CN109849031A - 模块化可锁定关节机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化可锁定关节机器人，包括滚珠丝杠导轨平台以及安装于滚珠丝杠导轨平台上的多个机械臂，滚珠丝杠导轨平台顶面设置有法兰，滚珠丝杠导轨平台上安装有多根丝杠，机械臂通过螺母安装于丝杠上且相对于其可移动，机械臂包括机械臂底座、上臂、下臂以及安装于下臂上且相对于其可调整安装角度的电磁夹钳，机械臂底座与丝杠上螺母固定连接，上臂相对于机械臂底座可转动，下臂相对于上臂可转动，机械臂底座和上臂、上臂和下臂之间均通过液压式可锁定关节连接以实现锁定，下臂与电磁夹钳之间通过端面齿盘连接。本发明提出的模块化可锁定关节机器人，其适应性强、能应对多种不同工件。

Description

模块化可锁定关节机器人

技术领域

本发明涉及工件装备技术领域，尤其涉及一种模块化可锁定关节机器人。

背景技术

近年来，随着我国劳动力成本的逐渐提升，以廉价劳动力为支撑的“中国制造”经济模式难以为继。装备技术作为工业“裁缝”是工业生产中非常重要的加工手段，装备质量的好坏对产品质量起着决定性的影响，同时由于装备车间内工作方式机械单调，工作内容大量重复，所以装备生产线的工作环境对人的精神消耗是巨大的。随着先进制造技术的发展，实现装备制造的自动化和智能化已经成为必然趋势，采用机器人装备已经成为装备技术自动化的主要标志。

一般而言，在生产线上的各式机器人的工作内容是非常专业化的，即一种机器人只能对少数几种工件进行操作，在当今这个以生产效率为生命的制造业中，这种工作方式是非常不和时宜的，市场迫切需要一种适应性强的、能应对多种不同工件的装备机器人，同时该种机器人还需保证具有足够的灵活性和。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种模块化可锁定关节机器人，旨在提高其灵活性。

为实现上述目的，本发明提供一种模块化可锁定关节机器人，包括滚珠丝杠导轨平台以及安装于滚珠丝杠导轨平台上的多个机械臂，其中，滚珠丝杠导轨平台顶面设置有用于与工业机器人相连接的法兰，滚珠丝杠导轨平台上安装有多根丝杠，机械臂通过螺母安装于丝杠上且相对于其可移动，机械臂包括机械臂底座、上臂、下臂以及安装于下臂上且相对于其可调整安装角度的电磁夹钳，机械臂底座与丝杠上螺母固定连接，上臂相对于机械臂底座可转动，下臂相对于上臂可转动，机械臂底座和上臂、上臂和下臂之间均通过液压式可锁定关节连接以实现锁定，下臂与电磁夹钳之间通过端面齿盘连接。

优选地，所述液压式可锁定关节包括可转动关节轴、套于可转动关节轴外以对其支撑的套筒、位于套筒内部且套于可转动关节轴外侧的压紧环以及套于压紧环外侧且位于套筒内的密封环，可转动关节轴的一端与上臂连接，可转动关节轴的另一端与下臂或机械臂底座连接实现机械臂底座和下臂与上臂的转动连接，压紧环和密封环之间形成用于容纳液压油的中空腔室，向中空腔室中注入液压油以挤压压紧环从而夹紧可转动关节轴以实现对其锁定。

优选地，所述套筒包括套筒本体以及位于套筒本体两端的前端盖和后端盖，前端盖和后端盖均套于可转动关节轴上且支承于套筒本体的两端。

优选地，所述可转动关节轴通过带传动与电机连接，可转动关节轴的一端上套有皮带轮，通过电机的正转和反转来控制可转动关节轴的转动。

优选地，所述上臂上安装有两电机，一电机通过皮带与上臂的可转动关节轴连接，另一电机通过另一皮带与下臂的可转动关节轴连接。

优选地，所述滚珠丝杠导轨平台包括三块互成60度的钢板组成，一钢板上固定有法兰，另两钢板上安装有丝杠，通过电机驱动机械臂相对于丝杠移动。

优选地，每一所述机械臂配套设置一丝杠，每一丝杠配套设置一电机以带动其转动。

优选地，所述滚珠丝杠导轨平台上的多个机械臂其结构与形状均相同。

优选地，所述滚珠丝杠导轨平台上设置有导轨，机械臂底座的两端分别与两导轨连接，机械臂底座中部与丝杠上的螺母固定连接。

优选地，所述下臂上设有开槽，电磁夹钳的尾部容纳于开槽中且其两端通过两端面齿盘与下臂连接，电磁夹钳的头部伸出于开槽外与另一电磁夹钳配合以夹取物体。

本发明提出的模块化可锁定关节机器人，各机械臂结构可设置一致为模块化设计，且各机械臂在滚珠丝杠导轨平台上是可调的，且电气夹钳的工作角度是可调的，故本机器人的适应能力极强，可以迅速投入到不同形状工件的夹取任务当中，从而极大地提高了生产效率。另外，通过设置液压式可锁定关节以对上臂或下臂进行锁定，避免在机械臂拿取物品时可能出现的松脱，保证了工作的可靠性。

附图说明

图1为本发明模块化可锁定关节机器人的结构示意图；

图2a为本发明模块化可锁定关节机器人中液压式可锁定关节的外部结构示意图；

图2b为本发明模块化可锁定关节机器人中液压式可锁定关节的剖视结构示意图；

图3为本发明模块化可锁定关节机器人中机械臂的结构示意图；

图4为本发明模块化可锁定关节机器人中滚珠丝杠导轨平台的结构示意图；

图5为本发明模块化可锁定关节机器人在工作时的结构示意图；

图6为本发明模块化可锁定关节机器人与工业机器人连接时的结构示意图；

图7为本发明模块化可锁定关节机器人的分解结构示意图。

1——滚珠丝杠导轨平台；2——液压式可锁定关节；3——上臂；4——下臂；5——电磁夹钳；6——安装基体；7——法兰；8——端面齿盘；9——皮带轮；10——压紧环；11——密封环；12——后端盖；13——前端盖；14——可转动关节轴；15——电控组件；16——皮带；17——第一伺服电机；18——第二伺服电机。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参照图1至图7，本优选实施例中，一种模块化可锁定关节机器人，包括滚珠丝杠导轨平台1以及安装于滚珠丝杠导轨平台1上的多个机械臂，其中，滚珠丝杠导轨平台1顶面设置有用于与工业机器人相连接的法兰7（可采用方形法兰），滚珠丝杠导轨平台1上安装有多根丝杠，机械臂通过螺母安装于丝杠上且相对于其可移动，机械臂包括机械臂底座、上臂3、下臂4以及安装于下臂4上且相对于其可调整安装角度的电磁夹钳5（机械臂底座、上臂3和下臂4依次连接），机械臂底座与丝杠上螺母固定连接，上臂3相对于机械臂底座可转动，下臂4相对于上臂3可转动，机械臂底座和上臂3、上臂3和下臂4之间均通过液压式可锁定关节2连接以实现锁定，下臂4与电磁夹钳5之间通过端面齿盘8连接。

结合参照图2a和图2b，液压式可锁定关节2包括可转动关节轴14、套于可转动关节轴14外以对其进行支撑的套筒、位于套筒内部且套于可转动关节轴14外侧的压紧环10以及套于压紧环10外侧且位于套筒内的密封环11，可转动关节轴14的一端与上臂3连接，可转动关节轴14的另一端与下臂4或机械臂底座连接实现机械臂底座和下臂4与上臂3的转动连接，压紧环10和密封环11之间形成用于容纳液压油的中空腔室，向中空腔室中注入液压油以挤压压紧环10，从而夹紧可转动关节轴14以实现对其锁定。可转动关节轴14在套筒的支撑下相对于其可转动。

当液压式可锁定关节2开始工作时，施加油压在压紧环10上，油压对压紧环10的压力转化为径向夹紧力，可转动关节轴14即被锁死。当油压完全消除时，压紧环10弹性地弹回到起始位置，松开可转动关节轴14。此过程虽涉及摩擦力传动，但关节轴的表面不会因此而造成损坏。

结合参照图2a和图2b，套筒包括套筒本体以及位于套筒本体两端的前端盖13和后端盖12，前端盖13和后端盖12均套于可转动关节轴14上且支承于套筒本体的两端。

可转动关节轴14通过带传动与电机连接，可转动关节轴14的一端上套有皮带轮9，通过电机的正转和反转来控制可转动关节轴14的转动。控制上臂3和下臂4转动电机的电控组件15安装于上臂3上。

参照图3，具体地，上臂3上安装有两电机，一电机（第一伺服电机17）通过皮带与上臂3的可转动关节轴14连接，另一电机（第二伺服电机18）通过另一皮带与下臂4的可转动关节轴14连接。通过电机精确控制上臂3和下臂4的转动角度。

结合参照图4和图5，本实施例中，滚珠丝杠导轨平台1包括三块互成60度的钢板组成，一钢板上固定有法兰7，另两钢板上安装有丝杠，通过电机驱动机械臂相对于丝杠移动。三块互成60度的钢板组成安装基体6，滚珠丝杠导轨平台1上的多个机械臂其结构与形状均相同。机械臂可设计高度模块化，每一部分都是具有独立功能，具有一致的几何连接接口和一致的输入、输出接口的单元，相同的机械臂部位在机器人中可以重用和互换。

每一机械臂配套设置一丝杠，每一丝杠配套设置一电机以带动其转动。滚珠丝杠导轨平台1上安装有四只机械臂，每一钢板上安装有两只机械臂，四只机械臂可沿各自的滚珠丝杠平台滑动，同侧机械臂最远距离达1.2m。四只机械臂在平台上的运动相对独立，以此可以应对各种不同形状和要求的工件的夹取任务。

进一步地，参照图4，滚珠丝杠导轨平台1上设置有导轨，机械臂底座的两端分别与两导轨连接，机械臂底座中部与丝杠上的螺母固定连接。通过设置导轨对机械臂底座的移动进行导向，从而保证机械臂底座在移动时的稳定性。

另外，下臂4上设有开槽，电磁夹钳5的尾部容纳于开槽中且其两端通过两端面齿盘8与下臂4连接，电磁夹钳5的头部伸出于开槽外与另一电磁夹钳5的头部配合以夹取物体。 本实施例中，设置端面齿盘8连接，利用该齿盘可以每次对电气夹钳旋转15度，这样既可以完成多种不同形状、角度工件的夹取，同时又避免了电机过多带来的控制问题。

本发明提出的模块化可锁定关节机器人，不工作时，四只机械臂可通过锁紧关节折叠起来，节约空间。各机械臂结构可设置一致为模块化设计，且各机械臂在滚珠丝杠导轨平台1上是可调的，且电气夹钳的工作角度是可调的，故本机器人的适应能力极强，可以迅速投入到不同形状工件的夹取任务当中，从而极大地提高了生产效率。另外，通过设置液压式可锁定关节2以对上臂3或下臂4进行锁定，避免在机械臂拿取物品时可能出现的松脱，保证了工作的可靠性。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种模块化可锁定关节机器人，其特征在于，包括滚珠丝杠导轨平台以及安装于滚珠丝杠导轨平台上的多个机械臂，其中，滚珠丝杠导轨平台顶面设置有用于与工业机器人相连接的法兰，滚珠丝杠导轨平台上安装有多根丝杠，机械臂通过螺母安装于丝杠上且相对于其可移动，机械臂包括机械臂底座、上臂、下臂以及安装于下臂上且相对于其可调整安装角度的电磁夹钳，机械臂底座与丝杠上螺母固定连接，上臂相对于机械臂底座可转动，下臂相对于上臂可转动，机械臂底座和上臂、上臂和下臂之间均通过液压式可锁定关节连接以实现锁定，下臂与电磁夹钳之间通过端面齿盘连接。

2.如权利要求1所述的模块化可锁定关节机器人，其特征在于，所述液压式可锁定关节包括可转动关节轴、套于可转动关节轴外以对其支撑的套筒、位于套筒内部且套于可转动关节轴外侧的压紧环以及套于压紧环外侧且位于套筒内的密封环，可转动关节轴的一端与上臂连接，可转动关节轴的另一端与下臂或机械臂底座连接实现机械臂底座和下臂与上臂的转动连接，压紧环和密封环之间形成用于容纳液压油的中空腔室，向中空腔室中注入液压油以挤压压紧环从而夹紧可转动关节轴以实现对其锁定。

3.如权利要求2所述的模块化可锁定关节机器人，其特征在于，所述套筒包括套筒本体以及位于套筒本体两端的前端盖和后端盖，前端盖和后端盖均套于可转动关节轴上且支承于套筒本体的两端。

4.如权利要求2所述的模块化可锁定关节机器人，其特征在于，所述可转动关节轴通过带传动与电机连接，可转动关节轴的一端上套有皮带轮，通过电机的正转和反转来控制可转动关节轴的转动。

5.如权利要求4所述的模块化可锁定关节机器人，其特征在于，所述上臂上安装有两电机，一电机通过皮带与上臂的可转动关节轴连接，另一电机通过另一皮带与下臂的可转动关节轴连接。

6.如权利要求1所述的模块化可锁定关节机器人，其特征在于，所述滚珠丝杠导轨平台包括三块互成60度的钢板组成，一钢板上固定有法兰，另两钢板上安装有丝杠，通过电机驱动机械臂相对于丝杠移动。

7.如权利要求6所述的模块化可锁定关节机器人，其特征在于，每一所述机械臂配套设置一丝杠，每一丝杠配套设置一电机以带动其转动。

8.如权利要求1所述的模块化可锁定关节机器人，其特征在于，所述滚珠丝杠导轨平台上的多个机械臂其结构与形状均相同。

9.如权利要求1所述的模块化可锁定关节机器人，其特征在于，所述滚珠丝杠导轨平台上设置有导轨，机械臂底座的两端分别与两导轨连接，机械臂底座中部与丝杠上的螺母固定连接。

10.如权利要求1至9中任意一项所述的模块化可锁定关节机器人，其特征在于，所述下臂上设有开槽，电磁夹钳的尾部容纳于开槽中且其两端通过两端面齿盘与下臂连接，电磁夹钳的头部伸出于开槽外与另一电磁夹钳配合以夹取物体。