CN115890644A - 一种桌面级六自由度机械臂结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种桌面级六自由度机械臂结构，属于机械臂结构设计技术领域，特别涉及一种为桌面级的高精度紧凑型六自由度机械臂结构。在设计关节时，利用谐波减速器能够平稳承受轴向重力，无需再设计受力部件，缩小机械臂体积。关节模组使用同步轮同步带进行传动，可以使电机和减速器的位置分布更加紧凑。同步轮通过顶丝与电机和异形轴相连，能够便于安装和更换电机，并且结构设计中将此同步带放置于机械臂内部，避免因外界因素对传动造成卡顿。此种传动方式使电机和减速器同步无间隙的传动，且会有较小的传动噪声。在不影响关节模组精度和负载的同时缩小体积。
Description
技术领域
本发明涉及一种桌面级六自由度机械臂结构，属于机械臂结构设计技术领域，特别涉及一种为桌面级的高精度紧凑型六自由度机械臂结构。
背景技术
桌面级机械臂所面对的任务类型复杂多样，因此为完成各种任务需要机械臂有足够多的自由度，市场上大部分的桌面级机械臂为压缩体积多数选择为四自由组机械臂，在执行部分任务时有一定限制。六自由度机械臂能实现机械臂末端在三维空间中无约束运动，常见的桌面级六自由度机械臂为了提高精度与负载，往往结构会冗余，或者为实现结构紧凑会牺牲机械臂的精度。因此设计高精度且体积小的六自由度机械臂结构，是当前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种桌面级六自由度机械臂结构，以在缩小机械臂体积的同时，保证机械臂较高的精度及负载。
本发明的技术解决方案是：
一种桌面级六自由度机械臂结构，包括第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆；
所述的第一关节包括底板、支撑结构、第一电机、第一法兰连接件、第一谐波减速器；
所述的第一连杆是双侧支撑结构，第一连杆的一侧与第二谐波减速器输出环连接，第一连杆的底部与第一谐波减速器连接；
所述的第二关节包括第二谐波减速器、第一异形轴、第二电机和第一同步轮同步带；
所述的第二连杆是半包围厢式结构，呈中心对称，两侧分别与第三谐波减速器和第二谐波减速器的固定环相连接；
所述的第三关节包括第三谐波减速器、第二异形轴、第三电机和第二同步轮同步带；
所述的第三连杆是两侧支撑形式，第三连杆的一侧与第三谐波减速器的输出环连接，第三连杆的底部是半厢式结构，第四谐波减速器的固定环与第三连杆的厢壁连接，第四电机和第二法兰连接件置于第三连杆的厢内；
所述的第四关节包括：第四电机、第四谐波减速器和第二法兰连接件；
所述的第四连接杆是双侧支撑结构，第四连接杆的底部与第四谐波减速器的输出环连接，第四连接杆的一侧的支撑结构与第五谐波减速器的输出环连接；
所述的第五关节包括：第五电机、第五谐波减速器、第三异形轴和第三同步轮同步带；
所述的第五连杆是半包围厢式结构，第五电机、第三异形轴、第五谐波减速器、第六电机和第三同步轮同步带置于其中；
所述的第六关节包括第六电机，第六关节属于末端关节未进行设计，由末端工具决定，第六电机前端通过螺丝与第五连杆的厢壁连接；
所述的第一异形轴、第二异形轴和第三异形轴为设计的异形轴体结构，以异形轴为例。如图整体可分为轴、D形轴和法兰连接三部分组成。轴部分用于传动，D形轴部分用于固定同步带同步轮，法兰连接与第二谐波减速器的输入环连接。
本申请设计了一种新型的基于谐波减速器的关节模组，此关节模组采用的谐波减速器型号为：SHD-11-50和SHD-08-50。两款减速器的性能需求，且两者均为法兰盘输入输出，更进一步缩小了体积。在关节出设计凹槽设计，使减速器嵌入结构体中，能够在保证减速器输入输出同轴的同时增强结构的稳定性。另外两减速器内部的交叉滚子轴承结构，使其能够承受较大的径向力与轴向力，在设计第一关节和第四关节时，利用谐波减速器能够平稳承受轴向重力，无需再设计受力部件，缩小机械臂体积。关节模组使用2gt同步轮同步带进行传动，可以使电机和减速器的位置分布更加紧凑。同步轮通过顶丝与电机和异形轴相连，能够便于安装和更换电机，并且结构设计中将此同步带放置于机械臂内部，避免因外界因素对传动造成卡顿。此种传动方式使电机和减速器同步无间隙的传动，且会有较小的传动噪声。在不影响关节模组精度和负载的同时缩小体积。
针对此关机模组的传动方式和减速器，设计了异形轴结构。通过轴上的法兰结构与谐波减速器输入端相连，轴上的D形结构部分与同步轮同步带相连。此结构节省了大量冗余结构，使关节模组以更紧凑的结构进行传动。并且异形轴配合谐波减速器使模组的受力更加平衡，提高了负载能力，增强结构稳定性。
附图说明
图1为本发明的机械臂结构示意图；
图2为本发明的机械臂零件异形轴的结构示意图；
图3为本发明的机械臂结构第一关节的结构示意图；
图4为本发明的机械臂结构第二关节和第三关节的结构示意图；
图5为本发明的机械臂结构第四关节的结构示意图；
图6为本发明的机械臂结构第五关节的结构示意图。
具体实施方式
为了将本申请的目的、技术方案及优点进行更清楚、完整的描述，下面将结合附图及实施例做进一步详细说明。机械臂的具体组装装过程如下：
如图1-图6所示，图1是机械臂整体结构；
如图3所示，底座作为整个机械臂的底座16置于最底层，第一电机13末端通过螺丝螺母与底板16相连，第一电机13的输出轴通过顶丝与第一法兰连接件14相连，第一法兰连接件14又通过螺丝与第一谐波减速器15的输入环连接。第一谐波减速器15的固定环通过螺丝螺母与支撑结构12固连，支撑结构12是半包围捅式结构，第一电机12、第一法兰连接件14与第一谐波减速器置于支撑结构12内部，支撑结构12底部再与底板16螺丝连接。
如图4所示，第二谐波减速器21的固定环与第二连杆8相连，输入环与第一异形轴22相连，第一异形轴22由连杆7支撑。第一同步轮同步24带一侧通过顶丝与第一异形轴22连接，第一同步轮同步24带另一侧通过顶丝与第二电机23相连。第二电机23底部与第二连杆8顶丝相连。第三谐波减速器31的固定环与第二连杆8相连，输入环与第二异形轴32相连，第二异形轴32由第三连杆9支撑。第二同步轮同步带34一侧通过顶丝与第二异形轴32连接，第二同步轮同步带34另一侧通过顶丝与第三电机33相连。第三电机33底部与第二连杆8顶丝相连。
如图5所示，第四电机41底部与第三连杆9的后边厢壁相连，第四电机41输出轴与第二法兰连接件43通过顶丝相连，第二法兰连接件43通过螺丝与第四谐波减速器42输入环相连。
如图6所示，第五谐波减速器54的固定环第五连杆11相连，输入环与第三异形轴51相连，第三同步轮同步带53一侧与第三异形轴51通过顶丝相连，第三同步轮同步带53另一侧与第五电机52通过顶丝相连。第五电机52的底部通过螺丝与第五连杆11相连。
具体设计的机械臂参数如下设计机械臂基础参数如表1下：
表1机械臂基础参数
| 参数名称 | 数值 | 单位 |
| 重量 | 2.5 | Kg |
| 功率 | 150～200 | W |
| 精度 | 0.002～0.001 | mm |
| 最大负载 | 1 | Kg |
| 关节最大加速度 | 720 | °/ss |
| 关节最大角速度 | 150 | °/s |
目标精度为0.003mm，步进电机位置精度为3细分，等价于
末端距离关节最大距离为400mm所以减速比为：
所以选型机械臂关节谐波减速器减速比为50。为达到目标精度选择谐波减速器进行电机的减速传动，其具有优良的传动性能同时拥有有极小的回程误差。为使机械臂结构紧凑且运动灵活，针对不同关节选择不同谐波减速器，具体型号如表2下：
表2各关节谐波减速器型号
| 关节 | 谐波减速器型号 |
| 关节1 | SHD-11-50 |
| 关节2 | SHD-11-50 |
| 关节3 | SHD-11-50 |
| 关节4 | SHD-08-50 |
| 关节5 | SHD-08-50 |
| 关节6 | 由末端工具而定 |
关节1所需扭矩计算：
T1＝0.19267*3.14*4＝2.419893·m
故关节1选择步进电机42BYGH39。
关节2所需扭矩计算：
T2＝0.19267*3.14*4+0.34*2*0.5*10+0.45*1*10＝10.3199N·m
故关节2选择步进电机42BYGH39。
关节3所需扭矩计算：
T3＝0.056*3.14*4+0.2*1*10+0.2*1.2*0.5*10＝3.90·m
故关节3选择步进电机42BYGH34；
关节4所需扭矩计算：
T4＝0.01802*3.14*4+0.12*1*10+0.12*0.3*0.5*10＝1.606·m
故关节4选择步进电机42BYGH24；
关节5所需扭矩计算：
T5＝0.01728*3.14*4+0.12*1*10+0.12*0.6*0.5*10＝1.77703·m
故关节5选择步进电机42BYGH24；
关机6为末端工具，选择步进电机42BYGH24。
Claims (9)
1.一种桌面级六自由度机械臂结构，其特征在于：
该机械臂结构包括第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆；
所述的第一关节包括底板、支撑结构、第一电机、第一法兰连接件、第一谐波减速器；
所述的第二关节包括第二谐波减速器、第一异形轴、第二电机和第一同步轮同步带；
所述的第三关节包括第三谐波减速器、第二异形轴、第三电机和第二同步轮同步带；
所述的第四关节包括第四电机、第四谐波减速器和第二法兰连接件；
所述的第五关节包括第五电机、第五谐波减速器、第三异形轴和第三同步轮同步带；
所述的第六关节包括第六电机；
所述的第一连杆的一侧与第二谐波减速器输出环连接，第一连杆的底部与第一谐波减速器连接；
所述的第二谐波减速器的输入环与第一异形轴相连；
所述的第一法兰连接件与第一谐波减速器的输入环连接，第一谐波减速器的固定环与支撑结构固连，第一电机、第一法兰连接件与第一谐波减速器置于支撑结构内部，支撑结构底部与底板连接；
所述的第一同步轮同步带一侧通过顶丝与第一异形轴连接，第一同步轮同步带另一侧通过顶丝与第二电机相连，第二电机底部与第二连杆顶丝相连；
所述的第二连杆两侧分别与第三谐波减速器和第二谐波减速器的固定环相连接；
所述的第三谐波减速器的固定环与第二连杆相连，第三谐波减速器的输入环与第二异形轴相连，第二异形轴由第三连杆支撑，第二同步轮同步带一侧通过顶丝与第二异形轴连接，第二同步轮同步带另一侧通过顶丝与第三电机相连，第三电机底部与第二连杆顶丝相连；
所述的第三连杆的一侧与第三谐波减速器的输出环连接，第四谐波减速器的固定环与第三连杆的厢壁连接，第四电机和第二法兰连接件置于第三连杆的厢内；
所述的第四连接杆的底部与第四谐波减速器的输出环连接，第四连接杆的一侧的支撑结构与第五谐波减速器的输出环连接；
所述的第五连杆是半包围厢式结构，第五电机、第三异形轴、第五谐波减速器、第六电机和第三同步轮同步带置于其中；
所述的第六电机前端与第五连杆的厢壁连接。
2.根据权利要求1所述的一种桌面级六自由度机械臂结构，其特征在于：
所述的第一连杆是双侧支撑结构。
3.根据权利要求1所述的一种桌面级六自由度机械臂结构，其特征在于：
所述的第二连杆是半包围厢式结构，呈中心对称。
4.根据权利要求1所述的一种桌面级六自由度机械臂结构，其特征在于：
所述的第三连杆是两侧支撑形式，第三连杆9的底部是半厢式结构。
5.根据权利要求1所述的一种桌面级六自由度机械臂结构，其特征在于：
所述的第四连接杆是双侧支撑结构。
6.根据权利要求1所述的一种桌面级六自由度机械臂结构，其特征在于：
所述的第五连杆是半包围厢式结构。
7.根据权利要求1所述的一种桌面级六自由度机械臂结构，其特征在于：
所述的第六关节属于末端关节未进行设计，由末端工具决定。
8.根据权利要求1所述的一种桌面级六自由度机械臂结构，其特征在于：
所述的第一异形轴、第二异形轴和第三异形轴为设计的异形轴体结构，异形轴分为中心轴、D形轴和法兰连接三部分组成，中心轴部分用于传动，D形轴部分用于固定同步带同步轮，法兰连接与第二谐波减速器的输入环连接。
9.根据权利要求1所述的一种桌面级六自由度机械臂结构，其特征在于：
所述的谐波减速器型号为：SHD-11-50和SHD-08-50，在关节处设计凹槽，使减速器嵌入结构体中，两减速器内部的交叉滚子轴承结构。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104786217A (zh) * | 2014-12-18 | 2015-07-22 | 遨博（北京）智能科技有限公司 | 一种可变自由度的模块化机械臂 |
| CN107363825A (zh) * | 2017-08-25 | 2017-11-21 | 安徽大学 | 一种基于谐波减速的欠驱动2r机械臂装置 |
| CN108839012A (zh) * | 2018-08-07 | 2018-11-20 | 上海大学 | 一种六自由度机械臂 |
| CN111267141A (zh) * | 2020-04-09 | 2020-06-12 | 白志超 | 一种可扩展的机器人关节及其构成的驱动方式可切换的机器人 |
| US20200206907A1 (en) * | 2017-03-16 | 2020-07-02 | Guangdong Institute Of Intelligent Manufacturing | Driving arm with multiple degrees of freedom and twin-armed robot using same |
| WO2022121689A1 (zh) * | 2020-12-11 | 2022-06-16 | 深圳市越疆科技有限公司 | 轻量级桌面机械臂底座及轻量级桌面机械臂 |
| CN114918969A (zh) * | 2022-04-26 | 2022-08-19 | 中国科学院自动化研究所 | 机械臂关节 |
| CN115302483A (zh) * | 2022-08-11 | 2022-11-08 | 深圳市越疆科技有限公司 | 转台结构、驱动组件、轻量级工业桌面机械臂及机器人 |
-
2023
- 2023-01-17 CN CN202310095647.6A patent/CN115890644A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104786217A (zh) * | 2014-12-18 | 2015-07-22 | 遨博（北京）智能科技有限公司 | 一种可变自由度的模块化机械臂 |
| US20200206907A1 (en) * | 2017-03-16 | 2020-07-02 | Guangdong Institute Of Intelligent Manufacturing | Driving arm with multiple degrees of freedom and twin-armed robot using same |
| CN107363825A (zh) * | 2017-08-25 | 2017-11-21 | 安徽大学 | 一种基于谐波减速的欠驱动2r机械臂装置 |
| CN108839012A (zh) * | 2018-08-07 | 2018-11-20 | 上海大学 | 一种六自由度机械臂 |
| CN111267141A (zh) * | 2020-04-09 | 2020-06-12 | 白志超 | 一种可扩展的机器人关节及其构成的驱动方式可切换的机器人 |
| WO2022121689A1 (zh) * | 2020-12-11 | 2022-06-16 | 深圳市越疆科技有限公司 | 轻量级桌面机械臂底座及轻量级桌面机械臂 |
| CN114918969A (zh) * | 2022-04-26 | 2022-08-19 | 中国科学院自动化研究所 | 机械臂关节 |
| CN115302483A (zh) * | 2022-08-11 | 2022-11-08 | 深圳市越疆科技有限公司 | 转台结构、驱动组件、轻量级工业桌面机械臂及机器人 |
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