CN108044614A - 一种基于模块化关节的冗余机械臂 - Google Patents

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徐文福
韩亮
檀国灯
郑宁靖
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/08—Programme-controlled manipulators characterised by modular constructions

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Abstract

本发明公开了一种基于模块化关节的冗余机械臂，包括基座，基座上设有若干依次转动相连的模块化关节，模块化关节包括外壳，外壳内设有输出电机，输出电机的转轴连接谐波减速器，谐波减速器的一端连接连接件，连接件固定连接输出轴，输出电机上还设有制动装置，此基于模块化关节的冗余机械臂，通过多个模块化关节之间的转动连接增加了运动自由度，使得整个机械臂能够避免工作空间中的奇异位形并提高了躲避工作空间障碍物的能力，且其中的谐波减速器独立设置，简化了模块化关机的内部结构，使得结构更加紧凑、集成度更高，此发明用于机械手领域。

Description

一种基于模块化关节的冗余机械臂
技术领域
本发明涉及机械手领域，特别是涉及一种基于模块化关节的冗余机械臂。
背景技术
随着现代工业的进步，工业产品逐渐朝着模块化、系统化、紧密化、智能化方向发展。特别是在轻型机械臂领域，机械臂朝着高精度、轻量化、模块化、灵巧化、多轴化的方向发展。但对于传统机械臂来说，由于其构型较为固定，而且自由度之间的形式都不相同，故其不具备可替换性，受到自身结构的限制，决定了其功能单一化，无法适应复杂的环境和任务。
传统的机械臂关节内部采用组合式谐波，这不仅增加了关节的整体质量也大大增加了关节的外形尺寸，不利于机械臂的轻量化设计和集成度提高。
现有的传统的机械臂是模仿人的上臂构成的，通常为六个自由度的非冗余机械臂，在大多数工作环境下，非冗余机械臂能够基本上实现工作空间内的任务要求，但是无法避免工作空间中的奇异位形以及躲避工作空间中的障碍物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集成度高、运动自由度高的基于模块化关节的冗余机械臂。
本发明所采取的技术方案是：
一种基于模块化关节的冗余机械臂，包括基座，基座上设有若干依次转动相连的模块化关节，模块化关节包括外壳，外壳内设有输出电机，输出电机的转轴连接谐波减速器，谐波减速器的一端连接连接件，连接件固定连接输出轴，输出电机上还设有制动装置。
进一步作为本发明技术方案的改进，模块化关节共有七个，各模块化关节通过L型肋板进行连接。
进一步作为本发明技术方案的改进，输出轴上设有用于与L型肋板连接的连接孔。
进一步作为本发明技术方案的改进，谐波减速器包括一端与连接件固定相连的柔轮，柔轮的另一端设有波发生器，波发生器上套设有钢轮。
进一步作为本发明技术方案的改进，制动装置包括与输出电机的转轴固定相连的挡铁和用于卡固挡铁的挡块，挡块滑动连接滑轨，还设有驱动挡块滑动的驱动装置。
进一步作为本发明技术方案的改进，挡铁上设有若干与挡块相配合的制动凸起，制动凸起共六个，六个制动凸起呈圆周等角度排布在挡铁的外沿。
进一步作为本发明技术方案的改进，转轴与挡铁之间还设有法兰盘，法兰盘上固定连接增量式编码器。
进一步作为本发明技术方案的改进，连接件上还安装有绝对式编码器的绝对式磁栅，还设有用于安装绝对式编码器的绝对式读数头的安装块，安装块上设有用于调节绝对式编码器的位置的长孔，外壳中留有内壁走线孔。
进一步作为本发明技术方案的改进，输出轴和连接件、连接件和谐波减速器、谐波减速器和输出电机之间的连接方式为螺纹连接。
进一步作为本发明技术方案的改进，外壳的一端设有与L型肋板连接的螺纹孔，还设有用于定位L型肋板的凸台。
本发明的有益效果：此基于模块化关节的冗余机械臂，通过多个模块化关节之间的转动连接增加了运动自由度，使得整个机械臂能够避免工作空间中的奇异位形并提高了躲避工作空间障碍物的能力，且其中的谐波减速器独立设置，简化了模块化关机的内部结构，使得结构更加紧凑、集成度更高。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明实施例的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的模块化关机的内部结构示意图；
图3是本发明实施例的制动装置的结构示意图。
具体实施方式
参照图1～图3，本发明为一种基于模块化关节的冗余机械臂，包括基座1，基座1上设有若干依次转动相连的模块化关节2，模块化关节2包括外壳4，外壳4内设有输出电机8，输出电机8的转轴连接谐波减速器7，谐波减速器7的一端连接连接件6，连接件6固定连接输出轴5，输出电机8上还设有制动装置9。
此基于模块化关节的冗余机械臂，通过多个模块化关节2之间的转动连接增加了运动自由度，使得整个机械臂能够避免工作空间中的奇异位形并提高了躲避工作空间障碍物的能力，且其中的谐波减速器7独立设置，简化了模块化关机的内部结构，使得结构更加紧凑、集成度更高。
作为本发明优选的实施方式，模块化关节2共有七个，各模块化关节2通过L型肋板3进行连接，由于模块化关节2共有七个，因此，整个机械手的运动自由度共有七个，使得整个机械臂能够避免工作空间中的奇异位形并提高了躲避工作空间障碍物的能力，能够防止运动超限以及改善运动学性能。此外，相应的L型肋板3上留有与外壳4定位的止口。
作为本发明优选的实施方式，输出轴5上设有用于与L型肋板3连接的连接孔10。
作为本发明优选的实施方式，谐波减速器7包括一端与连接件6固定相连的柔轮71，柔轮71的另一端设有波发生器72，波发生器72上套设有钢轮73。
传统的谐波减速器7的钢轮73均安装在柔轮71紧贴连接件6的一端。而本发明中的钢轮73安装在柔轮71远离连接件6的一端，将钢轮73向外壳4内侧的空间移动，使得连接件6的位置可以向外壳4内移动，从而减小模块化关节2的轴向尺寸，使得整个模块化关节2的体积更加小，结构更加紧凑。
作为本发明优选的实施方式，制动装置9包括与输出电机8的转轴81固定相连的挡铁91和用于卡固挡铁91的挡块92，挡块92滑动连接滑轨94，还设有驱动挡块92滑动的驱动装置93。
作为本发明优选的实施方式，挡铁91上设有若干与挡块92相配合的制动凸起，制动凸起共六个，六个制动凸起呈圆周等角度排布在挡铁91的外沿。
具体的，驱动装置93为电磁铁和弹簧，电磁铁在通电情况下，自身具有吸引力克服弹簧的弹力将挡块92吸附离开挡铁91，在失电的情况下，在弹簧力的作用下将挡块92放开，此时挡块92与挡铁91相接触从而产生制动效果。此外，挡铁91制成扇叶形，不仅起到制动的功能，在挡铁91随转轴81转动过程中，还可以利用其旋转产生的风对整个系统进行散热，从而保证模块化关节2内部电气系统运行良好与稳定。此外，还将电磁铁与外壳4接触，有利于传热和散热。
作为本发明优选的实施方式，转轴81与挡铁91之间还设有法兰盘11，法兰盘11上固定连接增量式编码器，增量式编码器通过螺纹连接在法兰盘11上。
作为本发明优选的实施方式，连接件6上还安装有绝对式编码器13的绝对式磁栅，还设有用于安装绝对式编码器13的绝对式读数头的安装块14，其中，绝对式磁栅通过螺栓直接连接在连接件6上，实现与输出轴5同轴转动，而绝对式读数头则安装在安装块14上，不随输出轴5转动。绝对式读数头和绝对式磁栅的距离将直接影响到读数的准确性，因此安装块14上设有用于调节绝对式编码器13的绝对式读数头位置的长孔。而在安装过程中，可以先安装绝对式编码器13并将其调整至合适位置，再安装输出轴5，提高了安装的便利性，
在外壳4中留出了内壁走线孔，方便绝对式编码器13上数据线通过，从而避免了走线缠绕问题。
作为本发明优选的实施方式，输出轴5和连接件6、连接件6和谐波减速器7、谐波减速器7和输出电机8之间的连接方式为螺纹连接，采用螺纹连接使得各个零件之间更加牢固，且拆装和维护都更加方便。
作为本发明优选的实施方式，外壳4的一端设有与L型肋板3连接的螺纹孔15，还设有用于定位L型肋板3的凸台16。
此基于模块化关节的冗余机械臂，通过轻型的模块化关节2和L型肋板3进行连接组合，具有典型的模块化特点，其运动自由度多，能适应不同工作空间的需要。且其中的谐波减速器7的独立性高，具有较高的集成度。整个机械臂的结构紧凑，体积较小，适应性强，具有较高的推广价值。
当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种基于模块化关节的冗余机械臂，其特征在于：包括基座(1)，所述基座(1)上设有若干依次转动相连的模块化关节(2)，所述模块化关节(2)包括外壳(4)，所述外壳(4)内设有输出电机(8)，所述输出电机(8)的转轴(81)连接谐波减速器(7)，所述谐波减速器(7)的一端连接连接件(6)，所述连接件(6)固定连接输出轴(5)，所述输出电机(8)上还设有制动装置(9)。
2.根据权利要求1所述的基于模块化关节的冗余机械臂，其特征在于：所述模块化关节(2)共有七个，各所述模块化关节(2)通过L型肋板(3)进行连接。
3.根据权利要求2所述的基于模块化关节的冗余机械臂，其特征在于：所述输出轴(5)上设有用于与所述L型肋板(3)连接的连接孔(10)。
4.根据权利要求3所述的基于模块化关节的冗余机械臂，其特征在于：所述谐波减速器(7)包括一端与所述连接件(6)固定相连的柔轮(71)，所述柔轮(71)的另一端设有波发生器(72)，所述波发生器(72)上套设有钢轮(73)。
5.根据权利要求4所述的基于模块化关节的冗余机械臂，其特征在于：所述制动装置(9)包括与所述输出电机(8)的转轴(81)固定相连的挡铁(91)和用于卡固所述挡铁(91)的挡块(92)，所述挡块(92)滑动连接滑轨(94)，还设有驱动所述挡块(92)滑动的驱动装置(93)。
6.根据权利要求5所述的基于模块化关节的冗余机械臂，其特征在于：所述挡铁(91)上设有若干与所述挡块(92)相配合的制动凸起，所述制动凸起共六个，六个所述制动凸起呈圆周等角度排布在所述挡铁(91)的外沿。
7.根据权利要求6所述的基于模块化关节的冗余机械臂，其特征在于：所述转轴(81)与挡铁(91)之间还设有法兰盘(11)，所述法兰盘(11)上固定连接增量式编码器。
8.根据权利要求7所述的基于模块化关节的冗余机械臂，其特征在于：所述连接件(6)上还安装有绝对式编码器(13)的绝对式磁栅，还设有用于安装所述绝对式编码器(13)的绝对式读数头的安装块(14)，所述安装块(14)上设有用于调节所述绝对式编码器(13)的位置的长孔，所述外壳(4)中留有内壁走线孔。
9.根据权利要求1所述的基于模块化关节的冗余机械臂，其特征在于：所述输出轴(5)和连接件(6)、连接件(6)和谐波减速器(7)、谐波减速器(7)和输出电机(8)之间的连接方式为螺纹连接。
10.根据权利要求2所述的基于模块化关节的冗余机械臂，其特征在于：所述外壳(4)的一端设有与所述L型肋板(3)连接的螺纹孔(15)，还设有用于定位所述L型肋板(3)的凸台(16)。
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