CN114378839B - 一种关节部位低损耗工业智能制造用机械臂 - Google Patents
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Abstract
本发明属于工业机械臂技术领域，具体涉及一种关节部位低损耗工业智能制造用机械臂，包括支撑底座，所述支撑底座的顶部设置有旋转台，所述机械小臂上安装有机械手腕，所述支撑臂与机械大臂之间、机械大臂与机械小臂之间分别通过关节部实现转动，两个所述关节部分别安装于支撑臂与机械大臂的内部；所述关节部包括两个相互啮合的啮合机构、锁定机构和驱动机构，所述驱动机构用于驱动其中一个所述啮合机构转动，所述锁定机构安装于两个啮合机构的同一侧，且所述锁定机构可滑动至两个所述啮合机构之间，用于锁定两个啮合机构；其中，两个所述啮合机构均具有磁性，且两个啮合机构的相对侧磁极相同。本发明可降低关节部的损耗，进而增加机械臂的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于工业机械臂技术领域，具体涉及一种关节部位低损耗工业智能制造用机械臂。
背景技术
工业机械臂是拟人手臂、手腕和手功能的机械电子装置。拟人手臂、手腕和手功能的机械电子装置；它可把任一物件或工具按空间位姿(位置和姿态)的时变要求进行移动，从而完成某一工业生产的作业要求。如夹持焊钳或焊枪，对汽车或摩托车车体进行了点焊或弧焊；搬运压铸或冲压成型的零件或构件；进行激光切割；喷涂；装配机械零部件等等。
目前在智能制造业中，机械臂的应用十分普遍，机械臂的转动多采用伺服电机驱动或气缸驱动，其中伺服电机驱动的方式中也分为直驱式以及传动驱动式，而传动驱动式多采用齿轮啮合的方式，该方式相较于直驱方式对电机的兼容性更强，但是由于机械臂在工作过程中，关节处需要反复的转动弯折，其完全依靠齿轮之间的啮合实现，长期时间，齿轮的磨损增大，很容易造成关节部损伤，影响机械臂的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种关节部位低损耗工业智能制造用机械臂，能够降低关节部的损耗，进而增加机械臂的使用寿命。
本发明采取的技术方案具体如下：
一种关节部位低损耗工业智能制造用机械臂，包括支撑底座，所述支撑底座的顶部设置有旋转台，所述旋转台的顶部安装有支撑臂，所述支撑臂上安装有机械大臂，所述机械大臂上安装有机械小臂，所述机械小臂上安装有机械手腕，所述支撑臂与机械大臂之间、机械大臂与机械小臂之间分别通过关节部实现转动，两个所述关节部分别安装于支撑臂与机械大臂的内部；
所述关节部包括两个相互啮合的啮合机构、锁定机构和驱动机构，所述驱动机构用于驱动其中一个所述啮合机构转动，所述锁定机构安装于两个啮合机构的同一侧，且所述锁定机构可滑动至两个所述啮合机构之间，用于锁定两个啮合机构；
其中，两个所述啮合机构均具有磁性，且两个啮合机构的相对侧磁极相同。
所述驱动机构为伺服马达或液压马达中的任意一种。
所述啮合机构包括转动盘、若干个磁性齿、两个定位盘和转轴，所述磁性齿装配在转动盘上，两个所述定位盘分别设置在转动盘的两侧，用于封盖住所述磁性齿，所述定位盘的内部设置有与磁性齿相匹配的定位件，所述转轴过盈配合于所述转动盘的内缘，且转轴穿插至所述转动盘内部的过程中，该转轴挤压所述定位件，使所述定位件将磁性齿锁定。
所述转动盘上沿着其外圆周方向开设有环形分布的定位槽，所述磁性齿靠近转动盘的一侧设置有装配在所述定位槽内部的定位块，且定位块上开设有两个相互垂直且相通的通孔。
两个所述定位盘的相对侧分别安装有与定位块相适配的定位管，两个所述定位管分别从定位块的两侧插接至横向的通孔内部，且其中一个所述定位管插接至另外一个所述定位管的内部，两个定位管上均开设有锁紧孔，且锁紧孔与纵向的通孔位于同一直线上。
所述转动盘的内部开设有环形分布且与纵向的通孔位于同一直线上的定位孔，所述定位件穿插于定位孔的内部，且定位件的长度大于定位孔的深度，所述定位件靠近转轴的一侧设置为楔形。
所述磁性齿采用强力磁铁与锻钢材料混合制成。
所述定位槽和定位块的截面形状均为燕尾形。
所述定位槽和定位块的截面形状均为凸字型。
所述锁定机构包括制动齿、液压油缸，限位轴，所述限位轴上开设有键槽，所述制动齿的内部开设有滑配在键槽内部的凸起键，所述液压油缸的伸缩轴安装在制动齿的内部，用于推动所述制动齿在限位轴上滑动，且当制动齿移动至两个啮合机构之间时，使两个啮合机构处于锁定状态。
本发明取得的技术效果为：
在组装啮合机构时，预先将定位件插入定位孔内部，然后将磁性齿装配在转动盘上，再将定位盘装上，使相对应的两个定位管相互插接，用于防止磁性齿滑落，最后将转轴装上，在将转轴压入转动盘的内部时，转轴的下端会挤压斜面，根据力的分解原理，能够将定位件挤压至缩入定位孔的状态，在此状态下，定位件的另一端会依次插接至纵向的通孔以及锁紧孔内部，从而能够将定位盘以及磁性齿固定住，该固定结构不需要使用任何的螺钉或其他锁紧结构也能达到很好的固定效果；
相对应的两个磁性齿相对的一侧磁极相同，进而能够使其中一个啮合机构转动时，能够借助磁性齿之间的斥力来驱动另一个啮合机构转动，该过程中，两个磁性齿之间的接触压力很小，甚至是没有接触，而降低了接触压力则能够降低磨损。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例支撑臂的局部剖视图；
图3是本发明实施例啮合机构的爆炸图；
图4是本发明实施例中磁性齿与转动盘的连接示意图；
图5是本发明的实施例啮合机构的剖视图；
图6是图5中A处的放大图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
10、支撑底座；20、旋转台；30、支撑臂；40、机械大臂；50、机械小臂；60、机械手腕；70、关节部；71、啮合机构；7101、转动盘；7102、磁性齿；7103、定位盘；7105、转轴；7106、定位槽；7107、定位块；7108、定位件；7109、通孔；7110、定位管；7111、定位孔；72、锁定机构；7201、制动齿；7202、液压油缸；7203、限位轴；73、驱动机构。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。
如图1所示，一种关节部位低损耗工业智能制造用机械臂，包括支撑底座10，支撑底座10的顶部设置有旋转台20，旋转台20的顶部安装有支撑臂30，支撑臂30上安装有机械大臂40，机械大臂40上安装有机械小臂50，机械小臂50上安装有机械手腕60。
如图2所示，支撑臂30与机械大臂40之间、机械大臂40与机械小臂50之间分别通过关节部70实现转动，两个关节部70分别安装于支撑臂30与机械大臂40的内部；
请再次参阅图2，关节部70包括两个相互啮合的啮合机构71、锁定机构72和驱动机构73，驱动机构73用于驱动其中一个啮合机构71转动，锁定机构72安装于两个啮合机构71的同一侧，且锁定机构72可滑动至两个啮合机构71之间，用于锁定两个啮合机构71；
其中，两个啮合机构71均具有磁性，且两个啮合机构71的相对侧磁极相同，两个啮合机构71的磁性相同，因此在驱动机构73带动其中一个啮合机构71转动时，该啮合机构71会借助磁性之间的相斥力来推动另外一个啮合机构71转动，在该过程中，可大幅度降低两个啮合机构71之间的接触压力，进而能够有效的降低损耗，以便达到增加其使用寿命的效果。
具体的，驱动机构73为伺服马达或液压马达中的任意一种，其上提到的均为可自由调整转动方向的驱动部件，用于灵活的调节机械臂的角度，其他诸如此类的驱动部件也可以。
如图3、图4所示，啮合机构71包括转动盘7101、若干个磁性齿7102、两个定位盘7103和转轴7105，磁性齿7102装配在转动盘7101上，两个定位盘7103分别设置在转动盘的两侧，用于封盖住磁性齿7102，定位盘7103的内部设置有与磁性齿7102相匹配的定位件7108，转轴7105过盈配合于转动盘7101的内缘，且转轴7105穿插至转动盘7101内部的过程中，该转轴7105挤压定位件7108，使定位件7108将磁性齿7102锁定，在组装啮合机构71时，将磁性齿7102装配在7101上，然后将定位盘7103装上，用于防止磁性齿7102滑落，最后将转轴7105装上，转轴7105安装到位后，定位件7108会将磁性齿7102锁住，进而增强磁性齿7102的稳定性。
具体的，如图4所示，转动盘7101上沿着其外圆周方向开设有环形分布的定位槽7106，磁性齿7102靠近转动盘7101的一侧设置有装配在定位槽7106内部的定位块7107，且定位块7107上开设有两个相互垂直且相通的通孔7109，在装配磁性齿7102时，定位块7107沿着定位槽7106滑配至完全贴在转动盘7101表面的状态，起到了初步的定位效果，降低后续组装的难度。
具体的，如图3、图4所示，两个定位盘7103的相对侧分别安装有与定位块7107相适配的定位管7110，两个定位管7110分别从定位块7107的两侧插接至横向的通孔7109内部，且其中一个定位管7110插接至另外一个定位管7110的内部，两个定位管7110上均开设有锁紧孔，且锁紧孔与纵向的通孔7109位于同一直线上，两个定位管7110相互插接，配合锁紧孔的设置，有助于后续使用定位件7108固定住两个定位管7110，进而达到固定住定位盘7103的效果。
具体的，如图4、图5所示，转动盘7101的内部开设有环形分布且与纵向的通孔7109位于同一直线上的定位孔7111，定位件7108穿插于定位孔7111的内部，且定位件7108的长度大于定位孔7111的深度，定位件7108靠近转轴7105的一侧设置为楔形，首先定位件7108为一圆柱杆状结构，其端部为楔形，导致其端部上下两侧均具有斜面，因此在将转轴7105压入转动盘7101的内部时，转轴7105的下端会挤压斜面，根据力的分解原理，能够将定位件7108挤压至缩入定位孔7111的状态，在此状态下，定位件7108的另一端会依次插接至纵向的通孔7109以及锁紧孔内部，从而能够将定位盘7103以及磁性齿7102固定住，该固定结构不需要使用任何的螺钉或其他锁紧结构也能达到很好的固定效果，且在组装磁性齿7102时预先将定位件7108插入定位孔7111内部，然后依次组装磁性齿7102以及定位盘7103，最后将转轴7105压入至转动盘7101即可，组装也十分方便。
进一步的，磁性齿7102采用强力磁铁与锻钢材料混合制成，首先强力磁铁为永久磁性的钕铁硼磁铁，其具有极强的磁性，磁极之间的磁性作用力更大，足够驱动机械臂的调整，另外由于钕铁硼磁铁本身硬度以及强度较差，将其与锻钢材料混合后，能够补强其抗性，完全适合后续作为啮合材料使用，其中，需要说明的是磁性齿7102的两侧分别为N极和S极，而两个啮合机构71上的磁性齿7102处于啮合状态下时，两个磁性齿7102相对的一侧磁极相同，进而能够使其中一个啮合机构71转动时，能够借助磁性齿7102之间的斥力来驱动另一个啮合机构71转动，该过程中，两个磁性齿7102之间的接触压力很小，甚至是没有接触，而降低了接触压力则能够降低磨损。
再进一步的，定位槽7106和定位块7107的截面形状均为燕尾形，燕尾形的槽体开口的宽度小于内部的槽宽，能够有效的卡住定位块7107，防止在装配过程中定位块7107从定位槽7106内部脱离。
如图2所示，锁定机构72包括制动齿7201、液压油缸7202，限位轴7203，限位轴7203上开设有键槽，制动齿7201的内部开设有滑配在键槽内部的凸起键，液压油缸7202的伸缩轴安装在制动齿7201的内部，用于推动制动齿7201在限位轴7203上滑动，且当制动齿7201移动至两个啮合机构71之间时，使两个啮合机构71处于锁定状态，在机械臂运作过程中，当机械臂夹持重物或对重物进行加工时，在关节部70调整完毕后，可通过外部控制器控制液压油缸7202运行，液压油缸7202推动制动齿7201在限位轴7203上滑动，使其移动到两个啮合机构71之间，并卡在磁性齿7102的间隙处，进而能够对两个啮合机构71限位，增强机械臂的定位效果，另外，为了保护制动齿7201以及磁性齿7102，降低二者在接触时的损耗，制动齿7201的表面还设置有耐磨型防护垫，该耐磨型防护垫可选用橡胶材料，具备较小的弹性，将制动齿7201与磁性齿7102之间阻隔开，避免二者直接接触，起到了一定的保护作用。
本发明中，在组装啮合机构71时，预先将定位件7108插入定位孔7111内部，然后将磁性齿7102装配在转动盘7101上，再将定位盘7103装上，使相对应的两个定位管7110相互插接，用于防止磁性齿7102滑落，最后将转轴7105装上，在将转轴7105压入转动盘7101的内部时，转轴7105的下端会挤压斜面，根据力的分解原理，能够将定位件7108挤压至缩入定位孔7111的状态，在此状态下，定位件7108的另一端会依次插接至纵向的通孔7109以及锁紧孔内部，从而能够将定位盘7103以及磁性齿7102固定住，该固定结构不需要使用任何的螺钉或其他锁紧结构也能达到很好的固定效果，同时相对应的两个磁性齿7102相对的一侧磁极相同，进而能够使其中一个啮合机构71转动时，能够借助磁性齿7102之间的斥力来驱动另一个啮合机构71转动，该过程中，两个磁性齿7102之间的接触压力很小，甚至是没有接触，而降低了接触压力则能够降低磨损。
实施例2
本实施例是在实施1的基础上做进一步改进，该实施例与实施例1的区别仅在于：
定位槽7106和定位块7107的截面形状均为凸字型，通过将定位槽7106的形状进行改变，发现凸字型的槽对定位块7107的定位效果更好。
实施例3
本实施例是在实施1的基础上做进一步改进，该实施例与实施例1的区别在于：
在转轴7105上增加了凸起键，并在转动盘7101的内壁设置一键槽，安装转轴7105时，通过凸起键卡在键槽内部，增加了转轴7105稳定性，使转轴7105与转动盘7101不会发生相对转动。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。
Claims (5)
1.一种关节部位低损耗工业智能制造用机械臂，包括支撑底座(10)，所述支撑底座(10)的顶部设置有旋转台(20)，所述旋转台(20)的顶部安装有支撑臂(30)，所述支撑臂(30)上安装有机械大臂(40)，所述机械大臂(40)上安装有机械小臂(50)，所述机械小臂(50)上安装有机械手腕(60)，其特征在于：所述支撑臂(30)与机械大臂(40)之间、机械大臂(40)与机械小臂(50)之间分别通过关节部(70)实现转动，两个所述关节部(70)分别安装于支撑臂(30)与机械大臂(40)的内部；
所述关节部(70)包括两个相互啮合的啮合机构(71)、锁定机构(72)和驱动机构(73)，所述驱动机构(73)用于驱动其中一个所述啮合机构(71)转动，所述锁定机构(72)安装于两个啮合机构(71)的同一侧，且所述锁定机构(72)可滑动至两个所述啮合机构(71)之间，用于锁定两个啮合机构(71)；
其中，两个所述啮合机构(71)均具有磁性，且两个啮合机构(71)的相对侧磁极相同；
所述啮合机构(71)包括转动盘(7101)、若干个磁性齿(7102)、两个定位盘(7103)和转轴(7105)，所述磁性齿(7102)装配在转动盘(7101)上，两个所述定位盘(7103)分别设置在转动盘的两侧，用于封盖住所述磁性齿(7102)，所述定位盘(7103)的内部设置有与磁性齿(7102)相匹配的定位件(7108)，所述转轴(7105)过盈配合于所述转动盘(7101)的内缘，且转轴(7105)穿插至所述转动盘(7101)内部的过程中，该转轴(7105)挤压所述定位件(7108)，使所述定位件(7108)将磁性齿(7102)锁定，所述转动盘(7101)上沿着其外圆周方向开设有环形分布的定位槽(7106)，所述磁性齿(7102)靠近转动盘(7101)的一侧设置有装配在所述定位槽(7106)内部的定位块(7107)，且定位块(7107)上开设有两个相互垂直且相通的通孔(7109)，两个所述定位盘(7103)的相对侧分别安装有与定位块(7107)相适配的定位管(7110)，两个所述定位管(7110)分别从定位块(7107)的两侧插接至横向的通孔(7109)内部，且其中一个所述定位管(7110)插接至另外一个所述定位管(7110)的内部，两个定位管(7110)上均开设有锁紧孔，且锁紧孔与纵向的通孔(7109)位于同一直线上，所述转动盘(7101)的内部开设有环形分布且与纵向的通孔(7109)位于同一直线上的定位孔(7111)，所述定位件(7108)穿插于定位孔(7111)的内部，且定位件(7108)的长度大于定位孔(7111)的深度，所述定位件(7108)靠近转轴(7105)的一侧设置为楔形。
2.根据权利要求1所述的关节部位低损耗工业智能制造用机械臂，其特征在于：所述驱动机构(73)为伺服马达或液压马达中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的关节部位低损耗工业智能制造用机械臂，其特征在于：所述磁性齿(7102)采用强力磁铁与锻钢材料混合制成。
4.根据权利要求1所述的关节部位低损耗工业智能制造用机械臂，其特征在于：所述定位槽(7106)和定位块(7107)的截面形状均为燕尾形。
5.根据权利要求1所述的关节部位低损耗工业智能制造用机械臂，其特征在于：所述定位槽(7106)和定位块(7107)的截面形状均为凸字型。
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2021
- 2021-12-20 CN CN202111557828.3A patent/CN114378839B/zh active Active
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