CN110834323A - 水平多关节机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水平多关节机器人，包括：小臂组件、连接小臂组件的大臂组件、以及连接大臂组件的基座组件。小臂组件包括：小臂基座、收容于小臂基座内的安装座、穿设在安装座上的丝杆、连接在小臂基座外的第一保护罩、以及连接在安装座上的第二保护罩；丝杆垂直于小臂基座设置且两端分别延伸至小臂基座外；第一保护罩收容丝杆的后退端；第二保护罩收容丝杆的前进端且跟随丝杆的前进端而伸缩动作。上述水平多关节机器人，利用第一保护罩、第二保护罩、小臂基座将丝杆收容于其中，并且第二保护罩会跟随丝杆的前进端的移动而伸缩变形，小臂组件不会因为丝杆的工作而产生缝隙，从而防止细小的灰尘或者液体侵入，提高设备的IP防护等级。

Description

水平多关节机器人

技术领域

本发明涉及机械化加工设备技术领域，特别是涉及一种水平多关节机器人。

背景技术

IP(英文全称：Ingress Protection)防护等级系统是一种IEC(英文全称：International Electrotechnical Commission)所规定的用于将电器依其防尘防湿气之特性加以分级的标准。IP防护等级是由两个数字所组成，第1个数字表示电器防尘、防止外物侵入的等级(其中，“外物”是指含工具、人的手指等均不可接触到电器之内带电部分，以免触电)，第2个数字表示电器防湿气、防水浸入的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高。

现有的水平多关节机器人防护等级一般较低(IP20，即可防止直径大于12.5mm的固体外物入侵，对水或者湿气无特殊的防护)，无法满足较恶劣的使用环境，例如玻璃加工场景，该场景中多冷却液与玻璃碎屑。传统水平多关节机器人无法满足此类场景的需求，尤其是在安装抓手的小臂组件处，随着其丝杆的动作，小臂组件中容易产生缝隙，导致细小的灰尘或者液体侵入。

发明内容

基于此，本发明提供一种水平多关节机器人，利用第一保护罩、第二保护罩、小臂基座将丝杆收容于其中，并且第二保护罩会跟随丝杆的前进端的移动而伸缩变形，小臂组件不会因为丝杆的工作而产生缝隙，从而防止细小的灰尘或者液体侵入，提高设备的IP防护等级。

一种水平多关节机器人，包括：

小臂组件；小臂组件包括：小臂基座、收容于小臂基座内的安装座、穿设在安装座上的丝杆、连接在小臂基座外的第一保护罩、以及连接在安装座上的第二保护罩；丝杆垂直于小臂基座设置且两端分别延伸至小臂基座外；第一保护罩收容丝杆的后退端；第二保护罩收容丝杆的前进端且跟随丝杆的前进端而伸缩动作；

连接小臂组件的大臂组件；以及

连接大臂组件的基座组件。

上述水平多关节机器人，小臂组件、大臂组件、以及基座组件共同构成机器人的水平多关节结构，并且小臂组件用于安装抓料所需的抓手。工作时，小臂组件上的第二保护罩跟随丝杆的前进端的动作而伸缩，使得丝杆始终被第二保护罩所包裹，而第一保护罩则将丝杆的后退端保护在其中，使得丝杆在工作的过程中均处于第一保护罩、第二保护罩、以及小臂基座所构成的密封保护结构中。通过上述设计，利用第一保护罩、第二保护罩、小臂基座将丝杆收容于其中，并且第二保护罩会跟随丝杆的前进端的移动而伸缩变形，小臂组件不会因为丝杆的工作而产生缝隙，从而防止细小的灰尘或者液体侵入，提高设备的IP防护等级。

在其中一个实施例中，小臂组件还包括：收容于小臂基座内的第一驱动器、收容于小臂基座内的第二驱动器、收容于小臂基座内的第三驱动器；第一驱动器连接安装座以带动安装座转动；第二驱动器连接丝杆以带动丝杆转动；第三驱动器连接大臂组件以带动小臂组件相对大臂组件转动。利用第一驱动器、第二驱动器、以及第三驱动器，可以实现小臂组件在三个不同轴向上的动作，并且第一驱动器、第二驱动器、以及第三驱动器均收容于小臂基座内，能够起到良好的保护作用。

在其中一个实施例中，第二保护罩包括：连接安装座的防护罩和连接防护罩的滑座；防护罩为可伸缩结构设置；滑座包括：连接防护罩的一端的底座、位于底座上的固定套、以及连接在底座与固定套之间的轴承；轴承套接在固定套上；固定套套接在丝杆的前进端。当丝杆的前进端移动时，在固定套的作用下，滑座跟随丝杆的前进端移动，而防护罩则随之而伸缩。而由于固定套与底座之间设置了轴承，因此，丝杆的转动并不会带动滑座转动。

在其中一个实施例中，防护罩包括：弹性罩体、连接在弹性罩体的一端的第一连接件、以及连接在弹性罩体的相对的另一端的第二连接件；第一连接件连接在底座上；第二连接件连接在安装座上。当滑座跟随丝杆的前进端移动时，第一连接件也随着滑座移动，进而迫使弹性罩体发生伸缩形变。

在其中一个实施例中，防护罩包括：多个从内向外依次套接在一起的刚性罩体；相邻两个刚性罩体之间设有第一限位件和匹配第一限位件的第二限位件；相邻两个刚性罩体之间通过第一限位件与第二限位件实现联动。当滑座跟随丝杆的前进端移动时，使得从内向外依次套接在一起的刚性罩体发生沿丝的移动方向上的相对位移，从而实现防护罩的伸缩。

在其中一个实施例中，第一限位件位于刚性罩体的外侧，第二限位件位于刚性罩体的内侧；或，第一限位件位于刚性罩体的内侧，第二限位件位于刚性罩体的外侧。根据不同的设计需求，可以将第一限位件设置于防护罩的外侧或内侧，相应地，可以将第二限位件设置于防护罩的内侧或外侧，其目的是实现相邻两个防护罩之间的联动。

在其中一个实施例中，第一保护罩为固定形状结构设置或可伸缩结构设置。第一保护罩可以采用固定形状结构设置，又或者是与第二保护罩相似的可伸缩结构设置，均可达到保护丝杆的后退端的目的。

在其中一个实施例中，基座组件设有连接大臂组件的第四驱动器。第四驱动器用于驱动大臂组件相对基座组件转动，可以实现小臂组件在一个轴向上的动作。

在其中一个实施例中，大臂组件设有第一迷宫密封结构和第二迷宫密封结构；第一迷宫密封结构位于大臂组件与小臂组件的连接处；第二迷宫密封结构位于大臂组件与基座组件的连接处。第一迷宫密封结构和第二迷宫密封结构可以提高设备在关节位的密封效果。

在其中一个实施例中，大臂组件设有第一油封结构和第二油封结构；第一油封结构位于大臂组件与小臂组件的连接处；第二油封结构位于大臂组件与基座组件的连接处。第一油封结构和第二油封结构可以提高设备在关节位的密封效果。

附图说明

图1为本发明的一种实施例的水平多关节机器人的示意图；

图2为图1所示的水平多关节机器人的分解示意图；

图3为图1所示的水平多关节机器人中的小臂组件的示意图；

图4为图3所示的小臂组件的另一视角的示意图；

图5为图3所示的小臂组件的局部的半剖视图；

图6为图3所示的小臂组件的局部视图；

图7为图3所示的小臂组件中的第二保护罩的剖视图；

图8为图3所示的小臂组件中的第二保护罩的另一种实现方式的剖视图；

图9为图1所示的水平多关节机器人中的大臂组件的示意图；

图10为图9所示的大臂组件的另一视角的示意图；

图11为图9所示的大臂组件的半剖视图；

图12为图1所示的水平多关节机器人中的基座组件的示意图；

图13为图12所示的基座组件的局部视图。

附图中各标号的含义为：

100-水平多关节机器人；

10-小臂组件，11-小臂基座，111-保护壳，12-安装座，13-丝杆，14-第一保护罩，15-第二保护罩，151-防护罩，1511-弹性罩体，1512-第一连接件，1513-第二连接件，1513-刚性罩体，1514-第一限位件，1515-第二限位件，152-滑座，1521-底座，1522-固定套，1523-轴承，16-第一驱动器，161-第一皮带，17-第二驱动器，171-第二皮带，172-螺母，173-减速机，18-第三驱动器，19-第一线缆接头；

20-大臂组件，21-第一谐波减速器，22-第二谐波减速器；

30-基座组件，31-第四驱动器，32-座体，33-螺丝，34-第一线缆连接板，35-第二线缆连接板，36-第二线缆接头；

40-套管。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1至图13所示，其为本发明的一种实施例的水平多关节机器人100。

如图1和图2所示，该水平多关节机器人100包括：小臂组件10、连接小臂组件10的大臂组件20、以及连接大臂组件20的基座组件30。其中，小臂组件10用于安装抓手，大臂组件20作为基座组件30与小臂组件10之间的转接件，并且可以增加小臂组件10的轴向动作范围。

下文，结合图3至图13，对上述的水平多关节机器人100做进一步的说明。

如图3至6所示，在本实施例中，小臂组件10包括：小臂基座11、收容于小臂基座11内的安装座12、穿设在安装座12上的丝杆13、连接在小臂基座11外的第一保护罩14、以及连接在安装座12上的第二保护罩15。丝杆13垂直于小臂基座11设置且两端分别延伸至小臂基座11外。第一保护罩14收容丝杆13的后退端。第二保护罩15收容丝杆13的前进端且跟随丝杆13的前进端而伸缩动作。其中，安装座12用于安装丝杆13和第二保护罩15，并且在使用时通过保护罩间接地连接抓手以实现抓手的转动。丝杆13用于通过旋转而带动第二保护罩15伸缩并且联动抓手动作以实现抓手的进退或者升降。

如图5和图6所示，在本实施例中，小臂组件10还包括：收容于小臂基座11内的第一驱动器16、收容于小臂基座11内的第二驱动器17、收容于小臂基座11内的第三驱动器18。第一驱动器16连接安装座12以带动安装座12转动。第二驱动器17连接丝杆13以带动丝杆13转动。第三驱动器18连接大臂组件20以带动小臂组件10相对大臂组件20转动。利用第一驱动器16、第二驱动器17、以及第三驱动器18，可以实现小臂组件10在三个不同轴向上的动作，并且第一驱动器16、第二驱动器17、以及第三驱动器18均收容于小臂基座11内，能够起到良好的保护作用。

如图5和图6所示，在本实施例中，第一驱动器16为伺服电机并且通过第一皮带161连接安装座12以带动安装座12旋转，从而实现抓手的转动。第二驱动器17为伺服电机并且通过第二皮带171以及螺母172连接丝杆13，进而带动丝杆13转动，从而实现抓手的进退或升降。第三驱动器18为伺服电机并且连接大臂组件20。

此外，在本实施例中，为了提高第二驱动器17的输出力矩，第二驱动器17还设有减速机173。

进一步地，在本实施例中，将第一驱动器16和第二驱动器17的顶端的端面设置为齐平，其有利于让小臂基座11的形状更加规则，有利于生产制作和压缩小臂基座11的占用空间，使得小臂组件10更加紧凑，有利于提高密封性。

进一步地，为了便于对小臂基座11内的器件进行安装拆卸与维护，在本实施例中，小臂基座11设有可拆卸的保护壳111，该保护壳111与第一保护罩14、第二保护罩15均相对独立。另外，小臂基座11上还设有位于保护壳111的安装处的密封圈，用于提高保护壳111安装的密封性。同理，在安装座12与小臂基座11、第一保护罩14与小臂基座11之间可以设置密封垫以提高密封性。此外，在其他实施例中，也可以将密封圈和密封垫更换为填充式的密封剂。

在本实施例中，第一保护罩14为固定形状结构设置，如图3所示，在本实施例中，第一保护罩14为锥形筒状结构设置。在其他实施例中，也可以为可伸缩结构设置，即与第二保护罩15类似的结构，均可达到保护丝杆13的后退端的目的。

如图4至图6所示，在本实施例中，第二保护罩15包括：连接安装座12的防护罩151和连接防护罩151的滑座152。防护罩151为可伸缩结构设置。滑座152包括：连接防护罩151的一端的底座1512、位于底座1512上的固定套1522、以及连接在底座1512与固定套1522之间的轴承1523。轴承1523套接在固定套1522上。固定套1522套接在丝杆13的前进端。当丝杆13的前进端移动时，在固定套1522的作用下，滑座152跟随丝杆13的前进端移动，而防护罩151则随之而伸缩。而由于固定套1522与底座1512之间设置了轴承1523，因此，丝杆13的转动并不会带动滑座152转动。

进一步地，防护罩151的实现方式可以有多种。

例如，如图7所示，其为本实施例中所采用的防护罩151的实现方式。该防护罩151包括：弹性罩体1511、连接在弹性罩体1511的一端的第一连接件1512、以及连接在弹性罩体1511的相对的另一端的第二连接件1513。第一连接件1512连接在底座1512上。第二连接件1513连接在安装座12上。当滑座152跟随丝杆13的前进端移动时，第一连接件1512也随着滑座152移动，进而迫使弹性罩体1511发生伸缩形变。

又例如，如图8所示，其提供了另一种的防护罩151的实现方式，该防护罩151包括：多个从内向外依次套接在一起的刚性罩体1513。相邻两个刚性罩体1513之间设有第一限位件1514和匹配第一限位件1514的第二限位件1515。相邻两个刚性罩体1513之间通过第一限位件1514与第二限位件1515实现联动。当滑座152跟随丝杆13的前进端移动时，使得从内向外依次套接在一起的刚性罩体1513发生沿丝的移动方向上的相对位移，从而实现防护罩151的伸缩。

进一步地，如图8所示的实施例中，第一限位件1514位于刚性罩体1513的外侧，第二限位件1515位于刚性罩体1513的内侧。可以理解地，在其他实施例中，也可以采用相反的设置方式，即第一限位件1514位于刚性罩体1513的内侧，第二限位件1515位于刚性罩体1513的外侧。根据不同的设计需求，可以将第一限位件1514设置于防护罩151的外侧或内侧，相应地，可以将第二限位件1515设置于防护罩151的内侧或外侧，其目的是实现相邻两个防护罩151之间的联动。

在本实施例中，大臂组件20设有第一迷宫密封结构和第二迷宫密封结构。第一迷宫密封结构位于大臂组件20与小臂组件10的连接处。第二迷宫密封结构位于大臂组件20与基座组件30的连接处。第一迷宫密封结构和第二迷宫密封结构可以提高设备在关节位的密封效果。

此外，在本实施例中，大臂组件20设有第一油封结构和第二油封结构。第一油封结构位于大臂组件20与小臂组件10的连接处。第二油封结构位于大臂组件20与基座组件30的连接处。第一油封结构和第二油封结构可以提高设备在关节位的密封效果。

如图12至图13所示，在本实施例中，基座组件30设有连接大臂组件20的第四驱动器31。第四驱动器31用于驱动大臂组件20相对基座组件30转动，可以实现小臂组件10在一个轴向上的动作。

在本实施例中，基座组件30设有用于收容第四驱动器31的座体32，第四驱动器31通过螺丝33安装与座体32的内腔中，并且该螺丝33从座体32的内腔向外安装，使得螺丝33隐藏于座体32内，提高设备的密封性。

进一步地，在本实施例中，第四驱动器31为伺服电机。

另外，在本实施例中，在座体32的底面和背面分别设有可相互替换的第一线缆连接板34和第二线缆连接板35，使用者可以根据应用场景的空间布局而选择合适的线缆连接板对接线缆。

如图9至图11所示，在大臂组件20上设有连接第三驱动器18的第一谐波减速器21和连接第四驱动器31的第二谐波减速器22。

如图1和图2所示，为了实现小臂组件10与基座组件30之间的线缆连接，该水平多关节机器人100还包括：连接于小臂组件10与基座组件30之间的套管40，该套管40用于供线缆走线以保护线缆。相应地，在小臂组件10上设有第一线缆接头19，基座组件30上设有第二线缆连接板36。

上述水平多关节机器人100，小臂组件10、大臂组件20、以及基座组件30共同构成机器人的水平多关节结构，并且小臂组件10用于安装抓料所需的抓手。工作时，小臂组件10上的第二保护罩15跟随丝杆13的前进端的动作而伸缩，使得丝杆13始终被第二保护罩15所包裹，而第一保护罩14则将丝杆13的后退端保护在其中，使得丝杆13在工作的过程中均处于第一保护罩14、第二保护罩15、以及小臂基座11所构成的密封保护结构中。通过上述设计，利用第一保护罩14、第二保护罩15、小臂基座11将丝杆13收容于其中，并且第二保护罩15会跟随丝杆13的前进端的移动而伸缩变形，小臂组件10不会因为丝杆13的工作而产生缝隙，从而防止细小的灰尘或者液体侵入，提高设备的IP防护等级。例如在本实施例中，该水平多关节机器人100可实现IP65或更高防护等级，能够适用于恶劣的工作环境。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式之一，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种水平多关节机器人，其特征在于：包括：

小臂组件；所述小臂组件包括：小臂基座、收容于所述小臂基座内的安装座、穿设在所述安装座上的丝杆、连接在所述小臂基座外的第一保护罩、以及连接在所述安装座上的第二保护罩；所述丝杆垂直于所述小臂基座设置且两端分别延伸至所述小臂基座外；所述第一保护罩收容所述丝杆的后退端；所述第二保护罩收容所述丝杆的前进端且跟随所述丝杆的前进端而伸缩动作；

连接所述小臂组件的大臂组件；以及

连接所述大臂组件的基座组件。

2.根据权利要求1所述的水平多关节机器人，其特征在于，所述小臂组件还包括：收容于所述小臂基座内的第一驱动器、收容于所述小臂基座内的第二驱动器、以及收容于所述小臂基座内的第三驱动器；所述第一驱动器连接所述安装座以带动所述安装座转动；所述第二驱动器连接所述丝杆以带动所述丝杆转动；所述第三驱动器连接所述大臂组件以带动所述小臂组件相对所述大臂组件转动。

3.根据权利要求1所述的水平多关节机器人，其特征在于，所述第二保护罩包括：连接所述安装座的防护罩和连接所述防护罩的滑座；所述防护罩为可伸缩结构设置；所述滑座包括：连接所述防护罩的一端的底座、位于所述底座上的固定套、以及连接在所述底座与所述固定套之间的轴承；所述轴承套接在所述固定套上；所述固定套套接在所述丝杆的前进端。

4.根据权利要求3所述的水平多关节机器人，其特征在于，所述防护罩包括：弹性罩体、连接在所述弹性罩体的一端的第一连接件、以及连接在所述弹性罩体的相对的另一端的第二连接件；所述第一连接件连接在所述底座上；所述第二连接件连接在所述安装座上。

5.根据权利要求3所述的水平多关节机器人，其特征在于，所述防护罩包括：多个从内向外依次套接在一起的刚性罩体；相邻两个所述刚性罩体之间设有第一限位件和匹配所述第一限位件的第二限位件；相邻两个所述刚性罩体之间通过所述第一限位件与所述第二限位件实现联动。

6.根据权利要求5所述的水平多关节机器人，其特征在于，所述第一限位件位于所述刚性罩体的外侧，所述第二限位件位于所述刚性罩体的内侧；或，所述第一限位件位于所述刚性罩体的内侧，所述第二限位件位于所述刚性罩体的外侧。

7.根据权利要求1所述的水平多关节机器人，其特征在于，所述第一保护罩为固定形状结构设置或可伸缩结构设置。

8.根据权利要求1所述的水平多关节机器人，其特征在于，所述基座组件设有连接所述大臂组件的第四驱动器。

9.根据权利要求1所述的水平多关节机器人，其特征在于，所述大臂组件设有第一迷宫密封结构和第二迷宫密封结构；所述第一迷宫密封结构位于所述大臂组件与所述小臂组件的连接处；所述第二迷宫密封结构位于所述大臂组件与所述基座组件的连接处。

10.根据权利要求1所述的水平多关节机器人，其特征在于，所述大臂组件设有第一油封结构和第二油封结构；所述第一油封结构位于所述大臂组件与所述小臂组件的连接处；所述第二油封结构位于所述大臂组件与所述基座组件的连接处。

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