CN108381535A - 一种新型轻型六自由度协作机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种新型轻型六自由度协作机械臂，包括底座和多个关节本体，其中一个关节本体固定在底座上，其余关节本体相互组装成型；关节本体包括壳体、电机和减速机，减速机固定在壳体中，减速机的输出端穿过壳体设置在外，电机也固定在壳体中，电机的输出轴上设有第一同步带轮，减速机的输入端上设有第二同步带轮，第一同步带轮和第二同步带轮之间通过同步带相连接，电机控制减速机的输出端进行转动；一个关节本体的减速机的输出端可固定在另一个关节本体的转接开口上，本发明模块化设计、易生产制造、易使用、高负载/自重比、模块化可重构、可靠性高。

Description

一种新型轻型六自由度协作机械臂

技术领域

本发明涉及一种机械臂，特别涉及一种新型轻型六自由度协作机械臂。

背景技术

机器人一般可理解为：一种可编程的通过自动控制区完成某些操作和移动作业的机器。人们力图把这种机器设计成具有仿人或动物的某些功能，并使这些功能扩大和延伸以替代人去工作。

工业机器人（Industrial robot）是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作及，用于搬运材料、工件或操持工具，完成各种作业。它可以是固定式或移动式。工业机器人的控制功能和结构特点以及自治能力各有差异，但必须具备三个基本要求：采用以CPU为核心的控制器进行控制，如工业控制计算机、NC控制器、PLC等；能输入指令进行记忆和再现；能独立地按给定指令在三维空间内进行操作。工业机器人的应用非常广泛，制造业和非制造业各领域都可以采用。目前常用的工业机器人有喷涂机器人、点焊机器人、弧焊机器人、搬运机器人、装配机器人、冲压及压铸上下料机器人等，还有在特殊作业环境下采用的机器人。本篇所属的机器人一般意指工业 机器人。

一台工业机器人一般由机器人本体，控制装置和驱动单元三部分构成。工业机器人具有和人手臂相似的动作功能，可在空间抓放物体或进行其他操作的机械装置，有些机器人还带有使操作机构移动的机械装置--移动机构和行走机构。工业机器人本体包括基座：工业机器人机构中相对固定，并承受相应力的基础部件。手臂：由机器人本体的动力关节和连接杆件等构成，用于支承和调整手腕和末端执行器位置的部件（手臂又称主轴）。手腕：支承和调整末端执行器姿态的部件（手腕又称次轴）。末端执行器：工业机器人直接执行工作的装置（如夹持器、工具和传感器等）。机械接口：为与末端执行器相连接的机械连接界面。控制装置：由人操作启动、停机及示教机器人的一种装置。即期二年控制装置由计算机控制系统、伺服驱动系统、电源装置及操作装置（如操作面板、显示器、示教盒和操作杆等）组成。驱动单元包括驱动器：将电能或流体能等转换成机械能的动力装置。按动力源的类别可分为电动驱动、液压驱动和气压驱动三类。减速器：所采用的传动减速机构与一般的机械传动机构类似，常用的有谐波齿轮减速器、摆线针轮减速器、蜗杆减速器、滚珠丝杠、链条、同步齿形带、钢带及钢丝等。检测元件：检测机器人自身运动状态的元件，包括位置传感器（位移和角度）、速度传感器、加速度传感器及平衡传感器等。

工业机器人一般分为操作型机器人：是一种能自动控制、可重复编程、多功能、具有几个自由度的操作机器人，可固定在某处或可移动，用于工业自动化系统中。顺控型机器人：按预先要求的顺序及条件对机械动作一次进行控制的机器人。示教再现型机器人：是一种按示教程序输入工作程序、自动重复地进行工作的机器人。数控性机器人：通过数值、语言等示教其顺序、条件、位置及吉他信息，根据这些信息进行作业的机器人。智能机器人：由人工智能决定行动的机器人。感觉控制型机器人：具有适应控制功能的机器人。所谓适应控制是指适应环境变化控制等特性，以满足所需要的条件。学习控制型机器人：具有学习控制功能的机器人。所谓学习控制是指反应作业经验，进行适当地作业控制。本篇中的机器人为操作型示教再现机器人。

工业机器人根据控制方式分为伺服控制型机器人：通过伺服机构进行控制的机器人。有位置伺服、力伺服、软件伺服等。非伺服控制型机器人：通过伺服意外的手段进行控制的机器人。连续路径控制机器人：不仅要控制行程的起点和终点，而且控制其路径的机器人。点位控制机器人：只控制运动所达到的位姿，而不控制路径的机器人。根据上述，本篇机器人为伺服控制连续路径控制机器人。

工业机器人根据动作机构分为直角坐标型机器人：机器人的手臂具有三个直线运动关节，并按直角坐标系形式动作的机器人。圆柱坐标型机器人：机器人的手臂具有一个旋转运动和两个直线运动关节，并按圆柱坐标形式动作的机器人。球（极）坐标型机器人：机器人的手臂具有两个旋转运动和一个直线运动关节，并按球坐标形式动作的机器人。关节型机器人：机器人手臂具有三个旋转运动关节，并类似人的上肢关节动作的机器人。根据上述，本篇机器人为关节型机器人。

传统的机器臂大都固定形状和类型，即针对用户的要求，进行专门的设计，只能适用于某一个特定环境，如果改变应用场景则原有的机械臂就不再适用，除此之外，传统机械臂灵活性差，且各种机械臂产品规格多，零件的通用性差，而且存在质量和可靠性都不稳定等问题，不能够满足实际需求。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种新型轻型六自由度协作机械臂，模块化设计、易生产制造、易使用、高负载/自重比、模块化可重构、可靠性高。

具体的技术方案如下：

一种新型轻型六自由度协作机械臂，包括底座和多个关节本体，其中一个关节本体固定在底座上，其余关节本体相互组装成型；

关节本体包括壳体、电机和减速机，减速机固定在壳体中，减速机的输出端穿过壳体设置在外，电机也固定在壳体中，电机的输出轴上设有第一同步带轮，减速机的输入端上设有第二同步带轮，第一同步带轮和第二同步带轮之间通过同步带相连接，电机控制减速机的输出端进行转动；

一个关节本体的减速机的输出端可固定在另一个关节本体的转接开口上。

进一步的，壳体包括前盖和后盖，减速机和电机均固定在前盖中，后盖在与前盖的连接处设有卡板，卡板插入式的设置在前盖后、从侧边通过螺丝将卡板和前盖加以锁紧固定，前盖的侧壁上设有转接开口。

进一步的，减速机分别通过第一螺栓和加固销钉固定在壳体中。

进一步的，壳体中设有一圈固定台阶，加固销钉垂直的固定在固定台阶上，加固销钉穿过减速机，螺母与加固销钉的顶部通过螺纹配合加以锁紧固定，从而将减速机固定在壳体中。

进一步的，加固销钉的中部为光轴部分，光轴部分的两端分别设有一段固定螺牙，固定台阶上设有多个内螺纹固定孔，加固销钉其中一端的固定螺牙通过螺纹配合固定在内螺纹固定孔中，加固销钉另一端的固定螺牙与螺母通过螺纹配合锁紧固定。

进一步的，减速机为中空谐波减速机。

进一步的，加固销钉的光轴部分与谐波减速机上相应的配合孔间隙配合。

进一步的，减速机上设有穿线保护套，穿线保护套包括护套本体、支撑板和垫高螺柱；

护套本体包括一体式结构的上护套和下护套，上护套和下护套中设有相互连通的穿线通道，上护套的外壁上设有限位块，护套本体的下护套穿过支撑板、使支撑板与上护套贴合设置并加以固定，垫高螺柱垂直的设置在支撑板的两侧。

进一步的，第二螺栓穿过限位块将上护套固定在支撑板上。

进一步的，垫高螺柱包括垫高柱和第三螺栓，第三螺栓自上而下的穿过支撑板，垫高柱套设在第三螺栓的外部、且位于支撑板的下方。

进一步的，护套本体以尼龙为材料制成，支撑板为铁板。

进一步的，底座包括一体成型的底板和支撑柱，底板为水平设置的圆形结构板，底板上设有第一通道，支撑柱为圆柱体结构，支撑柱中设有第二通道，第二通道的内径与第一通道的内径相等，支撑柱同轴且垂直的固定在底板上，支撑柱的内壁上设有谐波减速机安装孔，支撑柱的外壁上设有航插预装配面。

进一步的，支撑柱的外壁上均匀布设多个加强筋，加强筋轴向固定在支撑柱上。

进一步的，底板上均匀设有多个避让孔。

本发明的有益效果为：

本发明的关节本体可以相互拼接形成机械臂的大臂或小臂，每个关节本体都可以互相连接，可根据应用场景的具体不同要求，如负载不同，臂展要求不同，选择相应的关节模块并组装；

本发明将护套本体自上而下穿过支撑板，通过第一螺栓将穿过限位块将上护套固定在支撑板上，将下护套穿过中空减速机中间旋转轴，将支撑板上的两个垫高螺柱安装在谐波减速机钢轮上，伺服电机通过皮带轮带动谐波减速机输入高速旋转，而钢轮部分不旋转，所以尼龙材质的护套本体与其中穿过的电缆相对静止，保护机械臂电缆不被中空谐波减速机旋转轴破坏，并提高了刚性支撑力；

加固销钉安装时，先将加固销钉的其中一端的固定螺牙通过螺纹配合固定在内螺纹固定孔中，使加固销钉垂直的固定在固定台阶上，然后将谐波减速机相应配合孔与加固销钉光轴部分配合安装，谐波减速机安装到位后，在加固销钉另一端的固定螺牙上装好螺母，防止松动；

底座的结构设置，大大降低机器人本体重量做到高负载/自重比，同时保证足够的刚性等机械性能；

综上所述，本发明模块化设计、易生产制造、易使用、高负载/自重比、模块化可重构、可靠性高。

附图说明

图1为本发明结构图。

图2为内部总装图。

图3为第一壳体结构图。

图4为图3中A-A方向剖视图。

图5为后盖结构图。

图6为第一减速机固定状态剖视图。

图7为加固销钉结构图。

图8为穿线保护套装配图。

图9为穿线保护套结构图。

图10为实施例二中吸盘组件装配图。

图11为吸盘组件结构图。

图12为吸盘结构剖视图。

图13为底座结构图。

图14为底座仰视图。

附图标记

底座1、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、第六关节7、第一壳体8、第一电机9、第一减速机10、第一同步带轮11、第二同步带轮12、同步带13、第二壳体14、第二减速机15、第二电机16、转接开口17、底板18、支撑柱19、第二通道21、谐波减速机安装孔22、航插预装配面23、第一连接臂24、第二连接臂25、第三连接臂26、前盖27、后盖28、卡板29、第一螺栓30、加固销钉31、固定台阶32、螺母33、光轴部分34、固定螺牙35、穿线保护套36、护套本体37、支撑板38、垫高螺柱39、上护套40、下护套41、穿线通道42、限位块43、第二螺栓44、垫高柱45、第三螺栓46、加强筋47、避让孔48、吸盘组件49、安装板50、吸盘结构51、第一通孔52、第二通孔53、安装孔54、吸盘55、连杆56、第一内螺纹孔57、第一套环58、锁定轴59、第一螺母60、限位挡块61、压盖62、垫圈63、第二螺母64、护板65、吸气通道66、气嘴67、真空泵68、弹簧69。

具体实施方式

为使本发明的技术方案更加清晰明确，下面结合附图对本发明进行进一步描述，任何对本发明技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本发明保护范围。

实施例一

如图所示一种新型轻型六自由度协作机械臂，包括底座1、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；

第一关节、第二关节、第三关节、第四关节均包括第一壳体8、第一电机9和第一减速机10，第一减速机固定在第一壳体中，第一减速机的输出端穿过第一壳体设置在外，第一电机也固定在第一壳体中，第一电机的输出轴上设有第一同步带轮11，第一减速机的输入端上设有第二同步带轮12，第一同步带轮和第二同步带轮之间通过同步带13相连接，第一电机控制第一减速机的输出端进行转动；

第五关节和第六关节均包括第二壳体14，第二壳体中设有第二减速机15和第二电机16，第二电机的输出轴与第二减速机的输入端直接连接；

第一壳体和第二壳体上均设有转接开口17；

底座包括一体成型的底板18和支撑柱19，底板为水平设置的圆形结构板，底板上设有第一通道，支撑柱为圆柱体结构，支撑柱中设有第二通道21，第二通道的内径与第一通道的内径相等，支撑柱同轴且垂直的固定在底板上，支撑柱的内壁上设有谐波减速机安装孔22，支撑柱的外壁上设有航插预装配面23；

第一关节通过第一减速机垂直的固定在底座的谐波减速机装配面上，第二关节通过第一减速机水平的固定在第一关节的转接开口上，第二关节的转接开口上垂直的与第一连接臂24的一端相连接，第一连接臂的另一端垂直的与第三关节的转接开口相连接，第三关节的第一减速机与第二连接臂25相连接，第二连接臂上垂直的与第三连接臂26的一端相连接，第三连接臂的另一端垂直的与第四关节的转接开口相连接，第四关节的第一减速机与第五关节的转接开口相连接，第五关节的第二减速机与第六关节的转接开口相连接。

第一壳体包括前盖27和后盖28，第一减速机和第一电机均固定在前盖中，后盖在与前盖的连接处设有卡板29，卡板插入式的设置在前盖后、从侧边通过螺丝将卡板和前盖加以锁紧固定，转接开口设置在前盖的侧壁上；

第一减速机分别通过第一螺栓30和加固销钉31固定在第一壳体中。

第一壳体中设有一圈固定台阶32，加固销钉垂直的固定在固定台阶上，加固销钉穿过第一减速机，螺母33与加固销钉的顶部通过螺纹配合加以锁紧固定，从而将第一减速机固定在壳体中。

进一步的，加固销钉的中部为光轴部分34，光轴部分的两端分别设有一段固定螺牙35，固定台阶上设有多个内螺纹固定孔，加固销钉其中一端的固定螺牙通过螺纹配合固定在内螺纹固定孔中，加固销钉另一端的固定螺牙与螺母通过螺纹配合锁紧固定。

进一步的，第一减速机为中空谐波减速机。

进一步的，加固销钉的光轴部分与第一减速机上相应的配合孔间隙配合。

进一步的，第一减速机上设有穿线保护套36，穿线保护套包括护套本体37、支撑板38和垫高螺柱39；

护套本体包括一体式结构的上护套40和下护套41，上护套和下护套中设有相互连通的穿线通道42，上护套的外壁上设有限位块43，护套本体的下护套穿过支撑板、使支撑板与上护套贴合设置并加以固定，垫高螺柱垂直的设置在支撑板的两侧。

进一步的，第二螺栓44穿过限位块将上护套固定在支撑板上。

进一步的，垫高螺柱包括垫高柱45和第三螺栓46，第三螺栓自上而下的穿过支撑板，垫高柱套设在第三螺栓的外部、且位于支撑板的下方。

进一步的，护套本体以尼龙为材料制成，支撑板为铁板。

进一步的，支撑柱的外壁上均匀布设多个加强筋47，加强筋轴向固定在支撑柱上。

进一步的，底板上均匀设有多个避让孔48。

实施例二

同实施例一所述的一种新型轻型六自由度协作机械臂，其不同之处在于，第六关节上可选配安装吸盘组件49，吸盘组件包括安装板50，安装板可拆卸的固定在机械臂上，安装板上设有多个吸盘结构51，吸盘结构可拆卸的安装在安装板上。

进一步的，吸盘结构的数量为四个，四个吸4盘结构以2*2的形式设置在安装板上。

进一步的，安装板为矩形板，安装板上设有两个圆形结构的第一通孔52，第一通孔之间设有两个圆形结构的第二通孔53，第一通孔的孔径大于第二通孔的孔径，两个第一通孔沿安装板长度方向设置，两个第二通孔沿安装板宽度方向设置，第一通孔、第二通孔之间设有多个安装孔54，螺栓穿过安装孔将安装板固定在机械臂上。

进一步的，吸盘结构包括吸盘55、连杆56和锁定机构，吸盘一端为吸取端、吸盘的另一端为连接端，吸盘的连接端上设有第一内螺纹孔57，吸盘的连接端上还设有第一套环58，第一套环的外壁设有外螺纹，第一套环与第一内螺纹孔同轴设置；

连杆的一端同轴的设有锁定轴59，锁定轴上设有外螺纹，连杆的一端穿过第一套环、使锁定轴通过螺纹配合锁紧固定在第一内螺纹孔中，第一套环的外壁通过第一螺母60加以锁紧固定；连杆的外壁上设有限位挡块61，连杆穿过安装板使限位挡块压设在安装板上；

锁定机构包括压盖62、垫圈63和第二螺母64，压盖上设有多个圆弧形结构的护板65，相邻的两个护板之间设有间隙，护板之间围绕形成第二套环，第二套环的外壁上设有外螺纹，压盖上还设有压槽，压槽与限位挡块相契合，压盖压设在安装板上、使限位挡板嵌入式的设置在压槽中，护板穿过安装板并通过第二螺母加以锁紧固定，垫圈套设在连杆上、且过盈配合的设置在第二套环内；

吸盘上设有吸气通道66，吸气通道与气嘴67相连接。

进一步的，气嘴与真空泵68相连接。

进一步的，第一套环与压盖之间设有弹簧69，弹簧套设在连杆上，弹簧处于压缩状态。

吸盘组件的安装方法如下：将压盖和弹簧自锁定轴一端套设在连杆上，锁定轴通过螺纹配合锁紧固定在第一内螺纹孔中，第一套环的外壁通过第一螺母加以锁紧固定，压盖压设在安装板上、使限位挡板嵌入式的设置在压槽中，护板穿过安装板，垫圈套设在连杆上、且过盈配合的设置在第二套环内，第二套环通过第二螺母加以锁紧固定， 再将气嘴与真空泵相连接；使用时，通过真空泵对产品进行吸取即可；吸盘组件结构设计合理，使用安装方便、快捷，减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率，稳定性好，牢固性高。

Claims (9)

1.一种新型轻型六自由度协作机械臂，其特征为，包括底座和多个关节本体，其中一个关节本体固定在底座上，其余关节本体相互组装成型；

关节本体包括壳体、电机和减速机，减速机固定在壳体中，减速机的输出端穿过壳体设置在外，电机也固定在壳体中，电机的输出轴上设有第一同步带轮，减速机的输入端上设有第二同步带轮，第一同步带轮和第二同步带轮之间通过同步带相连接，电机控制减速机的输出端进行转动；

一个关节本体的减速机的输出端可固定在另一个关节本体的转接开口上。

2.如权利要求1所述的一种新型轻型六自由度协作机械臂，其特征为，壳体包括前盖和后盖，减速机和电机均固定在前盖中，后盖在与前盖的连接处设有卡板，卡板插入式的设置在前盖后、从侧边通过螺丝将卡板和前盖加以锁紧固定，前盖的侧壁上设有转接开口。

3.如权利要求1所述的一种新型轻型六自由度协作机械臂，其特征为，减速机分别通过第一螺栓和加固销钉固定在壳体中。

4.如权利要求1所述的一种新型轻型六自由度协作机械臂，其特征为，壳体中设有一圈固定台阶，加固销钉垂直的固定在固定台阶上，加固销钉穿过减速机，螺母与加固销钉的顶部通过螺纹配合加以锁紧固定，从而将减速机固定在壳体中。

5.如权利要求4所述的一种新型轻型六自由度协作机械臂，其特征为，加固销钉的中部为光轴部分，光轴部分的两端分别设有一段固定螺牙，固定台阶上设有多个内螺纹固定孔，加固销钉其中一端的固定螺牙通过螺纹配合固定在内螺纹固定孔中，加固销钉另一端的固定螺牙与螺母通过螺纹配合锁紧固定。

6.如权利要求1所述的一种新型轻型六自由度协作机械臂，其特征为，减速机为中空谐波减速机。

7.如权利要求4所述的一种新型轻型六自由度协作机械臂，其特征为，加固销钉的光轴部分与谐波减速机上相应的配合孔间隙配合。

8.如权利要求1所述的一种新型轻型六自由度协作机械臂，其特征为，减速机上设有穿线保护套，穿线保护套包括护套本体、支撑板和垫高螺柱；

护套本体包括一体式结构的上护套和下护套，上护套和下护套中设有相互连通的穿线通道，上护套的外壁上设有限位块，护套本体的下护套穿过支撑板、使支撑板与上护套贴合设置并加以固定，垫高螺柱垂直的设置在支撑板的两侧。

9.如权利要求8所述的一种新型轻型六自由度协作机械臂，其特征为，第二螺栓穿过限位块将上护套固定在支撑板上。