CN205219109U - 带有取料夹持装置的数控机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开带有取料夹持装置的数控机械臂，包括底座、旋转基座、大臂、小臂、夹持装置和传动机构，所述旋转基座可旋转的设置于底座上，所述大臂的一端与基座铰接，所述大臂的另一端与小臂的一端铰接，所述小臂的另一端与夹持装置连接；所述传动机构包括电机、行星齿轮传动机构、第一同步轮、第二同步轮和连接第一同步轮和第二同步轮的同步带，所述电机设置于旋转基座的顶端，所述第一同步轮与行星齿轮传动机构设置于电机的输出端上，所述第二同步轮设置于大臂的顶端。

Description

带有取料夹持装置的数控机械臂

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，具体涉及一种带有取料夹持装置的数控机械臂。

背景技术

数控机械臂的构型直接影响到数控机械臂的空间运动范围、运动学的形式及各种操作性能(如灵活性、工作空间的形式、安全性、定位精度、运动学逆解的形式等)。若数控机械臂的构型设计不合理，则无法满足实用工程应用需求。取料夹持机械臂为专用数控机械臂，其构型设计应根据特定的任务需求而进行。首先应掌握数控机床车切削加工滑动轴承的夹持任务需求并提出设计要求，其次根据设计要求确定取料夹持机械臂的自由度，最后确定取料夹持机械臂的构型方案。

滑动轴承作为典型的标准机械零部件应用范围广、产量大，非常适宜采用高效的自动化生产方式。传统的滑动轴承车削采用人工作业呈流水线式排布，釆用工序分散原则进行加工，加工过程需要反复装夹，从而导致加工精度难以保证、机加人员劳动强度高、生产成本居高不下、加工效率低等问题。另外，数控机床加工滑动轴承时，当主轴端的工序完成之后，副主轴与主轴进行动态对接，进而切断还料。副主轴与主轴的对接切断过程，不仅对两轴的转速差、两轴轴线的偏差、机床的稳定性要求很高，而且对机床的精度及控制系统也提出了很高的要求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种带有取料夹持装置的数控机械臂。

本实用新型的目的是通过这样的技术方案实现的，带有取料夹持装置的数控机械臂，包括底座、旋转基座、大臂、小臂、夹持装置和传动机构，所述旋转基座可旋转的设置于底座上，所述大臂的一端与基座铰接，所述大臂的另一端与小臂的一端铰接，所述小臂的另一端与夹持装置连接；所述传动机构包括电机、行星齿轮传动机构、第一同步轮、第二同步轮和连接第一同步轮和第二同步轮的同步带，所述电机设置于旋转基座的顶端，所述第一同步轮与行星齿轮传动机构设置于电机的输出端上，所述第二同步轮设置于大臂的顶端；

所述夹持装置包括机座、驱动机构、传动机构和夹持机构，所述传动机构一端与驱动机构连接，另一端与夹持机构相连接，所述夹持机构包括不少于1套沿夹持件呈并列设置的夹持手，所述夹持手包括两个相对设置的夹持杆，所述夹持杆上设有夹持段Ⅰ和夹持段Ⅱ，所述夹持段Ⅰ和夹持段Ⅱ形成的夹角a为90°～150°。

进一步，所述传动机构包括设置在机座内与气缸活塞杆固定连接的齿条、两端固定在机座上的传动轴Ⅰ、两端固定在机座上的传动轴Ⅱ、与齿条啮合的主动齿轮和与主动齿轮啮合的从动齿轮，所述主动齿轮和从动齿轮分别与所述夹持手的两条夹持杆固定连接，所述主动齿轮与传动轴Ⅰ之间以及所述从动齿轮与传动轴Ⅱ之间均设有轴承。

进一步，所述机座内两壁上设有对应的滑槽，所述两滑槽之间架设有滑板，所述滑板与齿条之间固定连接。

进一步，所述机座内两侧壁上设有对应的定位块，所述定位块之间固定设有滑板，所述滑板与齿条之间活动连接。

进一步，所述机座包括通过沉头螺栓彼此联接的底板、顶板、前后板、左侧板和右侧板，所述机座上设置有用于限制夹持手张开角度的开口槽，所述夹持手在所述开口槽上的最大张开角度b为60゜～90゜。

进一步，所述旋转基座底端设置有驱动关节，通过驱动关节实现转动，所述驱动关节包括驱动关节壳体、动力输入轴、双联外弧形鼓齿和设有内弧形鼓齿轮的动力输出齿轮，所述驱动关节壳体上设置有内弧形鼓齿轮，所述动力输入轴上固定外套有第一滚动轴承，第一滚动轴承同动力输入轴偏心设置，所述双联外弧形鼓齿外套于第一滚动轴承并与其同轴设置，所述双联外弧形鼓齿的第一联鼓形齿同驱动关节壳体上的内鼓形齿轮少齿差啮合，双联外弧形鼓齿的第二联鼓形齿同动力输出齿轮的内鼓形齿轮少齿差啮合。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下的优点：

1、本带有取料夹持装置的数控机械臂设置了能够进行水平回转的旋转基座、大臂和小臂，且小臂还具有能自动夹持滑动轴承的装置，具有结构紧凑、灵活性好、对工作环境的适应性好。与数控机床柔性集成，集中工序加工，能有效地节省设备成本、缩短辅助时间及提高加工效率。

2、本带有取料夹持装置的数控机械臂，其旋转基座底端的驱动关节将驱动电机集成一体设计，整体结构简洁，传动链短，装配误差小，传动效率高，采用双联外弧形鼓齿传动，能衰减传动系统的非线性波动并能保证承载齿轮强度与刚度，驱动关节壳体上设置的传感器能测量传动系统的传动速度、系统振动状态和驱动电机温度等信息，便于监控其工作状态，安全可靠性更高。

3、本带有取料夹持装置的数控机械臂，其用于取料的夹持装置通过设置有齿轮、齿条传动，以及传动轴、齿轮与夹持手相互之间的连接方式，使夹持装置能够夹持不同长短与直径的滚动轴承，具有承载能力强、可靠性高；设置驱动机构为气缸以及汽缸与机座的连接结构，使夹持装置结构紧凑、对周边环境污染小，成本低，同时不会夹伤滚动轴承工作表面。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1为本实用新型的结构简图；

图2为图1的II处放大图；

图3为图1的I处放大图；

图4为本实用新型的另一视角简图；

图5为行星齿轮传动机构的示意图；

图6为夹持装置的结构示意图；

图7为图6所述夹持装置的剖视图；

图8为驱动关节的整体结构剖视图；

图9为图8沿A-A的剖视图；

图10为图8中B部放大示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。

带有取料夹持装置的数控机械臂，包括底座、旋转基座1、大臂3、小臂4、夹持装置5和传动机构，所述旋转基座可旋转的设置于底座上，所述大臂的一端与基座铰接，所述大臂的另一端与小臂的一端铰接，所述小臂的另一端与夹持装置连接；所述传动机构包括电机2、行星齿轮传动机构8、第一同步轮9、第二同步轮6和连接第一同步轮和第二同步轮的同步带，所述电机设置于旋转基座的顶端，所述第一同步轮与行星齿轮传动机构设置于电机的输出端上，所述第二同步轮设置于大臂的顶端；

本实用新的传动机构包括行星齿轮传动机构，算好行星齿轮与同步轮比例就能让机械手臂达到设定的位置。

所述夹持装置包括机座502、驱动机构、传动机构和夹持机构，所述传动机构一端与驱动机构连接，另一端与夹持机构相连接，所述夹持机构包括不少于1套沿夹持件呈并列设置的夹持手509，所述夹持手509包括两个相对设置的夹持杆，所述夹持杆上设有夹持段Ⅰ511和夹持段Ⅱ512，所述夹持段Ⅰ511和夹持段Ⅱ512形成的夹角a为90°～150°，可以使夹持装置在夹持过程中能够夹持直径不同的圆柱面或其他弧面工件，夹持范围宽。

进一步，所述夹持段Ⅰ511和夹持段Ⅱ512上设有用于与工件相接触的橡胶垫510，所述橡胶垫510通过沉头螺栓紧固夹持杆上，使夹持装置在夹持过程中吸噪并缓冲非线性振动，且避免弯曲载荷导致损坏设备。

进一步，所述驱动机构设置为气缸501，所述气缸501上有杆腔端部设有与机座502侧壁固定连接的法兰，优选的驱动机构为气缸以及汽缸与机座之间通过法兰连接，使夹持装置结构紧凑、对周边环境污染小，成本低。

进一步，所述传动机构包括设置在机座502内与气缸501活塞杆固定连接的齿条505、两端固定在机座502上的传动轴Ⅰ514、两端固定在机座502上的传动轴Ⅱ、与齿条505啮合的主动齿轮507和与主动齿轮507啮合的从动齿轮508，所述主动齿轮507和从动齿轮508分别与所述夹持手509之间固定连接，所述主动齿轮507与传动轴Ⅰ514之间以及所述从动齿轮508与传动轴Ⅱ之间分别设有501轴、齿轮与夹持手相互之间的连接方式，使夹持装置具有承载能力强、可靠性高，齿轮与传动轴之间设置有轴承，在齿轮转动带动夹持手完成夹持过程中，优选的传动轴Ⅰ514和传动轴Ⅱ固定在基座502上，主动齿轮507和从动齿轮508分别与传动轴Ⅰ514和传动轴Ⅱ之间设有滚动轴承Ⅰ，夹持手509上两夹持杆分别通过连接块与主动齿轮507和从动齿轮508固定连接，连接块与传动轴Ⅰ514和传动轴Ⅱ之间设有滚动轴承Ⅱ，这种设置相对于传动轴与齿轮之间固定连接，结构空间更为紧凑，传动的负载减小，传动效益更高。

进一步，所述机座502内两壁上设有对应的滑槽516，所述两滑槽516之间架设有滑板504，所述滑板504与齿条505之间固定连接。

进一步，所述机座502包括通过沉头螺栓彼此联接的底板、顶板、前后板、左侧板和右侧板，所述机座502上设置有用于限制夹持手509张开角度的开口槽，本实施例机座采用通过沉头螺栓将六块板组合成一个整体，使夹持装置具有拆装便利，维护方便、成本低。

进一步，所述夹持手509在所述开口槽上的最大张开角度b为60゜～90゜。

本实施例夹持装置由气缸501推动齿条505向右移动，齿条505以及滑板504沿设在机座502内壁上的滑槽516内向右滑动，齿条505与主动齿轮507啮合且主动齿轮507与从动齿轮508处于啮合状态，齿条505带动主动齿轮507顺时针转动、从动齿轮508跟随与主动齿轮507逆时针转动，主动齿轮507带动与其固定连接的夹持手509的一边夹持杆顺时针转动、从动齿轮508带动与其固定连接的夹持手509另一边夹持杆逆时针转动，使夹持手509完成夹持动作，松开动作与以上动作相反。

所述旋转基座底端设置有驱动关节，通过驱动关节实现转动，所述驱动关节，包括驱动关节壳体101、动力输入轴102、双联外弧形鼓齿103和设有内弧形鼓齿轮的动力输出齿轮104，

所述驱动关节壳体101上设置有内弧形鼓齿轮101a，所述动力输入轴102上固定外套有第一滚动轴承105，第一滚动轴承105同动力输入轴偏心设置，偏心距为e，所述双联外弧形鼓齿103外套于第一滚动轴承并与其同轴设置，所述双联外弧形鼓齿103的第一联鼓形齿103a同驱动关节壳体101上的内鼓形齿轮101a少齿差啮合，双联外弧形鼓齿的第二联鼓形齿103b同动力输出齿轮104的内鼓形齿轮少齿差啮合。

采用双联外弧形鼓齿传动，能衰减传动系统的非线性波动并能保证承载齿轮强度与刚度，保证了在重载和长时间循环交变应力作用下的系统可靠性和平稳性，传动振动、噪声小。

作为对本实施方案的改进，本机器人驱动关节还包括驱动电机，驱动电机的转子106固定外套于动力输入轴102并与其同轴配合，驱动电机的定子107设置于驱动关节壳体101上。将驱动电机集成一体设计，整体结构简洁，驱动电机的转子和动力输入轴之间直接连接，传动链短，装配误差小，传动效率高，避免了装配误差带来的系统振动和噪声。

本实施例中，所述驱动电机的转子106为感应线圈。

作为对本实施方案的改进，本机器人驱动关节还包括制动器，所述制动器包括设有摩擦材料109的离合体108和设置于离合体108与转子107之间的压缩弹簧1010，所述离合体108外套于动力输入轴102并可沿其轴向单自由度滑动，所述压缩弹簧1010用于推动离合体108与驱动关节壳体贴合实现制动。将制动器集成设计于一体，制动器与驱动电机同步动作；转子为感应线圈，其通电旋转并产生电磁场，离合体受转子电磁力吸引离开驱动关节壳体，此时不制动；转子不通电，离合体在压缩弹簧的推力下与驱动关节壳体贴合，此时制动；制动器响应速度快，制动效果好，系统安全性高。

本实施例机器人驱动关节将驱动、减速和制动功能集成一体，整体结构紧凑、简洁，部件少，传动连短、配合误差小，传动效率高，振动和噪声小，动能多。

作为对本实施方案的改进，还包括衰振单元，所述衰振单元包括减振件和将减振件固定到驱动关节壳体101上的连接件1011，所述减振件包括壳体1012和设置在壳体1012上的减振材料1013，减振材料1013通过连接件压在驱动关节壳体101上。本实施例中减振材料1013通过密封胶粘接成一体，吸振效果好；连接件为螺栓，装配方便。通过减振材料吸收传动系统的振动和噪声，可进一步提高传动平稳性和降低噪声污染。

作为对本实施方案的改进，所述驱动关节壳体101上还设置有用于检测转子107转速的速度传感器1014、用于检测双联外弧形鼓齿振动强度的加速度传感器1015和用于检测驱动电机温度的温度传感器1016。通过传感器能测量传动系统的传动速度、系统振动状态和驱动电机温度等信息，便于监控驱动关节工作状态，使其安全可靠性更高。

作为对本实施方案的改进，所述动力输入轴102上固定套有外花键齿套1017，所述离合体108同外花键齿套1017花键配合。当然在不同实施方式中，在动力输入轴上直接加工花键，也能实现本发明。但本结构制造更方便。

作为对本实施方案的改进，所述双联外弧形鼓齿103的第一列鼓形齿103a和第二列鼓形齿103b为旋向相反的斜齿轮，斜齿轮在传动过程中比直齿轮的振动更小，噪声更低，第一列鼓形齿和第二列鼓形齿的顶齿与齿根法向齿廓修缘至K型公差带且齿向成弧面，齿轮精度高，齿根应力集中小，齿面受力能力强，齿轮强度高。

作为对本实施方案的改进，所述第一滚动轴承105为球面双列四点接触球轴承，调心能力强，便于保证装配精度，同时使动力输入轴的受力集中在轴承两端，有利于提高受力性能，减少轴的偏心振动。

作为对本实施方案的改进，所述驱动关节壳体101包括壳体座101b和通过螺钉固定在壳体座101b上的壳体盖101c，动力输入轴102的一端通过第二滚动轴承1018与动力输出齿轮104的内孔转动配合，动力输入轴102的另一端通过第三滚动轴承1019同壳体盖101c转动配合，动力输入轴102的中部通过第四滚动轴承1020同壳体座101b转动配合，动力输出齿轮104的外圆通过第五滚动轴承1021同壳体座101b转动配合。动力输入轴102和动力输出齿轮104支撑点较多，刚性好，传动平稳。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.带有取料夹持装置的数控机械臂，其特征在于：包括底座、旋转基座、大臂、小臂、夹持装置和传动机构，所述旋转基座可旋转的设置于底座上，所述大臂的一端与基座铰接，所述大臂的另一端与小臂的一端铰接，所述小臂的另一端与夹持装置连接；所述传动机构包括电机、行星齿轮传动机构、第一同步轮、第二同步轮和连接第一同步轮和第二同步轮的同步带，所述电机设置于旋转基座的顶端，所述第一同步轮与行星齿轮传动机构设置于电机的输出端上，所述第二同步轮设置于大臂的顶端；

所述夹持装置包括机座、驱动机构、传动机构和夹持机构，所述传动机构一端与驱动机构连接，另一端与夹持机构相连接，所述夹持机构包括不少于1套沿夹持件呈并列设置的夹持手，所述夹持手包括两个相对设置的夹持杆，所述夹持杆上设有夹持段Ⅰ和夹持段Ⅱ，所述夹持段Ⅰ和夹持段Ⅱ形成的夹角a为90°～150°。

2.根据权利要求1所述的带有取料夹持装置的数控机械臂，其特征在于：所述传动机构包括设置在机座内与气缸活塞杆固定连接的齿条、两端固定在机座上的传动轴Ⅰ、两端固定在机座上的传动轴Ⅱ、与齿条啮合的主动齿轮和与主动齿轮啮合的从动齿轮，所述主动齿轮和从动齿轮分别与所述夹持手的两条夹持杆固定连接，所述主动齿轮与传动轴Ⅰ之间以及所述从动齿轮与传动轴Ⅱ之间均设有轴承。

3.根据权利要求2所述的带有取料夹持装置的数控机械臂，其特征在于：所述机座内两壁上设有对应的滑槽，所述两滑槽之间架设有滑板，所述滑板与齿条之间固定连接。

4.根据权利要求2所述的带有取料夹持装置的数控机械臂，其特征在于：所述机座内两侧壁上设有对应的定位块，所述定位块之间固定设有滑板，所述滑板与齿条之间活动连接。

5.根据权利要求3或4所述的带有取料夹持装置的数控机械臂，其特征在于：所述机座包括通过沉头螺栓彼此联接的底板、顶板、前后板、左侧板和右侧板，所述机座上设置有用于限制夹持手张开角度的开口槽，所述夹持手在所述开口槽上的最大张开角度b为60゜～90゜。

6.根据权利要求1所述的带有取料夹持装置的数控机械臂，其特征在于：所述旋转基座底端设置有驱动关节，通过驱动关节实现转动，所述驱动关节包括驱动关节壳体、动力输入轴、双联外弧形鼓齿和设有内弧形鼓齿轮的动力输出齿轮，所述驱动关节壳体上设置有内弧形鼓齿轮，所述动力输入轴上固定外套有第一滚动轴承，第一滚动轴承同动力输入轴偏心设置，所述双联外弧形鼓齿外套于第一滚动轴承并与其同轴设置，所述双联外弧形鼓齿的第一联鼓形齿同驱动关节壳体上的内鼓形齿轮少齿差啮合，双联外弧形鼓齿的第二联鼓形齿同动力输出齿轮的内鼓形齿轮少齿差啮合。