CN205827786U - 一种教学演示用带限位保护装置的串联机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及教学教具领域，尤其涉及一种教学演示用带限位保护装置的串联机械臂。该机械臂采用齿轮驱动回转机构带动机身转动，完成360°旋转，同时利用第一驱动臂机构和第二驱动臂机构相互配合，实现手臂的上下移动。然后，利用设置在特定位置的限位保护装置，对相应的电机进行控制，起到限位安全保护作用。本实用新型结构简单易加工，制造成本低，同时体积小、重量轻、易携带，便于在课堂上进行演示，能为虚拟的描述增加真实感，激发学生的学习兴趣，提高学生的思维能力和动手操作能力，为培养技能型人才提供有力保障。

Description

一种教学演示用带限位保护装置的串联机械臂

技术领域

本实用新型涉及教学教具领域，尤其涉及一种教学演示用带限位保护装置的串联机械臂。

背景技术

随着生产发展的需要和科技的进步，机器人代替传统机器将成为全球趋势，使用机器人的制造业企业也会迅速增多，因此机器人行业将是一个迅猛发展的行业。为迎合行业需求，这方面的人才培养也越来越被重视。但真实的机器人一般体积较大，无法将其引入课堂，因此，在教授这方面的知识时只能单纯的口头描述或视频展示，缺少真实感，从而导致学生学习的兴趣不高。而且，学生不能在学习过程中直接操作实践，导致从学校走入工厂时还是不能直接上手操作，应用技能较差。机械臂作为一种制造业企业常用的机器人，其问题尤为明显。机械臂的种类繁多，工作原理比较抽象，如果不辅助实物展示，学生理解起来比较困难。

发明内容

针对上述问题，本实用新型设计了一种体积小、易携带、能用于教学演示的带限位保护装置的串联机械臂。

本实用新型所述的教学演示用带限位保护装置的串联机械臂，包括底座、机身回转机构、第一驱动臂机构、第二驱动臂机构、手臂和限位保护装置，所述的机身回转机构为齿轮驱动回转机构，它包括步进电机、与步进电机的电机轴连接的小齿轮、用于安装机身的转盘及与转盘固定连接的旋转主轴，旋转主轴上套装有大齿轮，大齿轮和小齿轮啮合；所述的第一驱动臂机构包括第一谐波减速电机、第一驱动臂、从动主臂、从动辅助臂Ⅱ、从动辅助臂Ⅲ和从动辅助臂Ⅳ，从动辅助臂Ⅲ为扇形，在三个角处设有三个固定孔；第一驱动臂一端与第一谐波减速电机的电机轴连接，另一端通过轴承与从动主臂一端以及从动辅助臂Ⅲ的下固定孔连接；从动辅助臂Ⅲ的后固定孔与从动辅助臂Ⅱ一端连接，从动辅助臂Ⅱ另一端与设在转盘上的从动臂支架连接；从动辅助臂Ⅲ的上固定孔连接从动辅助臂Ⅳ的一端，从动主臂和从动辅助臂Ⅳ的另一端分别与手臂的上下两端连接；所述的第二驱动臂机构包括第二谐波减速电机、小摇臂、从动辅助臂Ⅰ和第二驱动臂，第二谐波减速电机电机轴与小摇臂一端连接，小摇臂另一端通过平面轴承与从动辅助臂Ⅰ一端连接，从动辅助臂Ⅰ另一端通过平面轴承与第二驱动臂一端连接，第二驱动臂另一端与手臂连接；所述的限位保护装置包括两个旋转位置传感器和两个限位开关，两个旋转位置传感器分别设在第一驱动臂一侧和小摇臂一侧，两个限位开关分别设在第一驱动臂后方和小摇臂后方，旋转位置传感器和限位开关均与相对应的谐波减速电机电连接。

本实用新型利用齿轮驱动回转机构带动机身转动，实现了机械臂的360°旋转运动；同时，利用第一驱动臂机构和第二驱动臂机构相互配合，实现了手臂的上下移动。另外，通过在一些关键部件旁设置限位保护装置，在部件到达极限位置时及时对相应的电机进行控制，起到限位安全保护作用。

进一步，所述的第一谐波减速电机和第二谐波减速电机通过螺丝固定在各自的电机支架上，两电机支架固定在转盘上。

进一步，所述的旋转位置传感器和限位开关固定在转盘上。

优选的，所述的旋转位置传感器为光电编码器，两个光电编码器的码盘分别与第一谐波减速电机、第二谐波减速电机的电机轴同轴连接，相应的光电编码器位于码盘对面，检测码盘的转动。所述的光电编码器的码盘为一带有扇形突出部分的圆盘。光电编码器码盘跟随电机同步旋转，当码盘的扇形突出部分转离光电编码器时，依据程序，该电机的转向会发生改变，亦即第一驱动臂或小摇臂向前下方旋转到某一极限位置时，即控制电机转向，防止机械臂的前伸动作超出界限对其造成损坏，从而起到限位安全保护作用。同样，限位开关的设置可防止第一驱动臂或小摇臂的后伸动作超出界限，也起到了限位保护作用。

进一步，所述的底座包括底座底板、底座顶板及位于两者之间的底座支柱，旋转主轴和步进电机固定在底座底板上，旋转主轴穿过底座顶板与位于底座顶板上方的转盘连接。

本实用新型结构简单易加工，制造成本低，同时体积小、重量轻、易携带，便于在课堂上进行演示，能为虚拟的描述增加真实感，激发学生的学习兴趣，提高学生的思维能力和动手操作能力，为培养技能型人才提供有力保障。

附图说明

图1是本实用新型的立体结构示意图一；

图2是本实用新型的立体结构示意图二；

图3是本实用新型机身回转机构结构示意图；

图4是本实用新型限位保护装置结构示意图；

图5是本实用新型所用光电编码器码盘的形状示意图；

图中，1、底座底板，2、底座支柱，3、底座顶板，4、第一谐波减速电机，5、从动臂支架，6、从动辅助臂Ⅱ，7、下固定孔，8、后固定孔，9、从动辅助臂Ⅲ，10、上固定孔，11、从动辅助臂Ⅳ，12、手臂，13、从动主臂，14、第二谐波减速电机，15、电机支架，16、转盘，17、从动辅助臂Ⅰ，18、第二驱动臂，19、第一驱动臂，20、小摇臂，21、旋转主轴，22、大齿轮，23、小齿轮，24、步进电机，25、光电编码器，26、固定挡环，27、限位开关，28、光电编码器的码盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本实用新型做详细说明。

一种教学演示用带限位保护装置的串联机械臂，如图1、图3所示，包括底座、机身回转机构、第一驱动臂机构、第二驱动臂机构、手臂和限位保护装置。所述的底座包括底座底板1和底座顶板3，两者通过中间的底座支柱2固定在一起。所述的机身回转机构为齿轮驱动回转机构，它包括步进电机24、转盘16和旋转主轴21，旋转主轴21和步进电机24固定在底座底板1上，旋转主轴21穿过底座顶板3与位于底座顶板上方的转盘16连接，旋转主轴21上套装有大齿轮22，步进电机24的电机轴上固定有小齿轮23，旋转主轴和步进电机通过相互啮合的大齿轮和小齿轮构成传动关系，从而由步进电机带动旋转主轴及其上的转盘转动，实现机械臂的360°旋转。

如图1、图2所示，所述的第一驱动臂机构包括第一谐波减速电机4、第一驱动臂19、从动主臂13、从动辅助臂Ⅱ6、从动辅助臂Ⅲ9和从动辅助臂Ⅳ11，从动辅助臂Ⅲ9为扇形，在三个角处设有三个固定孔，分别为位于前方的上固定孔10、下固定孔7和位于后方的后固定孔8。第一驱动臂19一端与第一谐波减速电机4的电机轴连接，另一端通过轴承与从动主臂13一端以及从动辅助臂Ⅲ9的下固定孔7连接；从动辅助臂Ⅲ的后固定孔8与从动辅助臂Ⅱ6一端连接，从动辅助臂Ⅱ6另一端与设在转盘上的从动臂支架5连接；从动辅助臂Ⅲ的上固定孔10连接从动辅助臂Ⅳ11的一端，从动主臂13和从动辅助臂Ⅳ11的另一端分别与手臂12的上下两端连接。

所述的第二驱动臂机构包括第二谐波减速电机14、小摇臂20、从动辅助臂Ⅰ17和第二驱动臂18，第二谐波减速电机14电机轴与小摇臂20一端连接，小摇臂20另一端通过平面轴承与从动辅助臂Ⅰ17一端连接，从动辅助臂Ⅰ17另一端通过平面轴承与第二驱动臂18一端连接，第二驱动臂18另一端与手臂12连接。

第一谐波减速电机4和第二谐波减速电机14通过螺丝固定在各自的电机支架15上，两电机支架15固定在转盘16上。在螺丝头部位置设有固定挡环26，用来增加电机与臂之间的距离，避免螺丝头部与臂的干涉。

如图4、图5所示，所述的限位保护装置包括固定在转盘上的两个光电编码器25和两个限位开关27，两个光电编码器的码盘28为一带有扇形突出部分的圆盘，两码盘28分别装在第一驱动臂一侧和小摇臂一侧且分别与第一谐波减速电机、第二谐波减速电机的电机轴同轴连接，各码盘对应的光电编码器位于码盘对面，用于检测码盘的转动，两光电编码器25分别与第一谐波减速电机4、第二谐波减速电机14电连接。两个限位开关27分别位于第一驱动臂后方和小摇臂后方，两限位开关27分别与第一谐波减速电机4、第二谐波减速电机14电连接。

使用该机械臂演示时，首先启动步进电机，通过齿轮驱动回转机构带动转盘转动，实现机械臂的360°旋转。启动两个谐波减速电机，带动第一驱动臂旋转，通过各从动臂和驱动臂之间的连接关系，实现手臂的上下移动。在第一谐波减速电机转动过程中，当第一驱动臂向前下方旋转时，其一侧的光电编码器码盘同步旋转，当码盘的扇形突出部分转离对面的光电编码器时，根据程序设置，该谐波减速电机的转向发生改变，从而防止第一驱动臂继续向前下方旋转以致超出界限，起到前向限位安全保护作用。小摇臂的转动及限位原理同第一驱动臂，在此不再赘述。当第一驱动臂向后下方旋转时，旋转到一定位置会与其后方的限位开关接触，限位开关控制第一谐波减速电机转向，从而实现后向限位作用。小摇臂的后向旋转限位同理可见，在此不再赘述。

Claims (6)

1.一种教学演示用带限位保护装置的串联机械臂，其特征在于：包括底座、机身回转机构、第一驱动臂机构、第二驱动臂机构、手臂和限位保护装置，所述的机身回转机构为齿轮驱动回转机构，它包括步进电机(24)、与步进电机的电机轴连接的小齿轮(23)、用于安装机身的转盘(16)及与转盘固定连接的旋转主轴(21)，旋转主轴(21)上套装有大齿轮(22)，大齿轮(22)和小齿轮(23)啮合；所述的第一驱动臂机构包括第一谐波减速电机(4)、第一驱动臂(19)、从动主臂(13)、从动辅助臂Ⅱ(6)、从动辅助臂Ⅲ(9)和从动辅助臂Ⅳ(11)，从动辅助臂Ⅲ(9)为扇形，在三个角处设有三个固定孔；第一驱动臂(19)一端与第一谐波减速电机(4)的电机轴连接，另一端通过轴承与从动主臂(13)一端以及从动辅助臂Ⅲ(9)的下固定孔(7)连接；从动辅助臂Ⅲ(9)的后固定孔(8)与从动辅助臂Ⅱ(6)一端连接，从动辅助臂Ⅱ(6)另一端与设在转盘上的从动臂支架(5)连接；从动辅助臂Ⅲ(9)的上固定孔(10)连接从动辅助臂Ⅳ(11)的一端，从动主臂(13)和从动辅助臂Ⅳ(11)的另一端分别与手臂(12)的上下两端连接；所述的第二驱动臂机构包括第二谐波减速电机(14)、小摇臂(20)、从动辅助臂Ⅰ(17)和第二驱动臂(18)，第二谐波减速电机(14)电机轴与小摇臂(20)一端连接，小摇臂(20)另一端通过平面轴承与从动辅助臂Ⅰ(17)一端连接，从动辅助臂Ⅰ(17)另一端通过平面轴承与第二驱动臂(18)一端连接，第二驱动臂(18)另一端与手臂(12)连接；所述的限位保护装置包括两个旋转位置传感器和两个限位开关(27)，两个旋转位置传感器分别设在第一驱动臂一侧和小摇臂一侧，两个限位开关(27)分别设在第一驱动臂后方和小摇臂后方，旋转位置传感器和限位开关均与相对应的谐波减速电机电连接。

2.根据权利要求1所述的教学演示用带限位保护装置的串联机械臂，其特征在于：所述的第一谐波减速电机(4)和第二谐波减速电机(14)通过螺丝固定在各自的电机支架(15)上，两电机支架(15)固定在转盘(16)上。

3.根据权利要求1所述的教学演示用带限位保护装置的串联机械臂，其特征在于：所述的旋转位置传感器和限位开关(27)固定在转盘(16)上。

4.根据权利要求1或2或3所述的教学演示用带限位保护装置的串联机械臂，其特征在于：所述的旋转位置传感器为光电编码器(25)，两个光电编码器的码盘(28)分别与第一谐波减速电机、第二谐波减速电机的电机轴同轴连接，相应的光电编码器位于码盘对面，检测码盘的转动。

5.根据权利要求4所述的教学演示用带限位保护装置的串联机械臂，其特征在于：所述的光电编码器的码盘(28)为一带有扇形突出部分的圆盘。

6.根据权利要求4所述的教学演示用带限位保护装置的串联机械臂，其特征在于：所述的底座包括底座底板(1)、底座顶板(3)及位于两者之间的底座支柱(2)，旋转主轴(21)和步进电机(24)固定在底座底板(1)上，旋转主轴(21)穿过底座顶板与位于底座顶板上方的转盘(16)连接。