CN105643615A - 一种模块化轻型机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化轻型机械手，包括机械手本体，所述的机械手本体包括安装底座、电缆和旋转关节模块，所述的旋转关节模块内部为中空结构并且相互贯通，所述的电缆贯穿在中空结构内部，所述的旋转关节模块包括相互组合旋转连接的多个旋转关节、大臂和小臂，所述的旋转关节模块与安装底座固定连接并可在任意角度全方位旋转。该模块化轻型机械手，模块化设计，便于安装与维护；旋转关节与臂杆中空设计，便于电缆内部通过；自身重量轻，运输安装方便；操作灵活方便。

Description

一种模块化轻型机械手

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，尤其是涉及一种模块化轻型机械手。

背景技术

随着智能装备的发展，机器人在工业制造中的优势越来越显著。在电子、轻工、食品以及医药等行业中，需要大量的机器人参与生产。尤其在食品、医药行业生产线上物料相对轻小，而且需要避免污染，为了提高自动化程度和保证产品质量，通常需要轻型高速机器人来进行搬运、分拣等操作。

中国专利文献（公告日：2013年6月12日，公告号：CN103144102A）公开了一种具有双自由度连杆模块的机械手臂，属一种机械手臂，包括模块缸体，所述模块缸体中安装有至少两个驱动装置，所述第一驱动装置的输出端与第一齿轮动力连接，所述第一齿轮与第二齿轮相啮合，第二齿轮与第一减速装置的输入端动力连接；所述模块缸体的其中一端活动安装有第一模块旋转轴，所述第一减速装置的输出端与第一模块旋转轴动力连接。通过在模块缸体中同时设置两个驱动装置，可将多个连杆模块相互叠加即可作为六自由度的机械手臂使用，当机械手臂中任意一个环节的模块损坏时，可直接将其替换，且替换后的模块与其相邻的模块之间不发生冲突；同时相同结构使得连杆模块的一致性提高，有利于设计和工业化生产，易于推广。

中国专利文献（公告日：2013年4月17日，公告号：CN202878325U）公开了一种小型模块化机械手臂，所述机械手臂包括依次串联为一体的一底座、若干旋转模块及一手爪模块，所述底座通过一第一转动模块与所述旋转模块连接，每两个所述旋转模块之间通过一第二转动模块连接，所述手爪模块通过另一所述第一转动模块与所述转动模块连接。本实用新型功能丰富，机构简洁，方便用户二次开发，自由组合出多种自由度。其中，所述机械手臂的各模块具有不同的运动方式，且各模块具有统一的机械与电路接口，互换性好。

中国专利文献（公告日：2012年12月12日，公告号：CN202594388U）公开了一种模块化的机械手臂系统，其包括：一滑轨模块、一滑台、一供料模块以及一机械手臂。滑台以可滑动的方式结合于滑轨模块上，而供料模块及机械手臂则分别设置于滑台的两侧边，并且机械手臂可对供料模块进行夹料动作。借由本实用新型的实施，滑台可依作业需求在滑轨模块上滑动，当需要进行大量生产的作业时，滑台便滑动至自动化处理区并配合机械手臂自动上下料，而当产量较少时，滑台则滑动至人工处理区，改以人工来生产，进而达到提升工厂的稼动率及弹性化生产的功效。

中国专利文献（公告日：2006年8月16日，公告号：CN1817573C）公开了一种空间机器人的机械手。本发明的目的是为解决仅仅依靠人力去完成空间工作站的任务很困难及现有空间机器人的机械手系统折叠特性不好的问题。本发明第一模块化关节一端的外壁与第七关节外壳另一端的内壁固定连接，导线设置在模块化关节的导线通孔内，导线的一端与单自由度手爪相连接。本发明在发射到太空的过程中，可以折叠成紧凑的构型，工作时通过模块化关节的旋转，展开整个机械手完成需要的任务。模块化关节的中心设有中心孔，使得该机械手的导线从中心孔内通过，避免宇宙空间的强辐射、高温差环境对导线及其传输信号造成的破坏，避免机械手在工作过程中出现绕线。

上述技术方案中公开的机械手大都结构复杂，自身重量重，应用到单一的行业中，无法实现通用性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的机械手存在应用范围窄，无法实现行业与行业之间的通用的问题，而提供一种可以应用到轻型物料的高速搬运、投料，机械零部件装配，电子行业涂胶等各种行业中，而结构简单，自身重量轻，操作方便的模块化轻型机械手。

本发明实现其技术目的所采用的技术方案是：一种模块化轻型机械手，包括机械手本体，所述的机械手本体包括安装底座、电缆和旋转关节模块，所述的旋转关节模块内部为中空结构并且相互贯通，所述的电缆贯穿在中空结构内部，所述的旋转关节模块包括相互组合旋转连接的多个旋转关节、大臂和小臂，所述的旋转关节模块与安装底座固定连接并可在任意角度全方位旋转。该模块化轻型机械手，通过若干旋转关节、大臂和小臂相互组合旋转连接形成旋转关节模块，而旋转关节模块内部为中空结构并且相互贯通，电缆贯穿在中空结构内部，这样的结构可以实现整个机械手本体的轻量化，实现该旋转关节的360度任意角度全方位自由旋转，以实现机械手本体在方位上和空间上的操作需要，根据应用行业的不同以及操作部位的不同，可以对旋转关节模块进行组合，以满足轻型物料的高速搬运、投料，机械零部件装配，电子行业涂胶等各种行业的需要。该模块化轻型机械手，模块化设计，便于安装与维护；旋转关节模块中空设计，便于电缆内部通过；自身重量轻，便于运输与安装；操作灵活方便。

作为优选，所述的大臂、小臂和旋转关节分别为中空结构，每个旋转关节内部分别设置有独立的动力输出装置。中空结构既方便电缆及动力输出装置的设置，又有利于轻量化，方便旋转连接。

作为优选，所述的旋转关节内部分别设置有空腔，所述的动力输出装置设置在空腔内部。旋转关节内部设置有空腔既方便动力输出装置的设置，又能够实现整个旋转关节的轻量化。

作为优选，每个旋转关节上分别设置有输出法兰和固定法兰，前一个旋转关节的输出法兰与后一个旋转关节的固定法兰直接连接或者通过大臂或通过小臂相连。在旋转关节上设置有固定法兰和输出法兰以方便与另外一个旋转关节或者固定座或者大臂或者小臂等需要连接的部件进行连接。

作为优选，所述的固定法兰和输出法兰的轴线呈90度设置关节底座上。固定法兰和输出法兰的轴线呈90度设置在关节底座上，这样的设计结构方便旋转关节的全方位旋转和与其他部件的旋转连接，以实现整个机械手本体的模块化设置。

作为优选，所述的旋转关节包括关节底座、关节端盖和关节本体，所述的关节本体与关节底座一体式设置并且关节本体与关节底座的轴线相互垂直设置，所述的关节端盖通过紧固件固定在关节本体上。旋转关节由关节底座、关节端盖和关节本体构成，这样的结构制作方便，便于连接，更方便内部装置的设置。

作为优选，所述的动力输出装置为二级减速动力输出装置，所述的动力输出装置包括伺服电机、第一齿轮、第二齿轮和谐波减速器，所述的伺服电机通过电机底座固定在旋转关节内部，所述的谐波减速器与伺服电机相对设置在旋转关节内部，所述的第一齿轮安装在伺服电机输出端，所述的第二齿轮安装在谐波减速器转轴上并与第一齿轮相啮合，所述的第一齿轮和第二齿轮实现一级减速动力传输，所述的谐波减速器实现二级减速动力传输。通过设置二级减速动力输出装置，可以实现对输出动力的二级减速，伺服电机与谐波减速器相对设置，伺服电机的输出端设置有第一齿轮，对应的谐波减速器上设置有与第一齿轮相啮合的第二齿轮，通过第一齿轮和第二齿轮实现一级减速动力输出，而通过谐波减速器实现二级减速动力输出，这样的结构使得整个旋转关节动转更加平稳，操作更加方便，使整个旋转关节模块都能够得到有效控制。

作为优选，谐波减速器内部设置有通孔，所述的电缆穿过通孔。谐波减速器内部设置有通孔，既可以实现旋转关节的轻量化，又方便电缆的穿设，不会影响旋转关节的360度自由旋转。

作为优选，旋转关节至少设置为六个，分别为第一旋转关节、第二旋转关节、第三旋转关节、第四旋转关节、第五旋转关节和第六旋转关节。作为优选，一般行业中旋转关节设置六个即可满足作业要求，当然可以根据作业要求进行任意组合。

作为优选，所述的第一旋转关节的输出法兰固定在安装底座上，所述的第二旋转关节的输出法兰与第一旋转关节的固定法兰连接，所述的第二旋转关节的固定法兰与大臂的一端相连，所述的大臂的另一端与第三旋转关节的固定法兰相连，所述的第三旋转关节的输出法兰通过弯接头与小臂的一端连接，所述的小臂的另一端连接第四旋转关节的固定法兰，所述的第四旋转关节的输出法兰与第五旋转关节的固定法兰相连，所述的第五旋转关节的输出法兰与第六旋转关节的固定法兰面相连，所述的第六旋转关节的输出法兰可连接执行器。第一旋转关节固定在安装底座上可以与操作机械进行连接，六个旋转关节与大臂、小臂连接组合成旋转关节模块后，第六旋转关节的输出法兰可以连接抓手等执行器。

本发明的有益效果是：该模块化轻型机械手，通过一个轻量化的旋转关节模块，可以实现任意角度全方位的旋转作业，模块化设计，便于安装与维护；旋转关节与臂杆中空设计，便于电缆内部通过；自身重量轻，便于运输与安装；操作灵活方便。可以应用到轻型物料的高速搬运、投料，机械零部件装配，电子行业涂胶等各种行业中。

附图说明

图1是本发明模块化轻型机械手的一种结构示意图；

图2是本发明中旋转关节模块的一种结构示意图；

图3是本发明中旋转关节的一种结构示意图；

图4是本发明中电缆穿设在旋转关节内部的一种结构示意图；

图中：1、机械手本体，2、安装底座，3、大臂，4、小臂，5、旋转关节，51、第一旋转关节，52、第二旋转关节，53、第三旋转关节，54、第四旋转关节，55、第五旋转关节，56、第六旋转关节，6、电缆，7、动力输出装置，8、输出法兰，9、固定法兰，10、旋转关节模块，11、空腔，12、关节底座，13、关节端盖，14、关节本体，15、紧固件，16、伺服电机，17、第一齿轮，18、第二齿轮，19、谐波减速器，20、电机底座，21、弯接头，22、通孔。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。

实施例1：

在图1、图2所示的实施例中，一种模块化轻型机械手，包括机械手本体1，机械手本体1包括安装底座2、电缆6和旋转关节模块10，旋转关节模块10内部为中空结构并且相互贯通，电缆6贯穿在中空结构内部，旋转关节模块10包括相互组合旋转连接的多个旋转关节5、大臂3和小臂4，旋转关节模块10与安装底座2固定连接并可在任意角度全方位旋转。大臂3、小臂4和旋转关节5分别为中空结构，每个旋转关节5内部分别设置有独立的动力输出装置7。旋转关节5内部分别设置有空腔11（见图3），动力输出装置7设置在空腔11内部。

每个旋转关节5上分别设置有输出法兰8和固定法兰9，前一个旋转关节5的输出法兰8与后一个旋转关节5的固定法兰9直接连接或者通过大臂3或通过小臂4相连。旋转关节5包括关节底座12、关节端盖13和关节本体14，关节本体14与关节底座12一体式设置并且关节本体14与关节底座的轴线相互垂直设置，关节端盖13通过紧固件15固定在关节本体14上。固定法兰9和输出法兰8的轴线呈90度设置旋转关节5的关节底座12上。

动力输出装置7为二级减速动力输出装置，动力输出装置7包括伺服电机16、第一齿轮17、第二齿轮18和谐波减速器19，伺服电机通16过电机底座20固定在关节底座12上，谐波减速器19固定在输出法兰8上，第一齿轮17安装在伺服电机输出端，第二齿轮18安装在谐波减速器转轴上并与第一齿轮17相啮合，第一齿轮17和第二齿轮18实现一级减速动力传输，谐波减速器19实现二级减速动力传输。谐波减速器19内部设置有通孔22，电缆6穿过通孔22（见图4）。

本实施例中旋转关节5设置为六个，分别为第一旋转关节51、第二旋转关节52、第三旋转关节53、第四旋转关节54、第五旋转关节55和第六旋转关节56。第一旋转关节51的输出法兰固定在安装底座2上，第二旋转关节52的输出法兰与第一旋转关节51的固定法兰连接，第二旋转关节52的固定法兰与大臂3的一端相连，大臂3的另一端与第三旋转关节53的固定法兰相连，第三旋转关节53的输出法兰通过弯接头21与小臂4的一端连接，小臂4的另一端连接第四旋转关节54的固定法兰，第四旋转关节54的输出法兰与第五旋转关节55的固定法兰相连，第五旋转关节55的输出法兰与第六旋转关节56的固定法兰面相连，第六旋转关节56的输出法兰可连接执行器。

该模块化轻型机械手，将旋转关节、大臂、小臂分别设置为中空结构，可以实现整个机械手本体的轻量化，而每个旋转关节内部都设置有独立的动力输出装置，可以实现该旋转关节的360度自由旋转，同时通过二级减速动力输出装置，实现对输出动力的两级减速，使得整个旋转关节动转更加平稳，操作更加方便，使整个旋转关节模块都能够得到有效控制。根据需要设置任意角度全方位旋转的旋转关节模块，以实现机械手本体在方位上和空间上的操作需要，根据应用行业的不同以及操作部位的不同，可以对旋转关节模块进行组合，以满足轻型物料的高速搬运、投料，机械零部件装配，电子行业涂胶等各种行业的需要。该模块化轻型机械手，模块化设计，便于安装与维护；旋转关节与臂杆中空设计，便于电缆内部通过；自身重量轻，便于运输与安装；操作灵活方便。

Claims (10)

1.一种模块化轻型机械手，包括机械手本体（1），其特征在于，所述的机械手本体（1）包括安装底座（2）、电缆（6）和旋转关节模块（10），所述的旋转关节模块（10）内部为中空结构并且相互贯通，所述的电缆（6）贯穿在中空结构内部，所述的旋转关节模块（10）包括相互组合旋转连接的多个旋转关节（5）、大臂（3）和小臂（4），所述的旋转关节模块（10）与安装底座（2）固定连接并可在任意角度全方位旋转。

2.根据权利要求1所述的一种模块化轻型机械手，其特征在于：所述的大臂（3）、小臂（4）和旋转关节（5）分别为中空结构，每个旋转关节（5）内部分别设置有独立的动力输出装置（7）。

3.根据权利要求2所述的一种模块化轻型机械手，其特征在于：所述的旋转关节（5）内部分别设置有空腔（11），所述的动力输出装置（7）设置在空腔（11）内部。

4.根据权利要求1所述的一种模块化轻型机械手，其特征在于：每个旋转关节（5）上分别设置有输出法兰（8）和固定法兰（9），前一个旋转关节（5）的输出法兰（8）与后一个旋转关节（5）的固定法兰（9）直接连接或者通过大臂（3）或通过小臂（4）相连。

5.根据权利要求4所述的一种模块化轻型机械手，其特征在于：所述的固定法兰（9）和输出法兰（8）的轴线呈90度设置旋转关节（5）上。

6.根据权利要求1所述的一种模块化轻型机械手，其特征在于：所述的旋转关节（5）包括关节底座（12）、关节端盖（13）和关节本体（14），所述的关节本体（14）与关节底座（12）一体式设置并且关节本体（14）与关节底座的轴线相互垂直设置，所述的关节端盖（13）通过紧固件（15）固定在关节本体（14）上。

7.根据权利要求2所述的一种模块化轻型机械手，其特征在于：所述的动力输出装置（7）为二级减速动力输出装置，所述的动力输出装置（7）包括伺服电机（16）、第一齿轮（17）、第二齿轮（18）和谐波减速器（19），所述的伺服电机（16）通过电机底座（20）固定在旋转关节（5）内部，所述的谐波减速器（19）与伺服电机（16）相对设置在旋转关节（5）内部，所述的第一齿轮（17）安装在伺服电机（16）输出端，所述的第二齿轮（18）安装在谐波减速器（19）转轴上并与第一齿轮（17）相啮合，所述的第一齿轮（17）和第二齿轮（18）实现一级减速动力传输，所述的谐波减速器（19）实现二级减速动力传输。

8.根据权利要求7所述的一种模块化轻型机械手，其特征在于：所述的谐波减速器（19）内部设置有通孔（22），所述的电缆（6）穿过通孔（22）。

9.根据权利要求4或5所述的一种模块化轻型机械手，其特征在于：旋转关节（5）至少设置为六个，分别为第一旋转关节（51）、第二旋转关节（52）、第三旋转关节（53）、第四旋转关节（54）、第五旋转关节（55）和第六旋转关节（56）。

10.根据权利要求9所述的一种模块化轻型机械手，其特征在于：所述的第一旋转关节（51）的输出法兰固定在安装底座（2）上，所述的第二旋转关节（52）的输出法兰与第一旋转关节（51）的固定法兰连接，所述的第二旋转关节（52）的固定法兰与大臂（3）的一端相连，所述的大臂（3）的另一端与第三旋转关节（53）的固定法兰相连，所述的第三旋转关节（53）的输出法兰通过弯接头（21）与小臂（4）的一端连接，所述的小臂（4）的另一端连接第四旋转关节（54）的固定法兰，所述的第四旋转关节（54）的输出法兰与第五旋转关节（55）的固定法兰相连，所述的第五旋转关节（55）的输出法兰与第六旋转关节（56）的固定法兰相连，所述的第六旋转关节（56）的输出法兰可连接执行器。