CN107471208A - 一种六轴机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六轴机械手，包括底座、执行机构以及依次连接的第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节和第六关节；第一关节包括第一驱动机构和第一壳体，底座与第一壳体之间形成第一驱动机构的第一安装位，第一壳体的一端设为第一中通轴承座；第二关节包括第二驱动机构和第二壳体，第二壳体具有第一主动臂和第一从动臂，第三关节包括第三驱动机构和第三壳体，第三壳体的一端设为第二中通轴承座，第一主动臂与第一从动臂的两端分别与第一中通轴承座、第二中通轴承座铰接，第一主动臂分别与第一中通轴承座、第二中通轴承座形成第二驱动机构与第三驱动机构的第二安装位和第三安装位。本发明可以使六轴机械手不易发生形变。

Description

一种六轴机械手

技术领域

本发明涉及机械人技术领域，特别是涉及一种六轴机械手。

背景技术

六轴机械手作为一种自动操作装置，能够模仿人手和手臂的某些动作用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具。

目前的六轴机械手虽然具有多个自由度，可以在三维空间内自由运动以执行操作，但是六轴机械手在长期工作过程中因转动而产生的惯量易造成其本体发生形变。

发明内容

本发明要解决的是现有六轴机械手在长期工作过程中其易形变的问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种六轴机械手，包括：底座、执行机构以及依次传动连接的第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节和第六关节，所述第六关节的输出端与所述执行机构连接；所述第一关节包括第一驱动机构以及枢接于所述底座上的第一壳体，所述底座与所述第一壳体之间形成供所述第一驱动机构安装的第一安装位，所述第一壳体远离所述第一底座的一端被配置为第一中通轴承座；所述第二关节包括第二驱动机构和第二壳体，所述第二壳体具有相匹配的第一主动臂和第一从动臂，所述第三关节包括第三驱动机构和第三壳体，所述第三壳体的一端被配置为第二中通轴承座，所述第一主动臂的两端、所述第一从动臂的两端分别与对应的所述第一中通轴承座的两侧、所述第二中通轴承座的两侧铰接，且所述第一主动臂的两端分别与所述第一中通轴承座、所述第二中通轴承座之间形成供所述第二驱动机构与所述第三驱动机构安装的第二安装位和第三安装位。

作为优选方案，所述第四关节包括第四驱动机构和第四壳体，所述第四壳体呈Y字形结构，且具有基部和从所述基部伸展出的第二主动臂和第二从动臂，所述基部枢接于所述第三壳体的另一端，且与所述第三壳体之间形成供所述第四驱动机构安装的第四安装位；所述第五关节包括第五驱动机构和第五壳体，所述第五壳体的一端被配置为第三中通轴承座，所述第三中通轴承座的两侧分别与所述第二主动壁的端部、所述第二从动臂的端部铰接配合，且所述第二主动臂与所述第三中通轴承座之间形成供所述第五驱动机构安装的第五安装位。

作为优选方案，所述第六关节包括第六驱动机构和第六壳体，所述第六壳体枢接于所述第五壳体的另一端，且与所述第五壳体之间形成供所述第六驱动机构安装的第六安装位。

作为优选方案，所述第一驱动机构包括驱动连接的第一伺服电机和第一谐波减速机，所述第二驱动机构包括驱动连接的第二伺服电机和第二谐波减速机，所述第三驱动机构包括驱动连接的第三伺服电机和第三谐波减速机，所述第四驱动机构包括驱动连接的第四伺服电机和第四谐波减速机，所述第五驱动机构包括驱动连接的第五伺服电机和第五谐波减速机，所述第六驱动机构包括驱动连接的第六伺服电机和第六谐波减速机。

作为优选方案，所述底座的内腔设有用于固定所述第一谐波减速机的柔轮的第一输出法兰，所述第一中通轴承座与所述第一主动臂相对的一侧设有用于固定所述第二谐波减速机的柔轮的第二输出法兰，所述第二中通轴承座与所述第一主动臂相对的一侧设有用于固定所述第三谐波减速机的柔轮的第三输出法兰，所述基部上设有用于固定所述第四谐波减速机的柔轮的第四输出法兰，所述第三中通轴承座与所述第二主动臂相对的一侧设有用于固定所述第五谐波减速机的柔轮的第五输出法兰，所述第六壳体与所述第五壳体相对的一侧设有用于固定所述第六谐波减速机的柔轮的第六输出法兰。

作为优选方案，所述底座的内腔还设有用于固定第一伺服电机与所述第一谐波减速机的钢轮的第一固定法兰，所述第一主动臂的两端分别设有用于固定所述第二伺服电机与所述第二谐波减速机的钢轮的第二固定法兰以及用于固定所述第三伺服电机与所述第三谐波减速机的钢轮的第三固定法兰，所述第三壳体上设有用于固定所述第四伺服电机与所述第四谐波减速机的钢轮的第四固定法兰，所述第二主动臂上设有用于固定所述第五伺服电机与所述第五谐波减速机的钢轮的第五固定法兰，所述第五壳体上设有用于固定所述第六伺服电机与所述第六谐波减速机的钢轮的第六固定法兰。

作为优选方案，所述第一中通轴承座、所述第二中通轴承座和所述第三中通轴承座均采用闭环结构。

作为优选方案，所述第二壳体还具有连接所述第一主动臂与所述第一从动臂的横杆，所述横杆与所述第一主动臂、所述第一从动臂之间形成工字型结构。

作为优选方案，所述横杆与所述第一主动臂之间连接有第一弧形加强筋，所述横杆与所述第一从动臂之间连接有第二弧形加强筋。

作为优选方案，所述第一壳体与所述底座之间还设有角接触轴承。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明实施例的六轴机械臂通过在所述底座上设置依次传动连接的第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节和第六关节，并使连接于第一关节与第三关节之间的第二关节具有第一主动臂和第一从动臂，而第一关节的第一中通轴承座与第三关节的第二中通轴承座分别与第一主动臂之间形成供第二关节的第二驱动机构与第三关节的第三驱动机构安装的第二安装位和第三安装位，如此，可以使得对六轴机械手的臂展长度影响最大的第二关节在六轴机械手工作过程中，可以实现一侧驱动一侧辅助的平稳运转，确保六轴机械手整体的平稳性，从而使六轴机械手不易发生形变。

附图说明

图1是本发明实施例中的六轴机械手的整体结构示意图；

图2是本发明实施例中的六轴机械手的半剖视图；

图3是本发明实施例中带有底座与第一关节的剖视图；

图4是本发明实施例中带有第一中通轴承座、第二关节、第三驱动机构以及第二中通轴承座的剖视图；

图5是本发明实施例中带有第三壳体、第四关节、第五驱动机构以及第三中通轴承座的剖视图；

图6是本发明实施例中带有第五壳体和第六关节的剖视图；

图7是本发明实施例中的第一壳体的结构示意图；

图8是本发明实施例中的第二壳体的结构示意图；

图9是本发明实施例中的第三壳体的结构示意图；

图10是本发明实施例中的第四壳体的结构示意图；

图11是本发明实施例中的第五壳体的结构示意图。

其中，100、六轴机械手；1、底座；2、第一关节；21、第一壳体；22、第一伺服电机；23、第一谐波减速机；24、第一中通轴承座；25、角接触轴承；26、辐射状加强筋；3、第二关节；31、第二壳体；32、第二伺服电机；33、第二谐波减速机；34、第一主动臂；35、第一从动臂；36、横杆；37、第一弧形加强筋；38、第二弧形加强筋；4、第三关节；41、第三壳体；42、第三伺服电机；43、第三谐波减速机；44、第二中通轴承座；5、第四关节；51、第四壳体；52、第四伺服电机；53、第四谐波减速机；54、基部；55、第二主动臂；56、第二从动臂；6、第五关节；61、第五壳体；62、第五伺服电机；63、第五谐波减速机；64、第三中通轴承座；7、第六关节；71、第六壳体；72、第六伺服电机；73、第六谐波减速机；8、执行机构安装法兰。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1和图2所示，本发明优选实施例的一种六轴机械手100，包括：底座1、执行机构以及依次传动连接的第一关节2、第二关节3、第三关节4、第四关节5、第五关节6和第六关节7，所述第六关节7的输出端与所述执行机构连接。

上述的六轴机械手100通过所述第一关节2、所述第二关节3、所述第三关节4、所述第五关节6以及所述第六关节7之间的配合，可以使该六轴机械手100形成关节式机械结构，且具有6个自由度，示例性的，在所述6个自由度中，其中3个可以用来确定执行机构的位置，而另外三个可以用来确定执行机构的方向(或姿势)，而执行机构可以根据需要调整，例如可以是焊枪、吸盘或扳手之类的作业工具，当然也可以是其他工具。

所述底座1作为六轴机械手100的固定机构，它是整个六轴机械手100的脊梁，为六轴机械手100的运动提供保障，因此必须具备牢固、抗震的特性。示例性的，所述底座1可以采用消振性高的灰铸铁加工成型，以承受及吸收机器人在运动过程产生的振动，避免变形。

如图3所示，所述第一关节2作为第一个活动关节，其在六轴机械手100工作的过程中需要承受其他关节所产生的的转动惯量，因此需要保证其刚性强度。本实施例中的所述第一关节2可以包括第一驱动机构以及枢接于所述底座1上的第一壳体21。

其中，如图7所示，所述第一壳体21可以采用诸如铝合金的材料通过精铸一次加工成型，如此，可以极大地保证所述第一壳体21的刚性强度。此外，在所述第一壳体21与所述底座1相对的接触面上可以设置像太阳花的形式的辐射状加强筋26，如此，可以确保所述第一壳体21每一处均受力均匀，避免所述第一壳体21因受力不均而出现变形甚至破裂。当然，为了与所述第二关节3连接，所述第一壳体21远离所述第一底座1的一端被配置为第一中通轴承座24。该第一中轴轴承座由于采用了闭环结构，因此不存在缺口敏感，从而很难产生形变。

所述第一驱动机构可以由驱动连接的第一伺服电机22和第一谐波减速机23构成，而所述底座1与所述第一壳体21之间形成供所述第一驱动机构安装的第一安装位。具体的，所述第一安装位可以做如下解释，例如，可以在所述底座1的内腔设置用于固定所述第一伺服电机22与所述第一谐波减速机23的钢轮的第一固定法兰，在所述底座1的内腔设置用于固定所述第一谐波减速机23的柔轮的第一输出法兰，并在所述第一壳体21与所述底座1之间，即对接处设置角接触轴承25，以使所述第一伺服电机22、所述第一谐波减速机23可以与所述底座1之间形成直连结构，如此，不仅可以避免第一关节2在传动过程中所带来的金属颗粒，而且也可以进一步提高所述底座1对其他关节所产生的转动惯量的承受能力，避免发生形变。

如图4所示，所述第二关节3作为第二个活动关节，其直接影响所述六轴机械手100的臂展长度，相应的，也是最容易受转动惯量的影响而发生形变的关节，因此，需具备结构刚性强、本体轻量化等特点。本实施例中的所述第二关节3可以包括第二驱动机构和第二壳体31。

其中，如图8所示，所述第二壳体31具有相匹配的第一主动臂34和第一从动臂35，所述第一主动臂34与所述第一从动臂35相对称的设置于所述第一中通轴承座24的两侧，并且所述第一主动臂34的一端与所述第一从动臂35的一端分别与所述第一中通轴承座24的两侧铰接，以使所述第一壳体21可以绕着所述第一中通轴承座24转动。而较佳的，还可以使所述第二壳体31上增设连接所述第一主动臂34与所述第一从动臂35的横杆36，并使所述横杆36与所述第一主动臂34、所述第一从动臂35之间形成工字型结构。从而保证所述第二壳体31的刚性。当然，为了增强所述横杆36与所述第一主动臂34、所述第一从动臂35之间的连接强度，还可以在所述横杆36与所述第一主动臂34之间连接第一弧形加强筋37，所述横杆36与所述第一从动臂35之间连接第二弧形加强筋38。而所述第一壳体21可以采用铝合金制作，以减轻重量。示例性的，所述第一壳体21在成型工艺上，可以选用压铸一次成型工艺，以确保所述第二壳体31的内部无砂眼，提高材料结合的紧密性，极大保证所述第二壳体31的刚性强度，避免发生形变。

所述第一主动臂34与所述第一中通轴承座24之间还形成供所述第二驱动机构安装的第二安装位。所述第二驱动机构可以由驱动连接的第二伺服电机32和第二谐波减速机33构成。具体的，所述第二安装位可以做如下解释，例如，可以在所述第一主动臂34的一端设置用于固定所述第二伺服电机32与所述第二谐波减速机33的钢轮的第二固定法兰，在所述第一中通轴承座24与所述第一主动臂34相对的一侧设置用于固定所述第二谐波减速机33的柔轮的第二输出法兰，以使所述第一驱动机构与所述第一壳体21、所述第二壳体31之间可以采用直连结构固定，以保证所述第一伺服电机22与所述第一谐波减速机23的轴、孔均对接，如此，不仅可以提高其精度，而且也可以消除所述第二壳体31在绕所述第一中通轴承座24转动过程中所带来的金属颗粒，从而延长所述第二关节3的使用寿命。

所述第二关节3连接于所述第一关节2与所述第三关节4之间，因此所述第二关节3的运动与两个关节直接相关。所述第三关节4作为第三个活动关节，其可以包括第三驱动机构和第三壳体41，其中，如图9所示，所述第三壳体41的一端被配置为第二中通轴承座44，该第二中通轴承座44的两侧分别与所述第一主动臂34的另一端、所述第一从动臂35的另一端铰接，并且所述第二中通轴承座44还与所述第一主动臂34之间形成供所述第三驱动机构安装的第三安装位。

具体的，所述第三安装位可以做如下解释，例如，所述第三驱动机构可以包括驱动连接的第三伺服电机42和第三谐波减速机43，而所述第一主动臂34的另一端可以设置用于固定所述第三伺服电机42与所述第三谐波减速机43的钢轮的第三固定法兰，所述第二中通轴承座44与所述第一主动臂34相对的一侧可以设置用于固定所述第三谐波减速机43的柔轮的第三输出法兰，以使所述第三驱动机构与所述第三壳体41、所述第二壳体31之间可以采用直连结构固定，以保证所述第三伺服电机42与所述第三谐波减速机43的轴、孔均对接，如此，不仅可以提高其精度，而且也可以消除所述第三壳体41在转动过程中所带来的金属颗粒，从而延长所述第二关节3的使用寿命。此外，上述设置还可以使所述第二关节3具有一侧驱动，一侧辅助的结构特点，从而不仅保证了所述第二关节3甚至所述六轴机械手100整体的平稳性，而且还可以消除所述六轴机械手100因转动惯量而造成的形变问题，从而与所述底座1一起使得六轴机械手100不容易发生形变。

进一步的，如图5所示，所述第四关节5作为第四个活动关节，可以将其设置为包括第四驱动机构和第四壳体51，并使所述第四壳体51如图10所示呈Y字形结构，且具有基部54和从所述基部54伸展出的第二主动臂55和第二从动臂56，其中，所述基部54枢接于所述第三壳体41的另一端，且与所述第三壳体41之间形成供所述第四驱动机构安装的第四安装位。具体的，所述第四安装位可以做如下解释，例如，所述第四驱动机构可以包括驱动连接的第四伺服电机52和第四谐波减速机53，而所述第三壳体41上可以设置用于固定所述第四伺服电机52与所述第四谐波减速机53的钢轮的第四固定法兰，所述基部54上可以设置用于固定所述第四谐波减速机53的柔轮的第四输出法兰，以使所述第四驱动机构与所述第三壳体41、所述第四壳体51之间可以采用直连结构固定，以保证所述第四伺服电机52与所述第四谐波减速机53的轴、孔均对接，如此，不仅可以提高其精度，而且也可以消除所述第四壳体51在转动过程中所带来的金属颗粒，从而延长所述第三关节4的使用寿命。

如图6所示，所述第五关节6作为第五个活动关节，可以包括第五驱动机构和第五壳体61，其中，如图11所示，所述第五壳体61的一端被配置为第三中通轴承座64，而所述第三中通轴承座64的两侧分别与所述第二主动壁的端部、所述第二从动臂56的端部铰接配合，且所述第二主动臂55与所述第三中通轴承座64之间形成供所述第五驱动机构安装的第五安装位。

具体的，所述第五安装位可以做如下解释，例如，所述第五驱动机构可以包括驱动连接的第五伺服电机62和第五谐波减速机63，而所述第二主动臂55上可以设置用于固定所述第五伺服电机62与所述第五谐波减速机63的钢轮的第五固定法兰，所述第三中通轴承座64与所述第二主动臂55相对的一侧可以设置用于固定所述第五谐波减速机63的柔轮的第五输出法兰，以使所述第五驱动机构与所述第四壳体51、所述第五壳体61之间可以采用直连结构固定，以保证所述第五伺服电机62与所述第五谐波减速机63的轴、孔均对接，如此，不仅可以提高其精度，而且也可以消除所述第五壳体61在转动过程中所带来的金属颗粒，从而延长所述第四关节5的使用寿命。此外，上述设置还可以使所述第四关节5具有一侧驱动，一侧辅助的结构特点，从而不仅保证了所述第四关节5整体在运转过程中的平稳性，而且还可以消除所述第四关节5因转动惯量而造成的形变问题，从而进一步提高所述六轴机械手100的机械强度，使其不容易发生形变。

所述第六关节7作为与末端执行机构连接的活动关节，其可以包括第六驱动机构和第六壳体71，其中，所述第六壳体71枢接于所述第五壳体61的另一端，且与所述第五壳体61之间形成供所述第六驱动机构安装的第六安装位。具体的，可以对所述第六安装位做如下解释，例如，所述第六驱动机构可以包括驱动连接的第六伺服电机72和第六谐波减速机73，而所述第五壳体61上可以设置用于固定所述第六伺服电机72与所述第六谐波减速机73的钢轮的第六固定法兰，所述第六壳体71与所述第五壳体61相对的一侧可以设置用于固定所述第六谐波减速机73的柔轮的第六输出法兰，以使所述第六驱动机构与所述第五壳体61、所述第六壳体71之间可以采用直连结构固定，以保证所述第六伺服电机72与所述第六谐波减速机73的轴、孔均对接，如此，不仅可以提高其精度，而且也可以消除所述第六壳体71在转动过程中所带来的金属颗粒，从而延长所述第五关节6的使用寿命。此外，所述第六关节7的输出端还可以设置执行机构安装法兰8，以便于与执行机构连接。

当然，可以理解的是，除了所述第一中通轴承座24外，所述第二中通轴承座44和所述第三中通轴承座64也可以采用闭环结构，以进一步提高所述第三关节4与所述第六关节7的机械强度，从而避免发生形变。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种六轴机械手，其特征在于，包括：底座、执行机构以及依次传动连接的第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节和第六关节，所述第六关节的输出端与所述执行机构连接；所述第一关节包括第一驱动机构以及枢接于所述底座上的第一壳体，所述底座与所述第一壳体之间形成供所述第一驱动机构安装的第一安装位，所述第一壳体远离所述第一底座的一端被配置为第一中通轴承座；所述第二关节包括第二驱动机构和第二壳体，所述第二壳体具有相匹配的第一主动臂和第一从动臂，所述第三关节包括第三驱动机构和第三壳体，所述第三壳体的一端被配置为第二中通轴承座，所述第一主动臂的两端、所述第一从动臂的两端分别与对应的所述第一中通轴承座的两侧、所述第二中通轴承座的两侧铰接，且所述第一主动臂的两端分别与所述第一中通轴承座、所述第二中通轴承座之间形成供所述第二驱动机构与所述第三驱动机构安装的第二安装位和第三安装位。

2.如权利要求1所述的六轴机械手，其特征在于，所述第四关节包括第四驱动机构和第四壳体，所述第四壳体呈Y字形结构，且具有基部和从所述基部伸展出的第二主动臂和第二从动臂，所述基部枢接于所述第三壳体的另一端，且与所述第三壳体之间形成供所述第四驱动机构安装的第四安装位；所述第五关节包括第五驱动机构和第五壳体，所述第五壳体的一端被配置为第三中通轴承座，所述第三中通轴承座的两侧分别与所述第二主动壁的端部、所述第二从动臂的端部铰接配合，且所述第二主动臂与所述第三中通轴承座之间形成供所述第五驱动机构安装的第五安装位。

3.如权利要求2所述的六轴机械手，其特征在于，所述第六关节包括第六驱动机构和第六壳体，所述第六壳体枢接于所述第五壳体的另一端，且与所述第五壳体之间形成供所述第六驱动机构安装的第六安装位。

4.如权利要求3所述的六轴机械手，其特征在于，所述第一驱动机构包括驱动连接的第一伺服电机和第一谐波减速机，所述第二驱动机构包括驱动连接的第二伺服电机和第二谐波减速机，所述第三驱动机构包括驱动连接的第三伺服电机和第三谐波减速机，所述第四驱动机构包括驱动连接的第四伺服电机和第四谐波减速机，所述第五驱动机构包括驱动连接的第五伺服电机和第五谐波减速机，所述第六驱动机构包括驱动连接的第六伺服电机和第六谐波减速机。

5.如权利要求4所述的六轴机械手，其特征在于，所述底座的内腔设有用于固定所述第一谐波减速机的柔轮的第一输出法兰，所述第一中通轴承座与所述第一主动臂相对的一侧设有用于固定所述第二谐波减速机的柔轮的第二输出法兰，所述第二中通轴承座与所述第一主动臂相对的一侧设有用于固定所述第三谐波减速机的柔轮的第三输出法兰，所述基部上设有用于固定所述第四谐波减速机的柔轮的第四输出法兰，所述第三中通轴承座与所述第二主动臂相对的一侧设有用于固定所述第五谐波减速机的柔轮的第五输出法兰，所述第六壳体与所述第五壳体相对的一侧设有用于固定所述第六谐波减速机的柔轮的第六输出法兰。

6.如权利要求5所述的六轴机械手，其特征在于，所述底座的内腔还设有用于固定所述第一伺服电机与所述第一谐波减速机的钢轮的第一固定法兰，所述第一主动臂的两端分别设有用于固定所述第二伺服电机与所述第二谐波减速机的钢轮的第二固定法兰以及用于固定所述第三伺服电机与所述第三谐波减速机的钢轮的第三固定法兰，所述第三壳体上设有用于固定所述第四伺服电机与所述第四谐波减速机的钢轮的第四固定法兰，所述第二主动臂上设有用于固定所述第五伺服电机与所述第五谐波减速机的钢轮的第五固定法兰，所述第五壳体上设有用于固定所述第六伺服电机与所述第六谐波减速机的钢轮的第六固定法兰。

7.如权利要求4所述的六轴机械手，其特征在于，所述第一中通轴承座、所述第二中通轴承座和所述第三中通轴承座均采用闭环结构。

8.如权利要求1所述的六轴机械手，其特征在于，所述第二壳体还具有连接所述第一主动臂与所述第一从动臂的横杆，所述横杆与所述第一主动臂、所述第一从动臂之间形成工字型结构。

9.如权利要求8所述的六轴机械手，其特征在于，所述横杆与所述第一主动臂之间连接有第一弧形加强筋，所述横杆与所述第一从动臂之间连接有第二弧形加强筋。

10.如权利要求1-9任一项所述的六轴机械手，其特征在于，所述第一壳体与所述底座之间还设有角接触轴承。