CN112894877B - 自锁式高负载机械臂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自锁式高负载机械臂，包括座体、竖向柱、悬臂、竖向驱动组件和旋转驱动组件；所述竖向柱以沿自身中心轴线单自由度转动的方式安装于座体上，所述悬臂的内端螺纹外套于竖向柱并与竖向柱垂直，竖向驱动组件包括固定于座体并与竖向柱传动配合的竖向驱动电机，所述旋转驱动组件包括旋转驱动电机、公转竖杆和公转齿圈，公转竖杆包括第一公转竖杆和第二公转竖杆，第一公转竖杆和第二公转竖杆之间设置连接杆；实现机械臂高速重载工作，自锁结构强度高，适用于高负载工作环境。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体涉及自锁式高负载机械臂。
背景技术
机器人的机械手臂是自动化设备不可缺少的重要组成部分，机械手臂的高效安全工作对生产和生活都有着非常重要的意义。目前，随着机械设备高速化和重载化的发展趋势，对机械手臂的工作平稳性能和安全性能提出了越来越高的要求。比如在石材加工生产过程中，需要机械臂进行大量的平动和转动或复合运动，虽然水平运动的驱动易实现高速重载驱动，而现有的旋转重载驱动的驱动力一般通过电机搭配减速器驱动或液压驱动，液压驱动虽然能满足重载驱动，但驱动速度较慢，而现有技术中电机搭配减速器驱动结构中，旋转驱动时的高速制动惯性较大，自锁性差，电机易损坏，并且转动行程控制精度不高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种自锁式高负载机械臂，能够实现机械臂高速重载工作，自锁结构强度高，适用于高负载工作环境。
本发明的一种自锁式高负载机械臂，包括座体、竖向柱、悬臂、竖向驱动组件和旋转驱动组件；所述竖向柱以沿自身中心轴线单自由度转动的方式安装于座体上，所述悬臂的内端螺纹外套于竖向柱并与竖向柱垂直，竖向驱动组件包括固定于座体并与竖向柱传动配合的竖向驱动电机，所述旋转驱动组件包括旋转驱动电机、公转竖杆和公转齿圈，公转竖杆包括第一公转竖杆和第二公转竖杆，第一公转竖杆和第二公转竖杆之间设置连接杆，连接杆的两端分别固定杆设置有连接套，公转竖杆以单自由度转动的方式内套于对应的连接套；所述旋转驱动电机横卧并壳体以绕竖向柱中心轴线单自由度转动的方式转动安装于座体，还包括左半轴和右半轴，旋转驱动电机的输出轴通过锥形齿轮与左、右半轴传动配合，左半轴与第一公转竖杆以涡轮蜗杆的方式传动配合，右半轴与第二公转竖杆以涡轮蜗杆的方式传动配合，半轴与公转竖杆之间通过一外套于连接处的垂直保持套保持稳定传动，旋转驱动电机输出轴与左右半轴的连接处外套设置有T型保持套，所述悬臂内端固定设置有两根分别开设有旋转驱动孔的摇杆，不同公转竖杆分别转动内套于对应摇杆的旋转驱动孔内并与对应摇杆沿竖向滑动配合，公转竖杆的端部固定设置有公转驱动齿轮，所述公转驱动齿轮与固定于座体的公转齿圈啮合并用于驱动公转竖杆公转。
进一步，所述公转驱动齿轮包括上公转驱动齿轮和下公转驱动齿轮，所述上、下公转驱动齿轮分别位于公转竖杆的两端且均配合设置有公转齿圈。
进一步，所述座体底部设置有转台，所述旋转驱动电机固定于转台上。
进一步，所述座体包括底板、高立板、低立板、上横板和下横板，所述高立板和低立板分列于底板的两侧，上横板固定于高立板的顶端并与固定于低立板顶端的下横板相对，所述竖向柱安装于上横板和下横板之间，下横板与高立板之间形成用于公转竖杆通过的间隙。
进一步，所述上、下公转驱所对应的公转齿圈分别固定于上横板底面和底板的顶面。
进一步，所述上横板的顶面固定设置有竖向驱动电机安装架。
进一步，所述旋转驱动孔内安装有滚珠轴承。
进一步，所述竖向柱的底部与下横板之间安装有推力轴承。
进一步，所述垂直保持套为两个垂直且中心线间隔布置固定的双套结构。
进一步，所述垂直保持套内对应杆体设置有滚珠轴承；所述公转竖杆的底端面设置有滚轮。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种自锁式高负载机械臂，利用竖向柱作为丝杆驱动悬臂升降运动，而旋转驱动电机通过涡轮蜗杆结合公转齿圈带动双公转竖杆自转的同时，带动悬臂摆动，实现悬臂的旋转运动，并且升降运动和旋转运动均有自锁功能，利于实现实现高速重载驱动，并且控制精度高，双公转竖杆利于自锁结构强度高，适用于高负载工作环境。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中旋转驱动电机输出轴的传动连接结构示意图；
图3为本发明中双公转竖杆的结构示意图；
图4为本发明中T型保持套的结构示意图；
图5为本发明中垂直保持套的结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图；图2为本发明中旋转驱动电机输出轴的传动连接结构示意图；图3为本发明中双公转竖杆的结构示意图；图4为本发明中T型保持套的结构示意图；图5为本发明中垂直保持套的结构示意图。如图所示，本实施例中的一种自锁式高负载机械臂，包括座体、竖向柱1、悬臂2、竖向驱动组件和旋转驱动组件；所述竖向柱1以沿自身中心轴线单自由度转动的方式安装于座体上，所述悬臂2的内端螺纹外套于竖向柱1并与竖向柱1垂直，竖向驱动组件包括固定于座体并与竖向柱1传动配合的竖向驱动电机3，所述旋转驱动组件包括旋转驱动电机4、公转竖杆和公转齿圈，公转竖杆包括第一公转竖杆5和第二公转竖杆6，第一公转竖杆5和第二公转竖杆6之间设置连接杆7，连接杆位于公转竖杆顶端部，连接杆7的两端分别固定杆设置有连接套8，公转竖杆以单自由度转动的方式内套于对应的连接套8；所述旋转驱动电机4横卧并壳体以绕竖向柱1中心轴线单自由度转动的方式转动安装于座体，还包括左半轴9和右半轴10，旋转驱动电机4的输出轴通过锥形齿轮与左、右半轴传动配合，左半轴与第一公转竖杆5以涡轮蜗杆的方式传动配合，右半轴与第二公转竖杆6以涡轮蜗杆的方式传动配合，半轴与公转竖杆之间通过一外套于连接处的垂直保持套11保持稳定传动，旋转驱动电机4输出轴与左右半轴的连接处外套设置有T型保持套25，所述悬臂2内端固定设置有两根分别开设有旋转驱动孔的摇杆(包括第一摇杆12和第二摇杆)，第一公转竖杆转动内套于第一摇杆12的旋转驱动孔内，不同公转竖杆分别转动内套于对应摇杆的旋转驱动孔内并与对应摇杆沿竖向滑动配合，两个摇杆分别成一定角度固定于悬臂2后端，公转竖杆(包括第一公转竖杆5和第二公转竖杆6)的端部固定设置有公转驱动齿轮，所述公转驱动齿轮与固定于座体的公转齿圈啮合并用于驱动公转竖杆公转；所述悬臂2的外端安装有机械爪或刀具等其他工作部件，竖向驱动电机3和旋转驱动电机4均为普通电机，通过利用竖向柱1作为丝杆驱动悬臂2升降运动，而旋转驱动电机4通过涡轮蜗杆结合公转齿圈带动双公转竖杆自转的同时，带动悬臂2摆动，实现悬臂2的旋转运动，并且升降运动和旋转运动均有自锁功能，利于实现实现高速重载驱动，并且控制精度高，双公转竖杆利于自锁结构强度高，适用于高负载工作环境；当然，在控制悬臂2旋转驱动时，可利用控制竖向杆自转实现对旋转控制过程中的高度变化补偿，属于现有技术，在此不再赘述。
本实施例中，所述公转驱动齿轮包括上公转驱动齿轮13和下公转驱动齿轮14，第一公转驱动和第二公转驱动均设置有公转驱动齿轮，所述上、下公转驱动齿轮分别位于公转竖杆的两端且均配合设置有公转齿圈；公转齿圈包括上公转齿圈15和下公转齿圈16，该结构利于公转竖杆受力平衡，运行稳定，所述公转竖杆的底端面设置有滚轮，所述滚轮为万向轮。
本实施例中，所述座体底部设置有转台17，所述旋转驱动电机4固定于转台上。
本实施例中，所述座体包括底板18、高立板19、低立板20、上横板21和下横板22，所述高立板和低立板分列于底板的两侧，上横板固定于高立板的顶端并与固定于低立板顶端的下横板相对，所述竖向柱1安装于上横板和下横板之间，下横板与高立板之间形成用于公转竖杆通过的间隙；所述转台位于下横板的下侧，该结构座体稳固性好，方便各零件安装。
本实施例中，所述上、下公转驱所对应的公转齿圈分别固定于上横板底面和底板的顶面；所述上横板的顶面固定设置有竖向驱动电机3安装架23；所述旋转驱动孔内安装有滚珠轴承；所述竖向柱1的底部与下横板之间安装有推力轴承；利于机械臂运行更顺畅。
本实施例中，所述垂直保持套为两个垂直且中心线间隔布置固定的双套结构；所述垂直保持套利于保证涡轮蜗杆传动结构的稳定性；所述垂直保持套内对应杆体设置有滚珠轴承；当然，垂直保持套内部也可通过现有技术设置用于防止对应各杆轴向传动的推力轴承，该推力轴承属于现有技术，在此不再赘述。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种自锁式高负载机械臂，其特征在于：包括座体、竖向柱、悬臂、竖向驱动组件和旋转驱动组件；所述竖向柱以沿自身中心轴线单自由度转动的方式安装于座体上，所述悬臂的内端螺纹外套于竖向柱并与竖向柱垂直，竖向驱动组件包括固定于座体并与竖向柱传动配合的竖向驱动电机，所述旋转驱动组件包括旋转驱动电机、公转竖杆和公转齿圈，公转竖杆包括第一公转竖杆和第二公转竖杆，第一公转竖杆和第二公转竖杆之间设置连接杆，连接杆的两端分别固定杆设置有连接套，公转竖杆以单自由度转动的方式内套于对应的连接套；所述旋转驱动电机横卧并壳体以绕竖向柱中心轴线单自由度转动的方式转动安装于座体，还包括左半轴和右半轴，旋转驱动电机的输出轴通过锥形齿轮与左、右半轴传动配合，左半轴与第一公转竖杆以涡轮蜗杆的方式传动配合，右半轴与第二公转竖杆以涡轮蜗杆的方式传动配合，半轴与公转竖杆之间通过一外套于连接处的垂直保持套保持稳定传动，旋转驱动电机输出轴与左右半轴的连接处外套设置有T型保持套，所述悬臂内端固定设置有两根分别开设有旋转驱动孔的摇杆，不同公转竖杆分别转动内套于对应摇杆的旋转驱动孔内并与对应摇杆沿竖向滑动配合，公转竖杆的端部固定设置有公转驱动齿轮，所述公转驱动齿轮与固定于座体的公转齿圈啮合并用于驱动公转竖杆公转；利用竖向柱作为丝杆驱动悬臂升降运动，而旋转驱动电机通过涡轮蜗杆结合公转齿圈带动双公转竖杆自转的同时，带动悬臂摆动，实现悬臂的旋转运动，并且升降运动和旋转运动均有自锁功能。
2.根据权利要求 1 所述的自锁式高负载机械臂，其特征在于：所述公转驱动齿轮包括上公转驱动齿轮和下公转驱动齿轮，所述上、下公转驱动齿轮分别位于公转竖杆的两端且均配合设置有公转齿圈。
3.根据权利要求 2 所述的自锁式高负载机械臂，其特征在于：所述座体底部设置有转台，所述旋转驱动电机固定于转台上。
4.根据权利要求 3 所述的自锁式高负载机械臂，其特征在于：所述座体包括底板、高立板、低立板、上横板和下横板，所述高立板和低立板分列于底板的两侧，上横板固定于高立板的顶端并与固定于低立板顶端的下横板相对，所述竖向柱安装于上横板和下横板之间，下横板与高立板之间形成用于公转竖杆通过的间隙。
5.根据权利要求 4 所述的自锁式高负载机械臂，其特征在于：所述上、下公转驱所对应的公转齿圈分别固定于上横板底面和底板的顶面。
6.根据权利要求 5 所述的自锁式高负载机械臂，其特征在于：所述上横板的顶面固定设置有竖向驱动电机安装架。
7.根据权利要求 6 所述的自锁式高负载机械臂，其特征在于：所述旋转驱动孔内安装有滚珠轴承。
8.根据权利要求 7 所述的自锁式高负载机械臂，其特征在于：所述竖向柱的底部与下横板之间安装有推力轴承。
9.根据权利要求 8 所述的自锁式高负载机械臂，其特征在于：所述垂直保持套为两个垂直且中心线间隔布置固定的双套结构。
10.根据权利要求 9 所述的自锁式高负载机械臂，其特征在于：所述垂直保持套内对应杆体设置有滚珠轴承；所述公转竖杆的底端面设置有滚轮。
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