CN104175329A - 中空串联机械臂用模块化关节 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了中空串联机械臂用模块化关节,它包括壳体，在壳体上安装有后盖并且在壳体的一侧设置有开口，在壳体内安装有支架，在支架顶面上安装有伺服电机和张紧机构，减速器固定在支架下方的壳体上，张紧机构包括轴承座，在轴承座内安装有关节张紧轴，轴承座支撑固定在带轮张紧摆杆上，带轮张紧摆杆通过安装轴转动连接在支架上，在轴承座上安装有失电制动器，关节张紧轴的一端通过转子毂和失电制动器的转子固定连接并且另一端与带轮B连接，在伺服电机的输出轴上连接有带轮A，带轮C安转在减速器的输入端上，带轮A与带轮B以及带轮C通过同步齿轮带转动相连。采用本发明能准确定位，提高了机器人的位置精度。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种用于构建中空串联机械臂的模块化关节。
背景技术
机械臂在生产生活中具有极其重要的作用。实践应用中，很多的工业流程环节都需要机械臂进行组装和提取作业。现有机械臂自身的组装、拆卸较为复杂。很多轻便、敏捷的机械臂被设计出来，承担了越来越多的组装和提取工作。但是现阶段的机械臂在实现小型化设计后，其额定负载会相应降低很多。机器人的结构尺寸和承载能力之间的矛盾成为一个有待协调的问题。机械臂各关节的运动精度、承载能力、运动平稳性等均受到关节内各元件之间相互位置关系、动作关系的影响。如何实现在机械臂关节的有限空间内合理布置元件位置，避免不同关节的重复性设计，并将生产过程的时间缩短，使关节易于安装和使用，这些都是急需解决的问题。
发明专利201110333688.1提出的“多自由度机械臂模块化关节”，包括两个以上模块化关节串联且同轴旋转，模块化关节包括关节一和关节二连接为一体，其中，关节一包括传递动力输入轴、该动力输入轴上设有都第一谐波减速器和第一离合器；关节二包括与所述关节一输入轴连接的传动轴，该传动轴与第一离合器相连，第二离合器衔铁与分动传动机构相连接，该分动传动机构分别与第二谐波减速器。它的部分传动结构和部分线缆暴露在外面，不利于对元件的保护，模块自身依然比较复杂，没有达到在持重不变的情况下大幅减小自重的效果，而且模块的连接方式单一，不利于构建运动范围较大的机械臂。没有制动装置，不能实现瞬间制动。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种自身重量小、重量功率比大、大大缩短了生产过程的时间、并且易于安装和使用，修理调整便捷的中空串联机械臂用模块化关节。
本发明的中空串联机械臂用模块化关节,它包括壳体，在所述的壳体上安装有后盖并且在壳体的一侧设置有开口，在所述的壳体内安装有支架，在所述的支架顶面上安装有伺服电机和张紧机构，减速器固定在支架下方的壳体上，所述的张紧机构包括轴承座，在所述的轴承座内通过上下轴承安装有关节张紧轴，所述的轴承座支撑固定在带轮张紧摆杆上，所述的带轮张紧摆杆通过安装轴转动连接在支架上，在所述的轴承座上安装有失电制动器，关节张紧轴的一端通过转子毂和失电制动器的转子固定连接并且另一端与带轮B连接，在所述的伺服电机的输出轴上连接有带轮A，带轮C安转在减速器的输入端上，带轮A与带轮B以及带轮C通过同步齿轮带转动相连，带轮张紧摆杆与一推动件相连，带轮张紧摆杆能够在推动件的带动下带动轴承座绕安装轴转动，所述的减速器旋转轴的轴线与开口的轴线垂直设置。
本发明具有的优点和积极效果是：关节内部采用能够将电机、失电制动器和减速器同时固定的半圆形支架结构，避免了在关节内部有限空间内直接安装的不便，并且简化了关节外壳由于安装电机等上述部分所产生的内部结构，降低制造成本。壳体和后盖所形成的密闭空间中，除去支架上电机、失电制动器和减速器所占用的空间，其他部分都是空的，减速器的中间也是空的，所有线缆都可从壳体的一端进入，从减速器中间穿出，所有线缆都可从其内部通过，从而实现内走线方式，使机械臂的结构更加紧凑。采用谐波减速器，传动精度及承载能力高，可实现小体积且大减速比，运动平稳，无冲击，噪音小。关节内部装有独立的失电制动器，当伺服电机失电停止输出转矩时，失电制动器同步失电，使与之连接的带轮制动，进而使减速器停止转动，准确定位，提高了机器人的位置精度。中空串联机械臂的模块化关节，更易于安装和使用；自身重量小，重量功率比大，能耗更低。
附图说明
图1为本发明的中空串联机械臂用模块化关节的内部结构爆炸示意图；
图2为本发明的中空串联机械臂用模块化关节的内部结构俯视示意图；
图3为本发明的中空串联机械臂用模块化关节的内部部分结构装配示意图；
图4为本发明的中空串联机械臂用模块化关节的整体示意图；
图5为本发明的中空串联机械臂用模块化关节除去关节后盖的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作以详细描述。
如附图所示的本发明的中空串联机械臂用模块化关节,它包括壳体14，在所述的壳体14上安装有后盖15并且在壳体14的一侧设置有开口，在所述的壳体14内安装有支架8，在所述的支架8顶面上安装有伺服电机1和张紧机构，减速器5固定在支架8下方的壳体14上，所述的张紧机构包括轴承座13，在所述的轴承座13内通过上下轴承11、12安装有关节张紧轴10，所述的轴承座13支撑固定在带轮张紧摆杆9上，所述的带轮张紧摆杆9通过安装轴转动连接在支架8上，在所述的轴承座上安装有失电制动器2，关节张紧轴10的一端通过转子毂和失电制动器的转子固定连接并且另一端与带轮B4连接，在所述的伺服电机1的输出轴上连接有带轮A3，带轮C6安转在减速器5的输入端上，带轮A3与带轮B4以及带轮C6通过同步齿轮带7转动相连。带轮张紧摆杆9与一推动件相连，带轮张紧摆杆9能够在推动件的带动下带动轴承座13绕安装轴转动，所述的减速器的旋转轴轴线与开口的轴线垂直设置。作为本发明的一种实施方式，所述的推动件为安装在壳体14上的一个贯通的螺纹孔内的紧定螺钉，紧定螺钉可通过螺纹孔作用于带轮张紧摆杆9，使轴承座13绕安装轴转动，从而使带轮B4转动使齿轮带张紧。
优选的本发明的支架为半圆形，优点是结构简单，节省空间。
优选的本发明的减速器采用谐波减速器，传动精度及承载能力高，可实现小体积且大减速比，运动平稳，无冲击，噪音小。
本发明装置的工作过程为：串联机械臂用模块化关节由各自内部独立的伺服电机1驱动，伺服电机1输出转矩，将转矩传递给与其输出轴键连接的带轮A3，带轮A3在同步齿轮带7作用下经过一级减速，将转矩传递给减速器5的输入端，经减速器5二级减速后，向关节外部输出转矩。失电制动器2与伺服电机1同步通断电。当伺服电机1通电时，电机输出转矩，与此同时，失电制动器2松开与带轮B4连接的关节张紧轴10，使带轮B4在同步齿轮带7作用下传递转矩；当伺服电机1断电时，失电制动器2同步失电制动，锁死与带轮B4连接的关节张紧轴10，使带轮B4停止转动，进而使减速器5同步制动。支架8固定在壳体14内，后盖15安装在壳体14上，形成相对密闭的结构。壳体14开口的一端和减速器5的输出端可以与外界合适的关节轴或本发明自身进行组装，与壳体14开口的一端连接的结构为固定结构，与减速器5的输出端连接的结构可在内部电机的驱动下进行转动。多增加一个可动关节就相当于增加一个自由度。本发明能快速组装出多自由度的串联机械臂，组装简单，控制方便。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，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，并不是限制性的，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，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.中空串联机械臂用模块化关节,它包括壳体，其特征在于：在所述的壳体上安装有后盖并且在壳体的一侧设置有开口，在所述的壳体内安装有支架，在所述的支架顶面上安装有伺服电机和张紧机构，减速器固定在支架下方的壳体上，所述的张紧机构包括轴承座，在所述的轴承座内通过上下轴承安装有关节张紧轴，所述的轴承座支撑固定在带轮张紧摆杆上，所述的带轮张紧摆杆通过安装轴转动连接在支架上，在所述的轴承座上安装有失电制动器，关节张紧轴的一端通过转子毂和失电制动器的转子固定连接并且另一端与带轮B连接，在所述的伺服电机的输出轴上连接有带轮A，带轮C安转在减速器的输入端上，带轮A与带轮B以及带轮C通过同步齿轮带转动相连，带轮张紧摆杆与一推动件相连，带轮张紧摆杆能够在推动件的带动下带动轴承座绕安装轴转动，所述的减速器旋转轴的轴线与开口的轴线垂直设置。
2.根据权利要求1所述的中空串联机械臂用模块化关节,其特征在于：所述的推动件为安装在壳体上的一个贯通的螺纹孔内的紧定螺钉，紧定螺钉能够通过螺纹孔作用于带轮张紧摆杆，使轴承座绕安装轴转动。
3.根据权利要求1或2所述的中空串联机械臂用模块化关节,其特征在于：所述的支架为半圆形。
4.根据权利要求3所述的中空串联机械臂用模块化关节,其特征在于：所述的减速器采用谐波减速器。
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