CN111151936A - 一种机器人机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业机器人技术领域，且公开了一种机器人机械臂，包括固定底座、伺服电机与精密谐波减速器。机械臂可在YZ面内进行旋转，将活动肩和活动肘输送到大型件的侧边，进而通过活动肩、活动肘、滑行杆和执行件连接杆调整焊枪位置和姿态，到达需要焊接地点，增加了焊接机器人的自由度，提高焊接的范围，减小焊接机器人受焊接件的大小限制，同时，通过滑行杆的设置，使得焊枪对焊接件进行直线焊接时，可通过直线的行进直接控制，减少两个及两个以上的机械臂配合使用，降低机械臂运行轨迹的复杂程度，减少工作人员的计算量与工作量，并降低程序控制的复杂程度，提高机械臂的运行速度，提高焊接效率和质量。

Description

一种机器人机械臂

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，具体为一种机器人机械臂。

背景技术

工业机器人对人们的日常生活和高新技术产业产生了重大的影响，而焊接机器人作为为工业机器人之一，焊接机器人是一种高度自动化的焊接设备，采用机器人代替手工焊接作业是焊接制造业的发展趋势，是提高焊接质量、降低成本、改善工作环境的重要手段，目前，焊接机器人的本体，一般是通过伺服电机与精密谐波减速器驱动的6轴关节式操作机如附图7所示，它由驱动器、传动机构、机械手臂、关节以及内部传感器等组成，可以精确保证机械臂末端焊枪的位置、姿态和运动轨迹，但其在使用过程中存在着一些不足，如下：

焊接机器人存在6个自由度，由固定底座1可控制机械臂在原地进行360度旋转，同时活动肩3和活动肘4在同一平面内可分别进行180度旋转，为焊枪提供远距离支撑定位，但活动肩3和活动肘4所伸展的角度越大即焊枪与固定底座1的水平距离越远，则活动肩3与活动肘4的关节处就越低，当对大型件进行焊接时，大型件的高度过高，活动肩3和活动肘4不足以将焊枪传输到大型件背面底部进行焊接，无法完成焊接任务，同时，焊接机器人进行焊机时，进行直线焊接时，至少需要两个机械臂进行配合才能完成直线焊接，需要对经过精细的计算和复杂的程序控制才能实现，极大的影响焊接效率，并且机械臂运行过程中，其中一个稍有偏差，则会使焊接路径出现偏差，影响焊接质量。

发明内容

本发明提供了一种机器人机械臂，具备自由度高，焊接范围广的优点，解决了上述背景技术中的问题。

本发明提供如下技术方案：一种机器人机械臂，包括固定底座、伺服电机与精密谐波减速器，所述固定底座的顶部活动套接有旋转底座，所述旋转底座的左上部固定安装有固定伺服电机，所述固定伺服电机右端的伸出轴固定安装有连接臂，所述连接臂右侧的底部固定安装有活动伺服电机，所述连接臂的正面固定安装有活动肩，所述活动肩的顶端背面固定安装有活动肘，所述活动肘的右端固定套接有滑行杆，所述滑行杆的右端正面固定安装有执行件连接杆，所述执行件连接杆的右端固定安装有焊枪，所述固定底座与旋转底座之间、活动肩和连接臂之间、活动肩和活动肘之间、活动肘和滑行杆之间、滑行杆和执行件连接杆之间、执行件连接杆和焊枪之间分别通过伺服电机与精密谐波减速器传动连接。

优选的，所述滑行杆包括杆体，所述杆体的左端与活动肘的右端固定连接，所述杆体的内部活动套接有活塞杆，所述活塞杆的左端与杆体的内腔可形成密封的活塞筒，所述杆体顶部的左侧固定连接有与内部连通的液压油管，所述活塞杆正面的右侧与执行件连接杆固定连接，所述活塞杆右端固定安装有两个活动支撑齿轮，所述杆体的右部开设有活动腔，所述活动腔中固定固定安装有齿条装置，所述齿条装置与活动支撑齿轮啮合。

优选的，所述齿条装置有两个分别为上齿条和下齿条，所述活动支撑齿轮由连接轴、活动轴承和齿轮组成，所述连接轴的一端与活塞杆固定连接，且另一端固定套接有活动轴承，所述活动轴承外侧固定套接有齿轮，所述活动支撑齿轮有两个分别为上齿轮和下齿轮，所述上齿条位于上齿轮的底部并与其啮合，所述下齿条位于下齿轮的顶部并与其啮合。

优选的，所述连接臂包括支撑臂，所述支撑臂的内部活动安装有滚珠丝杆，所述滚珠丝杆的底部固定套装有斜齿轮一，所述滚珠丝杆的上啮合有滚珠支撑座，所述活动伺服电机的左端伸入支撑臂的内部并固定安装有斜齿轮二，所述斜齿轮一与斜齿轮二啮合。

优选的，所述机器人共有9个自由度。

优选的，所述滚珠支撑座与支撑臂的内壁贴合，且两者的接触面光滑

本发明具备以下有益效果：

1、通过连接臂的设置，使得机械臂可在YZ面内进行旋转，将活动肩和活动肘输送到大型件的侧边，进而通过活动肩、活动肘、滑行杆和执行件连接杆调整焊枪位置和姿态，到达需要焊接地点，增加了焊接机器人的自由度，提高焊接的范围，减小焊接机器人受焊接件的大小限制，同时，通过滑行杆的设置，使得焊枪对焊接件进行直线焊接时，可通过直线的行进直接控制，减少两个及两个以上的机械臂配合使用，降低机械臂运行轨迹的复杂程度，减少工作人员的计算量与工作量，并降低程序控制的复杂程度，提高机械臂的运行速度，提高焊接效率和质量。

2、通过滚珠丝杆与滚珠支撑座的设置，使得活动肩在连接臂上可以进行直线运动，一方面可以根据焊接点位置，调整活动肩所在高度，进而调整整体机械臂的重心，减小各机械臂之间的关节应力，降低机械臂的疲劳损伤，增加机械臂的使用年限，另一方面，进一步增加焊枪直线运动的可行性，再次简化运行轨迹，提高焊接效率与质量。

附图说明

图1为本发明结构正视示意图；

图2为本发明结构连接臂正视半剖示意图；

图3为本发明结构连接臂侧视局部示意图；

图4为本发明结构滑行杆正视局部剖示意图；

图5为本发明结构滑行杆局部剖示意图；

图6为本发明结构图5 中A处放大示意图；

图7为现有结构示意图；

图8为三维空间示意图。

图中：1、固定底座；2、旋转底座；3、活动肩；4、活动肘；5、滑行杆；51、杆体；52、活塞杆；53、齿条装置；531、上齿条；532、下齿条；54、活动支撑齿轮；541、上齿轮；542、下齿轮；6、执行件连接杆；7、固定伺服电机；8、连接臂；81、支撑臂；82、滚珠丝杆；83、斜齿轮一；84、滚珠支撑座；9、活动伺服电机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-6，一种机器人机械臂，包括固定底座1、伺服电机与精密谐波减速器，固定底座1的顶部活动套接有旋转底座2，旋转底座2的左上部固定安装有固定伺服电机7，固定伺服电机7右端的伸出轴固定安装有连接臂8，连接臂8右侧的底部固定安装有活动伺服电机9，连接臂8的正面固定安装有活动肩3，活动肩3的顶端背面固定安装有活动肘4，活动肘4的右端固定套接有滑行杆5，滑行杆5的右端正面固定安装有执行件连接杆6，执行件连接杆6的右端固定安装有焊枪，固定底座1与旋转底座2之间、活动肩3和连接臂8之间、活动肩3和活动肘4之间、活动肘4和滑行杆5之间、滑行杆5和执行件连接杆6之间、执行件连接杆6和焊枪之间分别通过伺服电机与精密谐波减速器传动连接。

其中，滑行杆5包括杆体51，杆体51的左端与活动肘4的右端固定连接，杆体51的内部活动套接有活塞杆52，活塞杆52的左端与杆体51的内腔可形成密封的活塞筒，杆体51顶部的左侧固定连接有与内部连通的液压油管，活塞杆52正面的右侧与执行件连接杆6固定连接，活塞杆52右端固定安装有两个活动支撑齿轮54，杆体51的右部开设有活动腔，活动腔中固定固定安装有齿条装置53，齿条装置53与活动支撑齿轮54啮合，当机器人进行焊接时，机械臂的长度不足或者有直线型焊缝时，可对杆体51的内部充入液压油，推动活塞杆52并带动执行件连接杆6进行传动，改变机械臂长度，或者使焊枪直接呈现直线运动，减少直接焊接时需要多个机械臂传动的误差所带来的偏差，一方面增加焊接质量，另一方面降低机械臂的控制难度。

其中，齿条装置53有两个分别为上齿条531和下齿条532，活动支撑齿轮54由连接轴、活动轴承和齿轮组成，连接轴的一端与活塞杆52固定连接，且另一端固定套接有活动轴承，活动轴承外侧固定套接有齿轮，活动支撑齿轮54有两个分别为上齿轮541和下齿轮542，上齿条531位于上齿轮541的底部并与其啮合，下齿条532位于下齿轮542的顶部并与其啮合，当活塞杆52带动执行件连接杆6活动时，由于执行件连接杆6位于杆体51的外部，活动支撑齿轮54可为活塞杆52的右端提供支撑，减小其所受到的压力，使得机械臂的运行更加顺畅，而齿条装置53位于活动支撑齿轮54的不同侧，可以在机械臂在旋转到不同角度时，依然能够提供稳定啮合传动，同时为活塞杆52传动提供精确的定位，防止其传动过程中晃动，影响焊接质量。

其中，连接臂8包括支撑臂81，支撑臂81的内部活动安装有滚珠丝杆82，滚珠丝杆82的底部固定套装有斜齿轮一83，滚珠丝杆82的上啮合有滚珠支撑座84，活动伺服电机9的左端伸入支撑臂81的内部并固定安装有斜齿轮二，斜齿轮一83与斜齿轮二啮合，通过活动伺服电机9的动力传输，使得滚珠支撑座84在滚珠丝杆82上可以进行直线运动，一方面可以根据焊接点位置，调整活动肩3所在高度，进而调整整体机械臂的重心，减小各机械臂之间的关节应力，降低机械臂的疲劳损伤，增加机械臂的使用年限，另一方面，进一步增加焊枪直线运动的可行性，再次简化运行轨迹，提高焊接效率与质量。

其中，机器人共有9个自由度，可以实现多角度的焊接，并且增加了焊接范围，以及焊接件的大小的选择性。

其中，滚珠支撑座84与支撑臂81的内壁贴合，且两者的接触面光滑，对滚珠支撑座84提供一定的支撑，减少滚珠丝杆82的压力与磨损。

工作原理，将焊枪固定安装在执行件连接杆6的左端，对焊接件需要焊接的位置以及形态进行计算并进行编程，而后精心调试，确保焊接枪能够到达所需焊接位置，调试结束后，接通焊枪电源，开始焊接。

当遇到大型件时，活动肩3和活动肘4的长度与伸长后的关节高度，均不能将焊枪输送到需要焊接的地点，则驱动固定伺服电机7，将连接臂8在YZ面进行旋转，使得活动肩3到达焊接件的侧面，进而完成对焊接枪运送的任务，同时，焊接过程中，遇到直线型焊缝时，可以直接通过滑行杆5或连接臂8的直线运动完成焊接，到达高效的焊接效率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种机器人机械臂，包括固定底座（1）、伺服电机与精密谐波减速器，其特征在于：所述固定底座（1）的顶部活动套接有旋转底座（2），所述旋转底座（2）的左上部固定安装有固定伺服电机（7），所述固定伺服电机（7）右端的伸出轴固定安装有连接臂（8），所述连接臂（8）右侧的底部固定安装有活动伺服电机（9），所述连接臂（8）的正面固定安装有活动肩（3），所述活动肩（3）的顶端背面固定安装有活动肘（4），所述活动肘（4）的右端固定套接有滑行杆（5），所述滑行杆（5）的右端正面固定安装有执行件连接杆（6），所述执行件连接杆（6）的右端固定安装有焊枪，所述固定底座（1）与旋转底座（2）之间、活动肩（3）和连接臂（8）之间、活动肩（3）和活动肘（4）之间、活动肘（4）和滑行杆（5）之间、滑行杆（5）和执行件连接杆（6）之间、执行件连接杆（6）和焊枪之间分别通过伺服电机与精密谐波减速器传动连接。

2.根据权利要求1所述的一种机器人机械臂，其特征在于：所述滑行杆（5）包括杆体（51），所述杆体（51）的左端与活动肘（4）的右端固定连接，所述杆体（51）的内部活动套接有活塞杆（52），所述活塞杆（52）的左端与杆体（51）的内腔可形成密封的活塞筒，所述杆体（51）顶部的左侧固定连接有与内部连通的液压油管，所述活塞杆（52）正面的右侧与执行件连接杆（6）固定连接，所述活塞杆（52）右端固定安装有两个活动支撑齿轮（54），所述杆体（51）的右部开设有活动腔，所述活动腔中固定固定安装有齿条装置（53），所述齿条装置（53）与活动支撑齿轮（54）啮合。

3.根据权利要求2所述的一种机器人机械臂，其特征在于：所述齿条装置（53）有两个分别为上齿条（531）和下齿条（532），所述活动支撑齿轮（54）由连接轴、活动轴承和齿轮组成，所述连接轴的一端与活塞杆（52）固定连接，且另一端固定套接有活动轴承，所述活动轴承外侧固定套接有齿轮，所述活动支撑齿轮（54）有两个分别为上齿轮（541）和下齿轮（542），所述上齿条（531）位于上齿轮（541）的底部并与其啮合，所述下齿条（532）位于下齿轮（542）的顶部并与其啮合。

4.根据权利要求1所述的一种机器人机械臂，其特征在于：所述连接臂（8）包括支撑臂（81），所述支撑臂（81）的内部活动安装有滚珠丝杆（82），所述滚珠丝杆（82）的底部固定套装有斜齿轮一（83），所述滚珠丝杆（82）的上啮合有滚珠支撑座（84），所述活动伺服电机（9）的左端伸入支撑臂（81）的内部并固定安装有斜齿轮二，所述斜齿轮一（83）与斜齿轮二啮合。

5.根据权利要求1所述的一种机器人机械臂，其特征在于：所述机器人共有9个自由度。

6.根据权利要求4所述的一种机器人机械臂，其特征在于：所述滚珠支撑座（84）与支撑臂（81）的内壁贴合，且两者的接触面光滑。

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