CN107053250A - 一种基于旋转平台的五自由度机械手轴臂 - Google Patents

一种基于旋转平台的五自由度机械手轴臂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于旋转平台的五自由度机械手轴臂，包括旋转组件、第一旋转座体、第二旋转座体、第三旋转座体及驱动电机，旋转组件水平放置，第一旋转座体放置在旋转组件上；第二旋转座体可转动地连接于第一旋转座体上，并经设置于第一旋转座体内的第一电机驱动而旋转运动；第三旋转座体连接于第二旋转座体上，并经设置于第二旋转座体内的第二电机驱动而旋转运动；驱动电机连接于第三旋转座体的一侧，并经设置于第三旋转座体内的第三电机驱动而旋转运动，驱动电机的输出端连接有机械手安装座，驱动电机驱动机械手安装座旋转运动。本发明有效地保证了运动灵活性，且动力及传动机构内置式安装结构，设计紧凑，有效地降低了空间占用量。

Description

一种基于旋转平台的五自由度机械手轴臂
技术领域
本发明涉及自动化领域，特别指一种基于旋转平台的五自由度机械手轴臂。
背景技术
机械手是一种广泛应用的自动化机械装置，机械手运动控制包括旋转运动、直线运动等，通过轴座与轴臂的传动实现机械手在三维空间的灵活移动；传统的机械手一般通过X、Y、Z方向的直线运动配合旋转运动实现位置移动，该种运动方式要求配备相应的直线驱动机构及升降机构，结构设计复杂，且运动灵活度不够，无法适应需要进行多角度加工、搬运、夹持的场合；传统的机械手驱动机构如电机、减速器等一般采用外置式安装结构，结构设计不紧凑，使得机械手空间占用量大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种采用旋转驱动替代直线驱动方式，有效地保证了运动灵活性，且动力及传动机构内置式安装结构，设计紧凑，有效地降低了空间占用量的基于旋转平台的五自由度机械手轴臂。
本发明采取的技术方案如下：一种基于旋转平台的五自由度机械手轴臂，包括旋转组件、第一旋转座体、第二旋转座体、第三旋转座体及驱动电机，其中，上述旋转组件水平放置，第一旋转座体放置在旋转组件上，并经旋转组件驱动而旋转运动；上述第二旋转座体可转动地连接于第一旋转座体上，并经设置于第一旋转座体内的第一电机驱动而旋转运动；上述第三旋转座体连接于第二旋转座体上，并经设置于第二旋转座体内的第二电机驱动而旋转运动；上述驱动电机连接于第三旋转座体的一侧，并经设置于第三旋转座体内的第三电机驱动而旋转运动，驱动电机的输出端连接有机械手安装座，驱动电机驱动机械手安装座旋转运动。
优选地，所述的旋转组件包括电机、传动箱、齿轮组件及旋转座，其中，上述电机设置于传动箱的下部，电机的输出轴由下而上伸入传动箱内；上述旋转座可转动地设置在传动箱上，旋转座通过齿轮组件与电机的输出轴连接，电机驱动旋转座在传动箱上旋转运动。
优选地，所述的齿轮组件包括主动齿轮及被动齿轮，其中，电机的输出轴上套设有主动齿轮；上述旋转座的下部连接有圆柱状的支轴部，该支轴部通过轴承与传动箱连接，支轴部的下端套设有被动齿轮，被动齿轮与上述主动齿轮相互啮合，电机通过主动齿轮及被动齿轮驱动旋转座在传动箱上方旋转运动。
优选地，所述的第一旋转座体包括第一前盖、第一后盖、第一电机及第一传动轴，其中，上述第一前盖及第一后盖相互盖合，两者之间形成空腔结构；上述第一电机设置于上述空腔结构内电机的输出轴通过齿轮与插设在第一旋转座体内的第一传动轴的一端连接，第一电机驱动第一传动轴旋转运动。
优选地，所述的第一传动轴的另一端穿过第一旋转座体延伸至第一旋转座体的侧部，并与上述第二旋转座体连接，以便带动第二旋转座体旋转运动。
优选地，所述的第二旋转座体包括第二后盖、盖体、第二前盖、第二电机、第一斜齿轮、第二斜齿轮、第二传动轴及第一连接盖，其中，上述第二后盖及第二前盖平行间隔设置，上述盖体设置于第二后盖与第二前盖之间，形成内部为空腔结构的第二旋转座体。
优选地，所述的第二电机54竖直设置于第二旋转座体内，第二电机的输出轴朝上方设置；上述第一斜齿轮套设于第二电机的输出轴上；上述第二传动轴从第二旋转座体的侧部插入第二旋转座体内，第二传动轴的内端套设有第二斜齿轮，第二斜齿轮与上述第一斜齿轮啮合连接，第一斜齿轮通过第二斜齿轮带动第二传动轴旋转运动，第二传动轴的内端通过第一连接盖可转动地插设在盖体上，以便支撑第二传动轴。
优选地，所述的第二传动轴的外端与第三旋转座体连接，以便带动第三旋转座体旋转运动。
优选地，所述的第三旋转座体包括第三前盖、第三后盖、第三电机、第三斜齿轮、第四斜齿轮、第三传动轴及第二连接盖，其中，上述第三前盖及第三后盖相互盖合，形成内部为空腔结构的第三旋转座体；上述第三电机设置于第三旋转座体内。
优选地，所述的第三电机的输出轴上套设有第三斜齿轮；上述第三传动轴从第三旋转座体的侧部插入第三旋转座体内，第三传动轴的内端套设有第四斜齿轮，第四斜齿轮与第三斜齿轮啮合连接，第三斜齿轮通过第四斜齿轮带动第三传动轴旋转运动；第三传动轴的内端通过第二连接盖可转动地插设在第三后盖上，以便支撑第三传动轴；第三传动轴的外端连接有驱动电机，并带动驱动电机旋转运动。
本发明的有益效果在于：
本发明针对现有技术存在的缺陷和不足进行改进创新，设计一种采用旋转驱动替代直线驱动方式，有效地保证了运动灵活性，且动力及传动机构内置式安装结构，设计紧凑，有效地降低了空间占用量的基于旋转平台的五自由度机械手轴臂。本发明将中空旋转平台应用至机械手领域，作为旋转组件，使得机械手的简化了传动结构，使得机械手趋于微型化；本发明包括三个旋转座体，即第一旋转座体、第二旋转座体及第三旋转座体，三个旋转座体内部均采用空腔结构设计，对应的动力及传动机构均内置于三旋转座体内，该种内置式设计，结构紧凑，简化了传动路径，可减少传动误差，且有效地降低了空间占用量；另外本发明的运动方式均为旋转运动，替代了传统机械手包含的直线运动结构，使得机械手灵活性大大提升，可适用于多角度加工、搬运或夹持场合。
附图说明
图1为本发明的部件拆解结构示意图之一。
图2为本发明的部件拆解结构示意图之二。
图3为本发明的立体结构示意图之一。
图4为本发明的立体结构示意图之二。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步描述：
如图1至图4所示，本发明采取的技术方案如下：一种基于旋转平台的五自由度机械手轴臂，包括旋转组件、第一旋转座体4、第二旋转座体5、第三旋转座体6及驱动电机7，其中，上述旋转组件水平放置，第一旋转座体4放置在旋转组件上，并经旋转组件驱动而旋转运动；上述第二旋转座体5可转动地连接于第一旋转座体4上，并经设置于第一旋转座体4内的第一电机43驱动而旋转运动；上述第三旋转座体6连接于第二旋转座体5上，并经设置于第二旋转座体5内的第二电机54驱动而旋转运动；上述驱动电机7连接于第三旋转座体6的一侧，并经设置于第三旋转座体6内的第三电机64驱动而旋转运动，驱动电机7的输出端连接有机械手安装座，驱动电机7驱动机械手安装座旋转运动。
旋转组件包括电机1、传动箱2、齿轮组件及旋转座3，其中，上述电机1设置于传动箱2的下部，电机1的输出轴由下而上伸入传动箱2内；上述旋转座3可转动地设置在传动箱2上，旋转座3通过齿轮组件与电机1的输出轴连接，电机1驱动旋转座3在传动箱2上旋转运动。
齿轮组件包括主动齿轮及被动齿轮，其中，电机1的输出轴上套设有主动齿轮；上述旋转座3的下部连接有圆柱状的支轴部，该支轴部通过轴承与传动箱2连接，支轴部的下端套设有被动齿轮，被动齿轮与上述主动齿轮相互啮合，电机1通过主动齿轮及被动齿轮驱动旋转座3在传动箱2上方旋转运动。
第一旋转座体4包括第一前盖41、第一后盖42、第一电机43及第一传动轴44，其中，上述第一前盖41及第一后盖42相互盖合，两者之间形成空腔结构；上述第一电机43设置于上述空腔结构内电机的输出轴通过齿轮与插设在第一旋转座体4内的第一传动轴44的一端连接，第一电机43驱动第一传动轴44旋转运动。
第一传动轴44的另一端穿过第一旋转座体4延伸至第一旋转座体4的侧部，并与上述第二旋转座体5连接，以便带动第二旋转座体5旋转运动。
第二旋转座体5包括第二后盖51、盖体52、第二前盖53、第二电机54、第一斜齿轮55、第二斜齿轮56、第二传动轴57及第一连接盖58，其中，上述第二后盖51及第二前盖53平行间隔设置，上述盖体52设置于第二后盖51与第二前盖53之间，形成内部为空腔结构的第二旋转座体5。
第二电机54竖直设置于第二旋转座体5内，第二电机54的输出轴朝上方设置；上述第一斜齿轮55套设于第二电机54的输出轴上；上述第二传动轴57从第二旋转座体5的侧部插入第二旋转座体5内，第二传动轴57的内端套设有第二斜齿轮56，第二斜齿轮56与上述第一斜齿轮55啮合连接，第一斜齿轮55通过第二斜齿轮56带动第二传动轴57旋转运动，第二传动轴57的内端通过第一连接盖58可转动地插设在盖体52上，以便支撑第二传动轴57。
第二传动轴57的外端与第三旋转座体6连接，以便带动第三旋转座体6旋转运动。
第三旋转座体6包括第三前盖61、第三后盖62、第三电机63、第三斜齿轮64、第四斜齿轮65、第三传动轴66及第二连接盖67，其中，上述第三前盖61及第三后盖62相互盖合，形成内部为空腔结构的第三旋转座体6；上述第三电机63设置于第三旋转座体6内。
第三电机63的输出轴上套设有第三斜齿轮64；上述第三传动轴66从第三旋转座体6的侧部插入第三旋转座体6内，第三传动轴66的内端套设有第四斜齿轮65，第四斜齿轮65与第三斜齿轮64啮合连接，第三斜齿轮64通过第四斜齿轮65带动第三传动轴66旋转运动；第三传动轴66的内端通过第二连接盖67可转动地插设在第三后盖62上，以便支撑第三传动轴66；第三传动轴66的外端连接有驱动电机7，并带动驱动电机7旋转运动。
进一步，本发明设计一种采用旋转驱动替代直线驱动方式，有效地保证了运动灵活性，且动力及传动机构内置式安装结构，设计紧凑，有效地降低了空间占用量的基于旋转平台的五自由度机械手轴臂。本发明将中空旋转平台应用至机械手领域，作为旋转组件，使得机械手的简化了传动结构，使得机械手趋于微型化；本发明包括三个旋转座体，即第一旋转座体、第二旋转座体及第三旋转座体，三个旋转座体内部均采用空腔结构设计，对应的动力及传动机构均内置于三旋转座体内，该种内置式设计，结构紧凑，简化了传动路径，可减少传动误差，且有效地降低了空间占用量；另外本发明的运动方式均为旋转运动，替代了传统机械手包含的直线运动结构，使得机械手灵活性大大提升，可适用于多角度加工、搬运或夹持场合。
本发明的实施例只是介绍其具体实施方式，不在于限制其保护范围。本行业的技术人员在本实施例的启发下可以作出某些修改，故凡依照本发明专利范围所做的等效变化或修饰，均属于本发明专利权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种基于旋转平台的五自由度机械手轴臂，其特征在于：包括旋转组件、第一旋转座体（4）、第二旋转座体（5）、第三旋转座体（6）及驱动电机（7），其中，上述旋转组件水平放置，第一旋转座体（4）放置在旋转组件上，并经旋转组件驱动而旋转运动；上述第二旋转座体（5）可转动地连接于第一旋转座体（4）上，并经设置于第一旋转座体（4）内的第一电机（43）驱动而旋转运动；上述第三旋转座体（6）连接于第二旋转座体（5）上，并经设置于第二旋转座体（5）内的第二电机（54）驱动而旋转运动；上述驱动电机（7）连接于第三旋转座体（6）的一侧，并经设置于第三旋转座体（6）内的第三电机（64）驱动而旋转运动，驱动电机（7）的输出端连接有机械手安装座，驱动电机（7）驱动机械手安装座旋转运动。
2.根据权利要求1所述的基于旋转平台的五自由度机械手轴臂，其特征在于：所述的旋转组件包括电机（1）、传动箱（2）、齿轮组件及旋转座（3），其中，上述电机（1）设置于传动箱（2）的下部，电机（1）的输出轴由下而上伸入传动箱（2）内；上述旋转座（3）可转动地设置在传动箱（2）上，旋转座（3）通过齿轮组件与电机（1）的输出轴连接，电机（1）驱动旋转座（3）在传动箱（2）上旋转运动。
3.根据权利要求2所述的基于旋转平台的五自由度机械手轴臂，其特征在于：所述的齿轮组件包括主动齿轮及被动齿轮，其中，电机（1）的输出轴上套设有主动齿轮；上述旋转座（3）的下部连接有圆柱状的支轴部，该支轴部通过轴承与传动箱（2）连接，支轴部的下端套设有被动齿轮，被动齿轮与上述主动齿轮相互啮合，电机（1）通过主动齿轮及被动齿轮驱动旋转座（3）在传动箱（2）上方旋转运动。
4.根据权利要求3所述的基于旋转平台的五自由度机械手轴臂，其特征在于：所述的第一旋转座体（4）包括第一前盖（41）、第一后盖（42）、第一电机（43）及第一传动轴（44），其中，上述第一前盖（41）及第一后盖（42）相互盖合，两者之间形成空腔结构；上述第一电机（43）设置于上述空腔结构内电机的输出轴通过齿轮与插设在第一旋转座体（4）内的第一传动轴（44）的一端连接，第一电机（43）驱动第一传动轴（44）旋转运动。
5.根据权利要求4所述的基于旋转平台的五自由度机械手轴臂，其特征在于：所述的第一传动轴（44）的另一端穿过第一旋转座体（4）延伸至第一旋转座体（4）的侧部，并与上述第二旋转座体（5）连接，以便带动第二旋转座体（5）旋转运动。
6.根据权利要求5所述的基于旋转平台的五自由度机械手轴臂，其特征在于：所述的第二旋转座体（5）包括第二后盖（51）、盖体（52）、第二前盖（53）、第二电机（54）、第一斜齿轮（55）、第二斜齿轮（56）、第二传动轴（57）及第一连接盖（58），其中，上述第二后盖（51）及第二前盖（53）平行间隔设置，上述盖体（52）设置于第二后盖（51）与第二前盖（53）之间，形成内部为空腔结构的第二旋转座体（5）。
7.根据权利要求6所述的基于旋转平台的五自由度机械手轴臂，其特征在于：所述的第二电机（54）竖直设置于第二旋转座体（5）内，第二电机（54）的输出轴朝上方设置；上述第一斜齿轮（55）套设于第二电机（54）的输出轴上；上述第二传动轴（57）从第二旋转座体（5）的侧部插入第二旋转座体（5）内，第二传动轴（57）的内端套设有第二斜齿轮（56），第二斜齿轮（56）与上述第一斜齿轮（55）啮合连接，第一斜齿轮（55）通过第二斜齿轮（56）带动第二传动轴（57）旋转运动，第二传动轴（57）的内端通过第一连接盖（58）可转动地插设在盖体（52）上，以便支撑第二传动轴（57）。
8.根据权利要求7所述的基于旋转平台的五自由度机械手轴臂，其特征在于：所述的第二传动轴（57）的外端与第三旋转座体（6）连接，以便带动第三旋转座体（6）旋转运动。
9.根据权利要求8所述的基于旋转平台的五自由度机械手轴臂，其特征在于：所述的第三旋转座体（6）包括第三前盖（61）、第三后盖（62）、第三电机（63）、第三斜齿轮（64）、第四斜齿轮（65）、第三传动轴（66）及第二连接盖（67），其中，上述第三前盖（61）及第三后盖（62）相互盖合，形成内部为空腔结构的第三旋转座体（6）；上述第三电机（63）设置于第三旋转座体（6）内。
10.根据权利要求9所述的基于旋转平台的五自由度机械手轴臂，其特征在于：所述的第三电机（63）的输出轴上套设有第三斜齿轮（64）；上述第三传动轴（66）从第三旋转座体（6）的侧部插入第三旋转座体（6）内，第三传动轴（66）的内端套设有第四斜齿轮（65），第四斜齿轮（65）与第三斜齿轮（64）啮合连接，第三斜齿轮（64）通过第四斜齿轮（65）带动第三传动轴（66）旋转运动；第三传动轴（66）的内端通过第二连接盖（67）可转动地插设在第三后盖（62）上，以便支撑第三传动轴（66）；第三传动轴（66）的外端连接有驱动电机（7），并带动驱动电机（7）旋转运动。
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