CN109079846A - 水平多关节机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平多关节机器人，旨在提供一种具有能够快速进行等距、等角度操作，转动精度较大，减少对准时间，提高操作和生产效率的优点的水平多关节机器人，其技术方案要点是，二级臂末端设有和机械手爪，机械手爪包括转动连接在二级臂末端的转臂，一级臂与二级臂之间设有用于驱动二者相对旋转的旋转机构，旋转机构包括用于连接一级臂和二级臂之间的转动轴、用于驱动转动轴旋转的驱动件，以及位于驱动件与转动轴之间用于确定转动轴旋转角度的定位件，定位件包括设于驱动件内的主动转盘和固定在转动轴上的从动转盘，主动转盘与从动转盘之间相互配合，能够提高机械臂的操作、转动精度，减少生产时所需的时间，大大提升操作和生产效率。

Description

水平多关节机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人领域，具体涉及一种水平多关节机器人。

背景技术

机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点。

机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手臂的应用也将会越来越广泛,机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备，作业的准确性和环境中完成作业的能力。工业机械手机器人的一个重要分支，机械手按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式。特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点。

机械手主要由执行机构、驱动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。

运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。

一般专用机械手有2～3个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。

目前，公开号为CN108406747A的中国专利公开了一种助力机械手，它手臂，其上设有第一锁紧件；转接件，其与手臂通过X向铰接轴进行铰接，使手臂绕X向铰接轴转动；锁紧机构，其可拆卸的固定在转接件上；

当手臂绕X向铰接轴转动至贴紧转接件，锁紧机构与第一锁紧件锁合，使手臂与转接件固定连接；连接件，其与转接件通过Z向铰接轴进行铰接，使固定连接的转接件和手臂同时绕Z向铰接轴转动；升降驱动机构，其与所述连接件连接，用于驱动连接件、转接件和手臂沿Z向移动。

这种助力机械手虽然解决人工无法控制机械手的搬运速度和力量，质量大、体积不等的工件难于装卸的问题，但是这种机械手在进行等距、等角度的零件拾取或安放时，如果转动的精度较大，这种机械手在旋转过程中难以对准，且对准的时间较长，操作效率较低，降低了整体的生产效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种水平多关节机器人，其具有能够快速进行等距、等角度操作，转动精度较大，减少对准时间，提高操作和生产效率的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种水平多关节机器人，包括底座和连接在底座上的机械手臂，机械手臂包括相互转动连接的一级臂和二级臂，一级臂与底座连接，二级臂末端设有和机械手爪，机械手爪包括转动连接在二级臂末端的转臂，一级臂与二级臂之间设有用于驱动二者相对旋转的旋转机构，旋转机构包括用于连接一级臂和二级臂之间的转动轴、用于驱动转动轴旋转的驱动件，以及位于驱动件与转动轴之间用于确定转动轴旋转角度的定位件，定位件包括设于驱动件内的主动转盘和固定在转动轴上的从动转盘，主动转盘与从动转盘之间相互配合。

通过采用上述技术方案，当机械手需要进行等距、等角度操作时，可以启动驱动件，带动一级臂与二级臂之间的转动轴旋转，从而实现一级臂与二级臂之间的相对旋转，同时定位件活动，通过主动转盘和从动转盘之间的互相配合，能够确定转动轴的转动角度，即一级臂与二级臂之间相对的旋转角度，从而实现一级臂与二级臂之间转动的精确控制，方便机器人对零件进行等距和等角度操作。

如此能够避免机器人在等距、等角度操作零件对准时所需要花费的大量时间，使机械臂旋转定角度，提高机械臂的操作、转动精度，减少生产时所需的时间，大大提升操作和生产效率。

进一步设置：主动转盘包括两片相对对称设置的扇形片，扇形片之间设有与其垂直的推动杆，推动杆末端固定有竖杆，竖杆垂直于主动转盘所在平面。

进一步设置：从动转盘上开设有若干个环绕其中点设置的弧形槽，弧形槽的形状与扇形片的形状相贴合，相邻弧形槽之间的从动转盘上开设有驱动槽，驱动槽的深度与推动杆的长度相同。

进一步设置：主动转盘与从动转盘处于同一水平面，且扇形片嵌设于弧形槽内，推动杆的高度低于从动转盘的高度并与之错位，竖杆的高度大于从动转盘的高度。

通过采用上述技术方案，当主动转盘旋转时，主动转盘上的推动杆能够间歇穿过从动转盘上的驱动槽，此时竖杆位于驱动槽内，带动从动转盘旋转，由此达到主动转盘间歇推动从动转盘旋转的目的，并且每次旋转均为等角度旋转，只需要改变主动转盘的型号就能够确机械臂每次旋转的角度；

此外，扇形片贴合弧形槽并且嵌设在弧形槽内，在竖杆脱离弧形槽，即从动转盘处于静止状态时，相互贴合的弧形槽和扇形片能够避免从动盘旋转，从而将一级臂与二级臂之间锁紧，防止机械手臂的误操作。

进一步设置：驱动件包括转动连接在一级臂内的过渡轴，以及用于带动过渡轴旋转的驱动电机，主动转盘同轴心固定在过渡轴上，驱动电机与过渡轴之间还设有锁紧件。

进一步设置：锁紧件包括与主动转盘同轴心固定在过渡轴上的锁紧蜗轮，一级臂内转动连接有与锁紧蜗轮啮合的锁紧蜗杆，驱动电机的输出轴与锁紧蜗杆一体设置。

通过采用上述技术方案，驱动电机输出轴旋转，带动主动转盘旋转，就能够带动从动转盘和机械手臂活动，而设置锁紧件能保持机械手臂的转动状态和转动角度，提升机械手臂使用时的稳定性，通过锁紧蜗杆和锁紧蜗轮之间的自锁性就能够达到锁紧的目的，避免机械手臂在使用中相对旋转。

进一步设置：转臂末端固定有爪盘，爪盘的外圆上设有若干个环绕爪盘设置的爪杆，爪杆呈折弯形状设置，其中间位置与爪盘铰接。

通过采用上述技术方案，在夹持过程中滑移杆同步向中心滑移，同时对圆盘的周边进行夹持，能够从圆盘周围对其均匀施加压力，从而实现圆形零件的夹持，且夹持效果良好，能够避免工件从机械手上脱落。

进一步设置：爪杆包括相互之间呈钝角设置的主动部和从动部，主动部与驱动盘连接，从动部呈弧线形状向爪盘中心方向弯折。

通过采用上述技术方案，主动部与从动部之间呈钝角设置，在驱动件带动爪杆活动时能够提升爪杆滑移的角度，而从动部呈弧线形状弯折设置，能够在夹持过程中提高夹持的稳定性，提升夹持效果。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

能够避免机器人在等距、等角度操作零件对准时所需要花费的大量时间，使机械臂旋转定角度，提高机械臂的操作、转动精度，减少生产时所需的时间，大大提升操作和生产效率。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是实施例1的结构晒意图；

图2是实施例1中用于显示机械手爪的示意图；

图3是实施例1中显示驱动件的示意图；

图4是实施例2中显示驱动件的示意图；

图5是实施例3中显示驱动件的示意图；

图6是实施例4中显示旋转机构的示意图；

图7是实施例4中显示旋转定位件的示意图。

图中，1、底座；2、机械手臂；21、一级臂；22、二级臂；23、机械手爪；24、转臂；25、爪盘；26、爪杆；261、主动部；262、从动部；3、旋转机构；31、转动轴；4、驱动件；41、过渡轴；42、驱动电机；43、锁紧件；431、锁紧蜗轮；432、锁紧蜗杆；44、同步轮；45、主动轮；46、同步带；47、定位齿轮；48、定位齿条；49、驱动气缸；5、定位件；51、主动转盘；511、扇形片；512、推动杆；513、竖杆；52、从动转盘；521、弧形槽；522、驱动槽；6、锁紧机构；61、锁紧齿条；62、锁紧气缸；63、锁紧孔；64、锁紧杆；641、锁紧部；642、滑移部；71、从动齿轮；72、旋转电机；73、活动齿轮；8、过渡机构；81、滑座；82、中间齿轮；83、定位气缸；84、限位块；9、旋转定位件；91、定位轴；92、定齿轮；93、定位棘轮；94、定位棘爪；95、旋转杆；96、活动盘；97、弹簧；98、旋转蜗杆；99、旋转蜗轮；100、锥齿轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本发明所采用的技术方案是：

实施例1，一种水平多关节机器人，如图1所示，其包括长方体形状的底座1和转动连接在底座1上的机械手臂2，机械手臂2包括相互转动连接的一级臂21和二级臂22，一级臂21与底座1连接，二级臂22末端设有和机械手爪23，机械手爪23包括转动连接在二级臂22末端的转臂24，转臂24末端固定有爪盘25，爪盘25的外圆上设有若干个环绕爪盘25设置的爪杆26，爪杆26呈折弯形状设置，其中间位置与爪盘25铰接。爪杆26包括相互之间呈钝角设置的主动部261和从动部262，主动部261与驱动盘连接，从动部262呈弧线形状向爪盘25中心方向弯折。

如图1和图2所示，一级臂21与二级臂22之间设有用于驱动二者相对旋转的旋转机构3，旋转机构3包括用于连接一级臂21和二级臂22之间的转动轴31、用于驱动转动轴31旋转的驱动件4，以及位于驱动件4与转动轴31之间用于确定转动轴31旋转角度的定位件5，定位件5包括设于驱动件4内的主动转盘51和固定在转动轴31上的从动转盘52，主动转盘51与从动转盘52之间相互配合。

如图2和图3所示，主动转盘51包括两片相对对称设置的扇形片511，扇形片511之间设有与其垂直的推动杆512，推动杆512末端固定有竖杆513，竖杆513垂直于主动转盘51所在平面。从动转盘52上开设有若干个环绕其中点设置的弧形槽521，弧形槽521的形状与扇形片511的形状相贴合，相邻弧形槽521之间的从动转盘52上开设有驱动槽522，驱动槽522的深度与推动杆512的长度相同。

如图2和图3所示，主动转盘51与从动转盘52处于同一水平面，且扇形片511嵌设于弧形槽521内，推动杆512的高度低于从动转盘52的高度并与之错位，竖杆513的高度大于从动转盘52的高度。驱动件4包括转动连接在一级臂21内的过渡轴41，以及用于带动过渡轴41旋转的驱动电机42，主动转盘51同轴心固定在过渡轴41上，驱动电机42与过渡轴41之间还设有锁紧件43。

如图2和图3所示，锁紧件43包括与主动转盘51同轴心固定在过渡轴41上的锁紧蜗轮431，一级臂21内转动连接有与锁紧蜗轮431啮合的锁紧蜗杆432，驱动电机42的输出轴与锁紧蜗杆432一体设置。当主动转盘51旋转时，主动转盘51上的推动杆512能够间歇穿过从动转盘52上的驱动槽522，此时竖杆513位于驱动槽522内，带动从动转盘52旋转，并且每次旋转均为等角度旋转，只需要改变主动转盘51的型号就能够确机械臂每次旋转的角度。

实施例2，一种水平多关节机器人，与实施例1的不同之处在于，如图4所示，旋转机构3包括用于连接一级臂21和二级臂22之间的转动轴31、用于驱动转动轴31旋转的驱动件4，所述驱动件4包括与转动轴31同轴心设置的同步轮44，以及平行于同步轮44转动连接于一级臂21中间位置的主动轮45，主动轮45与同步轮44之间通过同步带46联动，且主动轮45通过主动轴转动连接于一级臂21内。

如图4所示，驱动件4包括与主动轮45同轴心固定在主动轴上的定位齿轮47，以及滑移连接在一级臂21内的定位齿条48，定位齿条48与定位齿轮47之间相互啮合，一级臂21内还设有用于带动定位齿条48滑移的驱动气缸49。驱动齿条上固定有距离传感器，其参考点位于底座1内，用于检测定位齿条48滑移的长度。

如图4所示，转动轴31转动连接在一级臂21上，并与二级臂22固定连接。转动轴31与一级臂21之间过盈配合，一级臂21中还设有用于锁紧定位齿轮47避免其旋转的锁紧机构6，锁紧机构6包括滑动连接在一级臂21中的锁紧齿条61，锁紧齿条61与定位齿条48相互垂直，并通过设于一级臂21中的锁紧气缸62带动滑移，锁紧齿条61与定位齿轮47相互配合。

实施例3，一种水平多关节机器人，与实施例2的不同之处在于，如图5所示，锁紧件43包括若干个环绕定位齿轮47圆心开设于定位齿轮47上的锁紧孔63，一级臂21内滑移连接有锁紧杆64，锁紧杆64包括水平设置的滑移部642和垂直于水平面的锁紧部641，锁紧部641与锁紧孔63配合，锁紧杆64通过设于一级臂21中的锁紧气缸62带动滑移。

实施例4，一种水平多关节机器人，与实施例1或2的不同之处在于，如图6和图7所示，转动轴31上固定有从动齿轮71，驱动件4与从动齿轮71之间设有滑移连接在一级臂21内的过渡机构8，过渡机构8包括长方体设置的滑座81，滑座81一端转动连接有中间齿轮82，另一端设有用于确定从动齿轮71旋转角度的旋转定位件9。

如图6和图7所示，驱动件4包括固定在一级臂21内的旋转电机72和固定在旋转电机72输出轴上的活动齿轮73，活动齿轮73、中间齿轮82和从动齿轮71均位于同一高度的水平面上，且中间齿轮82移动至固定点时，活动齿轮73、中间齿轮82和从动齿轮71依次啮合。

如图6和图7所示，旋转定位件9包括转动连接在滑座81上的定位轴91，定位轴91上固定有定齿轮92和定位棘轮93，滑座81上转动连接有用于驱动定位棘轮93旋转的定位棘爪94。滑座81上转动连接有旋转杆95，旋转杆95末端固定有活动盘96，定位棘爪94偏心连接在活动盘96上，并与之转动连接，滑座81上还设有用于驱动定位棘爪94朝向定位棘轮93旋转的弹簧97。

如图6和图7所示，旋转定位件9包括同轴心固定在旋转杆95上的旋转蜗轮99以及转动连接在滑座81上的旋转蜗杆98，旋转蜗轮99与旋转蜗杆98相互啮合，旋转蜗杆98以及旋转电机72的输出轴上设有相互适配的锥齿轮100，旋转蜗杆98随滑座81移动至指定点时，两个锥齿轮100相互啮合，且定齿轮92与从动齿轮71啮合。一级臂21内固定有定位气缸83，定位气缸83的输出轴固定在滑座81上用于推动滑座81滑移，一级臂21内还设有用于限制滑座81滑移距离的限位块84。

以上是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种水平多关节机器人，包括底座(1)和连接在底座(1)上的机械手臂(2)，机械手臂(2)包括相互转动连接的一级臂(21)和二级臂(22)，一级臂(21)与底座(1)连接，其特征在于：所述二级臂(22)末端设有和机械手爪(23)，机械手爪(23)包括转动连接在二级臂(22)末端的转臂(24)，一级臂(21)与二级臂(22)之间设有用于驱动二者相对旋转的旋转机构(3)，旋转机构(3)包括用于连接一级臂(21)和二级臂(22)之间的转动轴(31)、用于驱动转动轴(31)旋转的驱动件(4)，以及位于驱动件(4)与转动轴(31)之间用于确定转动轴(31)旋转角度的定位件(5)，定位件(5)包括设于驱动件(4)内的主动转盘(51)和固定在转动轴(31)上的从动转盘(52)，主动转盘(51)与从动转盘(52)之间相互配合。

2.根据权利要求1所述的水平多关节机器人，其特征在于：所述主动转盘(51)包括两片相对对称设置的扇形片(511)，扇形片(511)之间设有与其垂直的推动杆(512)，推动杆(512)末端固定有竖杆(513)，竖杆(513)垂直于主动转盘(51)所在平面。

3.根据权利要求2所述的水平多关节机器人，其特征在于：所述从动转盘(52)上开设有若干个环绕其中点设置的弧形槽(521)，弧形槽(521)的形状与扇形片(511)的形状相贴合，相邻弧形槽(521)之间的从动转盘(52)上开设有驱动槽(522)，驱动槽(522)的深度与推动杆(512)的长度相同。

4.根据权利要求3所述的水平多关节机器人，其特征在于：所述主动转盘(51)与从动转盘(52)处于同一水平面，且扇形片(511)嵌设于弧形槽(521)内，推动杆(512)的高度低于从动转盘(52)的高度并与之错位，竖杆(513)的高度大于从动转盘(52)的高度。

5.根据权利要求1所述的水平多关节机器人，其特征在于：所述驱动件(4)包括转动连接在一级臂(21)内的过渡轴(41)，以及用于带动过渡轴(41)旋转的驱动电机(42)，主动转盘(51)同轴心固定在过渡轴(41)上，驱动电机(42)与过渡轴(41)之间还设有锁紧件(43)。

6.根据权利要求5所述的水平多关节机器人，其特征在于：所述锁紧件(43)包括与主动转盘(51)同轴心固定在过渡轴(41)上的锁紧蜗轮(431)，一级臂(21)内转动连接有与锁紧蜗轮(431)啮合的锁紧蜗杆(432)，驱动电机(42)的输出轴与锁紧蜗杆(432)一体设置。

7.根据权利要求1所述的水平多关节机器人，其特征在于：所述转臂(24)末端固定有爪盘(25)，爪盘(25)的外圆上设有若干个环绕爪盘(25)设置的爪杆(26)，爪杆(26)呈折弯形状设置，其中间位置与爪盘(25)铰接。

8.根据权利要求7所述的水平多关节机器人，其特征在于：所述爪杆(26)包括相互之间呈钝角设置的主动部(261)和从动部(262)，主动部(261)与驱动盘连接，从动部(262)呈弧线形状向爪盘(25)中心方向弯折。