CN210361385U - 一种腕部可灵活动作的关节型工业机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种腕部可灵活动作的关节型工业机器人，涉及工业机器人领域，包括如传统的关节型工业机器人一样设置的基座、回转座、大臂、小臂和机械手腕，还包括万向活动装置和夹持机械手，万向活动装置包括伸缩杆、伸缩SMA弹簧、两个端板和若干弯曲SMA弹簧，伸缩杆的两端分别通过球铰与两个端板连接，若干弯曲SMA弹簧的两端分别与两个端板固定连接，若干弯曲SMA弹簧以伸缩杆为中心呈圆周均布设置，伸缩SMA弹簧用于驱动伸缩杆伸缩，两个端板分别与机械手腕和夹持机械手连接。该腕部可灵活动作的关节型工业机器人，可通过该万向活动装置实现小范围内的任意弯曲和伸缩动作，其控制简单、调节迅速，满足小范围连续作业的需要。

Description

一种腕部可灵活动作的关节型工业机器人

技术领域

本实用新型涉及工业机器人领域，具体为一种腕部可灵活动作的关节型工业机器人。

背景技术

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成，其主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部。目前，工业机器人按臂部的运动形式主要分为四种：直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型和关节型。

其中，关节型的工业机器人有多个转动关节，其手臂结构与人体上肢相似，其主要结构如图1所示，包括基座、回转座、大臂、小臂、机械手腕和夹持机械手。回转座设置在基座的顶面上可做回转运动；大臂的一端与回转座铰接，使大臂可做俯仰运动；小臂的一端与大臂的另一端铰接，使小臂可相对于大臂做俯仰运动；小臂的另一端与机械手腕铰接，使机械手腕可相对与小臂做俯仰运动；夹持机械手安装在机械手腕的另一端，用于夹持工件或工具实施作业。在一些关节型工业机器人中，其小臂包括前臂和后臂，前后臂可同轴转动，使得该种机器人的工作范围大、动作灵活、通用性强，广泛应用于搬运、堆垛、焊接、机械加工、特种装配、表面处理、测试测量等领域中。

然而，传统的关节型工业机器人中，因其机械手腕与小臂之间为铰接，两者之间仅存在一个偏转的相对自由度，在实际作业时仅通过控制机械手腕动作只能完成一个弧线范围内的连续作业，若作业位置与该弧线范围有所偏离，需要机器人的其他关节协同动作，甚至于所有关节都要进行相应动作才能使夹持机械手夹持的工具或工件到达要求的位置，这导致整个机器人的控制极其复杂，在夹持机械手对位的过程中通常需要暂停作业，当完成定位后重新开始工作。而对于焊接、机械加工等作业时，其通常要求在小范围内能连续作业以保证作业质量，传统的关节型机器人难以实现有效的控制以保证连续作业的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种腕部可灵活动作的关节型工业机器人，其在机械手腕与夹持机械手之间设置有基于SMA弹簧驱动的万向活动装置，在诸如焊接、机械加工等需要在小范围连续作业的环境下，可通过该万向活动装置直接对夹持机械手的位置进行调节，而无需使关节型工业机器人的大臂、小臂等协同动作，其控制简单、调节迅速，满足小范围连续作业的需要。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种腕部可灵活动作的关节型工业机器人，包括基座、回转座、大臂、小臂、机械手腕和夹持机械手，所述回转座可转动的设置于所述基座的顶面上，所述大臂的一端与所述回转座可转动的连接，所述大臂的另一端与所述小臂可转动的连接，所述小臂的另一端与所述机械手腕可转动的连接；

还包括万向活动装置，所述万向活动装置包括支撑杆、两个相对设置的端板和若干弯曲SMA弹簧，两个所述端板一侧的中心均设置有球铰，所述支撑杆的一端与一个所述端板通过球铰连接，所述支撑杆的另一端与另一个所述端板通过球铰连接，若干所述弯曲SMA弹簧的两端分别与两个所述端板固定连接，若干所述弯曲SMA弹簧以所述支撑杆为中心呈圆周均布设置，两个所述端板远离所述球铰的一侧分别与所述机械手腕和夹持机械手固定连接。

进一步的，还包括若干弹性片，所述弹性片的两端分别与两个所述端板固定连接，若干所述弹性片以所述支撑杆为中心呈圆周均布设置。

进一步的，所述支撑杆包括套管和套杆，所述套杆的一端可滑动的设置于所述套管内，所述套管远离所述套杆的一端与一个所述端板通过球铰连接，所述套杆远离所述套管的一端与另一个所述端板通过球铰连接。

进一步的，还包括伸缩SMA弹簧，所述伸缩SMA弹簧的一端固定设置于所述套管内，所述伸缩SMA弹簧的另一端与所述套杆伸入所述套管内的一端固定连接。

进一步的，所述套杆伸入所述套管内的一端设置有限位台，所述套管靠近所述套杆的一端设置有缩口部，所述限位台与所述缩口部相适配。

本实用新型的有益效果是：

1．本实用新型一种腕部可灵活动作的关节型工业机器人在传统的关节型工业机器人的结构基础上，于其机械手腕与夹持机械手之间设置有基于SMA弹簧驱动的万向活动装置，该万向活动装置包括两个端板、与两个端板通过球铰连接的支撑杆和若干呈圆周均布的SMA弹簧，对某一根或几根SMA弹簧通电加热时，可令其收缩使端板以球铰为中心转动，调节两个端板弯曲角度；当对所有SMA弹簧通电加热可使其一起收缩，调节两个端板的距离。而以上两个端板分别与机械手腕和夹持机械手连接，使得本实用新型的装置在诸如焊接、机械加工等需要在小范围连续作业的环境下，可通过该万向活动装置直接对夹持机械手的位置进行灵活调节，而无需控制关节型工业机器人的大臂、小臂等部件协同动作，其控制简单、调节迅速，满足小范围连续作业的需要。

2.上述万向活动装置中，两个端板之间设置若干弹性片进行支撑，增加了结构的刚度，同时在其进行调节后，弹性片可以及时提供弹力使其复位，减少了SMA弹簧本身的滞后时间。

3.上述万向活动装置中，支撑杆选用伸缩套杆的结构，并于其内设置SMA弹簧，控制伸缩套杆的伸缩动作，使得在进行弯曲调节时端板不仅仅局限于绕着球铰中心转动，其还可以跟随伸缩套杆的伸缩做轴向运动，安装于端板上的夹持机械手的运动轨迹可以是复合运动，扩大了其在小范围移动时的运动范围，适用性更强。

附图说明

图1为现有技术中关节型工业机器人的结构示意图；

图2为本实用新型一种腕部可灵活动作的关节型工业机器人的结构示意图；

图3为本实用新型一种腕部可灵活动作的关节型工业机器人中万向活动装置的结构示意图；

图4为为本实用新型一种腕部可灵活动作的关节型工业机器人中万向活动装置支撑杆内部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，现有技术中的关节型机器人的主要结构包括基座1、回转座2、大臂3、小臂4、机械手腕5和夹持机械手6。回转座2可转动的设置于基座1的顶面上，可在基座1顶面上做360°回转运动；大臂3的一端与回转座2可转动的连接，大臂3可相对于回转座2做俯仰运动；大臂3的另一端与小臂4可转动的连接，小臂4可相对于大臂3做俯仰运动；小臂4的另一端与机械手腕5可转动的连接，机械手腕5可相对于小臂4做俯仰运动；夹持机械手6安装在机械手腕5上，用于夹持工件或工具完成作业任务。该关节型机器人可以通过回转座2、大臂3、小臂4以及机械手腕5的协同动作控制，将夹持机械手6移动到一定范围内的任意位置，完成作业任务。然而，当回转座2、大臂3、小臂4运动到指定位置不动后，机械手腕5仅能相对于小臂4做俯仰运动，其运动轨迹为一圆弧形，若需要对偏离该圆弧型的区域进行作业，则必须要调节回转座2、大臂3、小臂4相应的协同动作，特别是需要使夹持机械手6做区别于上述运动轨迹的弧形运动时，其控制极为复杂，需要回转座2、大臂3、小臂4完成一系列动作，其动作时间长，且难以准确控制动作的位置。而该关节型机器人用于焊接、机械加工等领域时，通常要求其连续工作，需要较快的动作过程，现有技术中的关节型机器人难以满足该连续作业的动作要求。

本实用新型一种腕部可灵活动作的关节型工业机器人，在现有的关节型机器人的结构上加以改进，其结构如图2所示，在关节机器人的机械手腕5和夹持机械手6之间增设了基于SMA弹簧驱动的万向活动装置10。

该万向活动装置10的结构如图3、图4所示，其包括支撑杆12、两个相对设置的端板11和若干弯曲SMA弹簧14。两个端板11一侧的中心均设置有球铰13，支撑杆12的一端与一个端板11通过球铰13连接，支撑杆12的另一端与另一个端板11通过球铰13连接。若干弯曲SMA弹簧14的两端分别与两个端板11固定连接，若干弯曲SMA弹簧14以支撑杆12为中心呈圆周均布设置。该万向活动装置中，对任意一个弯曲SMA弹簧14及其相邻的弯曲SMA弹簧14通电使其受热收缩，与其相连接的两个端板11的部分相互靠拢，两个端板11可绕其上的球铰13转动一个角度，使该万向活动装置弯曲。该装置中，通过控制弯曲SMA弹簧14的接通电流可控制弯曲的量；通过旋转不同的弯曲SMA弹簧14可以控制弯曲的方向；通过设置不同数量的弯曲SMA弹簧14可以实现不同方向维度的调节更为精确。进一步的，该装置还包括外护套，外护套两端与两个端板11可拆卸的连接，外护套用于保护其内部的SMA弹簧组件。在外护套内设置有若干弹性片15，弹性片15的两端分别与两个端板11连接，若干弹性片15以支撑杆12为中心呈圆周均布设置。设置弹性片15增加了该结构的刚性，同时，当上述通过控制弯曲SMA弹簧14进行动作后，可提供良好的回弹力，帮助两个端板11快速复位，可有效减少SMA弹簧断电后的滞后时间。在实施时，两个端板11远离球铰13的一侧分别与机械手腕5和夹持机械手6固定连接，通过万向活动装置的动作可以实现在机械手腕5不动作时，夹持机械手6在小范围内任意角度的弯曲动作。

进一步的，上述万向活动装置10中，支撑杆12包括套管121和套杆122，套杆122的一端可滑动的设置于套管121内，套管121远离套杆122的一端与一个端板11通过球铰13连接，套杆122远离套管121的一端与另一个端板11通过球铰13连接。通过将支撑杆12设置成伸缩杆结构，可在上述若干弯曲SMA弹簧14同时通电受热收缩时，整个装置可进行收缩。进一步的，套管121内设置有伸缩SMA弹簧16，伸缩SMA弹簧16的另一端与套杆122伸入套管121内的一端固定连接。在上述该装置的弯曲动作中，端板11的转动轨迹仅是在以球铰13的中心为圆心的圆弧上，这使得装置的动作略显局限，在该弯曲动作的同时，通过加热伸缩SMA弹簧16使其收缩，可实现一定的轴向位移，由此该装置安装的夹持机械手6的运动为绕与之相连接端板11的球铰13偏转运动和该端板11轴向运动的合成运动，其运动轨迹更为多元化，可适用于小范围连续作业的使用要求。进一步的，套杆122伸入套管121内的一端设置有限位台123，套管121靠近套杆122的一端设置有缩口部124，限位台123与缩口部124相适配。在所有SMA弹簧均未通电的自然状态下，该限位台123与缩口部124相接触，两者可有效实现限位功能，确保弹性片15能使其正确复位，保证其结构刚性，即使该万向活动装置10不投入使用，亦不影响原有的关节型机器人的正常使用。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种腕部可灵活动作的关节型工业机器人，包括基座（1）、回转座（2）、大臂（3）、小臂（4）、机械手腕（5）和夹持机械手（6），所述回转座（2）可转动的设置于所述基座（1）的顶面上，所述大臂（3）的一端与所述回转座（2）可转动的连接，所述大臂（3）的另一端与所述小臂（4）可转动的连接，所述小臂（4）的另一端与所述机械手腕（5）可转动的连接；

其特征在于，还包括万向活动装置（10），所述万向活动装置（10）包括支撑杆（12）、两个相对设置的端板（11）和若干弯曲SMA弹簧（14），两个所述端板（11）一侧的中心均设置有球铰（13），所述支撑杆（12）的一端与一个所述端板（11）通过球铰（13）连接，所述支撑杆（12）的另一端与另一个所述端板（11）通过球铰（13）连接，若干所述弯曲SMA弹簧（14）的两端分别与两个所述端板（11）固定连接，若干所述弯曲SMA弹簧（14）以所述支撑杆（12）为中心呈圆周均布设置，两个所述端板（11）远离所述球铰（13）的一侧分别与所述机械手腕（5）和夹持机械手（6）固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种腕部可灵活动作的关节型工业机器人，其特征在于，还包括若干弹性片（15），所述弹性片（15）的两端分别与两个所述端板（11）固定连接，若干所述弹性片（15）以所述支撑杆（12）为中心呈圆周均布设置。

3.根据权利要求2所述的一种腕部可灵活动作的关节型工业机器人，其特征在于，所述支撑杆（12）包括套管（121）和套杆（122），所述套杆（122）的一端可滑动的设置于所述套管（121）内，所述套管（121）远离所述套杆（122）的一端与一个所述端板（11）通过球铰（13）连接，所述套杆（122）远离所述套管（121）的一端与另一个所述端板（11）通过球铰（13）连接。

4.根据权利要求3所述的一种腕部可灵活动作的关节型工业机器人，其特征在于，还包括伸缩SMA弹簧（16），所述伸缩SMA弹簧（16）的一端固定设置于所述套管（121）内，所述伸缩SMA弹簧（16）的另一端与所述套杆（122）伸入所述套管（121）内的一端固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种腕部可灵活动作的关节型工业机器人，其特征在于，所述套杆（122）伸入所述套管（121）内的一端设置有限位台（123），所述套管（121）靠近所述套杆（122）的一端设置有缩口部（124），所述限位台（123）与所述缩口部（124）相适配。

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