24的压轮261以及支撑压轮261且与大臂12固定连接的支撑杆262。机器人的臂结构100还可包括用于对第二挠性传动件25进行预紧的第二预紧装置28。第二预紧装置28与第一预紧装置26相似。
请再次参见图2至图5，具体在本实施方式中，第一驱动机构13包括固定设置于支撑座11的第一马达131、由第一马达131驱动的第一蜗杆132，以及与第一蜗杆132啮合以驱动大臂12绕第一旋转轴线201转动的第一蜗轮133。第一蜗轮133设有第一转矩调节部1331，用于抵消作用于机器人的臂结构100的负载产生的转矩。通过设置第一转矩调节部1331使第一蜗轮133的重心尽可能大的偏移，以尽可能多地抵消负载产生的转矩。第一转矩调节部1331可以为开设于第一蜗轮133的通孔，或者设于第一第一蜗轮133一侧的平衡块，该平衡块由密度较大的材料，如铅制成。在第一蜗轮133驱动大臂12转动的过程中，第一转矩调节部1331对第一旋转轴线201产生的转矩及作用于大臂12的负载对第一旋转轴线201产生的转矩具有相同的变化趋势。
第二驱动机构15包括固定设置于支撑座11的第二马达151、由第二马达151驱动的第二蜗杆152、与第二蜗杆152啮合的第二蜗轮153、由第二蜗轮153驱动的带传动机构154。带传动机构154驱动小臂14绕第二旋转轴线202转动。
带传动154机构包括与第二蜗轮153耦接的主动带轮1541，与小臂14固定连接的从动带轮1542，以及传送带1543。传送带1543也可通过一个预紧装置(图未示)进行预紧。
与第一蜗轮133相似，第二蜗轮153设有第二转矩调节部1531，用于抵消作用于机器人的臂结构100的负载产生的转矩。第二转矩调节部1531可以为开设于第二蜗轮153的通孔，或者设于第二蜗轮153一侧的平衡块。在第二蜗轮153驱动大臂12转动的过程中，第二转矩调节部1531产生的转矩及作用于大臂12的负载的转矩具有相同的变化趋势。
上述第一驱动机构13及第二驱动机构15均采用蜗轮-蜗杆进行动力传递，从而可较为方便地实现自锁，且机构较为紧凑。可以理解，第一驱动机构13及第二驱动机构15不限于采用蜗轮-蜗杆进行动力传递，也可以通过将马达的动力通过减速器直接输出至大臂12或者小臂14，以驱动大臂12或者小臂14。
为使末端执行装置获得更多的自由度，还可将支撑座11转动设置于一个底座110上。第三驱动机构112驱动支撑座11，以使其绕第三旋转轴线203转动。第三驱动机构112包括固定设置于支撑座11的第三马达1122，由第三马达1122驱动的第一齿轮1123，以及固定设置于底座110的第二齿轮1124。第一齿轮1123设有外齿，第二齿轮1124设有内齿，第一齿轮1123与第二齿轮1124相互啮合，使支撑座11相对底座110绕第三旋转轴线203转动。另外，手腕组件16还可包括一个旋转轴161以及驱动旋转轴161的第四马达162。第四马达162驱动旋转轴161绕第四旋转轴线204转动，以使末端执行装置在平面内平移时还可绕第四旋转轴线204转动。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内作其它变化，当然，这些依据本发明精神所作的变化，都包含在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人的臂结构，包括支撑座、与支撑座转动连接的大臂、驱动该大臂的第一驱动机构、与该大臂转动连接的小臂、驱动该小臂的第二驱动机构，以及手腕组件，该大臂及小臂分别绕第一旋转轴线及第二旋转轴线转动，其特征在于：该臂结构还包括与支撑座固定连接的第一圆轮、固定设置于小臂的第二圆轮、与小臂转动连接且与手腕组件固定的第三圆轮、无滑动地缠绕于第一圆轮与第二圆轮的第一挠性传动件，以及无滑动地缠绕于第二圆轮与第三圆轮的第二挠性传动件，该第一、第二、第三圆轮具有相同的工作半径，且该第一圆轮的中心轴线与第一旋转轴线重合，该第二圆轮的中心轴线与第二旋转轴重合。
2.如权利要求1所述的机器人的臂结构，其特征在于：该第一挠性传动件及第二挠性传动件为钢丝绳、同步传送带、平带及钢带中任一种。
3.如权利要求1所述的机器人的臂结构，其特征在于：该机器人的臂结构还包括用于对该第一挠性件进行预紧的预紧装置。
4.如权利要求1所述的机器人的臂结构，其特征在于：该机器人的臂结构还包括用于对该第二挠性件进行预紧的预紧装置。
5.如权利要求1所述的机器人的臂结构，其特征在于：该第一驱动机构包括固定设置于支撑座的第一马达、由第一马达驱动的第一蜗杆，以及与该蜗杆啮合以驱动大臂绕第一旋转轴线转动的第一蜗轮。
6.如权利要求5所述的机器人的臂结构，其特征在于：该第一蜗轮设有第一转矩调节部，该第一转矩调节部用于至少部分抵消作用于该机器人的臂结构的负载产生的转矩。
7.如权利要求1所述的机器人的臂结构，其特征在于：该第二驱动机构包括固定设置于支撑座的第二马达、由第二马达驱动的第二蜗杆、与该第二蜗杆啮合的第二蜗轮、由该第二蜗轮驱动的带传动机构，该带传动机构驱动该小臂绕第二旋转轴线转动。
8.如权利要求7所述的机器人的臂结构，其特征在于：该第二蜗轮设有第二转矩调节部，该第二转矩调节部用于至少部分抵消作用于该机器人的臂结构的负载产生的转矩。
9.如权利要求1所述的机器人的臂结构，其特征在于：该小臂包括与大臂相连接的第一端及与该第一端相对设置的第二端，该第二圆轮设于该第一端，该第三圆轮设于该第二端。
10.如权利要求1所述的机器人的臂结构，其特征在于：该机器人的臂部件还包括一个底座、固定设置于支撑座的马达、由该马达驱动的第一齿轮，以及固定设置于该底座的第二齿轮，该第一齿轮设有外齿，该第二齿轮设有内齿，该第一齿轮与第二齿轮相互啮合，使该支撑座相对底座转动。
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