CN112536793A

CN112536793A - 一种多自由度模块化工业机器人

Info

Publication number: CN112536793A
Application number: CN202011488583.9A
Authority: CN
Inventors: 鲍敏; 王莹; 乔阳
Original assignee: Heilongjiang Economic Management Cadre College
Current assignee: Heilongjiang Polytechnic; Heilongjiang Economic Management Cadre College
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2021-03-23
Anticipated expiration: 2040-12-16
Also published as: CN112536793B

Abstract

本发明公开了一种多自由度模块化工业机器人，包括机器人底座、支撑柱、主电机、副电机和夹持爪，所述机器人底座的内部内壁固定设置有内齿轮，且机器人底座的内部中心位置处固定设置有主齿轮，所述第二机械臂的右端外壁通过固定设置的第二马达啮合连接于第三机械臂左端第二齿圈的外部，且第三机械臂的右端内部贯穿设置有第四机械臂，所述第四机械臂的右端固定设置有导向柱，且导向柱的内部贯穿设置有副螺纹杆。该多自由度模块化工业机器人，通过底座带动支撑柱以及机械臂进行位移转动，通过螺纹杆以及机械臂的自转达到角度改变后根据不同方位的抓取，提高了工业机器人的机动性以及灵活度。

Description

一种多自由度模块化工业机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，具体为一种多自由度模块化工业机器人。

背景技术

工业机器人是指目前运用于工厂内通过气缸、电机等器具实现全自动作业的一种机械手臂，它能够带动人工的组装、拼接、焊接、搬运等一系列的工作任务，且工业机器人能够实现24小时不间断的工作，给企业带来人工无法实现的工作效率。

然而现有的工业机器人通常是由底座以及两至三节机械手臂拼装而成，由此设计的机械手臂再翻转、自转、抓取、高度调节等方面始终做不到人工操作的灵活性，使得工业机器人的机械手臂只能通过特定的位置、特定的工作状态，这就使得工业机器人的使用十分局限，无法避免工作时的死角和机械摩擦造成的损伤，在后期维护保养中十分不便，增加不必要的人力物力的付出。

所以我们提出了一种多自由度模块化工业机器人，以便于解决上述中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多自由度模块化工业机器人，以解决上述背景技术提出的目前市场上现有的工业机器人通常是由底座以及两至三节机械手臂拼装而成，由此设计的机械手臂再翻转、自转、抓取、高度调节等方面始终做不到人工操作的灵活性，使得工业机器人的机械手臂只能通过特定的位置、特定的工作状态，这就使得工业机器人的使用十分局限，无法避免工作时的死角和机械摩擦造成的损伤，在后期维护保养中十分不便，增加不必要的人力物力的付出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多自由度模块化工业机器人，包括机器人底座、支撑柱、主电机、副电机和夹持爪，所述机器人底座的内部内壁固定设置有内齿轮，且机器人底座的内部中心位置处转动设置有主齿轮，并且机器人底座的内部主齿轮的外侧转动设置有副齿轮，所述副齿轮的上表面中心位置处通过固定设置的主螺纹杆贯穿设置于机器人底座的上表面，且主螺纹杆的顶端贯穿设置于支撑柱的内部，并且支撑柱的底端转动连接于副齿轮的顶面，而且支撑柱顶部主螺纹杆的顶端固定设置有主电机，所述主螺纹杆的外壁套设有滑块，且滑块的左侧外壁固定连接于第一机械臂的左端，并且第一机械臂贯穿设置于支撑柱的外部，而且第一机械臂的右端内部贯穿设置有第二机械臂，所述第二机械臂的左端外壁固定设置有第一齿圈，且第一机械臂的右端外壁通过固定设置的第一马达啮合连接于第二机械臂左端第一齿圈的外壁，并且第二机械臂的右端内部贯穿设置有第三机械臂，而且第三机械臂的左端外部固定设置有第二齿圈，所述第二机械臂的右端外壁通过固定设置的第二马达啮合连接于第三机械臂左端第二齿圈的外部，且第三机械臂的右端内部贯穿设置有第四机械臂，并且第四机械臂的左端外部固定设置有第三齿圈，而且第三机械臂的右端外壁通过固定设置的第三马达啮合连接于第四机械臂左端第三齿圈的外部，所述第四机械臂的右端固定设置有导向柱，且导向柱的内部贯穿设置有副螺纹杆，并且导向柱外部副螺纹杆的端部固定设置有副电机，而且副螺纹杆的外壁通过套设的夹持爪贯穿设置于导向柱的外部。

优选的，所述机器人底座与内齿轮以及主齿轮之间均为同一圆心结构设置，且机器人底座与内齿轮以及主齿轮之间均为横向同轴分布设置。

优选的，所述副齿轮与主螺纹杆以及支撑柱之间均为竖向同轴分布设置，且支撑柱的竖向中心轴线与机器人底座的横向中心轴线之间相互垂直设置。

优选的，所述第一机械臂的最大移动长度小于支撑柱的长度，且支撑柱的竖向中心轴线与第一机械臂的横线中心轴线之间相互垂直设置，并且第一机械臂的直径与第二机械臂的直径相同。

优选的，所述第二机械臂与第四机械臂之间均为直角梯形结构设置，且第二机械臂右侧的第三机械臂为等腰梯形结构设置，并且第二机械臂以及第四机械臂之间为横向同轴分布。

优选的，所述第三齿圈的直径与第二齿圈的直径以及第一齿圈的直径相同，且第二齿圈与第三齿圈关于第三机械臂的竖向中心轴线对称分布设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该多自由度模块化工业机器人，通过底座带动支撑柱以及机械臂进行位移转动，通过螺纹杆以及机械臂的自转达到角度改变后根据不同方位的抓取，提高了工业机器人的机动性以及灵活度；

1.通过支撑柱顶端固定设置的主电机带动支撑柱内部贯穿设置的主螺纹杆发生旋转，使得与主螺纹杆固定连接的机器人底座内部的副齿轮发生旋转，使得副螺纹杆与固定设置于机器人底座内部的主齿轮以及内齿轮发生啮合连接，使得在机械手臂升降的过程中同时能够进行位置的移动。

通过第一机械臂外壁的第一马达与第二机械臂之间相互啮合，之后通过第二机械臂外壁固定设置的第二马达与第三机械臂的啮合带动第三机械臂开始转动，通过第三机械臂外部的第三马达带动第四机械臂转动，使得机械臂之间减少死角。

附图说明

图1为本发明正剖面结构示意图；

图2为本发明图1中A处结构示意图；

图3为本发明副齿轮俯面结构示意图；

图4为本发明第二机械臂安装结构示意图；

图5为本发明导向柱正剖面结构示意图。

图中：1、机器人底座；2、内齿轮；3、主齿轮；4、副齿轮；5、主螺纹杆；6、支撑柱；7、主电机；8、滑块；9、第一机械臂；10、第二机械臂；11、第一齿圈；12、第一马达；13、第三机械臂；14、第二齿圈；15、第二马达；16、第四机械臂；17、第三齿圈；18、第三马达；19、导向柱；20、副螺纹杆；21、副电机；22、夹持爪。

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1-5，本发明提供一种技术方案：一种多自由度模块化工业机器人，包括机器人底座1、支撑柱6、主电机7、副电机21和夹持爪22，机器人底座1的内部内壁固定设置有内齿轮2，且机器人底座1的内部中心位置处转动设置有主齿轮3，并且机器人底座1的内部主齿轮3的外侧转动设置有副齿轮4，副齿轮4的上表面中心位置处通过固定设置的主螺纹杆5贯穿设置于机器人底座1的上表面，且主螺纹杆5的顶端贯穿设置于支撑柱6的内部，并且支撑柱6的底端转动连接于副齿轮4的顶面，而且支撑柱6顶部主螺纹杆5的顶端固定设置有主电机7，主螺纹杆5的外壁套设有滑块8，且滑块8的左侧外壁固定连接于第一机械臂9的左端，并且第一机械臂9贯穿设置于支撑柱6的外部，而且第一机械臂9的右端内部贯穿设置有第二机械臂10，第二机械臂10的左端外壁固定设置有第一齿圈11，且第一机械臂9的右端外壁通过固定设置的第一马达12啮合连接于第二机械臂10左端第一齿圈11的外壁，并且第二机械臂10的右端内部贯穿设置有第三机械臂13，而且第三机械臂13的左端外部固定设置有第二齿圈14，第二机械臂10的右端外壁通过固定设置的第二马达15啮合连接于第三机械臂13左端第二齿圈14的外部，且第三机械臂13的右端内部贯穿设置有第四机械臂16，并且第四机械臂16的左端外部固定设置有第三齿圈17，而且第三机械臂13的右端外壁通过固定设置的第三马达18啮合连接于第四机械臂16左端第三齿圈17的外部，第四机械臂16的右端固定设置有导向柱19，且导向柱19的内部贯穿设置有副螺纹杆20，并且导向柱19外部副螺纹杆20的端部固定设置有副电机21，而且副螺纹杆20的外壁通过套设的夹持爪22贯穿设置于导向柱19的外部。

机器人底座1与内齿轮2以及主齿轮3之间均为同一圆心结构设置，且机器人底座1与内齿轮2以及主齿轮3之间均为横向同轴分布设置。

副齿轮4与主螺纹杆5以及支撑柱6之间均为竖向同轴分布设置，且支撑柱6的竖向中心轴线与机器人底座1的横向中心轴线之间相互垂直设置，使得副齿轮4的转动能够在机器人底座1的内部形成公转。

第一机械臂9的最大移动长度小于支撑柱6的长度，且支撑柱6的竖向中心轴线与第一机械臂9的横线中心轴线之间相互垂直设置，并且第一机械臂9的直径与第二机械臂10的直径相同，使得第一机械臂9与第二机械臂10转动时不会发生脱离的情况。

第二机械臂10与第四机械臂16之间均为直角梯形结构设置，且第二机械臂10右侧的第三机械臂13为等腰梯形结构设置，并且第二机械臂10与第三机械臂13以及第四机械臂16之间为横向同轴分布，使得第二机械臂10与第三机械臂13转动时能够发生角度的改变。

第三齿圈17的直径与第二齿圈14的直径以及第一齿圈11的直径相同，且第二齿圈14与第三齿圈17关于第三机械臂13的竖向中心轴线对称分布设置，使得第三齿圈17与第二齿圈14以及第一齿圈11能够同时通过啮合进行转动。

工作原理：在使用该多自由度模块化工业机器人之前，需要先检查装置整体情况，确定能够进行正常工作，根据图1-图5所示，在需要工业机器人在工作中表变自身位置时，如图1-图3所示，首先启动主电机7带动支撑柱6内部的主螺纹杆5发生旋转，使得主螺纹杆5的底端贯穿于机器人底座1的内部之后带动副齿轮4旋转之后，使得与副齿轮4啮合连接的主齿轮3以及内齿轮2对副齿轮4的限位，使得副齿轮4在机器人底座1的内部发生旋转，达到改变自身位置的效果，之后在主螺纹杆5的旋转之下，带动与主螺纹杆5螺纹连接的滑块8带动第一机械臂9进行上下升降；

如图4-图5所示，在机械手工作时，通过第一机械臂9外壁固定设置的第一马达12的转动，使得第一机械臂9内部转动设置的第二机械臂10在第一齿圈11的啮合之下进行转动，通过第二机械臂10外壁固定设置的第二马达15，使得第二机械臂10内部转动设置的第三机械臂13在第二齿圈14的啮合下进行转动，通过第三机械臂13外壁的第三马达18的转动，使得第三机械臂13内部转动设置的第四机械臂16通过第三齿圈17啮合之下发生转动，使得机械手臂的转动能够从180°平行转动至90°垂直，之后通过导向柱19外部的副电机21带动副螺纹杆20发生旋转，副螺纹杆20外壁的夹持爪22在导向柱19的限位下发生移动，从而对物品进行夹持。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种多自由度模块化工业机器人，包括机器人底座（1）、支撑柱（6）、主电机（7）、副电机（21）和夹持爪（22），其特征在于：所述机器人底座（1）的内部内壁固定设置有内齿轮（2），且机器人底座（1）的内部中心位置处转动设置有主齿轮（3），并且机器人底座（1）的内部主齿轮（3）的外侧转动设置有副齿轮（4），所述副齿轮（4）的上表面中心位置处通过固定设置的主螺纹杆（5）贯穿设置于机器人底座（1）的上表面，且主螺纹杆（5）的顶端贯穿设置于支撑柱（6）的内部，并且支撑柱（6）的底端转动连接于副齿轮（4）的顶面，而且支撑柱（6）顶部主螺纹杆（5）的顶端固定设置有主电机（7），所述主螺纹杆（5）的外壁套设有滑块（8），且滑块（8）的左侧外壁固定连接于第一机械臂（9）的左端，并且第一机械臂（9）贯穿设置于支撑柱（6）的外部，而且第一机械臂（9）的右端内部贯穿设置有第二机械臂（10），所述第二机械臂（10）的左端外壁固定设置有第一齿圈（11），且第一机械臂（9）的右端外壁通过固定设置的第一马达（12）啮合连接于第二机械臂（10）左端第一齿圈（11）的外壁，并且第二机械臂（10）的右端内部贯穿设置有第三机械臂（13），而且第三机械臂（13）的左端外部固定设置有第二齿圈（14），所述第二机械臂（10）的右端外壁通过固定设置的第二马达（15）啮合连接于第三机械臂（13）左端第二齿圈（14）的外部，且第三机械臂（13）的右端内部贯穿设置有第四机械臂（16），并且第四机械臂（16）的左端外部固定设置有第三齿圈（17），而且第三机械臂（13）的右端外壁通过固定设置的第三马达（18）啮合连接于第四机械臂（16）左端第三齿圈（17）的外部，所述第四机械臂（16）的右端固定设置有导向柱（19）。

2.根据权利要求1所述的一种多自由度模块化工业机器人，其特征在于：所述的导向柱（19）的内部贯穿设置有副螺纹杆（20），并且导向柱（19）外部副螺纹杆（20）的端部固定设置有副电机（21），而且副螺纹杆（20）的外壁通过套设的夹持爪（22）贯穿设置于导向柱（19）的外部。

3.根据权利要求1所述的一种多自由度模块化工业机器人，其特征在于：所述机器人底座（1）与内齿轮（2）以及主齿轮（3）之间均为同一圆心结构设置，且机器人底座（1）与内齿轮（2）以及主齿轮（3）之间均为横向同轴分布设置。

4.根据权利要求1所述的一种多自由度模块化工业机器人，其特征在于：所述副齿轮（4）与主螺纹杆（5）以及支撑柱（6）之间均为竖向同轴分布设置，且支撑柱（6）的竖向中心轴线与机器人底座（1）的横向中心轴线之间相互垂直设置。

5.根据权利要求1所述的一种多自由度模块化工业机器人，其特征在于：所第一机械臂（9）的最大移动长度小于支撑柱（6）的长度，且支撑柱（6）的竖向中心轴线与第一机械臂（9）的横线中心轴线之间相互垂直设置，并且第一机械臂（9）的直径与第二机械臂（10）的直径相同。

6.根据权利要求1所述的一种多自由度模块化工业机器人，其特征在于：所述第二机械臂（10）与第四机械臂（16）之间均为直角梯形结构设置，且第二机械臂（10）右侧的第三机械臂（13）为等腰梯形结构设置，并且第二机械臂（10与第三机械臂（13）以及第四机械臂（16）之间为横向同轴分布。

7.根据权利要求1所述的一种多自由度模块化工业机器人，其特征在于：所述第三齿圈（17）的直径与第二齿圈（14）的直径以及第一齿圈（11）的直径相同，且第二齿圈（14）与第三齿圈（17）关于第三机械臂（13）的竖向中心轴线对称分布设置。

8.根据权利要求1所述的一种多自由度模块化工业机器人，其特征在于：所述的机器人的工作原理为：首先启动主电机（7）带动支撑柱（6）内部的主螺纹杆（5）发生旋转，使得主螺纹杆（5）的底端贯穿于机器人底座（1）的内部之后带动副齿轮（4）旋转之后，使得与副齿轮（4）啮合连接的主齿轮（3）以及内齿轮（2）对副齿轮（4）的限位，使得副齿轮（4）在机器人底座（1）的内部发生旋转，达到改变自身位置的效果，之后在主螺纹杆（5）的旋转之下，带动与主螺纹杆（5）螺纹连接的滑块（8）带动第一机械臂（9）进行上下升降；

在机械手工作时，通过第一机械臂（9）外壁固定设置的第一马达（12）的转动，使得第一机械臂（9）内部转动设置的第二机械臂（10）在第一齿圈（11）的啮合之下进行转动，通过第二机械臂（10）外壁固定设置的第二马达（15），使得第二机械臂（10）内部转动设置的第三机械臂（13）在第二齿圈（14）的啮合下进行转动，通过第三机械臂（13）外壁的第三马达（18）的转动，使得第三机械臂（13）内部转动设置的第四机械臂（16）通过第三齿圈（17）啮合之下发生转动，使得机械手臂的转动能够从180°平行转动至90°垂直，之后通过导向柱（19）外部的副电机（21）带动副螺纹杆（20）发生旋转，副螺纹杆（20）外壁的夹持爪（22）在导向柱（19）的限位下发生移动，从而对物品进行夹持。