CN112454424A - 一种工业机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业机械臂。旋转架固定在回转工作台上，旋转架上端第一叉形接头的两边侧板上设有第一轴孔；大臂下端置于第一叉形接头内，大臂下端中部开有槽口，槽口两边侧板上设有第二轴孔；双出轴伺服电机设置在槽口内，电机的两个输出轴分别插装在第一轴孔和第二轴孔内，输出轴在第一轴孔内可转动调节并能锁紧定位，输出轴在第二轴孔内固定不可转动；曲柄一端与电机的外壳固定连接，曲柄另一端与连杆下端铰连；连接臂中部铰连在第二叉形接头内，连接臂后端与连杆上端铰连，连接臂前端与小臂后端固定连接，机械手爪后部置于小臂前端第三叉形接头内并通过销轴组件安装定位。本发明结构紧凑、制造成本低、工作稳定、控制精度高。

Description

一种工业机械臂

技术领域

本发明涉及一种工业机械臂，属于工业自动化设备技术领域。

背景技术

随着工业生产规模不断扩大，大批量流水线作业对操作工人的需求量大大增加。而目前中国老龄化情况愈发严重，劳动力成本不断提高，制约着企业的发展。采用工业机器人来代替人工作业，将大大降低企业对人工作业的依赖。

工业机械臂是目前在工业机器人领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在很多工业制造领域中都能见到它的身影。但现有的机械臂存在两个问题：功能比较强大的机械臂结构复杂，安装空间需求大，需要多动力输入，价格昂贵，不适于大范围应用，而且结构复杂的机械臂控制也很复杂，一旦动作顺序混乱，难以调节。而成本较低的机械臂又功能不足，自由度少，适用的场合少。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足之处，从而提供一种结构紧凑、制造成本低、工作稳定、控制精度高的工业机械臂。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种工业机械臂，其特征在于：包括回转工作台、旋转架、大臂、曲柄、连杆、连接臂、小臂和机械手爪；所述旋转架下端固定安装在回转工作台的回转台面上，旋转架上端设有第一叉形接头，第一叉形接头的两边侧板上设有第一轴孔；所述大臂下端置于所述第一叉形接头内，大臂下端中部开有槽口，槽口两边的侧板上设有第二轴孔；所述双出轴伺服电机设置在槽口内，双出轴伺服电机的两个输出轴分别对应插装在第一轴孔和第二轴孔内，输出轴在第一轴孔内可转动调节并能锁紧定位，输出轴在第二轴孔内固定不可转动；所述曲柄一端与双出轴伺服电机的外壳固定连接，曲柄另一端与连杆下端铰连；所述大臂上端设有第二叉形接头，所述连接臂中部铰连在第二叉形接头内，连接臂后端与连杆上端铰连，连接臂前端与小臂后端固定连接，所述小臂前端设有第三叉形接头，所述机械手爪后部置于第三叉形接头内并通过带锁定功能的销轴组件安装定位。

作为本发明的进一步改进，所述回转工作台采用电动旋转台或液压旋转分度工作台。

作为本发明的进一步改进，所述双出轴伺服电机的输出轴与第一叉形接头两边侧板上的第一轴孔之间设有衬套。

作为本发明的进一步改进，所述连杆为弯折结构，连杆下端的正面与曲柄的背面相邻，连杆上端的背面与连接臂的正面相邻。

作为本发明的进一步改进，所述连接臂前端与小臂后端通过套筒连接，所述套筒前后两端的内孔壁上分别设有螺纹，所述连接臂前端、小臂后端分别设有螺纹轴头，连接臂前端的螺纹轴头螺接在套筒后端，小臂后端的螺纹轴头螺接在套筒前端。

作为本发明的进一步改进，所述套筒后端内孔壁上的螺纹为正向螺纹，所述套筒前端内孔壁上的螺纹为反向螺纹，旋转所述套筒可驱使连接臂与小臂相向靠近或反向远离，并且所述连接臂前端的螺纹轴头和小臂后端的螺纹轴头上均配装有锁紧螺母。

作为本发明的进一步改进，所述套筒外壁设有防滑纹路。

作为本发明的进一步改进，所述螺纹轴头上可以设置刻度。

作为本发明的进一步改进，所述带锁定功能的销轴组件包括圆锥销、锥形胀套和胀紧螺母，所述圆锥销的小头端设有螺纹，所述锥形胀套套装在圆锥销上，锥形胀套的内孔与圆锥销的外周匹配，锥形胀套的外周为圆柱形且与机械手爪和第三叉形接头上的销轴孔匹配，所述胀紧螺母螺装在圆锥销小头端的螺纹上，通过拧紧胀紧螺母可使锥形胀套将机械手爪定位在第三叉形接头内。

作为本发明的进一步改进，所述机械手爪后部端面上设有指示标线，所述第三叉形接头两边侧板的前端设为圆弧形，在其中一边侧板前端外侧面上设有用于与所述指示标线配合的角度刻线。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

(1)、本发明结构紧凑，主要部件之间均能够相对活动调节，自由度高，控制方便。

(2)本发明中的部分部件可以直接外购获得，通用性强，制造成本低，适于大范围推广应用。

(3)、本发明实现了自动化控制，工作稳定、控制精度高。

附图说明

图1为本发明实施例的结构主视图。

图2为图1的左视图。

图3为本发明实施例的立体结构示意图之一。

图4为本发明实施例的立体结构示意图之二。

图5为本发明中带锁定功能的销轴组件的结构示意图。

附图标记说明：1-回转工作台、1a-接线口、2-旋转架、2a-第一叉形接头、3-大臂、3a-第二叉形接头、4-曲柄、5-连杆、6-连接臂、7-套筒、8-小臂、8a-第三叉形接头、9-机械手爪、10-圆锥销、11-锥形胀套、12-胀紧螺母。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图所示：实施例中的工业机械臂主要由回转工作台1、旋转架2、大臂3、曲柄4、连杆5、连接臂6、套筒7、小臂8、机械手爪9、圆锥销10、锥形胀套11和胀紧螺母12等组成。

如图1～图4所示，所述旋转架2下端固定安装在回转工作台1的回转台面上，所述旋转架2上端设有第一叉形接头2a，第一叉形接头2a的两边侧板上设有第一轴孔；所述大臂3下端置于所述第一叉形接头2a内，大臂3下端中部开有槽口，槽口两边的侧板上设有第二轴孔；所述双出轴伺服电机设置在槽口内，双出轴伺服电机的两个输出轴分别对应插装在第一轴孔和第二轴孔内，输出轴在第一轴孔内可转动调节并能用螺母或胀紧套锁紧定位，输出轴在第二轴孔内用键固定不可转动；所述曲柄4一端与双出轴伺服电机的外壳固定连接，曲柄4另一端与连杆5下端铰连；所述大臂3上端设有第二叉形接头3a，所述连接臂6中部铰连在第二叉形接头3a内，连接臂6后端与连杆5上端铰连，连接臂6前端与小臂8后端固定连接，所述小臂8前端设有第三叉形接头8a，所述机械手爪9后部置于第三叉形接头8a内并通过带锁定功能的销轴组件安装定位。

如图1～图4所示，在本发明中，所述回转工作台1的作用是使旋转架2及安装在旋转架2上的所有部件能够自由回转，为实现此目的，回转工作台1可以采用现有技术中的常规产品，如电动旋转台、液压旋转分度工作台等。图示实施例中采用的是电动旋转台，其后部设有接线口1a，安装时将对应的电源插头和控制端子直接插到该接线口1a上即可。

如图1～图4所示，在本发明中，所述曲柄4起到的作用是通过自身的摆动来带动连杆5，再通过连杆5来控制连接臂6的俯仰角度。为了实现自动化控制，曲柄4的摆动也最好采用可以自动控制的方式。为实现上述目的，本发明实施例中采用了双出轴伺服电机，利用双出轴伺服电机定子与转子间的相对转动来带动曲柄4摆动，由于伺服电机可控制速度，位置精度非常准确，并能快速反应，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电机输出轴上的角位移或角速度输出，在此处使用可以方便地实现自动化控制。为使现场线路精简，双出轴伺服电机最好选择直流伺服电机。

为了避免双出轴伺服电机的输出轴被直接磨损，并提高转动灵活性，所述双出轴伺服电机的输出轴与第一叉形接头2a两边侧板上的第一轴孔之间优选设有衬套，所述衬套可以采用现有技术中的常规产品，如铜衬套、聚四氟乙烯衬套、石墨衬套等。

如图1～图4所示，在本发明中，所述连杆5的作用是将曲柄4的摆动动作转化为连接臂6的俯仰动作。实施例中的连杆5设置为弯折结构，连杆5下端的正面与曲柄4的背面相邻，连杆5上端的背面与连接臂6的正面相邻。采用这样的连杆5结构可以保证整个机械臂的传动更平衡，提高设备工作的稳定性。

如图1～图4所示，本发明实施例中，所述连接臂6前端与小臂8后端通过套筒7连接，所述套筒7前后两端的内孔壁上分别设有螺纹，所述连接臂6前端、小臂8后端分别设有螺纹轴头，连接臂6前端的螺纹轴头螺接在套筒7后端，小臂8后端的螺纹轴头螺接在套筒7前端。这样的连接方式比较简单，组装拆卸都比较方便。

不过在上述连接方式下，连接臂6与小臂8的长度之和是固定的，当需要根据生产需求对此长度进行调整时，就得通过更换不同长度的套筒7来实现，在实际生产中会带来不便，影响生产的顺利进行。

为此，本发明对上述的连接方式进行了优化，方案为：所述套筒7后端内孔壁上的螺纹为正向螺纹，所述套筒7前端内孔壁上的螺纹为反向螺纹，旋转所述套筒7可驱使连接臂6与小臂8相向靠近或反向远离，并且所述连接臂6前端的螺纹轴头和小臂8后端的螺纹轴头上均配装有锁紧螺母。这样旋转套筒7就可以使连接臂6与小臂8的长度之和产生变化，满足生产需求，大大减少了套筒7的更换频率，提高了生产效率。为了便于调节套筒7，所述套筒7外壁设有防滑纹路。为了便于观察调节长度，所述螺纹轴头上可以设置刻度。

如图1～图4所示，在本发明中，所述机械手爪9的作用是抓取工件，在抓取工件时，机械手爪9的位置有时候需要进行调整后锁定，为此，用于将机械手爪9与小臂8连接并锁定的销轴组件就非常重要。本发明实施例给出了一种如图5所示的带锁定功能的销轴组件，其主要由圆锥销10、锥形胀套11和胀紧螺母12组成，所述圆锥销10的小头端设有螺纹，所述锥形胀套11套装在圆锥销10上，锥形胀套11的内孔与圆锥销10的外周匹配，锥形胀套11的外周为圆柱形且与机械手爪9和第三叉形接头8a上的销轴孔匹配，所述胀紧螺母12螺装在圆锥销10小头端的螺纹上，通过拧紧胀紧螺母12可使锥形胀套11将机械手爪9定位在第三叉形接头8a内。

当然，上述结构的销轴组件只是本发明的可用的方案之一，作为简化方案，本发明还可以采用普通的螺纹销配合螺母来实现锁紧定位。

为了进一步提高机械手爪9位置调节的准确性，所述机械手爪9后部端面上可以设置指示标线，所述第三叉形接头8a两边侧板的前端设为圆弧形，在其中一边侧板前端外侧面上可以设置用于与所述指示标线配合的角度刻线。这样通过指示标线与角度刻线的配合，就可以方便地观测出机械手爪9所在的位置，并能进行准确调节。

Claims (10)

1.一种工业机械臂，其特征在于：包括回转工作台(1)、旋转架(2)、大臂(3)、曲柄(4)、连杆(5)、连接臂(6)、小臂(8)和机械手爪(9)；所述旋转架(2)下端固定安装在回转工作台(1)的回转台面上，旋转架(2)上端设有第一叉形接头(2a)，第一叉形接头(2a)的两边侧板上设有第一轴孔；所述大臂(3)下端置于所述第一叉形接头(2a)内，大臂(3)下端中部开有槽口，槽口两边的侧板上设有第二轴孔；所述双出轴伺服电机设置在槽口内，双出轴伺服电机的两个输出轴分别对应插装在第一轴孔和第二轴孔内，输出轴在第一轴孔内可转动调节并能锁紧定位，输出轴在第二轴孔内固定不可转动；所述曲柄(4)一端与双出轴伺服电机的外壳固定连接，曲柄(4)另一端与连杆(5)下端铰连；所述大臂(3)上端设有第二叉形接头(3a)，所述连接臂(6)中部铰连在第二叉形接头(3a)内，连接臂(6)后端与连杆(5)上端铰连，连接臂(6)前端与小臂(8)后端固定连接，所述小臂(8)前端设有第三叉形接头(8a)，所述机械手爪(9)后部置于第三叉形接头(8a)内并通过带锁定功能的销轴组件安装定位。

2.如权利要求1所述的工业机械臂，其特征在于：所述回转工作台(1)采用电动旋转台或液压旋转分度工作台。

3.如权利要求1所述的工业机械臂，其特征在于：所述双出轴伺服电机的输出轴与第一叉形接头(2a)两边侧板上的第一轴孔之间设有衬套。

4.如权利要求1所述的工业机械臂，其特征在于：所述连杆(5)为弯折结构，连杆(5)下端的正面与曲柄(4)的背面相邻，连杆(5)上端的背面与连接臂(6)的正面相邻。

5.如权利要求1所述的工业机械臂，其特征在于：所述连接臂(6)前端与小臂(8)后端通过套筒(7)连接，所述套筒(7)前后两端的内孔壁上分别设有螺纹，所述连接臂(6)前端、小臂(8)后端分别设有螺纹轴头，连接臂(6)前端的螺纹轴头螺接在套筒(7)后端，小臂(8)后端的螺纹轴头螺接在套筒(7)前端。

6.如权利要求5所述的工业机械臂，其特征在于：所述套筒(7)后端内孔壁上的螺纹为正向螺纹，所述套筒(7)前端内孔壁上的螺纹为反向螺纹，旋转所述套筒(7)可驱使连接臂(6)与小臂(8)相向靠近或反向远离，并且所述连接臂(6)前端的螺纹轴头和小臂(8)后端的螺纹轴头上均配装有锁紧螺母。

7.如权利要求6所述的工业机械臂，其特征在于：所述套筒(7)外壁设有防滑纹路。

8.如权利要求6所述的工业机械臂，其特征在于：所述螺纹轴头上可以设置刻度。

9.如权利要求1所述的工业机械臂，其特征在于：所述带锁定功能的销轴组件包括圆锥销(10)、锥形胀套(11)和胀紧螺母(12)，所述圆锥销(10)的小头端设有螺纹，所述锥形胀套(11)套装在圆锥销(10)上，锥形胀套(11)的内孔与圆锥销(10)的外周匹配，锥形胀套(11)的外周为圆柱形且与机械手爪(9)和第三叉形接头(8a)上的销轴孔匹配，所述胀紧螺母(12)螺装在圆锥销(10)小头端的螺纹上，通过拧紧胀紧螺母(12)可使锥形胀套(11)将机械手爪(9)定位在第三叉形接头(8a)内。

10.如权利要求1所述的工业机械臂，其特征在于：所述机械手爪(9)后部端面上设有指示标线，所述第三叉形接头(8a)两边侧板的前端设为圆弧形，在其中一边侧板前端外侧面上设有用于与所述指示标线配合的角度刻线。

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