CN104742152A - 一种串联式多关节机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了包括机械臂底座和至少三个依次串联的机械臂关节模块，各机械臂关节模块内均设有俯仰关节和旋转关节；所述俯仰关节由十字轴和两个以直角对称方式设置在该十字轴两侧的俯仰驱动装置组成；所述俯仰驱动装置包括俯仰舵机、法兰环、减速齿轮副和俯仰齿轮副；所述俯仰齿轮副的从动轮为扇形齿轮，该扇形齿轮通过螺钉固定于十字轴上；所述旋转关节由旋转舵机、法兰盘、旋转齿轮副、传动轴和端盖组成。本发明具有灵活性好、定位精确、结构简单、实用性好、精度高等优点。

Description

一种串联式多关节机械臂

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种串联式多关节机械臂。

背景技术

机械手臂是目前在机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，广泛应用在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域。为了提高机械臂的灵活性，能够精准的定位进行作业，现有技术出现了一些多关节冗余自由度的机械臂，将臂体设为由多个可相对运动的臂节构成，通过设有的驱动单元驱动每一节臂节运动，从而实现整个臂体较大角度的运动。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种灵活性较好，能精确定位进行作业，并且结构简单、实用性好、精度高的串联式多关节机械臂。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种串联式多关节机械臂，包括机械臂底座和至少三个依次串联的机械臂关节模块，各机械臂关节模块内均设有俯仰关节和旋转关节；所述俯仰关节由十字轴和两个以直角对称方式设置在该十字轴两侧的俯仰驱动装置组成；所述俯仰驱动装置包括俯仰舵机、法兰环、减速齿轮副和俯仰齿轮副，所述俯仰舵机通过螺钉固定在法兰环上，所述减速齿轮副的主动轮固定于俯仰舵机的输出端，所述减速齿轮副的从动轮与俯仰齿轮副的主动轮通过连接轴实现同轴联接，所述俯仰齿轮副的从动轮为扇形齿轮，该扇形齿轮通过螺钉固定于十字轴上；所述旋转关节由旋转舵机、法兰盘、旋转齿轮副、传动轴和端盖组成，所述旋转舵机通过螺钉固定在法兰盘上，所述旋转齿轮副的主动轮固定于旋转舵机的输出端，所述旋转齿轮副的从动轮与传动轴的一端相连，该传动轴另一端固定在端盖上。

为了使机械臂的旋转关节能够在较高转速下工作，所述传动轴的轴端安装有可承受径向和轴向载荷的角接触轴承组。

所述俯仰关节的两个法兰环之间设有橡胶波纹管，所述旋转关节的法兰盘与俯仰关节的法兰环之间设有罩壳。

通过俯仰关节中的法兰环与旋转关节中的端盖之间设置的连接套筒，可实现所述机械臂关节模块之间的串联连接。

由于采用上述技术方案，本发明串联式多关节机械臂的臂体有较大的弯曲范围，每个机械臂关节模块均具有三个自由度，且均由舵机驱动齿轮副来实现运动，其中俯仰运动由十字轴连接实现，每个机械臂关节模块内均设有与之相对应的驱动装置，使得每个机械臂关节都能独立被驱动，便于控制。多个机械臂关节的俯仰角度叠加起来即为整个机械臂的俯仰角度，使得本发明机械臂具有更大的摆动角度和更高的灵活性，能精确定位进行作业。

本发明具有灵活性好、定位精确、结构简单、实用性好、精度高等优点。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1为本发明串联式多关节机械臂的整体结构示意图；

图2为本发明串联式多关节机械臂的主视剖图；

图3为本发明串联式多关节机械臂的机械臂关节模块结构示意图；

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明：

如图1至图3所示，本发明一种串联式多关节机械臂，包括机械臂底座1和三个依次串联的机械臂关节模块2，各机械臂关节模块2内均设有俯仰关节3和旋转关节4；

所述俯仰关节3由十字轴31和两个以直角对称方式设置在该十字轴两侧的俯仰驱动装置32组成；所述俯仰驱动装置包括俯仰舵机321、法兰环322、减速齿轮副323和俯仰齿轮副324，所述俯仰舵机321通过螺钉固定在法兰环322上，所述减速齿轮副323的主动轮固定于俯仰舵机321的输出端，所述减速齿轮副323的从动轮与俯仰齿轮副324的主动轮通过连接轴325实现同轴联接，所述俯仰齿轮副324的从动轮为扇形齿轮，该扇形齿轮通过螺钉固定于十字轴31上；

所述旋转关节4由旋转舵机41、法兰盘42、旋转齿轮副43、传动轴44和端盖45组成，所述旋转舵机41通过螺钉固定在法兰盘42上，所述旋转齿轮副43的主动轮固定于旋转舵机41的输出端，所述旋转齿轮副43的从动轮与传动轴44的一端相连，该传动轴44另一端固定在端盖45上。

为了使机械臂的旋转关节4能够在较高转速下工作，所述传动轴44的轴端安装有可承受径向和轴向载荷的角接触轴承组46。

所述俯仰关节3的两个法兰环322之间设有橡胶波纹管326，所述旋转关节4的法兰盘42与俯仰关节3的法兰环322之间设有罩壳47。

通过俯仰关节3中的法兰环322与旋转关节4中的端盖45之间设置的连接套筒5，可实现所述机械臂关节模块之间的串联连接。

工作时，通过俯仰舵机321驱动减速齿轮副323旋转并带动了连接轴325的运转，进而带动了俯仰齿轮副324中的扇形齿轮在一定范围内摆动，扇形齿轮的运动又带动了十字轴31的转动，其中，扇形齿轮与十字轴31用螺钉紧固，因两个扇形齿轮的运动方向相互垂直，且橡胶波纹管326有一定的伸缩性，最终实现仰卧副在一定角度内上下摆动。另一方面，通过旋转舵机41输出转矩，经过旋转齿轮副43减速后，带动穿过法兰盘42的传动轴44运转，进而带动固定在轴端上的端盖45旋转。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，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的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种串联式多关节机械臂，其特征在于，包括机械臂底座和至少三个依次串联的机械臂关节模块，各机械臂关节模块内均设有俯仰关节和旋转关节；所述俯仰关节由十字轴和两个以直角对称方式设置在该十字轴两侧的俯仰驱动装置组成；所述俯仰驱动装置包括俯仰舵机、法兰环、减速齿轮副和俯仰齿轮副，所述俯仰舵机通过螺钉固定在法兰环上，所述减速齿轮副的主动轮固定于俯仰舵机的输出端，所述减速齿轮副的从动轮与俯仰齿轮副的主动轮通过连接轴实现同轴联接，所述俯仰齿轮副的从动轮为扇形齿轮，该扇形齿轮通过螺钉固定于十字轴上；所述旋转关节由旋转舵机、法兰盘、旋转齿轮副、传动轴和端盖组成，所述旋转舵机通过螺钉固定在法兰盘上，所述旋转齿轮副的主动轮固定于旋转舵机的输出端，所述旋转齿轮副的从动轮与传动轴的一端相连，该传动轴另一端固定在端盖上。

2.根据权利要求1所述的串联式多关节机械臂，其特征在于，所述传动轴的轴端安装有可承受径向和轴向载荷的角接触轴承组。

3.根据权利要求1所述的串联式多关节机械臂，其特征在于，所述俯仰关节的两个法兰环之间设有橡胶波纹管，所述旋转关节的法兰盘与俯仰关节的法兰环之间设有罩壳。

4.根据权利要求1所述的串联式多关节机械臂，其特征在于，通过俯仰关节中的法兰环与旋转关节中的端盖之间设置的连接套筒，可实现机械臂关节模块之间的串联连接。