CN209579570U - 一种消隙机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种消隙机械臂，包括水平设置的安装底座，安装底座上可转动的设置有第一支臂，第一支臂远离安装底座的一端可转动的连接有第二支臂，第二支臂远离第一支臂的一端设置有机械操作头，还包括驱动第一支臂转动的第一驱动装置和驱动第二支臂转动的第二驱动装置，其中第一驱动装置包括两个同轴设置的第一支臂驱动电机以及协同处理器。通过两个第一支臂驱动电机分别驱动第一支臂正反转的方式消除单个驱动电机配合齿轮减速器驱动带来的回程间隙，提高控制精度。

Description

一种消隙机械臂

技术领域

本实用新型涉及机械臂技术领域，更具体的说涉及一种消隙机械臂。

背景技术

随着工业自动化的发展与大量运用，机械臂大量出现在自动化生产加工的各种设备上。例如各种流水生产线上的各种自动装卸自动机器人上大规模使用机械臂。自动加工设置一般也配备设置有机械臂用于装卸料，如在五轴加工中心中一般配置有机械臂，用于实现装卸的自动化。

现有的机械臂一般包括一个水平设置的旋转底座，旋转底座上通过水平的第一铰轴铰接有第一支臂，第一支臂的上端通过水平的第二铰轴铰接有第二支臂，第一铰轴和第二铰轴平行设置，第二支臂远离第一支臂的一端上设置有机械操作头部，还包括分别驱动第一支臂和第二支臂转动的驱动装置。现有机械臂一般通过电机配合齿轮减速器驱动第一支臂，其中齿轮减速器的使用不可避免的会产生回程间隙，这样在第一支臂正反转时，回程间隙会导致机械臂的控制精度降低，操控性能下降，回程间隙导致该类机械臂无法满足高精度的使用要求。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于：如何提供一种控制精度高，可以消除回程间隙对机械臂影响的消隙机械臂。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案。

一种消隙机械臂，包括水平设置的安装底座，安装底座上可转动的设置有第一支臂，第一支臂远离安装底座的一端可转动的连接有第二支臂，还包括驱动第一支臂转动的第一驱动装置和驱动第二支臂转动的第二驱动装置，其特征在于：安装底座上竖向向上设置有正对间隔的两个第一安装板，第一支臂的下端向下设置有两个正对间隔的第二安装板，两个第一安装板和两个第二安装板相互平行插配，第一驱动装置包括第一支臂驱动电机，与第一支臂驱动相连的齿轮减速器，第一支臂驱动电机通过齿轮减速器与第一安装板连接固定，齿轮减速器的输出轴穿过同侧间隙设置的第一安装板与第二安装板，齿轮减速器的输出轴与第一安装板同侧间隔设置的第二安装板连接固定，第一支臂驱动电机的数量为二，分别设置在两个第一安装板上的两个齿轮减速器的输出轴轴线位于同一水平直线上，两个第一支臂驱动电机设置有初始程差，所述初始程差与齿轮减速器的回程间隙匹配；还包括与两个第一支臂驱动电机相连保证其同步转动的同步器。

这样，上述通过两个第一支臂驱动电机的配合协同分别驱动第一支臂正反转，一个第一支臂驱动电机驱动第一支臂正转时，另一个同步正转但不参与驱动。另一个第一支臂驱动电机驱动第一支臂反转时，剩下一个同步反转但不参与驱动。以上通过同步器实现，同时初始程差的设置可以使得驱动转动的电机单侧驱动时不会有回程间隙的问题产生。这样可以避免一个电机通过齿轮减速器驱动时产生的回程间隙，整体提高机械臂的控制精度。两个第一支臂驱动电机优选采用步进电机，因为步进电机驱动扭矩较大，而且便于通过步进电机驱动电路设置两个第一支臂驱动电机的初始程差，也便于通过步进电机驱动电路与同步器配合控制两个第一支臂驱动电机同步运转。

作为优选，两个第一支臂驱动电机均为步进电机，两个第一支臂驱动电机分别通过两个步进电机驱动电路控制驱动；还包括程差设置控制器，所述两个步进电机驱动电路的电机初始转角控制信号输入端分别与程差设置控制器的两个初始程差设置信号输出端进行电连接。

这样，上述设置通过电路控制的方式，通过程差设置控制器针对不同型号的齿轮减速器初始程差实现精准调节，方便初始使用时调整设置。

作为优选，所述两个第二安装板位于两个第一安装板内侧，两个第一支臂驱动电机分别安装在两个第一安装板的外侧。

这样，第一支臂电机外置方便安装维护，且能整体减小第一支臂的尺寸大小。

作为优选，齿轮减速器输出轴的外端连接固定有竖向同轴的连接盘，连接盘上水平设置有安装孔，第二安装板上正对安装孔处设置有连接螺孔，螺栓穿过所述安装孔旋紧在所述连接螺孔中连接所述连接盘与所述第二安装板。

这样，可拆卸的连接方式方便装配维修以及更换。

作为优选，减速器输出轴的外端外周上设置有水平的第一键槽，连接盘上与减速器输出轴配合的装配孔上沿径向设置有第二键槽，第一键槽与第二键槽中设置有连接键。

这样，键连接的方式实现可拆卸，键连接的方式同时实现转矩的传递。

作为优选，所述连接螺孔为多个，多个连接螺孔沿连接盘周向均匀间隔分布。

这样，连接稳固，受力均匀。

作为优选，所述第一支臂为中空柱状，第一支臂与第二支臂上端铰接，且铰接轴平行齿轮减速器的输出轴设置，铰接轴的伸出端上同轴连接有第一皮带轮，第二驱动装置包括设置在第一支臂内的第二支臂驱动电机，第二支臂驱动电机沿第一支臂长度方向向上设置，第二支臂驱动电机的输出轴上垂直驱动连接有第二皮带轮，还包括设置在第一支臂上位于第一皮带轮同侧的第一皮带转向机构，还包括第一皮带，第一皮带通过所述第一皮带转向机构安装在所述第一皮带轮和第二皮带轮上。

这样，上述的设置方式能充分利用第一支臂内部空间，结构更加紧凑。同时兼顾使用皮带传动的方式满足驱动需求。

作为优选，所述第一皮带转向机构包括设置在第一支臂外侧的转轴，转轴垂直所述第二支臂驱动电机输出轴设置，转轴位于第一皮带轮下方且与第一皮带轮相对设置，转轴设置在第一支臂上与第二皮带轮匹配的位置，转轴上同轴设置有两个转轮，两个转轮外周面的下侧构成导向侧，第一皮带两端安装在第一皮带轮和第二皮带轮上且穿过导向侧整体构成L形。

这样，上述方式公开了皮带传动的具体设置方式，通过转向机构实现皮带垂直转驱动，在低速运动下满足使用需求。

作为优选，还包括第三驱动装置，第二支臂远离第一支臂的一端设置有机械操作头，所述第二支臂为中空柱状，第二支臂与机械操作头铰接，且铰接轴平行所述齿轮减速器的输出轴设置，铰接轴的伸出端上同轴连接有第三皮带轮，第三驱动装置包括设置在第二支臂内的第三驱动电机，第三驱动电机沿第二支臂长度方向向前设置，第三驱动电机的输出轴上垂直驱动连接有第四皮带轮，还包括设置在第二支臂上位于第三皮带轮同侧的第二皮带转向机构，还包括第二皮带，第二皮带通过所述第二皮带转向机构安装在所述第三皮带轮和第四皮带轮上。

这样，上述的设置方式能充分利用第二支臂内部空间，结构更加紧凑。同时兼顾使用皮带传动的方式满足驱动需求。

作为优选，所述第二皮带转向机构包括设置在第二支臂外侧的转轴，转轴垂直所述第三驱动电机输出轴设置，转轴位于第三皮带轮后方且与第三皮带轮相对设置，转轴设置在第二支臂上与第四皮带轮匹配的位置，转轴上同轴设置有两个转轮，第二皮带两端安装在第三皮带轮和第四皮带轮上且穿过两个转轮整体构成L形。

这样，上述方式公开了皮带传动的具体设置方式，通过转向机构实现皮带垂直转驱动，在低速运动下满足使用需求。

附图说明

图1为本实用新型实施例所公开一种消隙机械臂的结构示意图。

其中，1为安装底座、101为第一安装板、2为第一支臂、201为第二安装板、3为第二支臂、4为机械操作头、5为第一支臂驱动电机、6为齿轮减速器、7为连接盘、8为第二支臂驱动电机、9为第一皮带轮、10为第一皮带、11为第一皮带转向机构、12为第三皮带轮、13为第二皮带、14为第二皮带转向机构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作详细的说明。

请参阅图1，图1为本实用新型实施例所公开一种消隙机械臂的结构示意图。

本实施例公开了一种消隙机械臂，包括水平设置的安装底座，安装底座上可转动的设置有第一支臂，第一支臂远离安装底座的一端可转动的连接有第二支臂，还包括驱动第一支臂转动的第一驱动装置和驱动第二支臂转动的第二驱动装置，其特征在于：安装底座上竖向向上设置有正对间隔的两个第一安装板，第一支臂的下端向下设置有两个正对间隔的第二安装板，两个第一安装板和两个第二安装板相互平行插配，第一驱动装置包括第一支臂驱动电机，与第一支臂驱动相连的齿轮减速器，第一支臂驱动电机通过齿轮减速器与第一安装板连接固定，齿轮减速器的输出轴穿过同侧间隙设置的第一安装板与第二安装板，齿轮减速器的输出轴与第一安装板同侧间隔设置的第二安装板连接固定，第一支臂驱动电机的数量为二，分别设置在两个第一安装板上的两个齿轮减速器的输出轴轴线位于同一水平直线上，两个第一支臂驱动电机设置有初始程差，所述初始程差与齿轮减速器的回程间隙匹配；还包括与两个第一支臂驱动电机相连保证其同步转动的同步器。

这样，上述通过两个第一支臂驱动电机的配合协同分别驱动第一支臂正反转，一个第一支臂驱动电机驱动第一支臂正转时，另一个同步正转但不参与驱动。另一个第一支臂驱动电机驱动第一支臂反转时，剩下一个同步反转但不参与驱动。以上通过同步器实现，同时初始程差的设置可以使得驱动转动的电机单侧驱动时不会有回程间隙的问题产生。这样可以避免一个电机通过齿轮减速器驱动时产生的回程间隙，整体提高机械臂的控制精度。两个第一支臂驱动电机优选采用步进电机，因为步进电机驱动扭矩较大，而且便于通过步进电机驱动电路设置两个第一支臂驱动电机的初始程差，也便于通过步进电机驱动电路与同步器配合控制两个第一支臂驱动电机同步运转。

在本实施例中，两个第一支臂驱动电机均为步进电机，两个第一支臂驱动电机分别通过两个步进电机驱动电路控制驱动；还包括程差设置控制器，所述两个步进电机驱动电路的电机初始转角控制信号输入端分别与程差设置控制器的两个初始程差设置信号输出端进行电连接。

这样，可以利用程差设置控制器通过两个初始程差设置信号输出端分别向两个第一支臂驱动电机的步进电机驱动电路的电机初始转角控制信号输入端输出初始程差设置信号，以设置两个第一支臂驱动电机（步进电机）的初始转角，达到调节两个第一支臂驱动电机初始程差大小的目的，这样就可以针对不同型号的齿轮减速器调节初始程差。通过步进电机驱动电路控制和设置步进电机的初始转角，是电机控制技术领域的成熟技术，同时，由于步进电机是通过步进电机驱动电路的程序控制，因此通过外部输入设置信号用以设置步进电机驱动电路控制步进电机运行的初始转角，也是改进电路的已有成熟技术；由此，程差设置控制器只需要采用现有的微处理器单元，通过编程控制其两个输出信号端作为“初始程差设置信号输出端”，能够根据需要设置输出用以调整两个步进电机的初始转角的设置信号，与两个第一支臂驱动电机的步进电机驱动电路的电机初始转角控制信号输入端进行电信号连接，即可实现程差设置控制器的功能。由此可见，程差设置控制器也是通过现有技术能够实现的。

在本实施例中，所述两个第二安装板位于两个第一安装板内侧，两个第一支臂驱动电机分别安装在两个第一安装板的外侧。

这样，第一支臂电机外置方便安装维护，且能整体减小第一支臂的尺寸大小。

在本实施例中，齿轮减速器输出轴的外端连接固定有竖向同轴的连接盘，连接盘上水平设置有安装孔，第二安装板上正对安装孔处设置有连接螺孔，螺栓穿过所述安装孔旋紧在所述连接螺孔中连接所述连接盘与所述第二安装板。

这样，可拆卸的连接方式方便装配维修以及更换。

在本实施例中，减速器输出轴的外端外周上设置有水平的第一键槽，连接盘上与减速器输出轴配合的装配孔上沿径向设置有第二键槽，第一键槽与第二键槽中设置有连接键。

这样，键连接的方式实现可拆卸，键连接的方式同时实现转矩的传递。

在本实施例中，所述连接螺孔为多个，多个连接螺孔沿连接盘周向均匀间隔分布。

这样，连接稳固，受力均匀。

在本实施例中，所述第一支臂为中空柱状，第一支臂与第二支臂上端铰接，且铰接轴平行齿轮减速器的输出轴设置，铰接轴的伸出端上同轴连接有第一皮带轮，第二驱动装置包括设置在第一支臂内的第二支臂驱动电机，第二支臂驱动电机沿第一支臂长度方向向上设置，第二支臂驱动电机的输出轴上垂直驱动连接有第二皮带轮，还包括设置在第一支臂上位于第一皮带轮同侧的第一皮带转向机构，还包括第一皮带，第一皮带通过所述第一皮带转向机构安装在所述第一皮带轮和第二皮带轮上。

这样，上述的设置方式能充分利用第一支臂内部空间，结构更加紧凑。同时兼顾使用皮带传动的方式满足驱动需求。

在本实施例中，所述第一皮带转向机构包括设置在第一支臂外侧的转轴，转轴垂直所述第二支臂驱动电机输出轴设置，转轴位于第一皮带轮下方且与第一皮带轮相对设置，转轴设置在第一支臂上与第二皮带轮匹配的位置，转轴上同轴设置有两个转轮，两个转轮外周面的下侧构成导向侧，第一皮带两端安装在第一皮带轮和第二皮带轮上且穿过导向侧整体构成L形。

这样，上述方式公开了皮带传动的具体设置方式，通过转向机构实现皮带垂直转驱动，在低速运动下满足使用需求。

在本实施例中，还包括第三驱动装置，第二支臂远离第一支臂的一端设置有机械操作头，所述第二支臂为中空柱状，第二支臂与机械操作头铰接，且铰接轴平行所述齿轮减速器的输出轴设置，铰接轴的伸出端上同轴连接有第三皮带轮，第三驱动装置包括设置在第二支臂内的第三驱动电机，第三驱动电机沿第二支臂长度方向向前设置，第三驱动电机的输出轴上垂直驱动连接有第四皮带轮，还包括设置在第二支臂上位于第三皮带轮同侧的第二皮带转向机构，还包括第二皮带，第二皮带通过所述第二皮带转向机构安装在所述第三皮带轮和第四皮带轮上。

这样，上述的设置方式能充分利用第二支臂内部空间，结构更加紧凑。同时兼顾使用皮带传动的方式满足驱动需求。

在本实施例中，所述第二皮带转向机构包括设置在第二支臂外侧的转轴，转轴垂直所述第三驱动电机输出轴设置，转轴位于第三皮带轮后方且与第三皮带轮相对设置，转轴设置在第二支臂上与第四皮带轮匹配的位置，转轴上同轴设置有两个转轮，第二皮带两端安装在第三皮带轮和第四皮带轮上且穿过两个转轮整体构成L形。

这样，上述方式公开了皮带传动的具体设置方式，通过转向机构实现皮带垂直转驱动，在低速运动下满足使用需求。

Claims (10)

1.一种消隙机械臂，包括水平设置的安装底座，安装底座上可转动的设置有第一支臂，第一支臂远离安装底座的一端可转动的连接有第二支臂，还包括驱动第一支臂转动的第一驱动装置和驱动第二支臂转动的第二驱动装置，其特征在于：安装底座上竖向向上设置有正对间隔的两个第一安装板，第一支臂的下端向下设置有两个正对间隔的第二安装板，两个第一安装板和两个第二安装板相互平行插配，第一驱动装置包括第一支臂驱动电机，与第一支臂驱动相连的齿轮减速器，第一支臂驱动电机通过齿轮减速器与第一安装板连接固定，齿轮减速器的输出轴穿过同侧间隙设置的第一安装板与第二安装板，齿轮减速器的输出轴与第一安装板同侧间隔设置的第二安装板连接固定，第一支臂驱动电机的数量为二，分别设置在两个第一安装板上的两个齿轮减速器的输出轴轴线位于同一水平直线上，两个第一支臂驱动电机设置有初始程差，所述初始程差与齿轮减速器的回程间隙匹配；还包括与两个第一支臂驱动电机相连保证其同步转动的同步器。

2.如权利要求1所述的消隙机械臂，其特征在于，两个第一支臂驱动电机均为步进电机，两个第一支臂驱动电机分别通过两个步进电机驱动电路控制驱动；还包括程差设置控制器，所述两个步进电机驱动电路的电机初始转角控制信号输入端分别与程差设置控制器的两个初始程差设置信号输出端进行电连接。

3.如权利要求1所述的消隙机械臂，其特征在于，所述两个第二安装板位于两个第一安装板内侧，两个第一支臂驱动电机分别安装在两个第一安装板的外侧。

4.如权利要求1所述的消隙机械臂，其特征在于，齿轮减速器输出轴的外端连接固定有竖向同轴的连接盘，连接盘上水平设置有安装孔，第二安装板上正对安装孔处设置有连接螺孔，螺栓穿过所述安装孔旋紧在所述连接螺孔中连接所述连接盘与所述第二安装板。

5.如权利要求4所述的消隙机械臂，其特征在于，减速器输出轴的外端外周上设置有水平的第一键槽，连接盘上与减速器输出轴配合的装配孔上沿径向设置有第二键槽，第一键槽与第二键槽中设置有连接键。

6.如权利要求4所述的消隙机械臂，其特征在于，所述连接螺孔为多个，多个连接螺孔沿连接盘周向均匀间隔分布。

7.如权利要求1所述的消隙机械臂，其特征在于，所述第一支臂为中空柱状，第一支臂与第二支臂上端铰接，且铰接轴平行齿轮减速器的输出轴设置，铰接轴的伸出端上同轴连接有第一皮带轮，第二驱动装置包括设置在第一支臂内的第二支臂驱动电机，第二支臂驱动电机沿第一支臂长度方向向上设置，第二支臂驱动电机的输出轴上垂直驱动连接有第二皮带轮，还包括设置在第一支臂上位于第一皮带轮同侧的第一皮带转向机构，还包括第一皮带，第一皮带通过所述第一皮带转向机构安装在所述第一皮带轮和第二皮带轮上。

8.如权利要求7所述的消隙机械臂，其特征在于，所述第一皮带转向机构包括设置在第一支臂外侧的转轴，转轴垂直所述第二支臂驱动电机输出轴设置，转轴位于第一皮带轮下方且与第一皮带轮相对设置，转轴设置在第一支臂上与第二皮带轮匹配的位置，转轴上同轴设置有两个转轮，两个转轮外周面的下侧构成导向侧，第一皮带两端安装在第一皮带轮和第二皮带轮上且穿过导向侧整体构成L形。

9.如权利要求1所述的消隙机械臂，其特征在于，还包括第三驱动装置，第二支臂远离第一支臂的一端设置有机械操作头，所述第二支臂为中空柱状，第二支臂与机械操作头铰接，且铰接轴平行所述齿轮减速器的输出轴设置，铰接轴的伸出端上同轴连接有第三皮带轮，第三驱动装置包括设置在第二支臂内的第三驱动电机，第三驱动电机沿第二支臂长度方向向前设置，第三驱动电机的输出轴上垂直驱动连接有第四皮带轮，还包括设置在第二支臂上位于第三皮带轮同侧的第二皮带转向机构，还包括第二皮带，第二皮带通过所述第二皮带转向机构安装在所述第三皮带轮和第四皮带轮上。

10.如权利要求9所述的消隙机械臂，其特征在于，所述第二皮带转向机构包括设置在第二支臂外侧的转轴，转轴垂直所述第三驱动电机输出轴设置，转轴位于第三皮带轮后方且与第三皮带轮相对设置，转轴设置在第二支臂上与第四皮带轮匹配的位置，转轴上同轴设置有两个转轮，第二皮带两端安装在第三皮带轮和第四皮带轮上且穿过两个转轮整体构成L形。