CN204505242U - 一种工业机械手臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种工业机械手臂，包括底座，底座上可转动的安有回转座，回转座上固定有大臂，大臂的上端转动安有小臂，小臂远离大臂的一端转动安有夹具头；回转座上设有用于驱动回转座的动力组件Ⅰ，小臂上设有用于驱动小臂的动力组件Ⅱ，小臂上还设有用于带动夹具头转动的动力组件Ⅲ。大臂与底座转动连接。回转座、大臂和小臂均采用壳体结构，其上分别设有可视窗口。各电机连有一电机驱动器，电机驱动器分别连接运动控制器Ⅰ和运动控制器Ⅱ，运动控制器Ⅰ连接一上位机，运动控制器Ⅱ连接一工控手持终端。该方案提高了机械手臂在整体上的灵活性，提高了实际生产的自动化程度；能直观地反映机械手的组成部件，还能在实际生产中进行教学。

Description

一种工业机械手臂

技术领域

本实用新型涉及自动化机械设备领域，具体是一种工业机械手臂。

背景技术

目前，各个机械领域，如自动化设备、汽车、精密机械行业等领域，越来越多的引入了机械手臂。但传统机械手臂的整体的灵活性相对较低，这在实际生产中往往会制约生产的自动化程度。此外，现有机械手臂在学校教学方面，不能将机械手臂的相关组成部件直观地反映出来，且在将现有工业机械手臂用到教学中时，无法全方位的展示工业机械手臂的运动状态，不便于学生了解机械手臂的相关领域的知识体系。此为现有技术的不足之处。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种工业机械手臂的技术方案，用于解决传统机械手臂的整体的灵活性相对较低的问题，以提高实际生产的自动化程度。此外，该方案能将机械手的相关组成部件直观地反映出来，能将工业机械手臂直观地应用到教学上，且能全方位的展示工业机械手臂的运动状态，便于学生了解机械手臂的相关领域的知识体系。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种工业机械手臂，包括底座，底座上可转动的安有回转座，回转座上固定有大臂，大臂的上端转动安有小臂，小臂能够在竖直平面内转动，小臂远离大臂的一端转动安有夹具头；回转座上设有用于驱动回转座在水平面内转动的动力组件Ⅰ，小臂上设有用于带动小臂在竖直平面内转动的动力组件Ⅱ，小臂上还设有用于带动夹具头在竖直平面内俯仰转动的动力组件Ⅲ。

所述大臂与所述的底座转动连接，底座上设有用于驱动大臂在竖直平面内转动的动力组件Ⅵ，所述的动力组件Ⅵ包括电机Ⅵ和减速机Ⅵ，电机Ⅵ固定在回转座上，减速机Ⅵ的输入轴与电机Ⅵ的输出轴同轴连接，减速机Ⅵ的输出轴固定在大臂上。

所述回转座、大臂和小臂均采用壳体结构，所述回转座、大臂和小臂上分别设有可视窗口，便于教学使用。

所述的动力组件Ⅰ包括电机Ⅰ和减速机Ⅰ，电机Ⅰ固定在回转座上，减速机Ⅰ的输入轴与电机Ⅰ的输出轴同轴连接，减速机Ⅰ的输出轴固定在底座上。

所述的动力组件Ⅱ包括电机Ⅱ和减速机Ⅱ，电机Ⅱ固定在小臂上，减速机Ⅱ的输入轴与电机Ⅱ的输出轴同轴连接，减速机Ⅱ的输出轴固定在大臂上。

所述的动力组件Ⅲ包括分别固定在小臂上的电机Ⅲ和减速机Ⅲ，电机Ⅲ的输出轴上安有皮带轮Ⅲ，减速机Ⅲ的输入轴上安有皮带轮Ⅳ，皮带轮Ⅳ通过皮带Ⅱ与皮带轮Ⅲ相连；减速机Ⅲ的输出轴与夹具头固定连接。

所述小臂包括肘关节和转动安装在肘关节一侧的横臂；肘关节上设有用于驱动横臂转动的动力组件Ⅳ；所述的动力组件Ⅳ包括电机Ⅳ、减速机Ⅳ和转轴Ⅰ，减速机Ⅳ和电机Ⅳ分别固定在肘关节上，减速机Ⅳ的输入轴与电机Ⅳ的输出轴同轴连接，减速机Ⅳ的输出轴与转轴Ⅰ同轴连接，转轴Ⅰ远离减速机Ⅳ的一端固定在横臂上。

所述夹具头包括腕关节和转动安装在腕关节上的夹具；横臂上设有用于驱动夹具转动的动力组件Ⅴ；动力组件Ⅴ包括电机Ⅴ和中部转动安装在小臂上的转轴Ⅱ，电机Ⅴ的输出轴上安有皮带轮Ⅰ，转轴Ⅱ的轴线和减速机Ⅲ的输出轴的轴线重合，转轴Ⅱ位于小臂的外侧的轴上安有皮带轮Ⅱ，皮带轮Ⅱ通过皮带Ⅰ与皮带轮Ⅰ相连；转轴Ⅱ位于小臂的内侧的轴上同轴地连接有伞齿轮Ⅰ，伞齿轮Ⅰ与一伞齿轮Ⅱ相啮合，伞齿轮Ⅱ同轴地安装在一转轴Ⅲ的一端，转轴Ⅲ的另一端穿过所述的腕关节与减速机Ⅴ的输入轴固定连接，减速机Ⅴ的输出轴与所述的夹具固定连接，转轴Ⅲ与腕关节转动连接。

转轴Ⅱ端部的伞齿轮Ⅰ和减速机Ⅲ的输出轴协同支撑夹具头，这可增加本实用新型使用的稳定性与可靠性，较为实用。

所述的电机Ⅰ、电机Ⅱ、电机Ⅲ、电机Ⅳ、电机Ⅴ和电机Ⅵ连接一电机驱动器，所述的电机驱动器分别连接运动控制器Ⅰ和运动控制器Ⅱ，运动控制器Ⅰ连接一上位机，运动控制器Ⅱ连接一工控手持终端。其中，电机驱动器用于控制各电机的启动与关闭，且电机驱动器还用于实时向上位机反馈各电机的驱动参数，上位机接收并处理各相关电机的驱动参数，计算并直观显示夹具头所限位的部件在实际运动中的移动角度、角速度、角加速度等运动参数，从而便于学生快速全面的学习和掌握工业机械手的运动控制，以及便于实现在线仿真和在线编程实验的实训；尤其便于针对某一个特定的转动部位，进行相应的运动控制仿真与实际实践控制。此外，使用时，可通过上位机和/或工控手持终端，设置各相关电机的驱动参数，运动控制器将上位机和/或工控手持终端的控制信号转换成运动控制信号，传送给电机驱动器，驱动电机转动。使用灵活且便于工业与教学使用，且能将工业机械手臂直观地应用到教学上，且能全方位的展示工业机械手臂的运动状态，从而便于学生了解机械手臂的相关领域的知识体系，且便于在实践中教学，实用性强。

所述横臂上设有一用于在轴线方向上限位所述转轴Ⅰ的定位板，转轴Ⅰ与该定位板相垂直，用于防止转轴Ⅰ在轴线方向滑动，从而增加使用的稳定性与可靠性。

此外，为便于控制，本实用新型所涉及到的电机均采用伺服电机，且各电机分别连接在所述的电机驱动器上。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型可通过动力组件Ⅰ控制回转座在水平面上旋转，可通过动力组件Ⅱ控制小臂在竖直平面内旋转，还可通过动力组件Ⅲ控制夹具头在竖直平面内做俯仰转动，从而提高了生产的自动化程度，提高了工作的灵活性和稳定性；

(2)本实用新型的大臂与底座转动连接，从而可实现大臂在竖直平面内的转动，这进一步提高了生产的自动化程度，提高了工作的灵活性和稳定性，较为实用；

(3)本实用新型的小臂包括肘关节和转动安装在肘关节一侧的横臂，横臂能够带动夹具头在竖直平面内转动，这进一步提高了生产的自动化程度，提高了工作的灵活性和稳定性；

(4)本实用新型的回转座、大臂和小臂均采用壳体结构，上述回转座、大臂和小臂上分别设有可视窗口，便于直观地看到构成工业机械手臂的各种组成部件，便于教学使用；

(5)本实用新型设有上位机和工控手持终端，使用时，可通过上位机和/或工控手持终端，设置各相关电机的驱动参数，运动控制器将上位机和/或工控手持终端的控制信号转换成运动控制信号，传送给电机驱动器，驱动电机转动，使用灵活，且能将工业机械手臂直观地应用到教学上，且能全方位的展示工业机械手臂的运动状态，从而便于学生了解机械手臂的相关领域的知识体系，且便于在实践中教学，实用性强。

由此可见，本实用新型与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

    图2为图1的主视图示意图；

    图3为图1的俯视图示意图；

    图4为图1的左视图的局部剖视示意图；

图5为图3中A处的放大图。

其中：1、底座，2、回转座，3、大臂，4、小臂，4.1、肘关节，4.2、横臂，5、夹具头，5.1、腕关节，5.2、夹具，6、电机Ⅰ，7、减速机Ⅰ，8、电机Ⅱ，9、减速机Ⅱ，10、电机Ⅲ，11、减速机Ⅲ，12、皮带轮Ⅲ，13、皮带轮Ⅳ，14、皮带Ⅱ，15、电机Ⅳ，16、减速机Ⅳ，17、转轴Ⅰ，18、电机Ⅴ，19、转轴Ⅱ，20、皮带轮Ⅰ，21、压辊，22、皮带轮Ⅱ，23、皮带Ⅰ，24、伞齿轮Ⅰ，25、伞齿轮Ⅱ，26、转轴Ⅲ，27、定位板，28、电机Ⅵ，29、减速机Ⅵ，30、加强板，31、减速机Ⅴ，32、轴承，33、套管，34、轴承盖，35、轴承，36、轴承，37、轴承，38、轴承。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1、图2、图3、图4和图5所示，本实用新型的一种工业机械手臂，包括底座1，底座1上可转动的安有回转座2，回转座2上固定有大臂3，大臂3的上端转动安有小臂4，大臂3与小臂4的一端转动连接，小臂4能够在竖直平面内进行正反360°转动，小臂4远离大臂3的一端转动安有夹具头5。回转座2上设有用于带动回转座2在水平面内转动的动力组件Ⅰ，小臂4上设有用于带动小臂4在竖直平面内转动的动力组件Ⅱ，小臂4上还设有用于带动夹具头5在竖直平面内俯仰转动的动力组件Ⅲ。大臂3与所述的底座1转动连接，底座1上设有用于驱动大臂3在竖直平面内左右摆动的动力组件Ⅵ。所述的动力组件Ⅵ包括电机Ⅵ28和减速机Ⅵ29，电机Ⅵ28固定在回转座2上，减速机Ⅵ29的输入轴与电机Ⅵ28的输出轴同轴连接，减速机Ⅵ29的输出轴固定在大臂3上。

回转座2、大臂3和小臂4分别采用壳体结构，回转座2、大臂3和小臂4上分别设有可视窗口，便于直观地看到构成工业机械手臂的各种组成部件，便于教学使用。

在本实施方式中，动力组件Ⅱ包括电机Ⅱ8和减速机Ⅱ9，电机Ⅱ8固定在小臂4上，减速机Ⅱ9的输入轴与电机Ⅱ8的输出轴同轴连接，减速机Ⅱ9的输出轴固定在大臂3上。电机Ⅱ8带动减速机Ⅱ9转动，减速机Ⅱ9的转动带动小臂4在竖直平面内转动。动力组件Ⅲ包括均固定在小臂4上的电机Ⅲ10和减速机Ⅲ11，电机Ⅲ10的输出轴上安有皮带轮Ⅲ12，减速机Ⅲ11的输入轴上安有皮带轮Ⅳ13，皮带轮Ⅳ13通过皮带Ⅱ14与皮带轮Ⅲ12相连；减速机Ⅲ11的输出轴与夹具头5固定连接。电机Ⅲ10提供驱动力，通过皮带轮Ⅲ12、皮带Ⅱ14、皮带轮Ⅳ13以及减速机Ⅲ11的传动，带动夹具头5在竖直平面内做俯仰运动。

在本实施方式中，小臂4包括肘关节4.1和转动安装在肘关节4.1一侧的横臂4.2；肘关节4.1上设有用于驱动横臂4.2转动的动力组件Ⅳ；所述的动力组件Ⅳ包括电机Ⅳ15、减速机Ⅳ16和转轴Ⅰ17，减速机Ⅳ16和电机Ⅳ15分别固定在肘关节4.1上，减速机Ⅳ16的输入轴与电机Ⅳ15的输出轴同轴连接，减速机Ⅳ16的输出轴与转轴Ⅰ17同轴连接，转轴Ⅰ17远离减速机Ⅳ16的一端固定在横臂4.2上。电机Ⅳ15带动减速机Ⅳ16转动，减速机Ⅳ16的转动带动转轴Ⅰ17转动，从而带动横臂4.2在竖直平面内进行360°转动。

在本实施方式中，夹具头5包括腕关节5.1和转动安装在腕关节5.1上的夹具5.2；横臂4.2上设有用于驱动夹具5.2转动的动力组件Ⅴ。如图1和图3所示，动力组件Ⅴ包括电机Ⅴ18和中部转动安装在小臂4上的转轴Ⅱ19，电机Ⅴ18的输出轴上安有皮带轮Ⅰ20，转轴Ⅱ19的轴线和减速机Ⅲ11的输出轴的轴线重合，转轴Ⅱ19位于小臂4的外侧的轴上安有皮带轮Ⅱ22，皮带轮Ⅱ22通过皮带Ⅰ23与皮带轮Ⅰ20相连；转轴Ⅱ19位于小臂4的内侧的轴上同轴地连接有伞齿轮Ⅰ24，伞齿轮Ⅰ24与一伞齿轮Ⅱ25相啮合，伞齿轮Ⅱ25同轴地安装在一转轴Ⅲ26的一端，转轴Ⅲ26的另一端穿过所述的腕关节5.1与减速机Ⅴ31的输入轴固定连接，减速机Ⅴ31的输出轴与所述的夹具5.2固定连接，转轴Ⅲ26与腕关节5.1转动连接。

其中，上述夹具5.2与减速机Ⅲ11的输出轴固定连接，减速机Ⅴ31的输出轴的轴线与减速机Ⅲ11的输出轴的轴线相垂直。

在本实施方式中，所述横臂4.2上设有一用于在轴线方向上限位所述转轴Ⅰ17的定位板27，转轴Ⅰ17与该定位板27相垂直。

其中，在本实施方式中，大臂3的侧面上设有加强板30，加强板30是大臂3的加强筋，增大了大臂3的支撑力；此外，所述的皮带Ⅰ和皮带Ⅱ上分别设有一压辊21，增强了两皮带的张紧力，有效防止了两皮带的打滑，较为实用。

使用时，通过动力组件Ⅰ控制回转座2在水平面上进行正反转动、通过动力组件Ⅱ控制小臂4在竖直平面内进行正反转动、通过动力组件Ⅲ控制夹具头5在竖直平面内做俯仰转动、通过动力组件Ⅳ控制横臂4.2在竖直平面内进行正反转动、通过动力组件Ⅴ控制夹具5.2在竖直平面内进行正反转动、通过动力组件Ⅵ控制大臂3在竖直平面内左右转动，从而使夹具5.2到达指定的位置，克服了传统机械手臂在整体上灵活性相对较低的问题，提高了实际生产的自动化程度，也提高了生产的稳定性。

此外，本实用新型所涉及到的电机均采用伺服电机，所述的电机Ⅰ6、电机Ⅱ8、电机Ⅲ10、电机Ⅳ15、电机Ⅴ18和电机Ⅵ28连接在同一电机驱动器上，该电机驱动器分别连接运动控制器Ⅰ和运动控制器Ⅱ，运动控制器Ⅰ连接一上位机、运动控制器Ⅱ连接一工控手持终端。其中，运动控制器Ⅱ采用CPAC-OtoBox-UCT2-8PV-F4-M23 型运动控制器，上位机采用PC机，工控手持终端采用GRP2001-II型手持终端。使用时，可通过上位机和/或工控手持终端，设置各相关电机的驱动参数，运动控制器将上位机和/或工控手持终端的控制信号转换成运动控制信号，传送给电机驱动器，驱动电机转动，使用灵活且便于工业与教学使用，实用性强。此外，电机驱动器还用于实时向上位机反馈各电机的驱动参数，上位机接收并处理各相关电机的驱动参数，计算并直观显示夹具头5所限位的部件在实际运动中的移动角度、角速度、角加速度等运动参数，从而便于学生快速全面的学习和掌握工业机械手的运动控制，以及便于实现在线仿真和在线编程实验的实训。尤其便于针对某一个特定的转动部位，进行相应的运动控制仿真与实际实践控制。且便于在实际工业生产中进行教学活动。实用性强。

综上，本实用新型提高了机械手臂在整体上的灵活性，提高了实际生产的自动化程度；能将机械手的相关组成部件直观地反映出来，且能将工业机械手臂直观地应用到教学上，且能全方位的展示工业机械手臂的运动状态，从而便于学生了解机械手臂的相关领域的知识体系，且便于在实践中教学，实用性强。

以上实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施方式技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种工业机械手臂，包括底座，底座上可转动的安有回转座，回转座上固定有大臂，其特征在于：大臂的上端转动安有小臂，小臂能够在竖直平面内转动，小臂远离大臂的一端转动安有夹具头；回转座上设有用于驱动回转座在水平面内转动的动力组件Ⅰ，小臂上设有用于带动小臂在竖直平面内转动的动力组件Ⅱ，小臂上还设有用于带动夹具头在竖直平面内俯仰转动的动力组件Ⅲ。

2.根据权利要求1所述的工业机械手臂，其特征在于：所述大臂与所述的底座转动连接，底座上设有用于驱动大臂在竖直平面内转动的动力组件Ⅵ，所述的动力组件Ⅵ包括电机Ⅵ和减速机Ⅵ，电机Ⅵ固定在回转座上，减速机Ⅵ的输入轴与电机Ⅵ的输出轴同轴连接，减速机Ⅵ的输出轴固定在大臂上。

3.根据权利要求1或2所述的工业机械手臂，其特征在于：所述回转座、大臂和小臂均采用壳体结构，所述回转座、大臂和小臂上分别设有可视窗口。

4.根据权利要求2所述的工业机械手臂，其特征在于：所述的动力组件Ⅰ包括电机Ⅰ和减速机Ⅰ，电机Ⅰ固定在回转座上，减速机Ⅰ的输入轴与电机Ⅰ的输出轴同轴连接，减速机Ⅰ的输出轴固定在底座上。

5.根据权利要求4所述的工业机械手臂，其特征在于：所述的动力组件Ⅱ包括电机Ⅱ和减速机Ⅱ，电机Ⅱ固定在小臂上，减速机Ⅱ的输入轴与电机Ⅱ的输出轴同轴连接，减速机Ⅱ的输出轴固定在大臂上。

6.根据权利要求5所述的工业机械手臂，其特征在于：所述的动力组件Ⅲ包括分别固定在小臂上的电机Ⅲ和减速机Ⅲ，电机Ⅲ的输出轴上安有皮带轮Ⅲ，减速机Ⅲ的输入轴上安有皮带轮Ⅳ，皮带轮Ⅳ通过皮带Ⅱ与皮带轮Ⅲ相连；减速机Ⅲ的输出轴与夹具头固定连接。

7.根据权利要求6所述的工业机械手臂，其特征在于：所述小臂包括肘关节和转动安装在肘关节一侧的横臂；肘关节上设有用于驱动横臂转动的动力组件Ⅳ；所述的动力组件Ⅳ包括电机Ⅳ、减速机Ⅳ和转轴Ⅰ，减速机Ⅳ和电机Ⅳ分别固定在肘关节上，减速机Ⅳ的输入轴与电机Ⅳ的输出轴同轴连接，减速机Ⅳ的输出轴与转轴Ⅰ同轴连接，转轴Ⅰ远离减速机Ⅳ的一端固定在横臂上。

8.根据权利要求7所述的工业机械手臂，其特征在于：所述夹具头包括腕关节和转动安装在腕关节上的夹具；横臂上设有用于驱动夹具转动的动力组件Ⅴ；动力组件Ⅴ包括电机Ⅴ和中部转动安装在小臂上的转轴Ⅱ，电机Ⅴ的输出轴上安有皮带轮Ⅰ，转轴Ⅱ的轴线和减速机Ⅲ的输出轴的轴线重合，转轴Ⅱ位于小臂的外侧的轴上安有皮带轮Ⅱ，皮带轮Ⅱ通过皮带Ⅰ与皮带轮Ⅰ相连；转轴Ⅱ位于小臂的内侧的轴上同轴地连接有伞齿轮Ⅰ，伞齿轮Ⅰ与一伞齿轮Ⅱ相啮合，伞齿轮Ⅱ同轴地安装在一转轴Ⅲ的一端，转轴Ⅲ的另一端穿过所述的腕关节与减速机Ⅴ的输入轴固定连接，减速机Ⅴ的输出轴与所述的夹具固定连接，转轴Ⅲ与腕关节转动连接。

9.根据权利要求8所述的工业机械手臂，其特征在于：所述的电机Ⅰ、电机Ⅱ、电机Ⅲ、电机Ⅳ、电机Ⅴ和电机Ⅵ连接一电机驱动器，所述的电机驱动器分别连接运动控制器Ⅰ和运动控制器Ⅱ，运动控制器Ⅰ连接一上位机，运动控制器Ⅱ连接一工控手持终端。

10.根据权利要求7所述的工业机械手臂，其特征在于：所述横臂上设有一用于在轴线方向上限位所述转轴Ⅰ的定位板，转轴Ⅰ与该定位板相垂直。