CN109079847A - 多关节工业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多关节工业机器人，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多关节工业机器人，其技术方案要点是，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，以及用于驱动转动轴旋转的驱动件，转动轴上固定有从动齿轮，驱动件与从动齿轮之间设有滑移连接在一级臂内的过渡机构，过渡机构包括长方体设置的滑座，滑座一端转动连接有中间齿轮，另一端设有用于确定从动齿轮旋转角度的旋转定位件。

Description

多关节工业机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人领域，具体涉及一种多关节工业机器人。

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多关节工业机器人，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：

一种多关节工业机器人，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，以及用于驱动转动轴旋转的驱动件，转动轴上固定有从动齿轮，驱动件与从动齿轮之间设有滑移连接在一级臂内的过渡机构，过渡机构包括长方体设置的滑座，滑座一端转动连接有中间齿轮，另一端设有用于确定从动齿轮旋转角度的旋转定位件。

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；当一级臂与二级臂之间需要自由旋转时，滑座滑移，使中间齿轮分别与从动齿轮和驱动件啮合，此时驱动件能够直接通过中间齿轮带动转动轴旋转，从而完成一级臂与二级臂之间的自由旋转；

当一级臂与二级臂之间需要定角度旋转时，滑座向另一端滑移，此时旋转定位件位于驱动件与从动齿轮之间，驱动件通过旋转定位件带动旋转轴旋转，就能够实现一级臂与二级臂之间的定角度旋转，以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：驱动件包括固定在一级臂内的旋转电机和固定在旋转电机输出轴上的活动齿轮，活动齿轮、中间齿轮和从动齿轮均位于同一高度的水平面上，且中间齿轮移动至固定点时，活动齿轮、中间齿轮和从动齿轮依次啮合。

通过采用上述技术方案，当一级臂与二级臂之间需要自动旋转时，中间齿轮位于活动齿轮与从动齿轮之间，活动齿轮旋转依次带动中间齿轮和从动齿轮活动，达到驱动机械臂活动的目的。

进一步设置：旋转定位件包括转动连接在滑座上的定位轴，定位轴上固定有定齿轮和定位棘轮，滑座上转动连接有用于驱动定位棘轮旋转的定位棘爪。

通过采用上述技术方案，当一级臂与二级臂之间需要定角度旋转时，操作人员能够通过定位棘爪带动定位机轮，由于棘轮上均匀设有若干棘齿，定位棘爪带动定位棘轮旋转，每次定位棘爪的活动就能够带动定位棘轮旋转一定角度，从而达到一级臂与二级臂之间定角度旋转的目的。

进一步设置：滑座上转动连接有旋转杆，旋转杆末端固定有活动盘，定位棘爪偏心连接在活动盘上，并与之转动连接，滑座上还设有用于驱动定位棘爪朝向定位棘轮旋转的弹簧。

通过采用上述技术方案，操作人员驱动旋转杆带动活动盘旋转，由于定位棘爪偏心连接在活动盘上，且通过弹簧驱动，当定位棘爪活动时，弹簧和活动盘的偏心旋转能够驱使定位棘爪推动定位棘轮。

进一步设置：旋转定位件包括同轴心固定在旋转杆上的旋转蜗轮以及转动连接在滑座上的旋转蜗杆，旋转蜗轮与旋转蜗杆相互啮合，旋转蜗杆以及旋转电机的输出轴上设有相互适配的锥齿轮，旋转蜗杆随滑座移动至指定点时，两个锥齿轮相互啮合，且定齿轮与从动齿轮啮合。

通过采用上述技术方案，当旋转定位件滑移至指定位置时，旋转电机输出轴上的锥齿轮与旋转蜗杆上的锥齿轮相互啮合，从而依次带动旋转蜗轮和活动盘旋转，就能够实现棘轮的旋转，达到一级臂与二级臂之间定角度旋转的目的。

进一步设置：一级臂内固定有定位气缸，定位气缸的输出轴固定在滑座上用于推动滑座滑移，一级臂内还设有用于限制滑座滑移距离的限位块。

通过采用上述技术方案，定位气缸能够推动滑座滑动，在需要时定位气缸能够改变旋转定位件位于其中的位置，而限位块的设置能够限制滑座的滑移距离，避免滑座滑移量过大。

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1，一种多关节工业机器人，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2，一种多关节工业机器人，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3，一种多关节工业机器人，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4，一种多关节工业机器人，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)

1.一种多关节工业机器人，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)，以及用于驱动转动轴(31)旋转的驱动件(4)，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)。

2.根据权利要求1所述的多关节工业机器人，其特征在于：所述驱动件(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。

3.根据权利要求2所述的多关节工业机器人，其特征在于：所述旋转定位件(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)。

4.根据权利要求3所述的多关节工业机器人，其特征在于：所述滑座(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)。

5.根据权利要求4所述的多关节工业机器人，其特征在于：所述旋转定位件(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。

6.根据权利要求1所述的多关节工业机器人，其特征在于：所述一级臂(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)。

7.根据权利要求1所述的多关节工业机器人，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所述的多关节工业机器人，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。