CN114179073B - 一种悬挂式机械臂 - Google Patents

Abstract

一种悬挂式机械臂，包括固定组件、第一滑动组件和第二滑动组件；所述第一滑动组件在所述固定组件带动下相对所述固定组件滑动；所述固定组件包括皮带固件；所述第二滑动组件包括第二支架、皮带和皮带轮组件；所述皮带轮和所述皮带固件分别与所述皮带啮合；所述皮带轮与所述第一滑动组件铰接并随之移动；所述第二支架随所述皮带移动；当所述第一滑动组件滑动时，所述皮带随之移动，所述第二支架与所述第一滑动组件同向滑动；沿所述皮带轮径向投影，在所述皮带轮轴向上，所述皮带轮两侧的外圆周面直径小于其中部的外圆周面直径以形成相互不平行的第一圆周面和第二圆周面。与现有技术相比较，本发明的悬挂式机械臂能减少皮带侧面的磨损。

Description

一种悬挂式机械臂

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，特别是涉及一种悬挂式机械臂。

背景技术

现代化生产中，工业机器人逐渐替代工人进行重复性高、强度大的工作。特别在流水线生产中，悬挂式机械臂因其安装方便、牵引力大而得到广泛应用。

请参阅图1，公告号为CN213797905U公开了一种机械手，包括水平设置的横臂1和竖直设置的竖臂2。所述横臂1设有可沿导轨水平移动的滑动件3。所述竖臂2包括支撑臂4、牵引带5、支撑板6、主臂7和电机8。所述支撑臂4固定在所述滑动件3上并随之水平移动。所述支撑板6一端滑动设置在所述支撑臂4并可沿所述支撑臂3上的导轨竖直移动，另一端与所述牵引带5相接。所述主臂7安装在所述支撑板6并随之竖直移动。所述电机8安装在所述横臂1上，且其输出轴与水平面平行。所述电机8通过皮带轮牵引所述牵引带5移动，从而带动所述支撑板6上下移动，所述主臂7随之上下移动。所述主臂7上设置悬挂在流水线上方且用于抓取产品的机械手(图未示)。所述横臂1与所述竖臂2相对水平、竖直移动，带动所述机械手抓取产品，并搬离流水线。

从上述机械手的结构可以看出，现有技术中的悬挂式机械臂为实现机械臂的移动，大多数采用电机带动皮带轮、再由皮带轮带动皮带的方式进行传动。然而，在机械臂运动过程中，皮带在皮带轮上滑动的同时，机械臂需要进行水平或竖直等直线运动，带动机械臂移动的电机、皮带轮和皮带随之发生运动，因而会出现皮带在皮带轮上左右窜动等相对移动。特别是从动皮带轮，由于加工和装配误差的作用，皮带在从动皮带轮上的相对移动尤为明显。皮带在皮带轮上相对移动后，容易出现皮带侧边磨损，甚至皮带断裂，严重时还会发生机械臂坠落等安全事故。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种悬挂式机械臂，以减少皮带的侧边磨损。

本发明采取的技术方案如下：

一种悬挂式机械臂，包括固定组件、第一滑动组件和第二滑动组件；所述第一滑动组件在所述固定组件带动下相对所述固定组件滑动；所述固定组件包括皮带固件；所述第二滑动组件包括第二支架、皮带和皮带轮组件；所述皮带轮和所述皮带固件分别与所述皮带啮合；所述皮带轮与所述第一滑动组件铰接并随之移动；所述第二支架随所述皮带移动；当所述第一滑动组件滑动时，所述皮带随之移动，所述第二支架与所述第一滑动组件同向滑动；沿所述皮带轮径向投影，在所述皮带轮轴向上，所述皮带轮两侧的外圆周面直径小于其中部的外圆周面直径以形成相互不平行的第一圆周面和第二圆周面。

与现有技术相比较，本发明的悬挂式机械臂其皮带轮在轴向上中部向外突起的结构，使得皮带在宽度方向上中部受力，当所述皮带受外力作用产生沿宽度方向一侧移动的趋势时，皮带轮进行限位，因此即便第一滑动组件与第二滑动组件向不同方向运动，皮带也不容易发生在宽度方向上的偏移，从而减少皮带侧边的磨损。

在一个实施例中，所述皮带轮还包括外齿部；沿所述皮带轮轴向，所述外齿部位于所述第一圆周面与所述第二圆周面之间；所述外齿部沿所述皮带轮周向延伸并沿所述皮带轮径向向外突出，以更好地防止皮带在宽度方向上的偏移。

在另一个实施例中，所述皮带轮还包括滚动体部；沿所述皮带轮轴向，所述滚动体部嵌套在所述第一圆周面与所述第二圆周面之间；所述滚动体部延所述皮带轮轴向延伸并沿所述皮带轮径向向外突出，在防止皮带在宽度方向上偏移的同时，推动皮带沿其长度方向在皮带轮上的相对移动。

进一步，沿所述皮带轮径向投影，所述第一圆周面与所述第二圆周面以过所述第一圆周面与所述第二圆周面交点且与所述皮带轮轴线垂直的直线对称设置，使得皮带在第一圆周面与第二圆周面上受力均匀，不容易发生偏移。

进一步，沿所述皮带轮径向投影，所述第一圆周面与所述第二圆周面为向外侧突出的圆弧面，以更好地与皮带内侧面贴合。

进一步，所述固定组件还包括电机和传动齿轮；所述第一滑动组件包括第一支架和齿条；所述电机带动所述传动齿轮同轴转动；所述齿条固定在所述第一支架上，并与所述齿条啮合，所述齿条与所述传动齿轮啮合，以带动所述安装板沿所述齿条移动，减少使用皮带与皮带轮的传动方式，可减少因皮带偏移而出现磨损的情况，从而提高所带动的装置运动的稳定性。

进一步，所述固定组件还包括导向块；所述第一滑动组件还包括第一导轨；所述第一导轨固定在所述第一支架上并沿所述第一滑动组件滑动方向延伸，所述第一导轨与所述导向块卡合，第一导轨、齿条、皮带之间相互配合，对第一滑动组件的移动进行导向与支撑，使得第一滑动组件运动稳定。

进一步，所述第二滑动组件还包括沿所述第一滑动组件滑动方向相对设置的两皮带轮座；所述皮带轮组件包括皮带轮、转轴、轴承和O型垫圈；所述转轴与所述皮带轮同轴连接，所述轴承对所述转轴进行支撑；所述皮带轮位于所述皮带轮座相对的两侧面之间；所述O型垫圈位于所述皮带轮座侧面与所述皮带轮之间，使得皮带轮保持在皮带轮座的中部位置，减少与皮带轮座之间的摩擦。

进一步，所述第一滑动组件还包括沿所述第一滑动组件滑动方向前后设置的上安装板与下安装板；所述皮带轮座分别安装在所述上安装板与所述下安装板上并正对。通过调整皮带轮座之间的位置可调整皮带的松紧度，方便皮带松紧度的调节。

进一步，所述第二滑动组件还包括第二导轨和滑块；所述第二导轨固定在所述第二支架上并沿所述第一滑动组件滑动方向延伸；所述滑块固定在所述第一支架上并与所述第二导轨卡合，第二导轨与滑块相互配合，对第二滑动组件的移动进行导向。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为现有技术中一种机械手；

图2为本发明中悬挂式机械臂的整体结构示意图；

图3为本发明中连接组件的结构示意图；

图4为本发明中悬挂式机械臂的正视图；

图5为沿图4中线Z-Z的剖视投影图；

图6为沿图5中线Y-Y的剖视投影图

图7为本发明中皮带轮座和皮带轮组件的分解图；

图8为本发明一个实施例中沿与皮带轮轴向垂直的方向投影的皮带轮剖视图；

图9为本发明另一个实施例中皮带轮的结构示意图；

图10为本发明另一个实施例中皮带轮的结构示意图；

图11为本发明中沿皮带长度方向投影的皮带剖视图。

具体实施方式

请参阅图2，本发明的悬挂式机械臂包括固定组件10、第一滑动组件20和第二滑动组件30。所述固定组件10安装在其他运动装置上并随之移动。所述第一滑动组件20滑动设置在所述固定组件10上，并可相对其滑动。所述第二滑动组件30活动安装在所述第一滑动组件20上，并且随着所述第一滑动组件20的滑动，所述第二滑动组件30进行同向移动。机械抓手等其他装置安装在所述第二滑动组件30上并随之运动，以移动到对象位置上。可相对同向移动的第一滑动组件20和第二滑动组件30，实现双倍行程，提高机械抓手等其他装置的移动速度。在本实施例中，所述固定组件10固定在沿水平设置的导轨移动的滑块上，以带动所述第一滑动组件20和所述第二滑动组件30水平移动。所述第一滑动组件20和所述第二滑动组件30分别沿与水平面垂直的竖直方向同向滑动。

请参阅图3，所述连接组件10包括电机11、安装板12、传动齿轮13、导向块14和皮带固件15。所述安装板12固定在水平移动的滑块等其他设备上。所述电机11、所述导向块14和所述皮带固件15均固定在所述安装板12上。所述传动齿轮13安装在所述电机11的输出端并与之同轴转动。在本实施例中，所述电机11位于所述安装板12外侧板面上且其输出轴穿过所述安装板12，且轴线与水平面平行；所述传动齿轮13与所述皮带固件15位于靠近所述安装板12内侧板面的同一侧；所述传动齿轮13的轴线平行于水平面；所述导向块14数量为两个，并沿竖直方向前后设置。

其中，请结合参阅图3与图4，在本实施例中，所述第一滑动组件20包括上安装板21、下安装板22、第一支架23、齿条24和第一导轨25。所述第一支架23为沿竖直方向延伸的框体，且其横截面为矩形。所述上安装板21和所述下安装板22分别位于所述第一支架23延伸方向的两端。所述传动齿轮13与所述齿条24啮合。所述侧导轨23固定在所述第一支架23上且沿竖直方向延伸。所述齿条24在所述第一支架23的第一侧面231上延伸并与所述固定组件10相对；所述第一导轨25位于与所述第一侧面231相接的第二侧面232上并沿竖直方向延伸。所述导向块14与所述第一导轨25。所述电机11转动时，所述传动齿轮13随之转动并推动所述齿条24上下移动，从而带动所述第一支架23上下移动，所述导向块14对所述第一导轨25的上下移动进行导向与限位。

请结合参阅图4与图5，所述第二滑动组件30包括第二支架31、皮带轮座32、皮带轮组件33、皮带34和皮带连接件35。所述皮带轮座32数量为两个且分别固定在所述上安装板21和所述下安装板22相对的两侧面上并正对。各皮带轮座32上各铰接一皮带轮组件33，两皮带轮组件33的轴线均平行于水平面，且与所述传动齿轮13轴线垂直。所述皮带34环绕在两皮带轮组件33之间并形成闭环。所述皮带34内侧面设有与所述皮带轮组件33啮合的齿部。所述第二支架31的延伸方向与所述第一支架23延伸方向平行，机械抓手等其他设备(图未示)安装在所述第二支架31上。所述皮带连接件35固定在所述第二支架31上，且与所述皮带34内侧面啮合。沿所述皮带轮组件33轴线投影，所述皮带34靠近所述连接组件10的一侧穿过所述皮带固件15并与之啮合；所述皮带34远离所述连接组件10的一侧穿过所述皮带连接件35并与之啮合。沿所述皮带轮组件33轴向投影，当所述电机11转动，带动所述第一滑动组件20上下滑动时，所述皮带轮组件33随之上下滑动，所述皮带34顺时针或逆时针回转，使得所述皮带连接件35随之上下滑动，并带动所述第二支架31上下滑动。在本实施例中，所述电机11正向转动，所述第一滑动组件20向上移动，带动所述皮带轮组件33、所述皮带34向上移动。由于与所述皮带34啮合的皮带固件15相对所述第一滑动组件20固定，因此在连接处对所述皮带34产生向下的拉力，如图3所示，沿所述皮带轮组件33轴向投影，所述皮带34顺时针转动，通过与所述皮带34啮合的皮带连接件35带动所述第二支架31向上移动，实现所述第一滑动组件20和所述第二滑动组件30的倍速移动。当所述电机11反向转动时，其过程与正向相同，但所述第一滑动组件20和所述第二滑动组件30均为向下移动，此处不再重复描述。进一步，请参阅图5，所述第二滑动组件30还包括第二导轨36和滑块37。所述第二导轨36固定在所述第二支架31上并与其同向延伸。所述滑块37固定在所述第一支架23上并与所述第二导轨36卡合。当所述第二支架31上下移动时，所述第二导轨36在所述滑块37内滑动，以实现对所述第二支架31移动的导向。

请参阅图6，在本实施例中，所述皮带轮座32为一侧设有开口的框体且相对两侧面上开设有通孔(未标注)。所述皮带轮组件33包括皮带轮331、转轴332、轴承333和O型垫圈334。所述转轴332与所述皮带轮331同轴连接，并插在所述皮带轮座32相对侧面的两通孔内，所述皮带轮331位于所述皮带轮座32相对的两侧面之间，且所述转轴332的轴向与所述传动齿轮33的轴向均平行于水平面并相互垂直。所述转轴332的轴向与所述皮带34的带面平行。所述轴承333数量为两个且分别设置在所述皮带轮座32的两侧通孔内以承托所述转轴332。所述O型圈数量为两个，套设在所述转轴332外并分别位于两侧的轴承333与皮带轮331之间，使得所述皮带轮331保持在所述皮带轮座32相对两侧面之间接近中部的位置。所述皮带34连接在两皮带轮331之间。

请参阅图7，在一个实施例中，在所述皮带轮331轴线所在的平面内，沿与所述皮带轮331径向进行投影，在所述皮带轮331轴线方向，所述皮带轮331两侧的外圆周面直径小于其中部的外圆周面直径。即在所述皮带轮331轴线方向上，从所述皮带轮331的两侧到中部，所述皮带轮331外圆周面的直径逐渐增大，从而形成两相互不平行的第一圆周面3311和第二圆周面3312。所述第一圆周面3311和所述第二圆周面3312上设有与所述皮带34内侧面啮合的齿部。在所述皮带轮331轴线所在的平面内，所述第一圆周面3311和所述第二圆周面3312分别向所述皮带轮431两侧面倾斜，其中部向外侧突起。优选地，在所述皮带轮331轴线所在的平面内，所述皮带轮331以过所述第一圆周面3311和所述第二圆周面3312的交点且与所述皮带轮331轴线垂直的直线a对称设置；进一步，所述第一圆周面3311和所述第二圆周面3312为向所述皮带轮331外侧突出圆弧面，使得所述皮带34的内侧面与所述第一圆周面3311、所述第二圆周面3312紧密贴合。当所述皮带34设置到所述皮带轮331上时，其内侧面与所述皮带轮331为外圆周面贴合，且所述皮带34在宽度方向上中部向外突起，所述皮带34包裹所述皮带轮331的外圆周面；当所述皮带34受外力作用产生沿宽度方向一侧移动的趋势时，由于所述皮带轮331中部突起，所述皮带34的受力点在中部，因此所述皮带轮331对所述皮带34的移动进行限制，从而防止所述皮带34在所述皮带轮331上跑偏。

进一步，请参阅图8，在另一个实施例中，所述皮带轮331还包括沿其轴线方向位于所述第一圆周面3311和所述第二圆周面3312之间的外齿部3313。所述外齿部3313由多个沿所述皮带轮331的周向依次排列的轮齿组成，并在所述皮带轮331外圆周面沿其径向向外突起。所述第一圆周面3311和所述第二圆周面331可为圆弧面，不再设置齿部。当所述皮带34设置到所述皮带轮431上时，所述外齿部3313将所述皮带34宽度方向的中部位置向外顶起，并与所述皮带34内侧面的齿面啮合，进一步防止所述皮带34沿其宽度方向偏移。

进一步，请参阅图9，在另一个实施例中，所述皮带轮331还包括沿其轴线方向位于所述第一圆周面3311和所述第二圆周面3312之间的滚动体部3314。所述第一圆周面3311和所述第二圆周面3312上设有与所述皮带34啮合的齿部。所述滚动体部3314由多个沿所述皮带轮331的周向依次排列滚珠或滚柱组成，并通过套环等嵌套在所述第一圆周面3311和所述第二圆周面3312之间。所述滚动体部3314沿所述皮带轮331径向向外突起，且各滚动体各自可绕轴滚动，且各个滚动体的轴线与所述皮带轮331的轴线平行。当所述皮带34设置到所述皮带轮331上时，所述滚动体部3314将所述皮带34宽度方向的中部位置向外顶出，进一步防止所述皮带34沿其宽度方向偏移的同时，对所述皮带34沿其长度方向移动不造成阻碍，使得所述皮带34可顺滑地沿其长度方向上在所述皮带轮331上相对移动，使得所述皮带34起到支撑作用的同时，不对所述连接组件30的移动造成阻碍。

进一步，请参阅图10，所述皮带34环绕到所述皮带轮331后，沿所述皮带34的长度方向投影，所述皮带34的内侧面在宽度方向的中部设有环形凹槽341，所述环形凹槽341沿其长度方向延伸。当所述皮带34设置到所述皮带轮331后，所述环形凹槽341卡合到所述外齿部3313或所述滚动体部3314，以进一步防止所述皮带34偏移，并且便于所述皮带34设置到所述皮带轮331时进行对中。优选地，所述环形凹槽341的横截面形状为靠近所述皮带34的内侧面一端的宽度大于靠近所述皮带34的外侧面一端的宽度，例如梯形，以便于安装。

与现有技术相比较，本发明的悬挂式机械臂能减少皮带在其宽度方向上的侧向偏移，减少与皮带座之间的侧边磨损，延长使用寿命和提高安全性，而且运行稳定，皮带松紧度调节方便，安装性好。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种悬挂式机械臂，其特征在于：包括固定组件、第一滑动组件和第二滑动组件；所述第一滑动组件在所述固定组件带动下相对所述固定组件滑动；所述固定组件包括皮带固件；所述第二滑动组件包括第二支架、皮带和皮带轮组件；所述皮带轮和所述皮带固件分别与所述皮带啮合；所述皮带轮与所述第一滑动组件铰接并随之移动；所述第二支架随所述皮带移动；当所述第一滑动组件滑动时，所述皮带随之移动，所述第二支架与所述第一滑动组件同向滑动；沿所述皮带轮径向投影，在所述皮带轮轴向上，所述皮带轮两侧的外圆周面直径小于其中部的外圆周面直径以形成相互不平行且向外侧突出的第一圆周面和第二圆周面；所述第一圆周面和所述第二圆周面上设有与所述皮带内侧面啮合的齿部；并在沿所述皮带轮轴向，所述第一圆周面与所述第二圆周面之间设置外齿部，所述外齿部由多个沿所述皮带轮的周向依次排列的轮齿组成，或在沿所述皮带轮轴向，所述第一圆周面与所述第二圆周面之间设置滚动体部，所述滚动体部由多个沿所述皮带轮的周向依次排列且径向突出在所述皮带轮外侧的滚动体组成，并嵌套在所述第一圆周面和所述第二圆周面之间。

2.根据权利要求1所述的悬挂式机械臂，其特征在于：沿所述皮带轮径向投影，所述第一圆周面与所述第二圆周面以过所述第一圆周面与所述第二圆周面交点且与所述皮带轮轴线垂直的直线对称设置。

3.根据权利要求2所述的悬挂式机械臂，其特征在于：所述固定组件还包括电机和传动齿轮；所述第一滑动组件包括第一支架和齿条；所述电机带动所述传动齿轮同轴转动；所述齿条固定在所述第一支架上，并与所述齿条啮合。

4.根据权利要求3所述的悬挂式机械臂，其特征在于：所述固定组件还包括导向块；所述第一滑动组件还包括第一导轨；所述第一导轨固定在所述第一支架上并沿所述第一滑动组件滑动方向延伸，所述第一导轨与所述导向块卡合。

5.根据权利要求4所述的悬挂式机械臂，其特征在于：所述第二滑动组件还包括沿所述第一滑动组件滑动方向相对设置的两皮带轮座；所述皮带轮组件包括皮带轮、转轴、轴承和O型垫圈；所述转轴与所述皮带轮同轴连接，所述轴承对所述转轴进行支撑；所述皮带轮位于所述皮带轮座相对的两侧面之间；所述O型垫圈位于所述皮带轮座侧面与所述皮带轮之间。

6.根据权利要求5所述的悬挂式机械臂，其特征在于：所述第一滑动组件还包括沿所述第一滑动组件滑动方向前后设置的上安装板与下安装板；所述皮带轮座分别安装在所述上安装板与所述下安装板上并正对。

7.根据权利要求6所述的悬挂式机械臂，其特征在于：所述第二滑动组件还包括第二导轨和滑块；所述第二导轨固定在所述第二支架上并沿所述第一滑动组件滑动方向延伸；所述滑块固定在所述第一支架上并与所述第二导轨卡合。