CN113247172B - 一种多轴机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多轴机器人,具体涉及机械手领域,该多轴机器人包括至少一根摆轴机械臂;摆轴机械臂包括第一连接件、第二连接件和支撑叶片;支撑叶片具有相互平行的第一端面和第二端面,支撑叶片于第一端面上设置有第一连接柱,支撑叶片于第二端面上设置有第二连接柱;第一连接柱与支撑叶片连接固定;第一连接柱转动配合在第一连接件的第一配合孔中,第二连接柱转动配合在第二连接件的第二配合孔中;支撑叶片具有相对于第一连接件或第二连接件的转动自由度。该多轴机器人具有至少一根摆轴机械臂,其臂体实质为可绕自身轴线旋转的支撑叶片,在满足负载需求的条件下,支撑叶片的可旋转特性可保证其运动时的阻力的最小化,具有良好的实用性。

Description

一种多轴机器人
技术领域
本发明涉及机械手领域,具体涉及到一种多轴机器人。
背景技术
随着科技的发展和社会的进步,中国高度工业化的进程引领了机器人应用技术的快速发展,工业机器人正在迅速地取代各种生产线中的人力劳动力。尤其是在部分特殊行业,例如深海作业行业,基本只能依靠机器人进行作业,对于水下作业的多轴机器人而言,机器人的每一次运动都会受到流体阻力的作用,现有技术下的用于水下作业的多轴机器人,为了降低其受到的流体阻力,会选择采用圆柱形的臂体结构。但是在实际实施中发现,尤其是对于摇臂式的机械臂而言,其截面直径较大,在水中运动时还是会受到较大的流体阻力,不利于其运动速度的提升,尤其是在无负载移动等需要机械臂快速移动的场合,现有技术下的机械臂结构不满足水下作业的需求。
发明内容
为了解决机械臂在流体环境中运动阻力较大的问题,本发明实施例提供了一种多轴机器人,该多轴机器人中的至少一根摆轴机械臂,其臂体实质为可绕自身轴线旋转的支撑叶片,在满足负载需求的条件下,支撑叶片的可旋转特性可保证其运动时的阻力的最小化,有利于提高摆轴机械臂的运动性能。
相应的,本发明提供了一种多轴机器人,包括至少一根摆轴机械臂;
所述摆轴机械臂包括第一连接件、第二连接件和支撑叶片;
所述支撑叶片具有相互平行的第一端面和第二端面,所述支撑叶片于所述第一端面上设置有轴线垂直于所述第一端面的第一连接柱,所述支撑叶片于所述第二端面上设置有轴线垂直于所述第二端面的第二连接柱,所述第一连接柱与所述支撑叶片连接固定;
所述第一连接件包括第一受力面,所述第一受力面上设置有与所述第一连接柱配合的第一配合孔,所述第一连接柱转动配合在所述第一配合孔中,所述第一端面和所述第一受力面接触;
所述第二连接件包括第二受力面,所述第二受力面上设置有与所述第二连接柱配合的第二配合孔,所述第二连接柱转动配合在所述第二配合孔中,所述第二端面和所述第二受力面接触;
所述第一连接柱和所述第二连接柱同轴设置,所述第一连接件和第二连接件之间通过所述支撑叶片保持间距恒定,所述支撑叶片具有相对于所述第一连接件或第二连接件的转动自由度。
可选的实施方式,所述摆轴机械臂还包括驱动组件;
所述驱动组件包括驱动模块,所述第一配合孔为通孔;
所述驱动模块的本体设置在所述第一连接件远离所述支撑叶片的一侧上,所述驱动模块的驱动端用于驱动所述第一连接柱绕所述第一连接柱的轴线转动。
可选的实施方式,所述驱动组件还包括离合模块,所述离合模块设置在所述驱动模块的驱动端和所述第一连接柱之间。
可选的实施方式,所述驱动组件还包括减速模块,所述减速模块设置在所述离合模块和所述第一连接柱之间。
可选的实施方式,所述支撑叶片还具有相互平行的第一过流面和第二过流面;
以所述第一连接柱和所述第二连接柱的轴线为预设轴线,并以过所述预设轴线且垂直于所述第一过流面的平面作为第一截取面,以过所述预设轴线且垂直于所述第二过流面的平面作为第二截取面;
所述第一过流面经所述第一截取面划分为面积不等的两个第一表平面,所述第二过流面经所述第二截取面划分为面积不等的两个第二表平面。
可选的实施方式,在所述第一过流面和所述第二过流面上分别设置有减阻纹路。
可选的实施方式,所述第一过流面上的减阻纹路的减阻方向为自面积较小的第一表平面指向面积较大的第一表平面;所述第二过流面上的减阻纹路的减阻方向为自面积较小的第二表平面指向面积较大的第二表平面。
可选的实施方式,所述多轴机器人还包括外连接件;
所述外连接件与所述第一连接件连接,且所述外连接件与所述第一连接件之间形成密封腔,所述驱动组件设置在所述密封腔中。
可选的实施方式,所述支撑叶片具有自所述第一端面至所述第二端面的穿孔;所述摆轴机械臂还包括连杆;
所述连杆配合在所述穿孔中,所述连杆与所述支撑叶片连接固定;
所述连杆的两端分别从所述第一端面和所述第二端面穿出,且所述连杆的两端分别形成所述第一连接柱和所述第二连接柱。
可选的实施方式,所述连杆内设置有若干条沿轴向贯穿所述连杆的走线通道。
综上,本发明提供了一种多轴机器人,该多轴机器人的摆轴机械臂采用可转动的支撑叶片作为主体,可根据需求调节其姿态,从而实现在满足负载条件的前提条件下,尽可能降低流体运动阻力的目的,具有良好的实用性;支撑叶片的姿态调整可通过相应的驱动机构主动调节,也可以根据其支撑叶片的运动方向进行自调节,在实际使用中具有良好的实施便利性。
附图说明
图1示出了本发明实施例的摆轴机械臂三维结构示意图;
图2示出了本发明实施例的摆轴机械臂隐藏驱动组件后的结构示意图;
图3示出了本发明实施例的支撑叶片的三维结构示意图;
图4示出了本发明实施例的摆轴机械臂的主视图;
图5示出了本发明实施例的摆轴机械臂的侧视图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
具体的,串联式的多轴机器人是指多轴机器人所具有的多根机械臂是依次连接的。针对于每一个机械臂而言,机械臂具有相应的驱动结构,在串联式六轴机器人中,驱动结构一般为摆动驱动结构,摆动驱动结构可驱动对应的机械臂的摆动;通过多根沿不同平面方向摆动的臂体的串联设置,可满足多轴机器人的末端在空间中的自由运动需求。
图1示出了本发明实施例的摆轴机械臂三维结构示意图,图2示出了本发明实施例的摆轴机械臂隐藏驱动组件后的结构示意图,图3示出了本发明实施例的支撑叶片的三维结构示意图,图4示出了本发明实施例的摆轴机械臂的主视图,图5示出了本发明实施例的摆轴机械臂的侧视图。
相应的,本发明提供了一种多轴机器人,包括至少一根摆轴机械臂;摆轴机械臂是指在对应的摆动驱动结构的驱动下做摆动运动的机械臂。
所述摆轴机械臂包括第一连接件3、第二连接件5和支撑叶片4。
具体的,所述支撑叶片4具有相互平行的第一端面31和第二端面32,所述支撑叶片4于所述第一端面31上设置有轴线垂直于所述第一端面31的第一连接柱7,所述支撑叶片4于所述第二端面32上设置有轴线垂直于所述第二端面32的第二连接柱8;所述第一连接柱7与所述支撑叶片4连接固定。
支撑叶片4通过第一连接柱7实现与第一连接件3的转动连接,支撑叶片4通过第二连接柱8实现与第二连接件5的转动连接。
具体的,所述第一连接件3包括第一受力面22,所述第一受力面22上设置有与所述第一连接柱7配合的第一配合孔,所述第一连接柱7转动配合在所述第一配合孔中,所述第一端面31和所述第一受力面22接触;需要说明的是,在支撑叶片4的运动过程中,所述第一端面31和所述第一受力面22始终保持接触,第一受力面22用于承载来自于第一端面31传递的压力。一般的,第一连接件3主要用于与该摆轴机械臂的上一级机械臂的连接。
所述第二连接件5包括第二受力面21,所述第二受力面21上设置有与所述第二连接柱8配合的第二配合孔,所述第二连接柱8转动配合在所述第二配合孔中,所述第二端面32和所述第二受力面21接触;需要说明的是,在支撑叶片4的运动过程中,所述第二端面32和所述第二受力面21始终保持接触。第二受力面21用于承载来自于第二端面32传递的压力。一般的,第二连接件5主要用于与该摆轴机械臂的下一级机械臂的连接。
所述第一连接柱7和所述第二连接柱8同轴设置,所述第一连接件3和第二连接件5之间通过所述支撑叶片4保持间距恒定,所述支撑叶片4具有相对于所述第一连接件3或第二连接件5的转动自由度。
具体的,所述第一连接件3和第二连接件5之间通过所述支撑叶片4保持间距恒定的方式有多种,例如,以第一连接柱7为例,第一连接柱7远离所述支撑叶片4的一端相较于第一连接柱7靠近所述支撑叶片4的一端的截面积更大,第一连接件3配合在所述第一连接柱7靠近所述支撑叶片4的一端上;第二连接柱8远离所述支撑叶片4的一端相较于第一连接柱7靠近所述支撑叶片4的一端的截面积更大,第二连接件5配合在所述第二连接柱8靠近所述支撑叶片4的一端上,通过该实施方式,第一连接件3被所述第一连接柱7远离所述支撑叶片4的一端限位,第二连接件5被所述第二连接柱8远离所述支撑叶片4的一端限位,第一连接件3仅具有相对于第一连接柱7的转动自由度,第二连接件5仅具有相对于第二连接柱8的转动自由度,由于第一连接柱7和第二连接柱8同轴设置,即支撑叶片4同时具有相对于第一连接件3和第二连接件5的转动(自转)自由度。
具体的,考虑到实际装配问题,第一连接柱7或第二连接柱8上截面面积较大的结构可通过后加工结构的方式实现加工,例如,以第一连接柱7为例,可将第一连接柱7拆分为截面尺寸较小的连接柱根部结构件和截面尺寸较大的连接柱端部结构件,相应的,将第一配合孔设置为通孔;连接柱根部结构件首先固定在支撑叶片的预设位置上,第一连接件通过第一配合孔配合在所述连接柱根部结构件上后,再将连接柱端部结构件固定在连接柱根部结构件上,通过该实施方式,第一连接件卡设在支撑叶片和连接柱端部结构件之间。
进一步的,还可以将第一配合孔设置为阶梯结构,第一配合孔中的截面尺寸较小的位置用于与所述连接柱根部结构件配合,第一配合孔中的截面尺寸较大的位置用于与所述连接柱端部结构件配合。
可选的实施方式,所述摆轴机械臂还包括驱动组件;
所述驱动组件包括驱动模块1,所述第一配合孔为通孔;
所述驱动模块1的本体设置在所述第一连接件3远离所述支撑叶片4的一侧上,所述驱动模块1的驱动端用于驱动所述第一连接柱7绕轴线转动。
具体的,所述驱动模块1的驱动端可伸入至第一配合孔中与第一连接柱7传动连接,也可以为第一连接柱7从所述第一配合孔中穿出后与所述驱动模块1的驱动端配合连接形成传动。
可选的实施方式,所述驱动组件还包括离合模块,所述离合模块设置在所述驱动模块的驱动端和所述第一连接柱7之间。进一步的,第一连接柱7和驱动模块的驱动端之间的传动状态由离合模块控制,在离合模块的控制下,驱动模块的驱动端和所述第一连接柱7之间可以为传动连接关系,也可以为断开连接关系,离合模块的动作在具体实施中根据预设方式设置。
可选的实施方式,所述驱动组件还包括减速模块,所述减速模块设置在所述离合模块和所述第一连接柱7之间。具体的,减速模块主要用于降低驱动模块1的输出端的传递转速,相应的增加传递扭矩,以满足驱动力的需求。
在现有零件中,减速模块和离合模块一般整合为一体式结构的减速离合器2,以节省设备的占用空间。
具体的,摆轴机械臂的主要运动形式为摆动,即在摆轴机械臂的运动过程中,假设摆轴机械臂的头部(第一连接件3一侧)为摆动中心,则摆轴机械臂的尾部(第二连接件5一侧)绕所述摆动中心摆动;通过控制离合模块的内部动作,所述驱动模块1的驱动端和第一连接柱7传动连接断开,支撑叶片4具有绕第一连接柱7轴线转动的自由度;相应的,假设摆轴机械臂的工作环境为水下,在摆轴机械臂的摆动过程中,由于水流与支撑叶片4之间的相互作用力,支撑叶片4会自发调整姿态,阻力最小的一侧表面会转动至支撑叶片4的摆动方向。具体的,针对支撑叶片4的片状结构,其表面积较大的两个表面即为第一过流面11和第二过流面12;以所述第一连接柱7和所述第二连接柱8的轴线为预设轴线,并以过所述预设轴线且垂直于所述第一过流面11的平面作为第一截取面,以过所述预设轴线且垂直于所述第二过流面12的平面作为第二截取面;所述第一过流面11经所述第一截取面划分为面积不等的两个第一表平面,所述第二过流面12经所述第二截取面划分为面积不等的两个第二表平面。具体的,通过该设置方式,支撑叶片4会根据水流方向调整自身的姿态,以保证在摆轴机械臂摆动时受到的流体阻力最小,保证运动姿态的稳定性;例如以水流垂直于第一过流面11对第一过流面11进行冲击,第一过流面11上以第一截取面划分为两个第一表平面,由于两个第一表平面的面积不同,对预设轴线位置产生的作用扭矩不均衡,支撑叶片4会发生定向的转动(面积较大的第一表平面的运动方向为与水流方向同向、面积较小的第一表平面的运动方向为与水流方向反向),并最终达到稳定状态;在稳定状态下,支撑叶片4以迎水面20朝向水流的冲击方向,水流会首先被迎水面20分割后,分别流经第一过流面11和第二过流面12。通过上述结构的设置,可保证支撑叶片4具有确定的运动姿态,有利于多轴机器人运动程序的设计,可以很好的保证整个多轴机器人运动的平稳性。
需要说明的是,面积不等的两个第一表平面和面积不等的两个第二表平面的具体实施方式有多种,例如对于过流面为长方形、圆形等规则形状的支撑叶片,可采用将预设轴线设置在非对称轴位置上的实施方式实现。
由于第一过流面11和第二过流面12的面积较大,水流与支撑叶片4的粘滞阻力主要发生在第一过流面11和第二过流面12上,因此,可选的实施方式,在所述第一过流面11和所述第二过流面12上分别设置有减阻纹路。
具体的,减阻纹路主要包括无方向纹路和有方向纹路,一般情况下,无方向纹路对各个方向的水流的减阻效果是相同的,有方向纹路针对指定方向的水流的减阻效果优于无方向纹路,有方向纹路针对非指定方向的水流的减阻效果弱于无方向纹路。
因此,结合以上对水流与过流面产生的相对运动情况的说明,水流主要是从迎水面20方向进入至过流面上,因此,可选的实施方式,在所述第一过流面11上的减阻纹路的减阻方向为自面积较小的第一表平面指向面积较大的第一表平面的方向;在所述第二过流面12上的减阻纹路的减阻方向为自面积较小的第二表平面指向面积较大的第二表平面方向。
具体实施中,考虑到水下作业环境下对电动设备的保护问题,可选的实施方式,所述多轴机器人还包括外连接件;所述外连接件与所述第一连接件3连接,且所述外连接件与所述第一连接件3之间形成密封腔,所述驱动组件设置在所述密封腔中。具体的,外连接件主要用于与第一连接件3配合,对驱动组件进行保护,其形态和结构不唯一,在图中未示出;具体实施中,可根据具体实施情况实施。需要说明的是,由于外连接件和第一连接件3可视为一体结构,因此,针对于该摆轴机械臂的摆动驱动,对应的摆动驱动结构可直接通过驱动外连接件的方式对该摆轴机械臂的摆动运动进行驱动。
可选的实施方式,所述支撑叶片4具有自所述第一端面31至所述第二端面32的穿孔9;所述摆轴机械臂还包括连杆10;所述连杆10配合在所述穿孔9中,所述连杆10与所述支撑叶片4连接固定;所述连杆10的两端分别从所述第一端面31和所述第二端面32穿出,且所述连杆10的两端分别形成所述第一连接柱7和所述第二连接柱8。穿孔9和连杆10的设置,主要是有利于该摆轴机械臂的制造加工,参照附图图2示意,具体加工中,将支撑叶片4、第一连接件3和第二连接件5通过连杆10连接后,利用端盖帽对连杆10的两端(即对第一连接件3和第二连接件5)进行锁止,即可完成主体结构的安装。需要说明的是,连杆10的中部与支撑叶片4的连接方式为固定连接,可以通过涂抹粘合剂等方式使连杆10与支撑叶片4相互间连接固定。
可选的实施方式,所述连杆10内设置有若干条沿轴向贯穿所述连杆10的走线通道,走线通道可供连接线从上一级机械臂连接至下一级机械臂,可避免外部环境对连接线的影响。
进一步的,在第一过流面11面积较大的第一表平面上和/或在第二过流面12面积较大的第二表平面上设置有紊流盲孔6;在水下环境中,若支撑叶片4从位置A移动至位置B,在瞬间时刻内,以运动方向作为前方,支撑叶片4会在运动方向的后方产生空洞,水流具有流向所述空洞的趋势;如果支撑叶片4的表面较为光滑,则支撑叶片4附近的水流较为平稳,流向所述空洞的水流的作用力方向较为集中,水流在填补所述空洞时,会由于力的集中对支撑叶片4产生较大的反作用力;为了减弱上述情况,通过紊流盲孔6的设置,利用紊流盲孔6对水流的整体性进行破坏,使水流在补充至空洞前产生紊流,从而使水流填补空洞时的作用力方向发生变化,避免了作用力方向的集中,可一定程度上缓解水流填补空洞所产生的作用力对支撑叶片4运动的影响。
具体运行时,多轴机器人的摆轴机械臂有两种主要的运动方式:第一种运动方式为离合模块断开驱动模块1和第一连接柱7之间的传动连接,支撑叶片4自由运动;第二种运动方式为,在离合模块的控制下,驱动模块1和第一连接柱7之间为传动连接关系,支撑叶片4的姿态由驱动模块1进行控制。
具体的,支撑叶片4的姿态的不同对摆轴机械臂的负载具有较大的影响,由于摆轴机械臂为串联式多轴机器人中的其中一臂,相应的,摆轴机械臂的主要运动形式为摆轴机械臂的其中一端绕摆轴机械臂的另外一端摆动,参照附图图4和图5的示意图,并结合图示箭头方向的作用力,支撑叶片4能够承受图4所示方向上较大的作用力,相较而言,支撑叶片4对图5所示方向上的作用力的承受能力较弱,即当作用力作用在图4所示的支撑叶片4的平面(宽面)上时,支撑叶片4承载的负荷较大;当作用力作用在图5所示的支撑叶片4的平面(窄面)上时,支撑叶片4承载的负荷较小,因此,在实际实施中,需要根据负载的实际需求调节支撑叶片4的姿态,以兼顾摆轴机械臂的低阻力运动需求和负载需求。
综上,本发明实施例提供了一种多轴机器人,该多轴机器人的摆轴机械臂采用可转动的支撑叶片4作为主体,可根据需求调节其姿态,从而实现在满足负载条件的前提条件下,尽可能降低流体运动阻力的目的,具有良好的实用性;支撑叶片4的姿态调整可通过相应的驱动机构主动调节,也可以根据其支撑叶片4的运动方向进行自调节,在实际使用中具有良好的实施便利性。
以上对本发明实施例所提供的一种多轴机器人进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种多轴机器人,其特征在于,包括至少一根摆轴机械臂;
所述摆轴机械臂包括第一连接件、第二连接件和支撑叶片;
所述支撑叶片具有相互平行的第一端面和第二端面,所述支撑叶片于所述第一端面上设置有轴线垂直于所述第一端面的第一连接柱,所述支撑叶片于所述第二端面上设置有轴线垂直于所述第二端面的第二连接柱,所述第一连接柱与所述支撑叶片连接固定;
所述第一连接件包括第一受力面,所述第一受力面上设置有与所述第一连接柱配合的第一配合孔,所述第一连接柱转动配合在所述第一配合孔中,所述第一端面和所述第一受力面接触;
所述第二连接件包括第二受力面,所述第二受力面上设置有与所述第二连接柱配合的第二配合孔,所述第二连接柱转动配合在所述第二配合孔中,所述第二端面和所述第二受力面接触;
所述第一连接柱和所述第二连接柱同轴设置,所述第一连接件和第二连接件之间通过所述支撑叶片保持间距恒定,所述支撑叶片具有相对于所述第一连接件或第二连接件的转动自由度。
2.如权利要求1所述的多轴机器人,其特征在于,所述摆轴机械臂还包括驱动组件;
所述驱动组件包括驱动模块,所述第一配合孔为通孔;
所述驱动模块的本体设置在所述第一连接件远离所述支撑叶片的一侧上,所述驱动模块的驱动端用于驱动所述第一连接柱绕所述第一连接柱的轴线转动。
3.如权利要求2所述的多轴机器人,其特征在于,所述驱动组件还包括离合模块,所述离合模块设置在所述驱动模块的驱动端和所述第一连接柱之间。
4.如权利要求3所述的多轴机器人,其特征在于,所述驱动组件还包括减速模块,所述减速模块设置在所述离合模块和所述第一连接柱之间。
5.如权利要求1所述的多轴机器人,其特征在于,所述支撑叶片还具有相互平行的第一过流面和第二过流面;
以所述第一连接柱和所述第二连接柱的轴线为预设轴线,并以过所述预设轴线且垂直于所述第一过流面的平面作为第一截取面,以过所述预设轴线且垂直于所述第二过流面的平面作为第二截取面;
所述第一过流面经所述第一截取面划分为面积不等的两个第一表平面,所述第二过流面经所述第二截取面划分为面积不等的两个第二表平面。
6.如权利要求5所述的多轴机器人,其特征在于,在所述第一过流面和所述第二过流面上分别设置有减阻纹路。
7.如权利要求6所述的多轴机器人,其特征在于,所述第一过流面上的减阻纹路的减阻方向为自面积较小的第一表平面指向面积较大的第一表平面;所述第二过流面上的减阻纹路的减阻方向为自面积较小的第二表平面指向面积较大的第二表平面。
8.如权利要求2至4任一项所述的多轴机器人,其特征在于,所述多轴机器人还包括外连接件;
所述外连接件与所述第一连接件连接,且所述外连接件与所述第一连接件之间形成密封腔,所述驱动组件设置在所述密封腔中。
9.如权利要求1至4任一项所述的多轴机器人,其特征在于,所述支撑叶片具有自所述第一端面至所述第二端面的穿孔;所述摆轴机械臂还包括连杆;
所述连杆配合在所述穿孔中,所述连杆与所述支撑叶片连接固定;
所述连杆的两端分别从所述第一端面和所述第二端面穿出,且所述连杆的两端分别形成所述第一连接柱和所述第二连接柱。
10.如权利要求9所述的多轴机器人,其特征在于,所述连杆内设置有若干条沿轴向贯穿所述连杆的走线通道。
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