CN108214541A - 一种机械臂的肩关节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械臂的肩关节，包括底座、肩部和大臂，肩部与底座转动连接，大臂与肩部转动连接，肩部包括安装座和肩部驱动装置及肩部传动装置，大臂与一大臂驱动装置传动连接，肩部传动装置包括被动链轮，被动链轮与安装座转动连接，被动链轮与肩部驱动装置通过链传动机构连接，大臂与大臂驱动装置通过同步带及链条复合传动机构连接。本发明采用链传动机构、同步带及链条复合传动机构进行动力传输，可利用分散的零部件实现较长路径的传动，可充分利用设备空间进行合理布局，减少高集成度部件的使用，避免部件在局部空间内的集中安装。可提高多轴机械臂的运行稳定性，且可降低成本，方便维护。

Description

一种机械臂的肩关节

技术领域

本发明涉及一种工业自动化设备结构部件，更具体地说，它涉及一种机械臂的肩关节。

背景技术

机械臂是工业机器人的一种，它由操作机，控制器，伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制，可重复编程，能在三维空间完成多种作业的自动化生产设备。机械臂可以极大提高生产效率，稳定和提高产品质量，改善工人劳动条件，提高工业生产机械化和自动化程度，在超常温度、高压、多粉尘、高噪音以及带有放射性和污染的场合，机械臂更是可以发挥出极大的功效，可代替入从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作，完成繁重、单调的重复劳动，在焊接、喷漆、搬运等生产环节中应用极广。现有的传统多轴机械臂多采用电机+RV减速器或谐波减速器的方式传动，成本较高。公开号为CN105215986A的发明于2016年1月6日公开了一种多轴机械手，包括旋转座以及依次连接于旋转座的第二、三、四、五和六传动机构，第二传动机构包括机器人大臂和第二伺服电机，第三传动机构包括大臂圆管、第一机器人中臂、第二机器人中臂、第三伺服电机和第二减速器，第四传动机构包括中臂圆管、第四伺服电机和第三减速机，第五传动机构包括第一机器人小臂、安装腔、第二机器人小臂、第五伺服电机和第四减速机，第六传动机构包括旋转法兰、第六伺服电机和第五减速机。本发明采用高品质的伺服电机配合机器人专用的RV系列减速机的传动结构，实现高精度、高效率的机械传动，操作简单，结构紧凑，零部件少，故障率低，具有良好的环境适用性，保证精度和惯量。但该多轴机械手也如前所述采用电机+RV减速器的方式传动，因此成本较高。

发明内容

现有的多轴机械臂上，一般采用电机+RV减速器或谐波减速器的方式传动，成本较高，为克服这一缺陷，本发明提供了一种结构紧凑、成本较低的机械臂的肩关节。

本发明的技术方案是：一种机械臂的肩关节，包括底座、肩部和大臂，肩部与底座转动连接，大臂与肩部转动连接，肩部包括安装座和肩部驱动装置及肩部传动装置，大臂与一大臂驱动装置传动连接，肩部传动装置包括被动链轮，被动链轮与安装座转动连接，被动链轮与肩部驱动装置通过链传动机构连接，大臂与大臂驱动装置通过同步带及链条复合传动机构连接。底座用于固定机械臂，支撑肩部。安装座用于安装肩关节所需要的驱动装置和传动零部件。肩部驱动装置通过链传动机构将动力传至被动链轮，进而带动安装座转动，同样，大臂通过同步带及链条复合传动机构从大臂驱动装置获取动力，实现机械臂肩部的转动及摆动功能。本发明中机械臂肩部的转动及摆动是通过链传动机构、或同步带及链条复合传动机构实现的，结构相对简单，造价也更低，相对于现有机械臂上的RV减速器或谐波减速器更为经济，更易维护。

作为优选，所述肩部驱动装置包括肩部驱动电机和肩部行星减速器，肩部驱动电机固定在安装座上，肩部行星减速器安装在肩部驱动电机的输出端，肩部行星减速器的输出端设有肩部主动链轮，肩部主动链轮与被动链轮通过肩部传动链条连接。本肩部驱动装置中使用结构相对更为简单成熟的行星减速器进行减速，而肩部主动链轮、被动链轮及肩部传动链条这些相对简单易得、成本较低部件构成所述的肩部链传动机构，因此本机械臂肩关节上的驱动、传动装置相对于现有机械臂上的RV减速器或谐波减速器更为经济，更易维护。

作为优选，底座顶部固定有一支撑架，安装座通过轴承与支撑架转动连接，被动链轮固定在支撑架上。被动链轮随支撑架一起与底座保持相对固定，肩部驱动电机驱动肩部主动链轮后，肩部主动链轮与被动链轮通过肩部传动链条相互作用，肩部传动链条的张力驱使肩部主动链轮乃至安装肩部主动链轮的安装座围绕支撑架作公转运动，从而实现肩部的转动。

作为优选，肩部传动链条上啮合一肩部编码器主动链轮，肩部编码器主动链轮转动连接在安装座上，肩部编码器主动链轮通过传动轴连接一肩部编码器。肩部编码器通过肩部传动链条与肩部驱动电机保持同步运转，为肩部驱动电机的运动控制提供监测反馈信号。本机械臂肩关节中肩部编码器与肩部驱动电机分离安装，与现有机械臂上通常采用的集成编码器伺服电机相比，可以减小电机的占用空间，同时安装方式可以更灵活，可更充分地利用设备空间进行合理布局，避免部件在局部空间内的集中安装。

作为优选，肩部驱动电机为步进电机。步进电机控制精度高，适合对短距离频繁动作的精准控制，采购及使用成本相对较低，结合同样成本较低的行星减速器后具有较好的经济性，与目前采用伺服电机、波减速器、RV减速器的多轴机械臂相比，成本明显更低。

作为优选，所述大臂驱动装置包括大臂驱动电机和大臂行星减速器，大臂驱动电机固定在安装座上，大臂行星减速器安装在大臂驱动电机的输出端，大臂行星减速器的输出端连有主动同步带轮，主动同步带轮通过同步带连接一从动同步带轮，从动同步带轮转动连接在安装座上，从动同步带轮通过传动轴连接一大臂主动链轮，大臂主动链轮通过大臂传动链条连接一大臂链轮，大臂链轮固连在一链轮轴上，链轮轴转动连接在安装座上。主动同步带轮、同步带、从动同步带轮、大臂主动链轮、大臂传动链条及大臂链轮构成所述的同步带及链条复合传动机构，可实现较长路径的传动，且此同步带及链条复合传动机构结构相对简单，技术成熟，易于维护，用以取代相对昂贵的RV减速器或者谐波减速器，有利于降低造价及使用、维护成本。

作为优选，大臂传动链条上啮合一张紧链轮，张紧链轮转动连接在安装座上。张紧链轮可使大臂传动链条保持张紧，避免传动失效。

作为优选，安装座上转动连接一张紧轮，张紧轮的轮面压紧同步带，张紧轮通过传动轴连接一大臂编码器。张紧轮压迫同步带，使同步带拉伸张紧，避免松弛打滑，确保传动精确。大臂编码器通过大臂传动链条与大臂驱动电机保持同步运转，为大臂驱动电机的运动控制提供监测反馈信号。通过张紧轮带动大臂编码器，更充分地利用了设备空间进行合理布局，与现有机械臂上通常采用的集成编码器伺服电机相比，可以减小电机的占用空间，同时安装方式更灵活。

作为优选，大臂驱动电机为步进电机。步进电机控制精度高，适合对短距离频繁动作的精准控制，采购及使用成本相对较低。

作为优选，底座、肩部、大臂上均设有保护壳体。保护壳体可对各组成部分上的动力装置及传动机构形成有效防护，减少机械硬损伤事故发生概率。

本发明的有益效果是：

结构合理，布局紧凑。本发明采用链传动机构、同步带及链条复合传动机构进行动力传输，可利用分散的零部件实现较长路径的传动，可充分利用设备空间进行合理布局，减少高集成度部件的使用，避免部件在局部空间内的集中安装。

降低成本，方便维护。本发明采用相对简单、经济的驱动装置及传动结构，具有更好的经济性及可维护性。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为本发明移除保护壳体后的一种结构示意图；

图3为本发明移除保护壳体后另一视角的内部结构示意图；

图4为本发明移除保护壳体后的一种侧视图；

图5为图4中A-A处的剖视结构示意图。

图中，1-底座，101-肩部驱动电机，102-肩部行星减速器，103-肩部传动链条，104-肩部编码器，105-被动链轮，106-支撑架，2-肩部，201-大臂驱动电机，202-大臂行星减速器，203-同步带，204-张紧轮，205-大臂传动链条，206-张紧链轮，207-链轮轴，208-大臂链轮，209-主动同步带轮，210-从动同步带轮，211-大臂主动链轮，3-大臂，4-安装座。

具体实施方式

下面结合附图具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例：

如图1至图5所示，一种机械臂的肩关节，包括底座1、肩部2和大臂3，底座1、肩部2、大臂3上均设有保护壳体。肩部2与底座1转动连接，大臂3与肩部2转动连接，肩部2包括安装座4和肩部驱动装置及肩部传动装置，底座1顶部固定有一圆柱形的支撑架106，安装座4通过轴承与支撑架106转动连接，大臂3与一大臂驱动装置传动连接，肩部传动装置包括被动链轮105，被动链轮105固定套接在支撑架106底端，使被动链轮105与安装座4成为转动连接，被动链轮105与肩部驱动装置通过链传动机构连接，大臂3与大臂驱动装置通过同步带及链条复合传动机构连接。所述肩部驱动装置包括肩部驱动电机101和肩部行星减速器102，肩部驱动电机101固定在安装座4上，肩部行星减速器102安装在肩部驱动电机101的输出端，肩部行星减速器102的输出端设有肩部主动链轮，肩部主动链轮与被动链轮105通过肩部传动链条103连接。肩部传动链条103上啮合一肩部编码器主动链轮，肩部编码器主动链轮转动连接在安装座4上，肩部编码器主动链轮通过传动轴连接一肩部编码器104。肩部驱动电机101为步进电机。所述大臂驱动装置包括大臂驱动电机201和大臂行星减速器202，大臂驱动电机201为步进电机，大臂驱动电机201固定在安装座4上，大臂行星减速器202安装在大臂驱动电机201的输出端，大臂行星减速器202的输出端连有主动同步带轮209，主动同步带轮209通过同步带203连接一从动同步带轮210，从动同步带轮210转动连接在安装座4上，从动同步带轮210通过传动轴连接一大臂主动链轮211，大臂主动链轮211通过大臂传动链条205连接一大臂链轮208，大臂链轮208固连在一链轮轴207上，链轮轴207转动连接在安装座4上。大臂传动链条205上啮合一张紧链轮206，张紧链轮206转动连接在安装座4上。安装座4上转动连接一张紧轮204，张紧轮204的轮面压紧同步带203，张紧轮204通过传动轴连接一大臂编码器。

肩部驱动装置通过链传动机构将动力传至被动链轮105，进而带动安装座4转动，同样，大臂3通过同步带及链条复合传动机构从大臂驱动装置获取动力，实现机械臂肩部的转动及摆动功能。肩部编码器104通过肩部传动链条103与肩部驱动电机101保持同步运转，为肩部驱动电机101的运动控制提供监测反馈信号。大臂编码器通过大臂传动链条205与大臂驱动电机201保持同步运转，为大臂驱动电机201的运动控制提供监测反馈信号。

Claims (10)

1.一种机械臂的肩关节，包括底座（1）、肩部（2）和大臂（3），肩部（2）与底座（1）转动连接，大臂（3）与肩部（2）转动连接，肩部（2）包括安装座（4）和肩部驱动装置及肩部传动装置，大臂（3）与一大臂驱动装置传动连接，其特征是肩部传动装置包括被动链轮（105），被动链轮（105）与安装座（4）转动连接，被动链轮（105）与肩部驱动装置通过链传动机构连接，大臂（3）与大臂驱动装置通过同步带及链条复合传动机构连接。

2.根据权利要求1所述的机械臂的肩关节，其特征是所述肩部驱动装置包括肩部驱动电机（101）和肩部行星减速器（102），肩部驱动电机（101）固定在安装座（4）上，肩部行星减速器（102）安装在肩部驱动电机（101）的输出端，肩部行星减速器（102）的输出端设有肩部主动链轮，肩部主动链轮与被动链轮（105）通过肩部传动链条（103）连接。

3.根据权利要求2所述的机械臂的肩关节，其特征是底座（1）顶部固定有一支撑架（106），安装座（4）通过轴承与支撑架（106）转动连接，被动链轮（105）固定在支撑架（106）上。

4.根据权利要求2所述的机械臂的肩关节，其特征是肩部传动链条（103）上啮合一肩部编码器主动链轮，肩部编码器主动链轮转动连接在安装座（4）上，肩部编码器主动链轮通过传动轴连接一肩部编码器（104）。

5.根据权利要求2所述的机械臂的肩关节，其特征是肩部驱动电机（101）为步进电机。

6.根据权利要求1所述的机械臂的肩关节，其特征是所述大臂驱动装置包括大臂驱动电机（201）和大臂行星减速器（202），大臂驱动电机（201）固定在安装座（4）上，大臂行星减速器（202）安装在大臂驱动电机（201）的输出端，大臂行星减速器（202）的输出端连有主动同步带轮（209），主动同步带轮（209）通过同步带（203）连接一从动同步带轮（210），从动同步带轮（210）转动连接在安装座（4）上，从动同步带轮（210）通过传动轴连接一大臂主动链轮（211），大臂主动链轮（211）通过大臂传动链条（205）连接一大臂链轮（208），大臂链轮（208）固连在一链轮轴（207）上，链轮轴（207）转动连接在安装座（4）上。

7.根据权利要求6所述的机械臂的肩关节，其特征是大臂传动链条（205）上啮合一张紧链轮（206），张紧链轮（206）转动连接在安装座（4）上。

8.根据权利要求6所述的机械臂的肩关节，其特征是安装座（4）上转动连接一张紧轮（204），张紧轮（204）的轮面压紧同步带（203），张紧轮（204）通过传动轴连接一大臂编码器。

9.根据权利要求6所述的机械臂的肩关节，其特征是大臂驱动电机（201）为步进电机。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的机械臂的肩关节，其特征是底座（1）、肩部（2）、大臂（3）上均设有保护壳体。