CN107877503A - 可变减速装置和平面多关节机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及自动化的技术领域，公开了可变减速装置和平面多关节机器人，其中可变减速装置安装于平面多关节机器人的任一关节臂上，关节臂上设有电机，电机具有转轴，包括输出轴和沿关节臂延伸方向开设的安装腔，安装腔内安装有具有多个安装状态的基板，基板为可拆卸式；安装腔内一侧有基座，基座开设有第一安装孔；基板上安装有电机和多个传动轴，各传动轴之间、至少一传动轴与电机转轴之间各设传动机构，基板上设有多个第二安装孔，各传动轴安装于第二安装孔内且设有安装座。本发明中的可变减速装置能够在不改变输出轴位置的前提下输出多种转速，避免增加控制程序复杂程度和额外产生误差。
Description
技术领域
本发明涉及的自动化的技术领域，尤其涉及平面多关节机器人的末端减速结构。
背景技术
平面多关节机器人(scara机器人)是自动化领域中一种常见的机械人结构，其一般具有竖直设置的底座，在底座上安装有有多个首位依次铰接的关节臂(一般为两个：直接安装在底座上的大臂和安装在大臂末端的小臂)，各关节臂能够在平面上摆动。平面多关节机器人最后一节关节臂的上设置有执行端，执行端能够在纵向移动，实现空间定位，提供自动夹持、铣床、3D打印、手术等多种功能。平面多关节机器人具有结构成熟、自动化程度高、控制容易等特点，越来越多的在各种领域中替代人手进行机械化的工作。
由于平面多关节机器人的执行端需要为执行部件提供水平转矩，现有技术中一般在执行端处安装电机，由减速机或皮带轮对电机输出进行减速后输出转矩，其中采用皮带轮的减速结构具有多根与电机的不同轴线的传动轴，选择某一特定的传动轴最终能输出恒定的转速，无法输出其他转速，如果选择多个传动轴作为输出，由于各传动轴在关节臂长度方向的位置不同，关节臂摆动时的执行端的定位和相关控制程序及反馈都需要做出改变和调整，不仅增加了控制程序的复杂程度，而且容易产生误差。
发明内容
本发明的目的在于提供可变减速装置和平面多关节机器人，旨在现有技术中的平面多关节机器人存在相关电机只能输出固定转速或者输出多种转速时控制程序复杂化、容易产生误差等缺点的问题。
本发明是这样实现的，提供可变减速装置，安装于平面多关节机器人的任一关节臂上，所述关节臂上设有电机，所述电机具有转轴，包括输出轴和沿所述关节臂延伸方向开设的安装腔，所述安装腔内安装有具有多个安装状态的基板，所述基板为可拆卸式；
所述安装腔内一侧有基座，所述基座开设有可供输出轴穿过的第一安装孔；
所述基板上安装有所述电机和多个传动轴，各所述传动轴之间、至少一所述传动轴与所述电机转轴之间各设有能够加/减速的传动机构，所述基板上设有多个用于对齐所述第一安装孔的第二安装孔，各所述传动轴安装于所述第二安装孔内且设有可供所述输出轴安装的安装座s。
进一步地，所述小臂上开设有连接至所述安装腔用于露出所述基座的安装缺口，所述基板两端分别向外延伸设有形状对应所述安装缺口的安装部，各所述第二安装孔对应开设于所述安装部。
进一步地，所述安装缺口呈半圆形，所述安装部对应呈半圆形。
进一步地，所述基板为长条形延伸的板状结构。
进一步地，所述安装腔内壁凸设内设有多个可供所述基板放置安装的安装凸块。
进一步地，所述基板通过可拆卸的固定件固定于所述安装凸块。
进一步地，多个所述传动轴包括第一传动轴和第二传动轴，所述第一传动轴上设有第一皮带轮和第二皮带轮，所述第二传动轴上设有第三皮带轮，所述电机的输出端上设有主动皮带轮，所述可变减速装置还包括多根同步带。
进一步地，所述电机位于所述第一传动轴和所述第二传动轴之间的位置。
进一步地，所述安装座具有可供所述输出轴插入构成过盈配合的内孔，所述输出轴上设有用于限制插入所述内孔位置的限位结构，所述限位结构包括套设安装于所述输出轴外的限位环，所述限位环与所述输出轴之间设有能够解锁或锁紧的锁定结构。
本发明还提供了平面多关节机器人，包括上述的可变减速装置。
与现有技术相比，本发明中的可变减速装置能够通过改变基板安装状态的方式，提供多种转速的输出以供选择，而且不会改变输出轴的位置，因此也无需在关节臂的定位和控制程序进上进行改变，从而避免了产生误差的问题，使平面多关节机器人具有更强的产品力。
附图说明
图1为本发明实施例一和实施例二提供的平面多关节机器人的小臂结构示意图；
图2为本发明实施例中的基板第一种安装状态的结构示意；
图3为本发明实施例中的基板第二种安装状态的结构示意；
图4为本发明实施例中的电机和各传动轴的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合具体附图对本实施例的实现进行详细的描述。
如图1至图4所示，本实施例中提供可变减速装置，其安装于平面多关节机器人的小臂1的电机11上，电机11具有转轴111，可变减速装置能够连接至其转轴111，为电机11提供减速。可变减速装置具体包括输出轴152和沿小臂1延伸方向开设的安装腔14和可拆卸式安装于安装腔14内的基板16，基板16在安装腔14内具有多个安装状态。在安装腔14内的一侧设有基座142，基座142上开设有可供输出轴152穿过的第一安装孔1421。
在基板16上安装有电机11和多个传动轴，多个传动轴之间设有通过能够加/减速的传动结构，至少一传动轴与电机11的转轴111之间也设有能够加/减速的传动结构，以使转轴111能够输出转矩传递至某一传动轴，然后在传动轴之间传递转矩。
在基板16上设有多个用于对齐第一安装孔1421的第二安装孔161，各传动轴安装于各第二安装孔161内且设有安装座151，输出轴152能够安装至安装座151内与对应的传动轴连接，对外提供转矩输出。
在平面多关节机器人的使用中，如果需要改变小臂1执行端的输出转速，先拆卸基板16，然后通过改变基板16的安装状态再装回安装腔14内，例如纵向移动基板16相对小臂1的位置、按照一定角度转动基板16等方式，选择不同第二安装孔161与第一安装孔1421对齐，基板16重新安装后，将输出轴152穿过第一安装孔1421、第二安装孔161安装至对应的安装座151上，实际上改变了连接至输出轴152并提供输出的传动轴，多个传动轴设置为不同的转速，即可实现改变转速的输出的目的。而且，输出轴152相对小臂1的位置并未发现变化，虽然转速发送改变，但是在控制小臂1摆动、执行端定位、控制执行等控制程序过程均无需做出改变，从而避免控制程序复杂化、容易产生误差等问题。
在其他的实施例中，减速装置可选择性安装在平面多关节机器人2的其他关节臂上，为相关的电机提供减速，例如安装在平面多关节机器人2的大臂3上，对应的电机相应可为驱动大臂3摆动的驱动电机，相应的输出轴即应该固定安装在大臂3的一端；或者对应的电机为大臂3上用于驱动小臂1摆动的驱动电机，相应的输出轴即应该固定安装在小臂1的一端。
为了便于定位，在小臂1上开设有连接至安装腔14用于露出基座142的安装缺口141，基板16的两端分别向外延伸设有形状对应安装缺口141的安装部162，各第二安装孔161对应开设于安装部162。基板16在安装时将安装部162对应嵌入安装缺口141内，即可保证第二安装孔161和第一安装孔1421的对齐。由于本实施例中在基板16的两端设置了安装部162，换言之，本实施例中所谓改变基板16安装状态即为将基板16转动180°，转动前后的状态如图2和图3所示，选择对应安装于基板16两端的两个传动轴作为输出。
在其他的实施例中，也可以采用其他的角度改变基板16的安装状态，例如基板16上设置三个与中心连线之间夹角为120°的安装部162，每转动120°即可切换不同的传动轴输出，总计能够提供三种转速输出。
在其他的实施例中，也可以采用直线移动的方式改变基板16的安装状态，例如沿基板16上设有多个直线排列的第二安装孔161，改变基板16相对小臂1的位置，使其沿小臂1延伸方向前进或者后退即可改变选择不同的第二安装孔161与第一安装孔1421相对应，最终输出不同的转速。
优选的，安装缺口141呈半圆形，安装部162对应呈半圆形，安装时对应嵌入保证接触面相互贴紧即可。在其他的实施例中，也可以采用其他形状，例如三角形、矩形等。
优选的，本实施例中的基板16为长条形延伸的板状结构，其长条形延伸足够沿直线方式安放电机11和多根传动轴。横截面的形状与安装腔14横截面形状相似，置入安装腔14后两侧边抵接在安装腔14的侧壁上，避免在工作过程中振动偏移。
在安装腔14内壁凸设内设有多个可供基板16放置安装的安装凸块143，一方面作为支撑基板16下端的支撑件，另一方面提供基板16纵向的定位。
优选的，本实施例中基板16通过可拆卸的固定件，例如螺栓、卡扣等固定在各个安装凸块143上，实现将基板16固定在安装腔14内的目的。在其他的实施例中，基板16也可以不与安装凸块143相互固定，而通过可拆卸的固定件直接固定于安装腔14的内壁。
如图2、图3和图4所示，在本实施例中，可变减速装置包括第一传动轴12和第二传动轴13。在电机11的输出端上安装有主动皮带轮111、第一传动轴12上安装有第一皮带轮121和第二皮带轮122，第二传动轴13上安装有第三皮带轮131，对应各皮带轮之间安装有用于传递转矩的多根同步带14。具体地，同步带14能够在主动皮带轮111和第一皮带轮121之间，第二皮带轮122和第三皮带轮131之间传递转矩。也即，在本实施例中，传动结构即为各皮带轮和相关的同步带14，通过相关皮带轮的直径差别即可实现加速或者减速，在其他的实施例中，也可以采用齿轮啮合的方式传动。
在本实施例中，第一皮带轮121的直径大于主动皮带轮111，二者之间通过同步带14连接后保持相同的线速度，第一皮带轮121和第二皮带轮122同时固定在第一传动轴12上使得二者具有相同的角速度。第二皮带轮122的直径小于第三皮带轮131，二者之间通过同步带14连接后保持相同的线速度。
为了便于叙述，设电机11输出的速度为v1，该速度传递至第一皮带轮121后由于直径的差别导致减速，第一传动轴12输出的速度为v2，同理，再次传递减速后，第三传动轴输出的速度为v3，其中v1>v2>v3。因此采用可变减速装置的执行端，能够输出三个依次减小速度以供选择。在其他的实施例中，改变主动皮带轮111、第一皮带轮121、第二皮带轮122、第三皮带轮131的直径关系，也可以输出其他的转速选择，例如在第一传动轴12处加速，输出比v1更大的v2等等。
如图3和图4所示，电机11安装于第一传动轴12和第二传动轴13之间的位置，第一传动轴12和第二传动轴13分别安装在基板16的两端，便于转动后对准输出轴152。
在本实施例中，在第一传动轴12上，第一皮带轮121和第二皮带轮122纵向上下设置，第二皮带轮位于竖直方向下方，在其下端面上安装有安装座151。
在其他的实施例中，传动轴可以有更多的数量，依次包括第一传动轴12、第二传动轴13……第N1传动轴，其中N1为大于2的自然数，例如3、4、5等；皮带轮也具有更多的数量，依次安装在各传动轴上的第一皮带轮121、第二皮带轮122……第N2皮带轮，N2为大于N1的自然数，例如4、5、6等；总计能够提供N1+1种转速的输出。当传动轴具有更多数量时，对应改变基板16安装状态的设置原则即可。
如图4所示，在本实施例中，安装座151具有可供输出轴152插入构成过盈配合的内孔1511。在使用时将输出轴152插入该安装座151的内孔1511即可。容易理解的是，为了提高传动稳定性、转矩输出率，输出轴152插入内孔1511后应该保证输出轴与相应的传动轴、电机11保持同轴线。
优选的，在输出轴152上设有用于限制插入内孔1511位置的限位结构，当输出轴152插入至限位结构与安装座151抵接的时候，表明已经安装到位，避免插入过深或者插入不足。而且在向外输出转矩的时候，限位结构还能避免受到外部冲击导致输出轴152缩回内孔1511的情况。
优选的，本实施例中的限位结构包括套设安装于输出轴152外的限位环153，限位环153与输出轴152之间设有锁定结构，锁定结构解锁后限位环153能够在输出轴152上滑动，滑动至需要的位置后，锁紧锁定结构固定限位环153在输出轴152上的轴向位置。由于第一传动轴12和第二传动轴13的结构存在差异，其安装的安装座151纵向位置未必处于同一高度，因此可通过改变限位环153的位置从而改变固定输出轴152插入内孔1511的深度，也即改变其伸出在内孔1511外的长度，以适应执行部件的要求。锁定结构的具体实现方式可以有多种，例如能够开合的弹性锁扣，通过压紧的方式抵接在输出轴152上，或者在输出轴152上沿着轴线打孔，选择合适的孔位通过螺栓将限位环153固定，本实施例中对锁定结构不做具体限制。
本实施例中还提供了平面多关节机器人2，包括多个关节臂和上述的可变减速装置。根据上文可知，采用了可变减速装置的平面多关节机器人2能提供多种转速输出，而且在小臂指定端处的定位和控制程序上无需做出改变，从而避免了改变转速带来的控制误差，提供了更强的产品力。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.可变减速装置，安装于平面多关节机器人的任一关节臂上，所述关节臂上设有电机，所述电机具有转轴，其特征在于，包括输出轴和沿所述关节臂延伸方向开设的安装腔，所述安装腔内安装有具有多个安装状态的基板，所述基板为可拆卸式；
所述安装腔内一侧有基座，所述基座开设有可供所述输出轴穿过的第一安装孔；
所述基板上安装有所述电机和多个传动轴，各所述传动轴之间、至少一所述传动轴与所述电机转轴之间各设有能够加/减速的传动机构，所述基板上设有多个用于对齐所述第一安装孔的第二安装孔，各所述传动轴安装于所述第二安装孔内且设有可供所述输出轴安装的安装座。
2.如权利要求1所述的可变减速装置，其特征在于，所述关节臂上开设有连接至所述安装腔用于露出所述基座的安装缺口，所述基板两端分别向外延伸设有形状对应所述安装缺口的安装部，各所述第二安装孔对应开设于所述安装部。
3.如权利要求2所述的可变减速装置，其特征在于，所述安装缺口呈半圆形，所述安装部对应呈半圆形。
4.如权利要求1所述的可变减速装置，其特征在于，所述基板为长条形延伸的板状结构。
5.如权利要求1所述的可变减速装置，其特征在于，所述安装腔内壁凸设内设有多个可供所述基板放置安装的安装凸块。
6.如权利要求5所述的可变减速装置，其特征在于，所述基板通过可拆卸的固定件固定于所述安装凸块。
7.如权利要求1至6任一项所述的可变减速装置，其特征在于，多个所述传动轴包括第一传动轴和第二传动轴，所述第一传动轴上设有第一皮带轮和第二皮带轮，所述第二传动轴上设有第三皮带轮，所述电机的输出端上设有主动皮带轮，所述可变减速装置还包括多根同步带。
8.如权利要求7所述的可变减速装置，其特征在于，所述电机位于所述第一传动轴和所述第二传动轴之间的位置。
9.如权利要求1至6任一项所述的可变减速装置，其特征在于，所述安装座具有可供所述输出轴插入构成过盈配合的内孔，所述输出轴上设有用于限制插入所述内孔位置的限位结构，所述限位结构包括套设安装于所述输出轴外的限位环，所述限位环与所述输出轴之间设有能够解锁或锁紧的锁定结构。
10.平面多关节机器人，包括多个关节臂，其特征在于，还包括权利要求1至9任一项所述的可变减速装置。
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