CN104908035B - 一种长臂工业机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种长臂工业机械手，包括基座、支撑臂和长臂，所述基座上安装有转盘，支撑臂的一端转动连接在所述转盘上，另一端与所述长臂的一端转动连接，长臂包括安装部、旋转关节和活动关节，活动关节上转动连接有执行件，所述安装部和所述旋转关节转动连接的转动轴与所述旋转关节的中心轴同轴，所述安装部上设置有用于驱动所述旋转关节转动的第二电机、用于驱动所述活动关节转动的第三电机以及用于驱动执行件转动的第四电机。由于第二电机、第三电机和第四电机都布置在长臂的安装部上，安装部又有支撑臂的支撑，而长臂的旋转关节和活动关节上都不需要设置电机，重量相对较轻，使用时长臂所受到的扭力相对较小，结构简单且使用寿命较高。

Description

一种长臂工业机械手

技术领域

本发明涉及一种机械手结构，尤其是一种长臂工业机械手。

背景技术

工业制造加工企业广泛采用工业机器手是未来的发展趋势，工业机器手的应用不仅可以提高产品的产量和品质，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高生产率有着重要的意义。

机械结构是提高工业机械手性能的一项关键技术，直接影响到工业机械手的稳定性和精准度。中国发明专利申请ZL201410425207.3公开了一种玻璃搬运码垛机械手，由固定基座、旋转台座、大动臂、小动臂、末端动臂、固定滑轨、调节滑轨、吸盘滑动架、吸盘、真空气泵、横向调节气缸、纵向调节气缸、液压马达I、液压马达II、伺服电机组成，旋转台座安装在固定基座内，大动臂由液压马达I与旋转台座形成铰连接，小动臂由液压马达II与大动臂形成铰连接，末端动臂通过伺服电机与小动臂铰连接，固定滑轨与末端动臂端面固接，调节滑轨安装在固定滑轨上，横向调节气缸安装在末端动臂后部，吸盘滑动架安装在调节滑轨上，纵向调节气缸安装在调节滑轨内侧，吸盘安装在调节滑轨和吸盘滑动架上。该机械手的结构虽然相对简单，但该机械手各个电机只是简单的布置在各个臂的端部，使用时各个臂需要承受较大的扭力，特别是当动臂相对较长时，容易疲劳断裂，使用寿命较低。

有鉴于此，本发明人对机械手的机构进行了深入的研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单且使用寿命较高的长臂工业机械手。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种长臂工业机械手，包括基座，还包括支撑臂和长臂，所述基座上安装有水平放置的转盘和用于驱动所述转盘转动的第一电机，所述支撑臂的一端转动连接在所述转盘上，另一端与所述长臂的一端转动连接，所述长臂包括与所述支撑臂转动连接的安装部、一端与所述安装部转动连接的旋转关节和转动连接在所述旋转关节另一端的活动关节，所述活动关节上转动连接有执行件，所述安装部和所述旋转关节转动连接的转动轴与所述旋转关节的中心轴同轴，所述安装部上设置有用于驱动所述旋转关节转动的第二电机、用于驱动所述活动关节转动的第三电机以及用于驱动所述执行件转动的第四电机。

采用上述技术方案，由于第二电机、第三电机和第四电机都布置在长臂的安装部上，安装部又有支撑臂的支撑，而长臂的旋转关节和活动关节上都不需要设置电机，重量相对较轻，使用时长臂所受到的扭力相对较小，结构简单且使用寿命较高。

作为本发明的一种改进，所述第二电机传动连接有第二传动组件，所述第二传动组件包括与所述第二电机的输出轴连接的第二主动轮、与所述第二主动轮配合的第二从动轮、连接在所述第二主动轮和所述第二从动轮之间的第二皮带、与所述第二从动轮同轴连接的第二轴套以及与所述第二轴套同轴连接的第二减速器，所述第二减速器的输出轴与所述旋转关节固定连接。通过上述改进，便于控制旋转关节的转动，同时由于采用了皮带传动的方式，可以让出较大的空间，便于布置第三电机和第四电机的传动结构。

作为本发明的一种改进，所述第三电机传动连接有第三传动组件，所述第三传动组件包括与所述第三电机的输出轴连接的第三主动轮、与所述第三主动轮配合的第三从动轮、连接在所述第三主动轮和所述第三从动轮之间的第三皮带，以及一端与所述第三从动轮同轴连接的空心传动杆，所述空心传动杆穿过所述第二轴套和所述第二减速器且与所述第二轴套和所述第二减速器同轴，所述空心传动杆远离所述第三电机的一端设置有主动伞齿轮和与所述主动伞齿轮配合的从动伞齿轮，所述从动伞齿轮与所述活动关节固定连接。通过上述改进，将空心传动杆穿插在第二轴套和第二减速器上，较为节省空间，结构更加紧凑。

作为本发明的一种改进，所述第四电机传动连接有第四传动组件，所述第四传动组件包括穿插在所述空心传动杆内的实心传动杆，所述空心传动杆的一端与所述第四电机的输出轴传动连接，另一端设置有锥蜗杆，所述执行件上设置有与所述执行件同轴连接的第一伞齿轮，所述活动关节上设置有与所述锥蜗杆配合的锥蜗轮和与所述第一伞齿轮配合的第二伞齿轮，所述锥涡轮具有蜗轮杆且所述蜗轮杆的端部设置有第一齿轮，所述第二伞齿轮具有齿轮杆且所述齿轮杆的端部设置有与所述第一齿轮配合的第二齿轮，所述锥蜗杆与所述齿轮杆平行且与所述从动伞齿轮的中心轴同轴。通过上述改进，将实心传动杆穿插在空心传动杆内，进一步节省空间，同时通过蜗轮蜗杆及各齿轮之间的传动结构，有效避开各关节的连接结构将第四电机的动力传递到执行件上。

作为本发明的一种改进，所述实心传动杆包括两根通过联轴器相互串联的内杆，所述空心传动杆包括两根相互串联的外杆，其中一根所述外杆朝向另一根所述外杆的一端具有外花键结构，另一根所述外杆相应的一端固定连接有接头，所述接头具有与所述外花键结构配合的内花键结构，所述联轴器位于所述接头内。通过上述改进，将空心传动杆和实心传动杆分为两段，避免传动杆太长不易加工。

作为本发明的一种改进，所述转盘具有两个关节臂，所述支撑臂与所述转盘转动连接的一端位于两个所述关节臂之间，其中一个所述关节臂上设置有用于驱动所述支撑臂转动的第五电机。通过上述改进，两个关节臂可以防止支撑臂的位置产生偏移，提供支撑臂的稳定性。

作为本发明的一种改进，还包括一端相互转动连接的第一连杆和第二连杆，所述第一连杆未与所述第二连杆连接的一端连接有用于驱动所述第一连杆转动的第六电机，所述第六电机固定在未设置所述第五电机的所述关节臂上，所述第二连杆未与所述第一连杆连接的一端转动连接在所述长臂上。通过上述改进，用于控制长臂转动的第六电机安装位置可以相对较低，整个机械手的重心也相对较低，工作时较为稳定。

附图说明

图1为本发明长臂工业机械手的结构示意图；

图2为本发明长臂工业机械手的侧视结构示意图；

图3为图2中A-A位置的剖切结构示意图；

图4为图2中B-B位置的剖切结构示意图；

图5为图4中C处的局部放大图；

图6为图4中D处的局部放大图。

上述视图省略部分零部件，图中标示对应如下：

10-基座； 20-支撑臂；

21-第五电机； 22-减速器；

23-第一连杆； 24-第二连杆；

25-第六电机； 30-长臂；

31-安装部； 32-旋转关节；

33-活动关节； 34-第二电机；

35-第三电机； 36-第四电机；

40-转盘； 41-关节臂；

50-执行件； 51-第一伞齿轮；

60-第二传动组件；

61-第二主动轮； 62-第二从动轮；

63-第二轴套； 64-第二减速器；

70-第三传动组件； 71-第三主动轮；

72-第三从动轮； 73-空心传动杆；

73a-外杆； 73b-接头；

74-主动伞齿轮； 75-从动伞齿轮；

76-减速器；

80-第四传动组件；

81-实心传动杆； 81a-联轴器；

81b-内杆； 82-锥蜗杆；

83-锥蜗轮； 84-第二伞齿轮；

85-涡轮杆； 86-第一齿轮；

87-齿轮杆； 88-第二齿轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

如图1、图2和图3所示，本实施例提供的长臂工业机械手，包括基座10、支撑臂20和长臂30。基座10固定在底板或工作台上，其上安装有水平放置的转盘40和用于驱动转盘40转动的第一电机(图中未视出)，在本实施例中，第一电机的输出轴竖直布置，通过减速器直接与转盘传动连接，有效减小了传动损耗，传动效率较高。

支撑臂20的一端转动连接在转盘40上，另一端与长臂30的一端转动连接。转盘40具有两个关节臂41，支撑臂20与转盘转动连接的一端位于两个所述关节臂41之间，其中一个关节臂41上设置有用于驱动支撑臂20转动的第五电机21，第五电机21的输出轴上连接有与之同轴的减速器22，减速器22的输出轴与支撑臂20固定连接。

本实施例的长臂工业机械手还包括一端相互转动连接的第一连杆23和第二连杆24，第一连杆23未与第二连杆24连接的一端连接有用于驱动第一连杆23转动的第六电机25，第六电机25固定在未设置第五电机21的关节臂41上。第二连杆24未与第一连杆23连接的一端转动连接在长臂30上，需要说明的是，第二连杆24转动连接在长臂30的端部上，支撑臂20与长臂30的连接位置位于长臂30的臂身上，即两个转动连接的连接位置相互间距有一定的距离，具体的距离可以根据实际需要确定。

第一连杆23、第二连杆24、支撑臂20和长臂30位于同一平面上，且第一连杆23、第二连杆24、支撑臂20和长臂30形成一个四边形结构，这样第二连杆24、第一连杆23和第六电机25的输出轴之间形成一个曲柄连杆结构，通过第一连杆23将第六电机25的输出轴的旋转运动转化成第二连杆24的上下摆动，进而拉动长臂30以支撑臂20为支点进行杠杆式运动。

第五电机21和第六电机25最好对称布置，这样可以使得整个机械手的受力结构相对稳定。

长臂30包括与支撑臂20转动连接的安装部31、一端与安装部31转动连接的旋转关节32和转动连接在旋转关节32另一端的活动关节33，安装部31和旋转关节32转动连接的转动轴与旋转关节32的中心轴同轴，即旋转关节32是进行以其中心轴为转动中心进行自转的。当然，第二连杆24和支撑臂20与长臂30的连接位置都位于安装部31上，以避免影响旋转关节32的转动。此外，活动关节33上转动连接有执行件50，执行件50为常规的零部件，可根据机械手的实际用途进行选择，此处不再详述。

如图4、图5和图6所示，安装部31上设置有用于驱动旋转关节32转动的第二电机34、用于驱动活动关节33转动的第三电机35以及用于驱动执行件50转动的第四电机36。由于第二电机34、第三电机35和第四电机36都布置在长臂30的安装部31上，安装部31又有支撑臂20的支撑，而长臂的旋转关节32和活动关节33上都不需要设置电机，重量相对较轻，相对于传统的机械手，本发明的长臂工业机械手的长臂30可以有较大的长度，使用时长臂30所受到的扭力相对较小，结构简单且使用寿命较高。

第二电机34、第三电机35和第四电机36上相应的的传动结构可以是常规的结构，考虑到采用常规的结构常规的结构需要占用较大的空间，使得长臂30相对较粗，影响机械手的灵活性，本实施例同时提供了一种占用空间相对较小的传动结构。

在本实施例中，第二电机34传动连接有第二传动组件60，第二传动组件60包括与第二电机34的输出轴连接的第二主动轮61、与第二主动轮61配合的第二从动轮62、连接在第二主动轮61和第二从动轮62之间的第二皮带(图中未示出)、与第二从动轮62同轴连接的第二轴套63以及与第二轴套63同轴连接的第二减速器64，第二减速器64的输出轴与旋转关节32固定连接，第二减速器64则固定在安装部31上。由于采用了皮带传动的方式，可以在安装部31内让出较大的空间，便于布置第三电机35和第四电机36的传动结构。

第三电机35传动连接有第三传动组件70，第三传动组件70包括与第三电机35的输出轴连接的第三主动轮71、与第三主动轮71配合的第三从动轮72、连接在第三主动轮71和第三从动轮72之间的第三皮带(图中未示出)，以及一端与第三从动轮72同轴连接的空心传动杆73，空心传动杆73穿过第二轴套63和第二减速器64且分别与第二轴套63和第二减速器64同轴，即第二轴套63和第二减速器64安装在空心传动杆72上，有效节省了安装空间。

空心传动杆73通过轴承安装在旋转关节32的内部，具体的安装方式可以是常规的方式，此处不再详述。空心传动杆73远离第三电机35的一端设置有主动伞齿轮74和与主动伞齿轮74配合的从动伞齿轮75，从动伞齿轮75通过减速器76与活动关节33固定连接。这样，在第三电机35的驱动下，活动关节33可以从动伞齿轮75的中心轴为中心转动。

第四电机36传动连接有第四传动组件80，第四传动组件80包括穿插在空心传动杆73内的实心传动杆81，当然，空心传动杆73与实心传动杆81之间需要设置轴承，避免两者的转动相互干涉。空心传动杆81的一端与第四电机36的输出轴传动连接，另一端设置有锥蜗杆82。

执行件50上设置有与执行件50同轴连接的第一伞齿轮51，同时执行件50的中心轴与从动伞齿轮75的中心轴相互垂直。

活动关节33上设置有与锥蜗杆82配合的锥蜗轮83和与第一伞齿轮51配合的第二伞齿轮84，锥蜗轮83和从动伞齿轮75布置空心传动杆73或实心传动杆81相对应的两侧。锥涡轮83具有蜗轮杆85且蜗轮杆85的端部设置有第一齿轮86，第二伞齿轮84具有齿轮杆87且齿轮杆87的端部设置有与第一齿轮86配合的第二齿轮88，锥蜗杆85与齿轮杆87平行且锥蜗杆85与从动伞齿轮75的中心轴同轴。这样，通过锥蜗杆82和锥蜗轮83的相互配合，确保活动关节33处于任何位置上，第四电机36都可以将动力传递到执行件50上。

考虑到当长臂30的长度较长时，空心传动杆73和实心传动杆81的长度也相应较长，会导致空心传动杆73和实心传动杆81的加工难度较大，精度也难以保证，优选的，在本实施例中，实心传动杆81包括两根通过联轴器81a相互串联的内杆81b，空心传动杆73包括两根相互串联的外杆73a，也即使将空心传动杆73和实心传动杆81分别分成两段，当然，也可以根据实际需要将其分成三段以上。

由于联轴器81a的外径一般较大，如果将其布置在空心传动杆73内会导致空心传动杆73相对较粗，增加长臂30的重量，因此两根外杆73a相互连接的位置最好位于联轴器81a的位置处，其中一根外杆73a朝向另一根外杆73a的一端具有外花键结构，另一根外杆73a相应的一端固定连接有接头73b，接头73b最好焊接在外杆73a上，且接头73b的内部具有可以容纳联轴器81a的内腔，联轴器81a位于接头73b的内腔中。此外，接头73b还具有与外花键结构配合的内花键结构，通过花键配合，可在不降低传动精度的情况下，防止空心传动杆73轴向蹿动影响电机的工作稳定性。

上面结合附图对本发明做了详细的说明，但是本发明的实施方式并不仅限于上述实施方式，本领域技术人员根据现有技术可以对本发明做出各种变形，如采用旋转气缸代替上述实施例中的各个电机等，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种长臂工业机械手，包括基座，其特征在于，还包括支撑臂和长臂，所述基座上安装有水平放置的转盘和用于驱动所述转盘转动的第一电机，所述支撑臂的一端转动连接在所述转盘上，另一端与所述长臂的一端转动连接，所述长臂包括与所述支撑臂转动连接的安装部、一端与所述安装部转动连接的旋转关节和转动连接在所述旋转关节另一端的活动关节，所述活动关节上转动连接有执行件，所述安装部和所述旋转关节转动连接的转动轴与所述旋转关节的中心轴同轴，所述安装部上设置有用于驱动所述旋转关节转动的第二电机、用于驱动所述活动关节转动的第三电机以及用于驱动所述执行件转动的第四电机；

所述第二电机传动连接有第二传动组件，所述第二传动组件包括与所述第二电机的输出轴连接的第二主动轮、与所述第二主动轮配合的第二从动轮、连接在所述第二主动轮和所述第二从动轮之间的第二皮带、与所述第二从动轮同轴连接的第二轴套以及与所述第二轴套同轴连接的第二减速器，所述第二减速器的输出轴与所述旋转关节固定连接；

所述第三电机传动连接有第三传动组件，所述第三传动组件包括与所述第三电机的输出轴连接的第三主动轮、与所述第三主动轮配合的第三从动轮、连接在所述第三主动轮和所述第三从动轮之间的第三皮带，以及一端与所述第三从动轮同轴连接的空心传动杆，所述空心传动杆穿过所述第二轴套和所述第二减速器且与所述第二轴套和所述第二减速器同轴，所述空心传动杆远离所述第三电机的一端设置有主动伞齿轮和与所述主动伞齿轮配合的从动伞齿轮，所述从动伞齿轮与所述活动关节固定连接；

所述第四电机传动连接有第四传动组件，所述第四传动组件包括穿插在所述空心传动杆内的实心传动杆，所述实心传动杆的一端与所述第四电机的输出轴传动连接，另一端设置有锥蜗杆，所述执行件上设置有与所述执行件同轴连接的第一伞齿轮，所述活动关节上设置有与所述锥蜗杆配合的锥蜗轮和与所述第一伞齿轮配合的第二伞齿轮，所述锥蜗轮具有蜗轮杆且所述蜗轮杆的端部设置有第一齿轮，所述第二伞齿轮具有齿轮杆且所述齿轮杆的端部设置有与所述第一齿轮配合的第二齿轮，所述蜗轮杆与所述齿轮杆平行且与所述从动伞齿轮的中心轴同轴。

2.如权利要求1所述的长臂工业机械手，其特征在于，所述实心传动杆包括两根通过联轴器相互串联的内杆，所述空心传动杆包括两根相互串联的外杆，其中一根所述外杆朝向另一根所述外杆的一端具有外花键结构，另一根所述外杆相应的一端固定连接有接头，所述接头具有与所述外花键结构配合的内花键结构，所述联轴器位于所述接头内。

3.如权利要求1或2所述的长臂工业机械手，其特征在于，所述转盘具有两个关节臂，所述支撑臂与所述转盘转动连接的一端位于两个所述关节臂之间，其中一个所述关节臂上设置有用于驱动所述支撑臂转动的第五电机。

4.如权利要求3所述的长臂工业机械手，其特征在于，还包括一端相互转动连接的第一连杆和第二连杆，所述第一连杆未与所述第二连杆连接的一端连接有用于驱动所述第一连杆转动的第六电机，所述第六电机固定在未设置所述第五电机的所述关节臂上，所述第二连杆未与所述第一连杆连接的一端转动连接在所述长臂上。