CN109866203B - 一种协作型双臂工业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人领域，具体地说是一种协作型双臂工业机器人，包括旋转机构、机械臂升降机构和机械臂，机械臂升降机构设有升降座，两个机械臂分别安装在所述升降座两侧，所述两个机械臂均包括第一旋转臂和第二旋转臂，其中第一旋转臂臂体两端分别设有第一转动关节和第二转动关节，且第一旋转臂臂体通过所述第一转动关节带动旋转，第二旋转臂臂体通过所述第二转动关节带动旋转，在所述第二旋转臂臂体上设有旋转件驱动机构和旋转连接件，在所述旋转机构上设有回转腰部和旋转驱动机构，且所述回转腰部通过所述旋转驱动机构驱动旋转，所述安装立座下端与所述回转腰部固连。本发明双臂可协调动作，且增加了机械人负载能力，可适应各种工况要求。

Description

一种协作型双臂工业机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体地说是一种协作型双臂工业机器人。

背景技术

国外对双臂机器人的研究始于90年代初,研究工作主要在双臂的运动轨迹规划(包括碰撞避免)、双臂协调控制算法及操作力或力矩的控制等几方面，对运动轨迹规划的研究主要是基于多机器人在同一环境下工作而无碰撞展开的，而国内对双臂机器人的研究还处于起步阶段，并且受许多相关技术和研究条件的制约。目前国内各个行业领域内还多是采用单臂结构的机器人进行生产，其负载能力有限，而且对于有协作要求的工况来说，单臂机器人的配合也存在一定问题，难以满足实际使用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种协作型双臂工业机器人，工作时双臂可协调动作，能够适应各种工况要求，同时也增加了机械人的负载能力，应用的适应性和灵活性都大大提高。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种协作型双臂工业机器人，包括旋转机构、机械臂升降机构和机械臂，所述机械臂升降机构设有安装立座和升降座，所述升降座可移动地设置于所述安装立座上，两个机械臂分别安装在所述升降座两侧，所述两个机械臂结构相同，均包括第一旋转臂和第二旋转臂，其中第一旋转臂臂体两端分别设有第一转动关节和第二转动关节，且第一旋转臂臂体通过所述第一转动关节带动旋转，第二旋转臂臂体通过所述第二转动关节带动旋转，在所述第二旋转臂臂体上设有旋转连接件驱动机构和旋转连接件，且所述旋转连接件通过所述旋转连接件驱动机构驱动旋转，在所述旋转机构上设有回转腰部和旋转驱动机构，且所述回转腰部通过所述旋转驱动机构驱动旋转，所述安装立座下端与所述回转腰部固连。

所述机械臂升降机构包括安装立座、升降座、升降驱动电机、丝杠和丝母，所述升降座与所述安装立座滑动连接，所述丝杠设置于所述安装立座内，且所述丝杠通过所述升降驱动电机驱动旋转，与所述丝杠配合的丝母与所述升降座固连。

所述第一转动关节和第二旋转关节内均设有电机容置腔，且所述第一转动关节中的电机容置腔内设有驱动第一旋转臂臂体旋转的第一旋转电机，所述第二转动关节中的电机容置腔内设有驱动第二旋转臂臂体旋转的第二旋转电机。

所述第一转动关节和第二转动关节的电机容置腔下侧设有结构相同的支撑组件，所述支撑组件包括支承轴承、端座、内轴承压盖、外轴承压盖、上旋转密封、下旋转密封、上密封压盖和下密封压盖，所述支承轴承套装于电机容置腔壁外侧，所述端座套装于所述支承轴承外侧，且所述端座上设有端座凸块，所述支承轴承外圈上端与所述端座凸块相抵，所述支承轴承内圈上端与电机容置腔壁止口配合，所述支承轴承外圈下端与所述外轴承压盖相抵，所述支承轴承内圈下端与所述内轴承压盖相抵，所述端座上的端座凸块上侧设有通过所述上密封压盖压紧固定的上旋转密封，所述外轴承压盖下侧设有通过所述下密封压盖压紧固定的下旋转密封。

在第一转动关节和第二转动关节内均设有旋转减速机，所述第一旋转电机和第二旋转电机分别通过对应关节内的旋转减速机传递转矩。

所述第二旋转臂臂体一端设有与所述第一旋转臂相连的机械臂连接法兰，所述第二旋转臂臂体的另一端设有一安装座，所述旋转连接件驱动机构和旋转连接件均设置于所述安装座上。

所述旋转连接件驱动机构包括第三旋转电机、传动机构和减速机，其中所述旋转连接件通过第三旋转电机驱动旋转，且所述第三旋转电机依次通过所述传动机构和减速机传递转矩。

所述传动机构为同步带传动机构，包括主动带轮、同步带和从动带轮，其中主动带轮与所述第三旋转电机的输出轴固连，从动带轮与所述减速机的输入端固连。

所述旋转机构包括底座、法兰座、回转腰部和旋转驱动机构，其中法兰座固装于底座上，回转腰部可转动地设置于所述法兰座中。

所述旋转驱动机构包括驱动电机、直角减速机、蜗轮和蜗杆，其中驱动电机与所述直角减速机的输入端固连，所述直角减速机的输出端与所述蜗杆固连，所述蜗轮固设于所述回转腰部下端，所述蜗杆与所述蜗轮啮合。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明将两个机械臂对称安装在同一躯干上，同等条件下工作范围空间增大，且负载能力也大大提高，并且工作时双臂可协调动作，能够适应各种工况要求。

2、本发明结构紧凑，其中机械臂能够实现平面方向的摆动动作，而机械臂末端设有旋转连接件与拾取工件的端拾器或其他装置相连，且只提供旋转动作，占用空间大幅减小。

3、本发明机械臂末端的旋转连接件为标准连接件，通过拆卸螺丝可迅速更换，也降低了端拾器等装置的设计要求，使用灵活。

4、本发明底座上的回转腰部可带动双臂机器人转动，扩大了双臂机器人两侧机械臂的工作范围。

5、本发明采用带支承轴承的支撑组件支撑承装旋转电机的电机容置腔，并且由于所述支撑组件所处位置为转动部分且受力，本发明通过端座凸块和外轴承压盖固定所述支承轴承外圈，通过与电机容置腔壁的止口配合以及内轴承压盖固定所述支承轴承内圈，在保证安装可靠的同时，也保证转臂承载力矩增大。

6、本发明在所述支承轴承上下侧各设置一个旋转密封，充分保证防油防尘效果，而且下密封压盖对整个支撑组件下侧包裹，使整体结构更加紧凑。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，

图2为图1中的机械臂升降机构示意图，

图3为图1中的第一旋转臂示意图，

图4为图3中的第一旋转臂仰视图，

图5为图3中的第一旋转臂内部结构示意图，

图6为图3中的A-A剖视图，

图7为图6中的B处放大图，

图8为图1中的第二旋转臂示意图，

图9为图1中的旋转机构示意图，

图10为图9中旋转机构中的蜗轮蜗杆示意图。

其中，1为旋转机构，101为底座，102为法兰座，103为回转腰部，104为直角减速机，105为驱动电机，106为蜗轮，107为蜗杆，2为机械臂升降机构，201为升降驱动电机，202为第一丝杠固定座，203为升降滑轨204为丝杠，205为升降座，206为第二丝杠固定座，207为安装立座，3为第一旋转臂，301为第一转动关节，302为第二转动关节，303为第二连接法兰，304为第一旋转电机，305为第二旋转电机，306为第一连接法兰，307为第一旋转臂臂体，3071为支撑柱，3072为连接板，308为旋转减速机，309为支承轴承，310为内轴承压盖，311为外轴承压盖,3111为压盖凸缘，312为端座，3121端座凸块，313为上密封压盖，314为上旋转密封，315为下旋转密封，316为下密封压盖，317为电机容置腔壁，318为支撑组件，4为第二旋转臂，401为第三旋转电机，402为主动带轮，403为同步带，404为从动带轮，405为减速机，406为旋转连接件，407为机械臂连接法兰，408为第二旋转臂臂体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～10所示，本发明包括旋转机构1、机械臂升降机构2和机械臂，机械臂升降机构2设置于旋转机构1上，且所述机械臂升降机构2通过所述旋转机构1驱动旋转，两个机械臂分设于所述机械臂升降机构2两侧，且所述机械臂通过所述机械臂升降机构2驱动升降。

如图2所示，所述机械臂升降机构2包括安装立座207、升降座205、升降驱动电机201、丝杠204和丝母，所述安装立座207设置于所述旋转机构1上，所述升降座205与所述安装立座207滑动连接，在所述安装立座207上设有升降滑轨703，所述升降座205上设有与所述升降滑轨703配合的滑块，所述丝杠204两端分别通过第一丝杠固定座202和第二丝杠固定座206安装于所述安装立座207内，所述丝杠204通过所述升降驱动电机201驱动旋转，与所述丝杠204配合的丝母与所述升降座205固连，两个机械臂即分别安装于所述升降座205两侧，并通过所述升降座205带动升降。

如图1所示，所述双臂机器人1的两个机械臂结构相同，均包括第一旋转臂3和第二旋转臂4。

如图3～6所示，所述第一旋转臂3包括第一旋转臂臂体307和设置于所述第一旋转臂臂体307两端的第一转动关节301和第二转动关节302，在所述第一转动关节301的外侧设有与机械臂升降机构2中的升降座205相连的第一连接法兰306，在所述第二转动关节302外侧设有与第二旋转臂4相连的第二连接法兰303，所述第一转动关节301内设有第一旋转电机304，且所述第一转动关节301通过所述第一旋转电机304驱动旋转，并带动第一旋转臂臂体307旋转，所述第二转动关节302内设有第二旋转电机305，且所述第二转动关节302通过所述第二旋转电机305驱动旋转并带动所述第二旋转臂4旋转。所述第一转动关节301和第二旋转关节302内均设有电机容置腔，所述第一旋转电机304和第二旋转电机305分别设置于对应旋转关节内的电机容置腔中。

如图6所示，在所述第一转动关节301和第二转动关节302内均设有旋转减速机308，所述第一旋转电机304和第二旋转电机305分别通过各自关节内的旋转减速机308传递转矩，本实施例中，所述旋转减速机308为谐波减速机。如图3～5所示，所述第一旋转臂臂体307包括支撑柱3071和连接板3072，两个连接板3072设置于所述支撑柱3071上下两端，且每个连接板3072两端分别与所述第一转动关节301和第二转动关节302相连。

如图6～7所示，在所述第一转动关节301和第二转动关节302的电机容置腔下侧设有结构相同的支撑组件318，所述支撑组件318包括支承轴承309、端座312、内轴承压盖310、外轴承压盖311、上旋转密封314、下旋转密封315、上密封压盖313和下密封压盖316，其中所述支承轴承309套装于电机容置腔壁317外侧，所述端座312套装于所述支承轴承309外侧，且所述端座312上设有端座凸块3121，所述支承轴承309外圈上端与所述端座凸块3121相抵，所述支承轴承309内圈上端与所述电机容置腔壁317为止口配合，所述外轴承压盖311通过螺钉与所述端座312下端固连，且所述所述支承轴承309外圈下端与所述外轴承压盖311相抵，所述内轴承压盖310通过螺钉与所述电机容置腔壁317下端固连，且所述支承轴承309内圈下端与所述内轴承压盖310相抵，在所述端座312上端设有上密封压盖313，在所述上密封压盖313和所述端座312上的端座凸块3121之间设有上旋转密封314，所述外轴承压盖311下端设有下密封压盖316，且在所述下密封压盖316与所述外轴承压盖311之间设有下旋转密封315。本发明采用带支承轴承309的支撑组件318支撑承装旋转电机的电机容置腔，增大了转臂结构的承载力矩，另外由于支撑组件318所处位置为转动关节，对于密封性能要求较高，本发明通过在所述支承轴承309上下侧各设置一个旋转密封，充分保证防油防尘效果，另外所述下密封压盖316对整个支撑组件318下侧包裹，保证密封同时也使整体结构更加紧凑。

如图7所示，在所述外轴承压盖311下端设有压盖凸缘3111，所述下密封压盖316固装于转动关节下端并与所述压盖凸缘3111相抵，所述下旋转密封315设置于所述压盖凸缘3111内侧。

如图8所示，所述第二旋转臂4包括第二旋转臂臂体408、旋转连接件驱动机构和旋转连接件406，在所述第二旋转臂臂体408一端设有与所述第一旋转臂3上的第二连接法兰303相连的机械臂连接法兰407，所述第二旋转臂臂体408的另一端设有一安装座，所述旋转连接件驱动机构和旋转连接件406均设置于所述安装座上，所述旋转连接件驱动机构包括第三旋转电机401、传动机构和减速机405，其中所述旋转连接件406通过第三旋转电机401驱动旋转，且所述第三旋转电机401依次通过所述传动机构和减速机405传递转矩。本实施例中，所述传动机构为同步带传动机构，包括主动带轮402、同步带403和从动带轮404，其中主动带轮402与所述第三旋转电机401的输出轴固连，从动带轮404与所述减速机405的输入端固连，所述减速机405的输出端与所述旋转连接件406相连，所述旋转连接件406与拾取工件的端拾器或其他装置相连。

如图9～10所示，所述旋转机构1包括底座101、法兰座102、回转腰部103和旋转驱动机构，其中法兰座102固装于底座101上，回转腰部103设置于所述法兰座102中，所述旋转驱动机构设置于所述底座101上，且所述回转腰部103通过所述旋转驱动机构驱动转动，所述机械臂升降机构2中的安装立座207下端与所述回转腰部103固连，整个机械臂升降机构2连同两侧的机械臂即通过所述回转腰部103带动旋转。

如图9～10所示，所述旋转驱动机构包括驱动电机105、直角减速机104、蜗轮106和蜗杆107，其中驱动电机105与所述直角减速机104的输入端固连，所述直角减速机104的输出端与所述蜗杆107固连，所述蜗轮106固设于所述回转腰部103下端，所述蜗杆107与所述蜗轮106啮合。

本发明的工作原理为：

本发明工作时，机械臂通过所述机械臂升降机构2驱动升降以及通过所述旋转机构1驱动旋转调整至合适工位，所述机械臂包括第一旋转臂3和第二旋转臂4，能够实现平面方向的摆动动作，而在第二旋转臂4末端设有旋转连接件406与拾取工件的端拾器或其他装置相连，且对端拾器等设计要求降低，灵活性好，另外本发明工作时双臂可协调动作，因而能够适应各种工况要求，同时也增加了机械人的负载能力。

Claims (8)

1.一种协作型双臂工业机器人，其特征在于：包括旋转机构(1)、机械臂升降机构(2)和机械臂，所述机械臂升降机构(2)设有安装立座(207)和升降座(205)，所述升降座(205)可移动地设置于所述安装立座(207)上，两个机械臂分别安装在所述升降座(205)两侧，所述两个机械臂结构相同，均包括第一旋转臂(3)和第二旋转臂(4)，其中第一旋转臂臂体(307)两端分别设有第一转动关节(301)和第二转动关节(302)，且第一旋转臂臂体(307)通过所述第一转动关节(301)带动旋转，第二旋转臂臂体(408)通过所述第二转动关节(302)带动旋转，在所述第二旋转臂臂体(408)上设有旋转连接件驱动机构和旋转连接件(406)，且所述旋转连接件(406)通过所述旋转连接件驱动机构驱动旋转，在所述旋转机构(1)上设有回转腰部(103)和旋转驱动机构，且所述回转腰部(103)通过所述旋转驱动机构驱动旋转，所述安装立座(207)下端与所述回转腰部(103)固连；

所述第一转动关节(301)和第二转动 关节(302)内均设有电机容置腔，且所述第一转动关节(301)中的电机容置腔内设有驱动第一旋转臂臂体(307)旋转的第一旋转电机(304)，所述第二转动关节(302)中的电机容置腔内设有驱动第二旋转臂臂体(408)旋转的第二旋转电机(305)；

所述第一转动关节(301)和第二转动关节(302)的电机容置腔下侧设有结构相同的支撑组件(318)，所述支撑组件(318)包括支承轴承(309)、端座(312)、内轴承压盖(310)、外轴承压盖(311)、上旋转密封(314)、下旋转密封(315)、上密封压盖(313)和下密封压盖(316)，所述支承轴承(309)套装于电机容置腔壁(317)外侧，所述端座(312)套装于所述支承轴承(309)外侧，且所述端座(312)上设有端座凸块(3121)，所述支承轴承(309)外圈上端与所述端座凸块(3121)相抵，所述支承轴承(309)内圈上端与电机容置腔壁(317)止口配合，所述支承轴承(309)外圈下端与所述外轴承压盖(311)相抵，所述支承轴承(309)内圈下端与所述内轴承压盖(310)相抵，所述端座(312)上的端座凸块(3121)上侧设有通过所述上密封压盖(313)压紧固定的上旋转密封(314)，所述外轴承压盖(311)下侧设有通过所述下密封压盖(316)压紧固定的下旋转密封(315)。

2.根据权利要求1所述的协作型双臂工业机器人，其特征在于：所述机械臂升降机构(2)包括安装立座(207)、升降座(205)、升降驱动电机(201)、丝杠(204)和丝母，所述升降座(205)与所述安装立座(207)滑动连接，所述丝杠(204)设置于所述安装立座(207)内，且所述丝杠(204)通过所述升降驱动电机(201)驱动旋转，与所述丝杠(204)配合的丝母与所述升降座(205)固连。

3.根据权利要求1所述的协作型双臂工业机器人，其特征在于：在第一转动关节(301)和第二转动关节(302)内均设有旋转减速机(308)，所述第一旋转电机(304)和第二旋转电机(305)分别通过对应关节内的旋转减速机(308)传递转矩。

4.根据权利要求1所述的协作型双臂工业机器人，其特征在于：所述第二旋转臂臂体(408)一端设有与所述第一旋转臂(3)相连的机械臂连接法兰(407)，所述第二旋转臂臂体(408)的另一端设有一安装座，所述旋转连接件驱动机构和旋转连接件(406)均设置于所述安装座上。

5.根据权利要求1或4所述的协作型双臂工业机器人，其特征在于：所述旋转连接件驱动机构包括第三旋转电机(401)、传动机构和减速机(405)，其中所述旋转连接件(406)通过第三旋转电机(401)驱动旋转，且所述第三旋转电机(401)依次通过所述传动机构和减速机(405)传递转矩。

6.根据权利要求5所述的协作型双臂工业机器人，其特征在于：所述传动机构为同步带传动机构，包括主动带轮(402)、同步带(403)和从动带轮(404)，其中主动带轮(402)与所述第三旋转电机(401)的输出轴固连，从动带轮(404)与所述减速机(405)的输入端固连。

7.根据权利要求1所述的协作型双臂工业机器人，其特征在于：所述旋转机构(1)包括底座(101)、法兰座(102)、回转腰部(103)和旋转驱动机构，其中法兰座(102)固装于底座(101)上，回转腰部(103)可转动地设置于所述法兰座(102)中。

8.根据权利要求1或7所述的协作型双臂工业机器人，其特征在于：所述旋转驱动机构包括驱动电机(105)、直角减速机(104)、蜗轮(106)和蜗杆(107)，其中驱动电机(105)与所述直角减速机(104)的输入端固连，所述直角减速机(104)的输出端与所述蜗杆(107)固连，所述蜗轮(106)固设于所述回转腰部(103)下端，所述蜗杆(107)与所述蜗轮(106)啮合。

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