CN118046368A - 一种多关节机械结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多关节机械结构，包括周向转动设置在底座上的旋转臂、以及作用在工件上的作用部，旋转臂与作用部之间设有机械臂组件、以及用于驱动机械臂组件运动的驱动件，驱动件外露式设置在机械臂组件上；机械臂组件一端与旋转臂转动连接，机械臂组件另一端与作用部配合连接；机械臂组件上设有若干个不在同一轴线上的活动支点，以实现机械臂组件的多轴运动，旋转臂通过机械臂组件带动作用部运动至相应位置上并对工件作用。机械臂组件、旋转臂、摆动臂、连接臂形成串联的连杆机构，类似人的手臂，可以伸进极小的空间工作，机构紧凑，占地面积小。

Description

一种多关节机械结构

技术领域

本发明涉及机械设备技术领域，特别涉及一种多关节机械结构。

背景技术

现有的六轴机器人成本高，而且驱动器(电机、齿轮)均隐藏设置在六轴机器人上，不容易维修，采用电机、以及多个齿轮等精密传动结构，使市面上的六轴机器人成本高。如中国专利号ZL202310316843.1公开的一种用于锂电池的六轴搬运装置，以及中国专利号ZL202311465254.6公开的一种六轴机器人。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种多关节机械结构，通过将驱动件外露式设置在机械臂组件上，采用成本较低的臂板结构，进而降低多关节机械手的生产成本，提高企业效益，而且便于后期对驱动件进行拆装维修，以及定期的维护，而且增加驱动件的散热空间。

按此目的设计的一种多关节机械结构，包括周向转动设置在底座上的旋转臂、以及作用在工件上的作用部，旋转臂与作用部之间设有机械臂组件、以及用于驱动机械臂组件运动的驱动件，驱动件外露式设置在机械臂组件上；机械臂组件一端与旋转臂转动连接，机械臂组件另一端与作用部配合连接；机械臂组件上设有若干个不在同一轴线上的活动支点，以实现机械臂组件的多轴运动，旋转臂通过机械臂组件带动作用部运动至相应位置上并对工件作用。

机械臂组件另一端设有与作用部配合连接的摆动臂，机械臂组件上设有用于驱动摆动臂摆动的第一驱动器，第一驱动器的输出端与摆动臂传动连接，且第一驱动器的输出端与摆动臂之间的传动连接处形成摆动臂的摆动支点，机械臂组件的若干个活动支点与摆动支点不在同一轴线运动方向上，进而增加机械臂组件另一端作用部的机械运动空间位置，可以理解为增加机械运动的轴数。

通过调节第一驱动器输出端的转动方向、转动圈数，进而调节摆动臂在摆动支点上的摆动位置角度。

摆动臂上设有连接臂，连接臂转动设置在摆动臂上，摆动臂上设有用于驱动连接臂转动的第二驱动器，第二驱动器的输出端与连接臂传动连接，连接臂一端与作用部连接；且第二驱动器的输出端与连接臂之间的传动连接处形成连接臂的转动支点，机械臂组件的若干个活动支点、摆动支点、转动支点不在同一轴线运动方向上，以实现作用部通过机械臂组件、摆动臂、连接臂运动至不同的空间位置上。

通过调节第二驱动器输出端的转动方向、转动圈数，进而调节连接臂在转动支点上的转动位置角度。

机械臂组件包括第一机械臂、第二机械臂，第一机械臂一端与旋转臂转动连接，第一机械臂另一端与第二机械臂一端转动连接，第二机械臂另一端与第一驱动器转动连接；

旋转臂上设有用于驱动第一机械臂前后摆动的第三驱动器，第三驱动器的输出端与第一机械臂传动连接，第三驱动器输出端与第一机械臂之间的传动连接处形成第一机械臂前后摆动的第一活动支点，通过调节第三驱动器输出端的转动方向、转动圈数，进而调节第一机械臂在第一活动支点上的前后摆动位置角度。

第一机械臂或第二机械臂上设有用于驱动第二机械臂上下摆动的第四驱动器，第四驱动器的输出端与第二机械臂传动连接，第四驱动器的输出端与第二机械臂之间的传动连接处形成第二机械臂上下摆动的第二活动支点，通过调节第四驱动器输出端的转动方向、转动圈数，进而调节第二机械臂在第二活动支点上的上下摆动摆动位置角度；

第二机械臂上设有第五驱动器，第二机械臂、第一驱动器之间的转动处通过传动机构与第五驱动器输出端传动连接并形成第一驱动器带动摆动臂、作用部上下摆动的第三活动支点；通过调节第五驱动器输出端的转动方向、转动圈数，进而调节第一驱动器在第三活动支点上的上下摆动摆动位置角度。

第五驱动器设置在靠近第二机械臂的动力臂支点上，以增加第二机械臂另一端可连接的承重负载，通过将第五驱动器设置在靠近第二机械臂的动力臂支点上，可以增加第二机械臂力臂刚性。

底座上设有用于驱动旋转臂作周向转动的第六驱动器，第六驱动器的输出端与旋转臂传动连接，第六驱动器的输出端与旋转臂之间的传动连接处形成旋转臂周向转动的转动支点，机械臂组件的若干个活动支点与转动支点不在同一轴线运动方向上，旋转臂带动机械臂组件沿转动支点进行周向转动。

通过调节第六驱动器输出端的转动方向、转动圈数，进而调节旋转臂在转动支点上的周向转动位置角度。

本发明具有如下有益效果：

机械臂组件、旋转臂、摆动臂、连接臂形成串联的连杆机构，类似人的手臂，可以伸进极小的空间工作，机构紧凑，占地面积小。

每个驱动器驱动相应的机械运动轴，实现柔性启动，可以适合任何轨迹及角度的工作。可以根据需求更改相关参数，适应不同的场合需求。

作用在工件上的作用部为装夹装置(如吸盘、气动夹爪等)用于现有的搬取料，或者作用在工件上的作用部为冲头或磨头等其他机加工部件，可以用于现有的冲压、码垛、焊接等场合。代替现有的人工操作，提高效率，降低成本。

机械臂组件、旋转臂、摆动臂、连接臂形成多关节机械结构，具有六个关节轴及六个运动自由度。每个关节轴实现其末端的自由动作。

附图说明

图1为本发明一实施例多关节机械结构的立体结构示意图。

图2为本发明一实施例多关节机械结构部份零件隐藏的立体结构示意图。

图3为本发明一实施例多关节机械结构部份零件隐藏的另一方位立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

参见图1-图3，一种多关节机械结构，包括周向转动设置在底座1上的旋转臂2、以及作用在工件上的作用部3，旋转臂2与作用部3之间设有机械臂组件4、以及用于驱动机械臂组件4运动的驱动件；机械臂组件4一端与旋转臂2转动连接，机械臂组件4另一端与作用部3配合连接；机械臂组件4上设有若干个不在同一轴线上的活动支点5，以实现机械臂组件4的多轴运动，旋转臂2通过机械臂组件4带动作用部3运动至相应位置上并对工件作用。

机械臂组件4另一端设有与作用部3配合连接的摆动臂6，机械臂组件4上设有用于驱动摆动臂6摆动的第一驱动器8，第一驱动器8的输出端与摆动臂6传动连接，且第一驱动器8的输出端与摆动臂6之间的传动连接处形成摆动臂6的摆动支点7，机械臂组件4的若干个活动支点5与摆动支点7不在同一轴线运动方向上，进而增加机械臂组件4另一端作用部3的机械运动空间位置。

通过调节第一驱动器8输出端的转动方向、转动圈数，进而调节摆动臂6在摆动支点7上的摆动位置角度。

摆动臂6上设有连接臂9，连接臂9转动设置在摆动臂6上，摆动臂6上设有用于驱动连接臂9转动的第二驱动器10，第二驱动器10的输出端与连接臂9传动连接，连接臂9一端与作用部3连接；且第二驱动器10的输出端与连接臂9之间的传动连接处形成连接臂9的转动支点11，机械臂组件4的若干个活动支点5、摆动支点7、转动支点11不在同一轴线运动方向上，以实现作用部3通过机械臂组件4、摆动臂6、连接臂9运动至不同的空间位置上。

通过调节第二驱动器10输出端的转动方向、转动圈数，进而调节连接臂9在转动支点11上的转动位置角度。

机械臂组件4包括第一机械臂13、第二机械臂14，第一机械臂13一端与旋转臂2转动连接，第一机械臂13另一端与第二机械臂14一端转动连接，第二机械臂14另一端与第一驱动器8转动连接；

旋转臂2上设有用于驱动第一机械臂13前后摆动的第三驱动器15，第三驱动器15的输出端与第一机械臂13传动连接，第三驱动器15输出端与第一机械臂13之间的传动连接处形成第一机械臂13前后摆动的第一活动支点16，通过调节第三驱动器15输出端的转动方向、转动圈数，进而调节第一机械臂13在第一活动支点16上的前后摆动位置角度。

在本实施例中，第一机械臂13、第二机械臂14呈形成转角连接，第一机械臂13通过转动轴前后摆动设置在旋转臂2上，第三驱动器15的输出端直接插入第一机械臂13，或者，第三驱动器15的输出端通过行星齿轮与第一机械臂13传动连接。

第一机械臂13或第二机械臂14上设有用于驱动第二机械臂14上下摆动的第四驱动器17，第四驱动器17的输出端与第二机械臂14传动连接，第四驱动器17的输出端与第二机械臂14之间的传动连接处形成第二机械臂14上下摆动的第二活动支点18，通过调节第四驱动器17输出端的转动方向、转动圈数，进而调节第二机械臂14在第二活动支点18上的上下摆动摆动位置角度；

第二机械臂14上设有第五驱动器19，第二机械臂14、第一驱动器8之间的转动处通过传动机构20与第五驱动器19输出端传动连接并形成第一驱动器8带动摆动臂6、作用部3上下摆动的第三活动支点21；通过调节第五驱动器19输出端的转动方向、转动圈数，进而调节第一驱动器8在第三活动支点21上的上下摆动摆动位置角度。

在本实施例中，传动机构20为主动带轮、同步带、从动带轮，或者传动机构20为主动链轮、链条、从动链轮。

在本实施例中，第二机械臂14上设有用于包覆传动机构20的护罩，护罩通过螺钉、卡扣或磁铁拆卸式安装在第二机械臂14上，护罩起到防尘作用，而且需要添加润滑油时，只需要将护罩拆卸即可。

在本实施例中，第五驱动器19的输出端设有主动带轮或主动链轮，第一驱动器8的输出端设有从动带轮或从动链轮，同步带包覆主动带轮、从动带轮，链条包覆主动链轮、从动链轮。以实现第五驱动器19与第一驱动器8之间的传动连接，进而第一驱动器8上下摆动时带动摆动臂6上下摆动。

在本实施例中，第一驱动器8的输出端直接插入摆动臂6，第一驱动器8直接驱动摆动臂6左右摆动，或者，第一驱动器8的输出端通过行星齿轮与摆动臂6传动连接。

第五驱动器19设置在靠近第二机械臂14的动力臂支点上，以增加第二机械臂14另一端可连接的承重负载。

第五驱动器19的输出端贯穿第二机械臂14一侧。

在本实施例中，摆动臂6呈L形，摆动臂6包括与第一驱动器8传动连接的第一臂板、以及设置在第一臂板上的第二臂板，第二臂板上设有第二驱动器10，第二驱动器10的外壳通过连接法兰固定在第二臂板上。

在本实施例中，第二驱动器10的输出端贯穿第二臂板并与连接臂9传动连接。

在本实施例中，第二机械臂14通过转动轴上下摆动设置在第一机械臂13上，第四驱动器17直接插入第二机械臂14、第一机械臂13，第二机械臂14上设有轴孔上设有键槽孔，第四驱动器17的输出端设有平键，平键限位在键槽孔上，以带动第二机械臂14上下摆动在第一机械臂13上。

底座1上设有用于驱动旋转臂2作周向转动的第六驱动器12，第六驱动器12的输出端与旋转臂2传动连接，第六驱动器12的输出端与旋转臂2之间的传动连接处形成旋转臂2周向转动的转动支点，机械臂组件4的若干个活动支点5与转动支点不在同一轴线运动方向上，旋转臂2带动机械臂组件4沿转动支点进行周向转动。

通过调节第六驱动器12输出端的转动方向、转动圈数，进而调节旋转臂2在转动支点上的周向转动位置角度。

在本实施例中，每个驱动器可以为旋转气缸或电机，这里优选为电机。

在本实施例中，第六驱动器12的输出端上设有第一齿轮，旋转臂2通过转动轴转动设置在底座1上，旋转臂2的转动轴上设有第二齿轮，第一齿轮、第二齿轮啮合。第六驱动器12的输出端转动时通过第一齿轮、第二齿轮带动旋转臂2作周向转动。

或者，第六驱动器12通过主动轮、同步带、从动轮的传动方式驱动旋转臂2作周向转动。

在本实施例中，底座1上设有开关门结构，以打开或关闭容纳第六驱动器12的安装腔。

在本实施例中，底座1的侧面上还可以设有散热的百叶窗。

在本实施例中，第六驱动器12的输出端与旋转臂2之间的传动连接处形成第一机械运动轴(旋转S轴)。

在本实施例中，第五驱动器19、第一驱动器8之间的传动连接处形成第二机械运动轴(手腕旋转R轴)。

在本实施例中，第一驱动器8与摆动臂6之间的传动连接处形成第三机械运动轴(手腕回转T轴)。

在本实施例中，第三驱动器15与第一机械臂13之间的传动连接处形成第四机械运动轴(下臂L轴)。

在本实施例中，第四驱动器17与第二机械臂14之间的传动连接处形成第五机械运动轴(上臂U轴)。

在本实施例中，第二驱动器10与连接臂9之间的传动连接处形成第六机械运动轴(手腕摆动B轴)。

通过上述设置，多关节机械结构有六个轴及六个运动自由度，有旋转S轴、下臂L轴、上臂U轴、手腕旋转R轴、手腕摆动B轴、手腕回转T轴。六个关节实现末端的自由动作。通过六个运动自由度带动作用部3运动至相应位置上并对工件作用。

多关节机械结构可以配合相应的传感器进行工作。

上述为本发明的优选方案，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种多关节机械结构，包括周向转动设置在底座(1)上的旋转臂(2)、以及作用在工件上的作用部(3)，其特征在于：旋转臂(2)与作用部(3)之间设有机械臂组件(4)、以及用于驱动机械臂组件(4)运动的驱动件；机械臂组件(4)一端与旋转臂(2)转动连接，机械臂组件(4)另一端与作用部(3)配合连接；机械臂组件(4)上设有若干个不在同一轴线上的活动支点(5)，以实现机械臂组件(4)的多轴运动，旋转臂(2)通过机械臂组件(4)带动作用部(3)运动至相应位置上并对工件作用。

2.根据权利要求1所述多关节机械结构，其特征在于：机械臂组件(4)另一端设有与作用部(3)配合连接的摆动臂(6)，机械臂组件(4)上设有用于驱动摆动臂(6)摆动的第一驱动器(8)，第一驱动器(8)的输出端与摆动臂(6)传动连接，且第一驱动器(8)的输出端与摆动臂(6)之间的传动连接处形成摆动臂(6)的摆动支点(7)，机械臂组件(4)的若干个活动支点(5)与摆动支点(7)不在同一轴线运动方向上，进而增加机械臂组件(4)另一端作用部(3)的机械运动空间位置。

3.根据权利要求2所述多关节机械结构，其特征在于：通过调节第一驱动器(8)输出端的转动方向、转动圈数，进而调节摆动臂(6)在摆动支点(7)上的摆动位置角度。

4.根据权利要求2所述多关节机械结构，其特征在于：摆动臂(6)上设有连接臂(9)，连接臂(9)转动设置在摆动臂(6)上，摆动臂(6)上设有用于驱动连接臂(9)转动的第二驱动器(10)，第二驱动器(10)的输出端与连接臂(9)传动连接，连接臂(9)一端与作用部(3)连接；且第二驱动器(10)的输出端与连接臂(9)之间的传动连接处形成连接臂(9)的转动支点(11)，机械臂组件(4)的若干个活动支点(5)、摆动支点(7)、转动支点(11)不在同一轴线运动方向上，以实现作用部(3)通过机械臂组件(4)、摆动臂(6)、连接臂(9)运动至不同的空间位置上。

5.根据权利要求4所述多关节机械结构，其特征在于：通过调节第二驱动器(10)输出端的转动方向、转动圈数，进而调节连接臂(9)在转动支点(11)上的转动位置角度。

6.根据权利要求2所述多关节机械结构，其特征在于：机械臂组件(4)包括第一机械臂(13)、第二机械臂(14)，第一机械臂(13)一端与旋转臂(2)转动连接，第一机械臂(13)另一端与第二机械臂(14)一端转动连接，第二机械臂(14)另一端与第一驱动器(8)转动连接；

旋转臂(2)上设有用于驱动第一机械臂(13)前后摆动的第三驱动器(15)，第三驱动器(15)的输出端与第一机械臂(13)传动连接，第三驱动器(15)输出端与第一机械臂(13)之间的传动连接处形成第一机械臂(13)前后摆动的第一活动支点(16)，通过调节第三驱动器(15)输出端的转动方向、转动圈数，进而调节第一机械臂(13)在第一活动支点(16)上的前后摆动位置角度。

7.根据权利要求6所述多关节机械结构，其特征在于：第一机械臂(13)或第二机械臂(14)上设有用于驱动第二机械臂(14)上下摆动的第四驱动器(17)，第四驱动器(17)的输出端与第二机械臂(14)传动连接，第四驱动器(17)的输出端与第二机械臂(14)之间的传动连接处形成第二机械臂(14)上下摆动的第二活动支点(18)，通过调节第四驱动器(17)输出端的转动方向、转动圈数，进而调节第二机械臂(14)在第二活动支点(18)上的上下摆动摆动位置角度；

第二机械臂(14)上设有第五驱动器(19)，第二机械臂(14)、第一驱动器(8)之间的转动处通过传动机构(20)与第五驱动器(19)输出端传动连接并形成第一驱动器(8)带动摆动臂(6)、作用部(3)上下摆动的第三活动支点(21)；通过调节第五驱动器(19)输出端的转动方向、转动圈数，进而调节第一驱动器(8)在第三活动支点(21)上的上下摆动摆动位置角度。

8.根据权利要求7所述多关节机械结构，其特征在于：第五驱动器(19)设置在靠近第二机械臂(14)的动力臂支点上，以增加第二机械臂(14)另一端可连接的承重负载。

9.根据权利要求1所述多关节机械结构，其特征在于：底座(1)上设有用于驱动旋转臂(2)作周向转动的第六驱动器(12)，第六驱动器(12)的输出端与旋转臂(2)传动连接，第六驱动器(12)的输出端与旋转臂(2)之间的传动连接处形成旋转臂(2)周向转动的转动支点，机械臂组件(4)的若干个活动支点(5)与转动支点不在同一轴线运动方向上，旋转臂(2)带动机械臂组件(4)沿转动支点进行周向转动。

10.根据权利要求9所述多关节机械结构，其特征在于：通过调节第六驱动器(12)输出端的转动方向、转动圈数，进而调节旋转臂(2)在转动支点上的周向转动位置角度。