CN206170074U - 多关节机器人 - Google Patents

Abstract

一种多关节机器人，在底座上固定立柱的底端，立柱的顶端与大机械臂的一端转动连接，大机械臂的另一端与小机械臂的一端转动连接；在小机械臂的另一端连接有机头箱，在机头箱内穿过旋转升降轴，在旋转升降轴上装有同步带轮，该同步带轮通过同步带与设在小机械臂上的旋转驱动电机传动连接；旋转升降轴的顶端和下部分别转动安装在轴承座内，在两个轴承座之间连接升降驱动齿条，在机头箱内装有与该升降驱动齿条啮合的齿轮轴，该齿轮轴的一端通过设在小机械臂内的升降驱动连杆与升降驱动电机同轴连接；在旋转升降轴与小机械臂或机头箱之间设有恒力弹簧；在该旋转升降轴的底端装有摆动电机组件。本实用新型的优点是：结构简单，操作方便。

Description

多关节机器人

技术领域

本实用新型涉及一种多关节机器人，具有上下左右远近等多方向运动功能，可广泛应用于各种重复性劳动和高危脏乱环境下的作业：如电焊工，喷漆工，打磨工，陶瓷喷釉工，喷粉工，抛光工，装配工等，代替人工劳动。

背景技术

现有技术有一种改进的多关节机器人（授权公告号: CN204036469U），其主要包括底座、旋转平台、下机械臂、中机械臂、上机械臂和旋转升降轴，在底座上装有旋转平台，下机械臂的下端铰接在旋转平台的上端，下机械臂的上端与中机械臂的下端铰接，中机械臂的上端与上机械臂的一端铰接，在该上机械臂的另一端安装旋转升降轴；在旋转平台内装有旋转平台驱动装置，在下机械臂的下端与旋转平台之间的下关节、以及下机械臂的上端与中机械臂下端之间的中关节分别安装一调节装置，用于调节对应关节的角度；在中机械臂的上端与上机械臂的一端之间的上关节装有上关节驱动装置；在上机械臂上装有旋转升降轴转动驱动装置和旋转升降轴升降驱动装置；所述的各驱动装置均由控制系统控制，并装有编码器。

上述现有技术存在的缺点是：各机械臂的转动结构复杂；旋转升降轴的平衡扭力装置采用蜗卷弹簧，结构复杂，可靠性差；旋转升降轴利用本身的齿环作为齿条驱动升降，存在可靠性差和使用寿命短的问题。

发明内容

本实用新型目的是提供一种多关节机器人，以解决现有技术存在的各机械臂的转动结构复杂；旋转升降轴的平衡扭力装置采用蜗卷弹簧，结构复杂，可靠性差；旋转升降轴利用本身的齿环作为齿条驱动升降，存在可靠性差和使用寿命短的问题。

本实用新型的技术方案是：一种多关节机器人，包括底座，其特征在于，在所述的底座上固定立柱的底端，立柱的顶端通过一转动驱动机构与大机械臂的一端转动连接，该大机械臂的另一端通过另一转动驱动机构与小机械臂的一端转动连接；在该小机械臂的另一端连接有机头箱，在该机头箱内穿过轴向为上、下方向的旋转升降轴，在该旋转升降轴上装有能够与其轴向滑动、不能相对转动的同步带轮，该同步带轮通过同步带与设在该小机械臂上的旋转驱动电机传动连接；该旋转升降轴的顶端和下部分别转动安装在轴承座内，在上、下的两个轴承座之间连接升降驱动齿条，在该机头箱内装有与该升降驱动齿条啮合的齿轮轴，该齿轮轴的一端通过设在该小机械臂内的升降驱动连杆与升降驱动电机同轴或经减速机构传动连接；在所述的旋转升降轴与小机械臂或机头箱之间设有恒力弹簧；在该旋转升降轴的底端装有摆动电机组件。

所述的恒力弹簧的上端和下端分别与机头箱和下面的轴承座连接。

所述的恒力弹簧设在该小机械臂内，恒力弹簧的一端与小机械臂的一端连接，恒力弹簧的另一端通过一根拉索绕过安装在机头箱内的滑轮，与下面的轴承座连接。

在所述的旋转升降轴上至少设有一条轴向凹槽，在所述的同步带轮的中心孔设有与该轴向凹槽滑动配合的凸棱。

所述的轴承座包括环形主体和设在其一侧的两个凸耳，在两个该凸耳上设有相互对应的通孔，两个凸耳之间的凹槽与所述的升降驱动齿条的端部连接；在该环形主体的内周面的两端设有环形卡槽。

所述的旋转升降轴的顶端和下部分别用卡簧与上、下的轴承座定位。

两个所述的转动驱动机构的构造相同，均由驱动电机和减速机组成，所述的立柱与大机械臂之间的转动驱动机构的驱动电机与大机械臂固定，驱动电机的输出轴通过减速机与立柱的顶端连接；该大机械臂与小机械臂之间的转动驱动机构的驱动电机与小机械臂固定，驱动电机的输出轴通过减速机与大机械臂连接。

两个所述的转动驱动机构的构造相同，均由驱动电机组和齿轮组组成，驱动电机组包括电机、离合器和编码器，该齿轮组包括小齿轮、大齿轮、支承轴和轴承；立柱与大机械臂之间的转动驱动机构的电机固定在该大机械臂上，在其输出轴上装有离合器和编码器；小齿轮安装在离合器的输出轴上，大齿轮固定在该立柱上，并与小齿轮啮合；支承轴通过轴承转动安装在该大机械臂上，支承轴的底端穿过大齿轮连接在立柱上。

在所述的旋转驱动电机和摆动电机组件以及升降齿轮轴的一端均装有编码器。

本实用新型的优点是：结构简单，操作方便，企业先期投入小等优点，相比国外动辄就几十万一台的机器人和需要相关专业知识的编程人员等具有无可比拟的成本上升优势和人员易招、设备维护简单的后期使用成本方面的明显优势；采用恒力弹簧平衡旋转升降轴的重力，并简化了大臂和小臂的转动结构，步进降低了成本，还提高了设备的工作可靠性；采用齿轮和齿条驱动旋转升降轴的升降，工作更加可靠，还延长了使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构示意图；

图2是图1的A向视图；

图3是本实用新型恒力弹簧另一种安装位置的示意图；

图4是本实用新型的旋转升降轴的轴承座的结构示意图；

图5是图4的B-B剖视图；

图6是本实用新型旋转升降轴的主视图（设有轴向凹槽的一侧）；

图7是图6右视图；

图8是本实用新型另一实施例的总体结构示意图。

具体实施方式

参见图1～图7，本实用新型一种多关节机器人的一个实施例，包括底座1，其特征在于，在所述的底座1上固定立柱2的底端，立柱2的顶端通过一转动驱动机构N与大机械臂5的一端转动连接，该大机械臂5的另一端通过另一转动驱动机构M与小机械臂6的一端转动连接；在该小机械臂6的另一端连接有机头箱20，在该机头箱20内穿过轴向为上、下方向的旋转升降轴12，在该旋转升降轴12上装有能够与其轴向滑动、不能相对转动的同步带轮14，该同步带轮14通过同步带10与设在该小机械臂6上的旋转驱动电机9传动连接；该旋转升降轴12的顶端和下部分别转动安装在轴承座11内，在上、下的两个轴承座11之间连接升降驱动齿条13，在该机头箱20内装有与该升降驱动齿条13啮合的齿轮轴15，该齿轮轴15的一端通过设在该小机械臂6内的升降驱动连杆16与升降驱动电机7同轴（或经减速机构）传动连接；在所述的旋转升降轴12与小机械臂6或机头箱20之间设有恒力弹簧8；在该旋转升降轴12的底端装有摆动电机组件18。在所述的旋转驱动电机9和摆动电机组件18以及升降齿轮轴15的一端均装有编码器22。

恒力弹簧8有两种连接方式：一种连接方式是，恒力弹簧8设在该小机械臂6内，恒力弹簧8的左端与小机械臂6的左端连接（参见图1），恒力弹簧8的右端通过一根拉索17绕过安装在机头箱20内的滑轮21，与下面的轴承座11连接。另一种连接方式：恒力弹簧8的上端和下端分别与机头箱20和下面的轴承座11连接（参见图3）。

在所述的旋转升降轴12上至少设有一条轴向凹槽121，在所述的同步带轮14的中心孔设有与该轴向凹槽121滑动配合的凸棱。

所述的轴承座11包括环形主体和设在其一侧的两个凸耳112，在两个该凸耳112上设有相互对应的通孔113，两个凸耳112之间的凹槽与所述的升降驱动齿条13的端部连接；在该环形主体的内周面的两端设有环形卡槽111。

所述的旋转升降轴12的顶端和下部分别用锣栓紧固卡环19与上、下的轴承座11定位。

该实施例的两个所述的转动驱动机构N、M的构造相同（只是安装位置和连接对象不同）均由驱动电机24和减速机23组成，立柱2与大机械臂5之间的转动驱动机构N的驱动电机24与大机械臂5固定，驱动电机24的输出轴通过减速机23与立柱2的顶端连接。大机械臂5与小机械臂6之间的转动驱动机构M的驱动电机24与小机械臂6固定，驱动电机24的输出轴通过减速机23与大机械臂5连接。驱动电机24通过减速机23驱动大机械臂5或小机械臂6转动。

参见图8，该实施例与上一实施例的不同之处是：两个相同结构的转动驱动机构N、M均由驱动电机组4和齿轮组3组成，驱动电机组4包括电机41、离合器42和编码器43，该齿轮组3包括小齿轮31、大齿轮32、支承轴33和轴承34；立柱2与大机械臂5之间的转动驱动机构N的电机41固定在该大机械臂5上，在其输出轴上装有离合器42和编码器43；小齿轮31安装在离合器42的输出轴上，大齿轮32固定在该立柱2上，并与小齿轮31啮合；支承轴33通过轴承34转动安装在该大机械臂5上，支承轴33的底端穿过大齿轮32连接在立柱2上。大机械臂5与小机械臂6之间的转动驱动机构M的安装方式是，驱动电机组4安装在小机械臂6上，齿轮组3安装在大机械臂5上，具体的安装方式不再赘述。驱动电机组4和齿轮组3的工作原理是，电机41驱动小齿轮31转动，小齿轮31围绕大齿轮32转动，实现大机械臂5与立柱2的相对转动，以及小机械臂6与大机械臂5的相对转动。

下面对本实用新型的特性作进一步说明：

1、本专利由底座1和立柱2作为整个基础支撑，通过减速机23或者减速齿轮组3连接大机械臂5，由转动驱动电机4驱动减速机3使大机械臂5作水平旋转。

2、小机械臂6通过另一减速机23或者减速齿轮组3连接安装在大机械臂5上面，也是由另一转动驱动电机4驱动作水平运动，这样由大机械臂5和小机械臂6构成左右远近平移的机械动作。

3、在小机械臂6前端垂直装有可以升降和旋转的旋转升降轴12，由安装在小机械臂6上的升降驱动电机7、通过升降驱动连杆16由齿轮轴15转动，而齿轮轴15是与升降驱动齿条13相啮合的，只要驱动齿轮轴15的转动就能带动升降驱动齿条13的上下运动。再由旋转驱动电机9通过同步带轮14和同步带10能同时带动旋转升降轴12的旋转运动。

4、为了保持旋转升降轴12在停电时或者是工作时，保持自身的位置不变和因自重向下的引力机械能，在小机械臂6的一端安装有与旋转升降轴12组件重量相一致的恒力弹簧8来平衡因自重引起的重力机械能，以避免在驱动旋转升降轴12升降时因为自身重量而引起的重力加速度的机械能而影响到定位的精度，同时使齿轮轴15不会因为旋转升降轴向下到了停止位时受到重力加速度的冲击、也不会要向上驱动而超负荷而带来的过度磨损。也就是通过一个恒力弹簧8来消除因自身重量产生向下拉力的原理，因为恒力弹簧8所输出的拉力是固定不变的，只要同所需要拉引的物体重量大致相等，就能起到保持物体力量平衡作用，从而达到即使有重量的物体在做上下运动时，其驱动时的力量也只需要很小的力就可以驱动物体运动了。

5、在旋转升降轴12的下端装有一个电机加上减速机组件18，可以使夹持在上面的机械物体作不同的夹角摆动，以适应不同的工作位置所需要的不同夹角。

6、由大机械臂5和小机械臂6作来回远近的运动，而由小机械臂6上安装的升降驱动组件（升降驱动电机7、升降驱动连杆16、齿轮轴15、升降驱动齿条13、旋转升降轴12）和旋转组件（旋转驱动电机9、同步带10、同步带轮14）可以根据需要，同时作前后左右、高低旋转、摆动等多维运动。

7、所述的各驱动装置均由控制系统控制，并通过编码器进行程序的调整。

Claims (9)

1.一种多关节机器人，包括底座，其特征在于，在所述的底座上固定立柱的底端，立柱的顶端通过一转动驱动机构与大机械臂的一端转动连接，该大机械臂的另一端通过另一转动驱动机构与小机械臂的一端转动连接；在该小机械臂的另一端连接有机头箱，在该机头箱内穿过轴向为上、下方向的旋转升降轴，在该旋转升降轴上装有能够与其轴向滑动、不能相对转动的同步带轮，该同步带轮通过同步带与设在该小机械臂上的旋转驱动电机传动连接；该旋转升降轴的顶端和下部分别转动安装在轴承座内，在上、下的两个轴承座之间连接升降驱动齿条，在该机头箱内装有与该升降驱动齿条啮合的齿轮轴，该齿轮轴的一端通过设在该小机械臂内的升降驱动连杆与升降驱动电机同轴或经减速机构传动连接；在所述的旋转升降轴与小机械臂或机头箱之间设有恒力弹簧；在该旋转升降轴的底端装有摆动电机组件。

2.根据权利要求1改进的多关节机器人，其特征在于，所述的恒力弹簧的上端和下端分别与机头箱和下面的轴承座连接。

3.根据权利要求1所述的多关节机器人，其特征在于，所述的恒力弹簧设在该小机械臂内，恒力弹簧的一端与小机械臂的一端连接，恒力弹簧的另一端通过一根拉索绕过安装在机头箱内的滑轮，与下面的轴承座连接。

4.根据权利要求1所述的多关节机器人，其特征在于，在所述的旋转升降轴上至少设有一条轴向凹槽，在所述的同步带轮的中心孔设有与该轴向凹槽滑动配合的凸棱。

5.根据权利要求1所述的多关节机器人，其特征在于，所述的轴承座包括环形主体和设在其一侧的两个凸耳，在两个该凸耳上设有相互对应的通孔，两个凸耳之间的凹槽与所述的升降驱动齿条的端部连接；在该环形主体的内周面的两端设有环形卡槽。

6.根据权利要求1所述的多关节机器人，其特征在于，所述的旋转升降轴的顶端和下部分别用卡簧与上、下的轴承座定位。

7.根据权利要求1所述的多关节机器人，其特征在于，两个所述的转动驱动机构的构造相同，均由驱动电机和减速机组成，所述的立柱与大机械臂之间的转动驱动机构的驱动电机与大机械臂固定，驱动电机的输出轴通过减速机与立柱的顶端连接；该大机械臂与小机械臂之间的转动驱动机构的驱动电机与小机械臂固定，驱动电机的输出轴通过减速机与大机械臂连接。

8.根据权利要求1所述的多关节机器人，其特征在于，两个所述的转动驱动机构的构造相同，均由驱动电机组和齿轮组组成，驱动电机组包括电机、离合器和编码器，该齿轮组包括小齿轮、大齿轮、支承轴和轴承；立柱与大机械臂之间的转动驱动机构的电机固定在该大机械臂上，在其输出轴上装有离合器和编码器；小齿轮安装在离合器的输出轴上，大齿轮固定在该立柱上，并与小齿轮啮合；支承轴通过轴承转动安装在该大机械臂上，支承轴的底端穿过大齿轮连接在立柱上。

9.根据权利要求1所述的多关节机器人，其特征在于，在所述的旋转驱动电机和摆动电机组件以及升降齿轮轴的一端均装有编码器。