CN116021551B - 一种连杆式机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种连杆式机械臂，包括底座以及设置于底座一侧的摆臂组件，摆臂组件包括第一臂段，第一臂段的一端连接于底座上，第一臂段的另一端连接有第二臂段，第二臂段的一端与第一臂段连接，第二臂段的另一端连接有载物平台，底座上与设置摆臂组件一侧的非同侧设置有驱使第一臂段摆动的驱动装置，底座和摆臂组件之间设置有同步传动组件，以使载物平台沿直线移动。本发明在驱动装置的驱动下，第一臂段和第二臂段摆动，既实现结构紧凑化，减小空间占用，同时实现载物平台的稳定直线运动，且驱动装置与摆臂组件位于底座的不同侧，进而使得第一臂段以及第二臂段能够实现大角度的旋转，大大的增加了载物平台的直线移动行程大小。

Description

一种连杆式机械臂

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，尤其涉及一种连杆式机械臂。

背景技术

在实现货物直线运输的领域中，较为常见而且成本较低的方式为直线导轨式的载物平台，该种载物平台是通过电机驱动滚珠丝杠转动，进而驱动滚珠丝杠上的螺纹套移动，以驱动载物平台直线移动，该种形式的载物平台整体空间占用较大，而且对于多个滚珠丝杠之间的水平度等的安装要求较高，领域内陆续采用连杆式机械臂代替上述结构的载物平台，连杆式机械臂主体由多个摆臂构成，能够实现较小的空间占用，更利于空间的布局规划，例如公开号为CN2917979Y的专利文件公开了一种工业机械手，该种机械手设置有后臂、中臂和前臂，后臂的顶部安装有驱动电机，在电机的驱动下，以及在不同传动比的同步带传动效果下，后臂和中臂发生摆动，以实现前臂的直线运动，进而能够实现物体的直线运输，该种结构的机械手由于驱动电机的阻挡，后臂和中臂之间的摆动角度范围较小，进而前臂的直线运行行程范围受限，业内为提高该种连杆式机械臂最前端的直线运行行程范围，较为常见的方式为增加各摆臂的长度或者增加摆臂的数量，两种方式中无疑都增加了同步带传动系统中同步带的有效长度，尤其是当同步带产生疲劳时，会放大同步带松弛产生的降低传动精度影响，进而会影响各摆臂之间的配合精度以及机械臂最前端的稳定，而且在增加摆臂数量的方式中，由于要保持最前端的直线运行，对于各个摆臂之间的配合度要求更高。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处，提供一种连杆式机械臂，从而有效解决现有技术中存在的不足之处。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种连杆式机械臂，包括底座以及设置于所述底座一侧的摆臂组件，所述摆臂组件包括第一臂段，第一臂段的一端连接于底座上，第一臂段的另一端连接有第二臂段，所述第二臂段的一端与第一臂段连接，第二臂段的另一端连接有载物平台，底座上与设置摆臂组件一侧的非同侧设置有驱使第一臂段摆动的驱动装置，底座和摆臂组件之间设置有同步传动组件，在驱动装置以及同步传动组件的驱使下，第一臂段和第二臂段摆动，以使载物平台沿直线移动。

进一步的，所述同步传动组件包括第一传动部和第二传动部，第一传动部包括设置于底座上的第一同步带轮以及设置于第二臂段上的第二同步带轮，第一同步带轮和第二同步带轮之间设置有第一同步带，第二传动部包括设置于第一臂段上的第三同步带轮以及设置于载物平台上的第四同步带轮，第三同步带轮和第四同步带轮之间设置有第二同步带。

进一步的，所述驱动装置的驱动端穿过第一同步带轮后与第一臂段连接，第二臂段上设置有贯穿第三同步带轮的第一轴体，第二同步带轮设置在第一轴体上，载物平台上设置有用于安装第四同步带轮的第二轴体。

进一步的，所述底座上配合摆臂组件设置有活动部，驱动装置以及同步传动组件驱使载物平台移动时，所述活动部和载物平台做同向的移动。

进一步的，所述活动部包括用于安装驱动装置的活动座，底座上设置有用于配合活动座直线移动的滑道，活动座上设置有与滑道配合的安装杆，所述第一同步带轮设置于安装杆上，活动座上还设置有与驱动装置配合的驱动件，在驱动装置的驱使下，驱动件迫使活动座移动。

进一步的，所述滑道呈长条状，安装杆可于滑道内移动，且安装杆的截面为长条形，以限制活动座相对底座旋转。

进一步的，所述安装杆上设置有垫圈，第一同步带轮将垫圈锁紧于安装杆上，且底座上于滑道的位置设置有与垫圈配合的滑槽。

进一步的，所述驱动件可旋转的安装于活动座上，驱动装置驱使驱动件旋转，底座上设置有驱动杆，驱动件上设置有和驱动杆配合的驱动槽，驱动件旋转时，驱动杆和驱动槽配合，以迫使活动座移动。

进一步的，所述驱动件上设置有配重部，驱动件旋转时活动部的重心移动，以平衡摆臂组件造成的重心移动。

进一步的，所述驱动件上设置有便于于活动座上安装驱动装置的让位槽。

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明在驱动装置的驱动下，第一臂段和第二臂段摆动，既实现结构紧凑化，减小空间占用，同时实现载物平台的稳定直线运动，且驱动装置与摆臂组件位于底座的不同侧，进而使得第一臂段以及第二臂段能够实现大角度的旋转，大大的增加了载物平台的直线移动行程大小，在活动座的作用下，第一臂段和第二臂段摆动的同时，活动座能够沿直线运输方向进行移动，进一步的增加了本发明载物平台的直线移动行程，提高了对所需运输物品的直线运输距离，而且，在运输物品的过程中，载物平台的前伸导致整体重心偏移，在配重部作用下，在第一臂段和第二弊端摆动的同时，使得配重部能够时时的进行重心的补偿，避免直线运输的前后方向、左右方向出现重心偏移，提高设备整体的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例一的结构示意图一；

图2为本发明实施例一的结构示意图二；

图3为本发明实施例一的结构示意图三；

图4为本发明实施例一的剖视图；

图5为本发明实施例二底座和活动部处的局部结构示意图；

图6为本发明实施例二底座和活动部处的局部分解图；

图7为本发明实施例二底座和活动部处另一视角的局部分解图；

图8为本发明实施例二活动部于底座上状态一的局部结构示意图；

图9为本发明实施例二活动部于底座上状态二的局部结构示意图。

图中：1、底座；2、第一臂段；3、第二臂段；4、载物平台；5、驱动装置；6、第一同步带轮；7、第二同步带轮；8、第一同步带；9、第三同步带轮；10、第四同步带轮；11、第二同步带；12、第一轴体；13、第二轴体；14、活动座；15、滑道；16、安装杆；17、驱动件；18、连接柱；19、垫圈；20、滑槽；21、第三轴体；22、驱动杆；23、驱动槽；24、让位槽；25、弧形结构；26、齿牙；27、配重部；28、安装孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-图9所示，本实施例所述的一种连杆式机械臂，该机械臂可用于例如物体运输领域，实现对物体的直线运输，具体的，包括一底座1，在底座1的一侧设置有摆臂组件，优选的，摆臂组件设置在底座1的顶部，届时，底座1可以单独放置于工作台面，也可以于设备上进行安装固定，摆臂组件包括第一臂段2，第一臂段2的一端连接在底座1的顶部，具体的，第一臂段2和底座1的顶部铰接连接，使得第一臂段2能够在水平面内相对底座1摆动，第一臂段2的另一端连接有第二臂段3，进一步的，第二臂段3的一端和第一臂段2铰接连接，使得第二臂段3能够在水平面内相对第一臂段2摆动，第二臂段3的另一端连接有载物平台4，载物平台4和第二臂段3也为铰接连接，在水平面内载物平台4相对第二臂段3能够摆动，具体的，第一臂段2的长度和第二臂段3的长度相等，更详细的说，第一臂段2和底座1的铰接点至第一臂段2和第二臂段3的铰接点的间距等于第一臂段2和第二臂段3的铰接点至第二臂段3和载物平台4的间距，且第一臂段2相对底座1顺时针摆动时，第二臂段3相对第一臂段2逆时针摆动，同时载物平台4相对第二臂段3顺时针摆动，且第二臂段3相对第一臂段2的摆动角度是第一臂段2相对底座1摆动角度的两倍，载物平台4相对第一臂段2的摆动角度是第一臂段2相对第二臂段3摆动角度的一半，进而实现载物平台4的直线往复运动，具体实现方式后续详细描述。

更为具体的，在底座1上设置有驱动装置5，驱动装置5驱使第一臂段2在底座1上摆动，驱动装置5位于底座1上和摆臂组件非相同的一侧，具体的，驱动装置5设置在底座1的底部，该实施例中，驱动装置5和摆臂组件位于底座1的不同侧部，使得摆臂组件和驱动装置5分离开来，而且第一臂段2位于底座1的上方，第二臂段3位于第一臂段2的上方，载物平台4位于第二臂段3的上方，形成层级互不干涉的布置形式，第一臂段2在摆动时以及第二臂段3在摆动时均不会被干涉，大大的增加了第一臂段2和第二臂段3的摆动角度范围，所以能够大大的增加载物平台4沿直线的运动行程范围，如图2所示为载物平台4的最远伸出状态，如图3所示为载物平台4缩回至最近位置的状态。

具体的，底座1和摆臂组件之间设置有同步传动组件，在驱动装置5和同步传动组件的共同配合下实现第一臂段2、第二臂段3以及载物平台4的摆动，以实现载物平台4的直线运动。

具体的，对于同步传动组件，如图4所示，其包括第一传动部和第二传动部，第一传动部和第二传动部可均为同步带传动结构，具体的，第一传动部包括设置在底座1上的第一同步带轮6以及设置在第二臂段3上的第二同步带轮7，第一同步带轮6固定设置在底座1上，第二同步带轮7固定设置在第二臂段3上，在第一同步带轮6和第二同步带轮7之间设置有第一同步带8，且第一同步带轮6的齿数是第二同步带轮7的齿数的2倍，所以当第一臂段2相对底座1旋转时，第二臂段3相对第一臂段2的旋转角度是第一臂段2相对底座1旋转角度的2倍，第二传动部包括设置在第一臂段2上的第三同步带轮9以及设置在载物平台4上的第四同步带轮10，第三同步带轮9固定设置在第一臂段2上，第四同步带轮10固定设置在载物平台4上，在第三同步带轮9和第四同步带轮10之间设置有第二同步带11，且第三同步带轮9的齿数是第四同步带轮10齿数的一半，进而使得载物平台4相对第二臂段3的旋转角度是第二臂段3相对第一臂段2旋转角度的一半，进而随着第一臂段2和第二臂段3的摆动，实现载物平台4的直线运动。

更为具体的，第一同步带轮6固定设置在底座1顶部并且第一同步带轮6位于第一臂段2的底部位置，驱动装置5为驱动电机，驱动电机的驱动端也即输出轴穿过底座1后再穿过第一同步带轮6，最终驱动电机的输出轴连接在第一臂段2上，在第二臂段3上固定设置有第一轴体12，第一轴体12向下延伸，第三同步带轮9固定设置在第一臂段2的顶部，第二同步带轮7位于第一臂段2的底部位置，第一轴体12贯穿第三同步带轮9以及第一臂段2后和第二同步带轮7固定连接，第四同步带轮10设置在第二臂段3的底部位置，载物平台4的底部设置有向下延伸的第二轴体13，第二轴体13向下贯穿第二臂段3后和第四同步带轮10固定连接，更为具体的，驱动电机和底座1之间固定连接，驱动电机的输出轴和底座1为可活动配合，驱动电机的输出轴和第一同步带轮6之间为可活动配合，驱动电机的输出轴和第一臂段2为固定连接，第二同步带轮7和第一轴体12为固定连接，第一轴体12和第二臂段3为固定连接，第一轴体12和第三同步带轮9为可活动配合，第一轴体12和第一臂段2为可活动配合，第二轴体13和载物平台4为固定连接，第二轴体13和第二臂段3为可活动配合，第二轴体13和第四同步带轮10为固定连接，上述可活动配合的结构形式可以在对应的部件之间设置轴承，提高本发明摆动的稳定性，固定连接可以通过涨紧套连接。

本实施例通过提高第一臂段2和第二臂段3的摆动角度范围，相较于以往的通过增加摆臂长度或者提高摆臂数量的方法，避免了当同步带产生疲劳时会放大同步带松弛产生的降低传动精度的影响，而且没有增加摆臂数量，也避免了较多摆臂后会出现更高的配合度的要求，进而有效的增加了载物平台4的直线运动行程大小。

在另一种实施例中，如图5-图8所示，在底座1上设置有活动部，活动部和摆臂组件配合，摆臂组件安装在活动部上，进而使得摆臂组件整体能够移动，在驱动装置5和同步带传动组件的配合下驱使载物平台4直线移动时，活动部也能够同时的做直线移动，且活动部的直线移动方向和载物平台4的直线移动方向相同，方向标记见附图中所示，载物平台4向前伸出时，活动部向前移动，载物平台4向后缩回时，活动部向后移动，进而进一步的增大了载物平台4的直线移动行程大小。

具体的，驱动装置5为驱动电机，驱动电机在驱动第一臂段2摆动的同时驱动活动部移动，为此，活动部包括活动座14，活动座14用于安装驱动电机，在底座1上设置有滑道15，滑道15和活动座14配合，活动座14沿滑道15做直线往复运动，活动座14上设置有与滑道15配合的安装杆16，具体的，安装杆16于活动座14的顶部向上延伸并穿过滑道15，届时，第一同步带轮6固定安装在安装杆16的顶部，在安装杆16的作用下活动座14能够稳定的前后移动，带动摆臂组件整体前后移动，在活动座14上设置有与驱动电机配合的驱动件17，在驱动电机的驱动下，驱动件17使得活动座14往复移动。

具体的，滑道15为沿前后方向的长条状，安装杆16能够在滑道15内移动，安装杆16的截面为长条状，且安装杆16的宽度恰好能够适配至滑道15内，并能够沿滑道15滑动，进而使得活动座14仅能够沿滑道15的长度方向移动，限制活动座14相对底座1转动，活动座14通过安装杆16在底座1上滑动，在安装杆16的顶部设置有向上延伸的连接柱18，连接柱18的截面积小于安装杆16的截面积，且在截面上，连接柱18大致位于安装杆16的中部，安装杆16向上适配至滑道15内后，安装杆16的顶部局部以及连接柱18伸出底座1的顶部，在安装杆16的顶部局部位置套设垫圈19，垫圈19和安装杆16的外截面适配，此时垫圈19的顶部和安装杆16的顶部齐平，且活动座14的顶部抵在底座1的底部，届时，将第一同步带轮6安装在连接柱18上，以限制垫圈19和安装杆16脱离，在底座1上于滑道15的位置上设置有能够和垫圈19适配的滑槽20，提高活动部移动时的稳定性，更进一步的，为了增加活动部往复移动的顺畅性，由于垫圈19的底部和滑槽20频繁摩擦，可以在垫圈19的底部设置多个万向球座，活动座14的顶部设置多个万向球座，安装完成后，垫圈19底部的万向球座和滑槽20相抵，活动座14顶部的万向球座和底座1的底部相抵，进而使得活动部移动的更加顺畅。

届时，驱动电机安装在活动座14的底部，活动座14上沿竖直方向设置有安装孔28，安装孔28向上贯通安装杆16以及连接柱18，以供驱动电机的输出轴由此穿过，驱动电机的输出轴由安装孔28向上贯穿安装杆16和连接柱18，最终和第一臂段2固定连接，驱动电机的输出轴和安装杆16之间以及驱动电机的输出轴和连接柱18之间可以设置轴承。

对于驱动件17，其可旋转的安装在活动座14上，例如通过活动座14底部的第三轴体21可旋转的安装在活动座14的底部，具体的，可以是在第三轴体21上固定安装轴承，然后将驱动件17再套装在该轴承的外侧，驱动电机迫使驱动件17绕第三轴体21旋转，在底座1的底部设置有向下延伸的驱动杆22，在驱动件17的顶部设置有能够和驱动杆22适配的驱动槽23，驱动槽23呈弧形设置，驱动槽23的中部向驱动件17的外侧拱处，且驱动槽23的一端相对靠近第三轴体21，驱动槽23的另一端相对远离第三轴体21，且驱动件17安装在活动座14上再将活动座14安装在底座1上，驱动杆22能够适配至驱动槽23内，进而当驱动电机迫使驱动件17旋转时，驱动杆22对驱动件17施加前后方向的力，使得活动部前后移动，更为具体的，在驱动件17上设置有便于在活动部上安装驱动电机的让位槽24，在驱动件17的旋转过程中，由于让位槽24的存在，避免驱动电机和驱动件17产生干涉或者驱动电机的输出轴和驱动件17产生干涉，具体的，驱动电机可直接安装在活动座14上或者通过焊接架等安装在活动座14上，届时，可以在让位槽24的外侧形成弧形结构25，该弧形结构25的虚拟圆圆心为第三轴体21的轴线，在弧形结构25的内侧设置齿牙26，驱动电机的输出轴上设置齿轮和齿牙26配合，进而驱动电机在驱动第一臂段2摆动的同时也能驱动驱动件17旋转。

更为优选的，在驱动件17上设置有局部加厚的配重部27，配重部27相对第三轴体21的轴线位于驱动件17的一侧，使得驱动件17的局部一侧更重，当驱动件17旋转时，使得活动部的重心发生变化，为此平衡摆臂组件动作时造成的重心移动，进而提高本发明的运行稳定性。

具体的，当载物平台4处在最远处的状态时，摆臂的重心更加靠近前方，活动部相对底座1处在最靠前的位置，此时，驱动件17的配重部27处在驱动件17上最靠后的位置，如图8所示，仅示出底座底部局部的结构，进而能够平衡重心偏移，在俯视底座1的方向上，当载物平台4收回时，驱动电机带动第一臂段2顺时针旋转，进而摆臂组件的重心在向后移动的同时也向右侧移动，驱动电机带动驱动件17逆时针旋转，一方面在驱动杆22和驱动槽23的配合下将活动部整体向后驱动，另一方面，驱动件17的配重部27逆时针移动至底座1的偏向左侧的位置，如图9所示，仅示出底座底部局部的结构，使得活动部的重心向前向左偏移，进而平衡摆臂组件的重心变化，利于提高本发明的稳定性，所以，移动的活动部既增加了载物平台4的直线移动行程范围大小，又提高了本发明的整体重心稳定性。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式，很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的，选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (2)

1.一种连杆式机械臂，其特征在于：包括底座以及设置于所述底座一侧的摆臂组件，所述摆臂组件包括第一臂段，第一臂段的一端连接于底座上，第一臂段的另一端连接有第二臂段，所述第二臂段的一端与第一臂段连接，第二臂段的另一端连接有载物平台，底座上与设置摆臂组件一侧的非同侧设置有驱使第一臂段摆动的驱动装置，底座和摆臂组件之间设置有同步传动组件，在驱动装置以及同步传动组件的驱使下，第一臂段和第二臂段摆动，以使载物平台沿直线移动；

其中，所述同步传动组件包括第一同步带轮、第二同步带轮、第三同步带轮和第四同步带轮，所述第一同步带轮的齿数是第二同步带轮的齿数的2 倍，所述第三同步带轮的齿数是第四同步带轮齿数的一半；

所述同步传动组件包括第一传动部和第二传动部，第一传动部包括设置于底座上的第一同步带轮以及设置于第二臂段上的第二同步带轮，第一同步带轮和第二同步带轮之间设置有第一同步带，第二传动部包括设置于第一臂段上的第三同步带轮以及设置于载物平台上的第四同步带轮，第三同步带轮和第四同步带轮之间设置有第二同步带；

所述驱动装置的驱动端穿过第一同步带轮后与第一臂段连接，第二臂段上设置有贯穿第三同步带轮的第一轴体，第二同步带轮设置在第一轴体上，载物平台上设置有用于安装第四同步带轮的第二轴体；

所述底座上配合摆臂组件设置有活动部，驱动装置以及同步传动组件驱使载物平台移动时，所述活动部和载物平台做同向的移动；

所述活动部包括用于安装驱动装置的活动座，底座上设置有用于配合活动座直线移动的滑道，活动座上设置有与滑道配合的安装杆，所述第一同步带轮安装在连接柱上，活动座上还设置有与驱动装置配合的驱动件，在驱动装置的驱使下，驱动件迫使活动座移动；

所述滑道呈长条状，安装杆可于滑道内移动，且安装杆的截面为长条形，以限制活动座相对底座旋转；

所述安装杆上设置有垫圈，第一同步带轮将垫圈锁紧于安装杆上，且底座上于滑道的位置设置有与垫圈配合的滑槽；

所述驱动件可旋转的安装于活动座上，驱动装置驱使驱动件旋转，底座上设置有驱动杆，驱动件上设置有和驱动杆配合的驱动槽，驱动件旋转时，驱动杆和驱动槽配合，以迫使活动座移动；

所述驱动件上设置有便于于活动座上安装驱动装置的让位槽；

在安装杆的顶部设置有向上延伸的连接柱，连接柱的截面积小于安装杆的截面积，安装杆的顶部局部以及连接柱伸出底座的顶部，垫圈的顶部和安装杆的顶部齐平，活动座的顶部抵在底座的底部，驱动装置为驱动电机，驱动电机安装在活动座的底部，活动座上沿竖直方向设置有安装孔，安装孔向上贯通安装杆以及连接柱，以供驱动电机的输出轴由此穿过，驱动电机的输出轴由安装孔向上贯穿安装杆和连接柱，最终和第一臂段固定连接；驱动件通过活动座底部的第三轴体可旋转的安装在活动座的底部，驱动槽呈弧形设置，驱动槽的中部向驱动件的外侧拱出，且驱动槽的一端相对靠近第三轴体，驱动槽的另一端相对远离第三轴体；让位槽的外侧形成弧形结构，弧形结构的虚拟圆圆心位于第三轴体的轴线上，在弧形结构的内侧设置齿牙，驱动电机的输出轴上设置齿轮和齿牙配合。

2.根据权利要求1所述的一种连杆式机械臂，其特征在于：所述驱动件上设置有配重部，驱动件旋转时活动部的重心移动，以平衡摆臂组件造成的重心移动。

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