CN210910088U - 机械臂和机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种机械臂和机器人，所述机械臂包括第一臂、第二臂、第一电机、第二电机和第三电机，通过将带动滚珠花键丝杆周向转动的第二电机设置于第一电机远离滚珠花键丝杆的一侧，将带动滚珠花键丝杆轴向伸缩的第三电机设置于第一电机靠近滚珠花键丝杆的一侧，从而避免带动滚珠花键丝杆周向转动和轴向伸缩的两个电机均布置于第一电机靠近滚珠花键丝杆的一侧，使重力向机器人底座偏移，从而减小机器人的机械臂在摆动时自身负载惯量，减小加速度的状态下的扭矩，进而提高机器人的动作灵敏度和运动速度。

Description

机械臂和机器人

技术领域

本实用新型涉及自动化设备技术领域，特别涉及一种机械臂和机器人。

背景技术

在工业生产中，尤其是在被称为3C产业的信息家电制造中，SACRA机器人已经被普遍应用，其高速快节拍的功能特性大大提高了生产效率。现有技术中，SCARA四轴工业机器人的带动滚珠花键丝杆伸缩和转动的两个电机均位于带动第二臂摆动的电机之前，也即两个电机在第二臂上均靠近滚珠花键丝杆设置，机械臂的重心远离机器人底座，从而使得机器人的机械臂在摆动时自身负载惯量大，同样加速度的状态下扭矩大，进而降低机器人的运动速度。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种机械臂，包括第一臂、第二臂、第一电机、第二电机和第三电机。

第二臂，一端通过第一轴铰接于所述第一臂，另一端设有滚珠花键丝杆传动机构；所述滚珠花键丝杆传动机构包括滚珠花键丝杆、丝杆螺母和花键螺母，由所述丝杆螺母带动所述滚珠花键丝杆轴向伸缩，由所述花键螺母带动所述滚珠花键丝杆周向转动；

第一电机，固定于所述第二臂上，所述第一电机通过联轴器带动所述第一轴转动进而带动所述第二臂绕所述第一轴摆动；

第二电机，设于所述第二臂上，位于所述第一电机远离所述滚珠花键丝杆传动机构的一侧，所述第二电机通过第一传动机构带动所述花键螺母转动，进而带动所述滚珠花键丝杆周向转动；

第三电机，设于所述第二臂上，位于所述第一电机靠近所述滚珠花键丝杆传动机构的一侧，所述第三电机通过第二传动机构带动所述丝杆螺母转动，进而带动所述滚珠花键丝杆轴向伸缩。

进一步地，所述第一传动机构包括第一皮带轮、第一皮带、第二皮带轮、第二皮带、第三皮带轮和第四皮带轮；

所述第一皮带轮设于所述第二电机的输出轴上，所述第二皮带轮和所述第三皮带轮同轴且相互固定，所述第二皮带轮和所述第三皮带轮开设有贯通的轴孔，所述第二皮带轮和所述第三皮带轮通过所述轴孔套设于所述第一轴，所述第二皮带轮和所述第三皮带轮可相对所述第一轴转动，所述第二皮带轮和所述第三皮带轮可相对所述第一轴转动，所述第四皮带轮固定于所述花键螺母；

所述第一皮带轮和所述第二皮带轮通过所述第一皮带传动连接，所述第三皮带轮和所述第四皮带轮通过所述第二皮带传动连接，进而使所述第二电机的输出轴带动所述花键螺母转动。

进一步地，所述第一皮带是同步皮带，所述第一皮带轮和所述第二皮带轮是与所述第一皮带轮相啮合的同步带轮，所述第二皮带是同步皮带，所述第三皮带轮和所述第四皮带轮是与所述第二皮带轮相啮合的同步带轮。

进一步地，所述第一皮带轮的直径小于所述第二皮带轮的直径，所述第三皮带轮的直径小于所述第二皮带轮的直径，所述第三皮带轮的直径小于所述第四皮带轮的直径。

进一步地，所述第二传动机构包括第五皮带轮、第三皮带和第六皮带轮，所述第五皮带轮设于所述第三电机的输出轴上，所述第六皮带轮固定于所述丝杆螺母，所述第五皮带轮和所述第六皮带轮通过所述第三皮带传动连接，进而使所述第三电机的输出轴带动所述丝杆螺母转动。

进一步地，所述第三皮带是同步皮带，所述第五皮带轮和所述第六皮带轮是与所述第三皮带相啮合的同步带轮。

进一步地，所述第五皮带轮的直径小于所述第六皮带轮的直径。

进一步地，所述第一轴远离所述第一电机的一端通过第一减速机可转动地设于所述第一臂上。

进一步地，所述第二臂上固定有安装座，所述丝杆螺母通过第一轴承可转动地设于所述安装座，所述花键螺母通过第二轴承可转动地设于所述第二臂。

本实用新型还提供了一种机器人，包括机器人底座、第二轴、第四电机和上述任一项所述的机械臂；

所述第一臂的一端通过所述第二轴铰接于所述机器人底座，所述第四电机固定于所述机器人底座上，所述第四电机带动所述第二轴转动进而带动所述第一臂绕所述第二轴转动，所述第二臂铰接于所述第一臂远离所述机器人底座的一端。

由上述技术方案可知，本实用新型至少具有如下优点和积极效果：

本实用新型提供了一种机械臂，通过将带动滚珠花键丝杆周向转动的第二电机设置于第一电机远离滚珠花键丝杆的一侧，将带动滚珠花键丝杆轴向伸缩的第三电机设置于第一电机靠近滚珠花键丝杆的一侧，从而避免带动滚珠花键丝杆周向转动和轴向伸缩的两个电机均布置于第一电机靠近滚珠花键丝杆的一侧，使重力向机器人底座偏移，从而减小机器人的机械臂在摆动时自身负载惯量，减小加速度的状态下的扭矩，进而提高机器人的动作灵敏度和运动速度。

附图说明

图1是本实用新型一实施例中包括机械臂的机器人剖面结构示意图。

图2是本实用新型一实施例中滚珠花键丝杆传动机构侧视结构示意图。

图3是本实用新型一实施例中包括机械臂的机器人隐藏部分零部件后的侧视结构示意图。

图4本实用新型一实施例中包括机械臂的机器人隐藏部分零部件后的立体结构示意图。

图5是本实用新型一实施例中包括机械臂的机器人外观立体结构示意图；

图6是本实用新型一实施例中滚珠花键丝杆、第四皮带轮、第六皮带轮设置于安装座中的立体结构示意图。

附图标记说明如下：1、第一臂；11、第一轴；12、联轴器；13、第一减速机；2、第二臂；21、安装座；211、避让孔；22、固定座；3、第一电机；；4、第二电机；5、第三电机；6、滚珠花键丝杆传动机构；61、滚珠花键丝杆；62、丝杆螺母；63、花键螺母；7、第一传动机构；71、第一皮带轮；72、第一皮带；73、第二皮带轮；74、第二皮带；75、第三皮带轮；76、第四皮带轮；8、第二传动机构；81、第五皮带轮；82、第三皮带；83、第六皮带轮；9、机器人底座；91、第二轴；92、第四电机；93、第二减速机。

具体实施方式

体现本实用新型特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参照图1，本实用新型实施例提供一种机械臂，包括第一臂1、第二臂2、第一电机3、第二电机4、第三电机5和滚珠花键丝杆传动机构6。

第二臂2的一端通过第一轴11铰接于第一臂1，从而使第二臂2可相对第一臂1摆动。第一臂1可以铰接于上级机械手臂上从而构成多关节机器人，第一臂1也可以单独作为用于铰接安装第二臂2的座体进而构成关节数相对较少的机器人。

参照图2，第二臂2的另一端设有滚珠花键丝杆传动机构6，滚珠花键丝杆传动机构6包括滚珠花键丝杆61、丝杆螺母62和花键螺母63。丝杆螺母62周向转动可带动滚珠花键丝杆61轴向伸缩，花键螺母63周向转动可带动滚珠花键丝杆61周向转动，也即通过丝杆螺母62和花键螺母63的转动可带动滚珠花键丝杆61伸缩移动和周向转动。其中，丝杆螺母62的转动与花键螺母63的转动相互独立、互不干涉。

继续参照图1，第一电机3固定于第二臂2上，第一电机3的输出轴通过联轴器12连接第一轴11。也即，第一电机3在第二臂2上的固定位置满足第一电机3的输出轴与第一轴11同轴，从而使得第一电机3可通过联轴器12带动第一轴11转动进而带动第二臂2绕第一轴11摆动。其中，第一轴11具体可通过在端部连接第一减速机13，第一减速机13固定于第一臂1上，从而第一轴11通过第一减速机13可转动地设于第一臂1上。第一轴11与第一电机3的输出轴通过联轴器12同轴连接，使得第一轴11与第一电机3的输出轴的转速相等。第一轴11与第一减速机13的输入轴传动连接，第一减速机13通过外部将动力输出至第一臂1，进而带动第二臂2相对第一臂1摆动。

第二电机4固定于第二臂2上，位于第一电机3远离滚珠花键丝杆传动机构6的一侧。也即，第二臂2远离滚珠花键丝杆传动机构6的一端超出第一轴11一定距离，第二电机4固定在第二臂2超出第一轴11的部分上。第二电机4通过第一传动机构7带动花键螺母63转动，进而带动滚珠花键丝杆61周向转动。

第三电机5设于第二臂2上，位于第一电机3靠近滚珠花键丝杆传动机构6的一侧，第三电机5通过第二传动机构8带动丝杆螺母62转动，进而带动滚珠花键丝杆61轴向伸缩。从而使第二臂2在第一电机3的带动下可相对第一臂1摆动的同时，在第二电机4和第三电机5的带动下滚珠花键丝杆61可轴向伸缩和周向转动，进而满足安装在滚珠花键丝杆61上的其他机构或部件靠近并接触目标物体然后旋转。

本申请通过将带动滚珠花键丝杆61周向转动的第二电机4设置于第一电机3远离滚珠花键丝杆61的一侧，将带动滚珠花键丝杆61轴向伸缩的第三电机5设置于第一电机3靠近滚珠花键丝杆61的一侧，从而避免带动滚珠花键丝杆61周向转动和轴向伸缩的两个电机均布置于第一电机3靠近滚珠花键丝杆61的一侧，使重力向机器人底座偏移，从而减小机器人的机械臂在摆动时自身负载惯量，减小加速度的状态下的扭矩，进而提高机器人的动作灵敏度和运动速度。

参照图3和图4，第一传动机构7包括第一皮带轮71、第一皮带72、第二皮带轮73、第二皮带74、第三皮带轮75和第四皮带轮76。第一皮带轮71固定于第二电机4的输出轴上，第二电机4通过其输出轴带动第一皮带轮71转动。第二皮带轮73和第三皮带轮75同轴且相互固定，也即第二皮带轮73和第三皮带轮75是一体结构。第二皮带轮73和第三皮带轮75通过轴孔套设于第一轴11，并且，第二皮带轮73和第三皮带轮75可相对第一轴11绕轴线转动，即第二皮带轮73和第三皮带轮75在第一轴11是非固定的。第四皮带轮76固定于花键螺母63，且第四皮带轮76与花键螺母63同轴，从而第四皮带轮76转动可带动花键螺母63转动。

第一皮带轮71和第二皮带轮73通过第一皮带72传动连接，从而，第二电机4的输出轴转动通过第一皮带轮71和第一皮带72带动第二皮带轮73以及与第二皮带轮73固定为一体的第三皮带轮75转动。其中，第一皮带轮71的直径小于第二皮带轮73的直径，从而构成第二电机4的输出轴到第二皮带轮73的第一级减速。第三皮带轮75和第四皮带轮76通过第二皮带74传动连接，从而使第二皮带轮73的转动通过第三皮带轮75和第二皮带74带动第四皮带轮76转动。其中，第三皮带轮75的直径小于第四皮带轮76的直径，从而构成第三皮带轮75到第四皮带轮76的第二级减速。由于第四皮带轮76与花键螺母63同轴且固定，第四皮带轮76转动可带动花键螺母63转动，进而使滚珠花键丝杆61产生周向旋转。

第三皮带轮75的直径小于第二皮带轮73的直径，从而保证在第三皮带轮75与第二皮带轮73转速同步的情况下避免因第二级减速的需要而造成皮带轮直径过大，进而避免占用较大的空间以及产生较大的机械臂重量。本方案通过第二电机4的输出轴到第四皮带轮76的二级减速，能够在避免占用较大空间的情况下达到较好的减速效果。其中，相互固定的第二皮带轮73和第三皮带轮75借用作为铰接和驱动第二臂2相对第一臂1摆动的第一轴11作为安装和旋转支撑轴，能够有效地简化结构布置，减小机构复杂程度，使结构紧凑减小空间占用和整体重量。

第一皮带72是同步皮带，第一皮带轮71和第二皮带轮73是与第一皮带72轮相啮合的同步带轮。第二皮带74是同步皮带，第三皮带轮75和第四皮带轮76是与第二皮带轮73相啮合的同步带轮。从而，可有效避免从第二电机4的输出轴到第四皮带轮76的传动过程中发生打滑现象，确保机器人的动作精度。

第二传动机构8包括第五皮带轮81、第三皮带82和第六皮带轮83，第五皮带轮81固定于第三电机5的输出轴上，从而第三电机5可带动第五皮带轮81转动。第六皮带轮83与丝杆螺母62同轴且相互固定，从而使丝杆螺母62随第六皮带轮83转动而转动。第五皮带轮81和第六皮带轮83通过第三皮带82传动连接，从而使第三电机5的输出轴通过第五皮带轮81和第三皮带82带动第六皮带轮83转动。第六皮带轮83转动带动与之固定连接的丝杆螺母62转动，丝杆螺母62转动带动与之相配合的滚珠花键丝杆61沿轴向伸缩移动。

其中，第五皮带轮81的直径小于第六皮带轮83的直径，从而构成从第三电机5的输出轴到第六皮带轮83的一级减速，经过减速后传递给丝杆螺母62，使丝杆螺母62能够以合适的速度带动滚珠花键丝杆61伸缩。第三皮带82是同步皮带，第五皮带轮81和第六皮带轮83是与第三皮带82相啮合的同步带轮，从而可有效避免从第三电机5的输出轴到第六皮带轮83的传动过程中发生打滑现象，确保滚珠花键丝杆61的沿轴向伸缩的动作精度。

参照图5，第二臂2上固定有安装座21，丝杆螺母62通过第一轴承可转动地设于安装座21。安装座21呈倒扣的筒状结构，滚珠花键丝杆61穿设于安装座21中。第一轴承通过其外圈固定于安装座21顶部，丝杆螺母62固定安装于第一轴承的内圈，进而使丝杆螺母62可转动地设于安装座21。花键螺母63通过第二轴承可转动地设于第二臂2上。第二轴承通过其外圈固定于第二臂2上，花键螺母63固定安装于第二轴承的内圈，进而使花键螺母63可转动地设于第二臂2上。

参照图6，安装座21的侧壁开设有避让孔211，从而使第二皮带74和第三皮带82可穿过避让孔211而分别传动连接于第四皮带轮76和第六皮带轮83。

第二臂2上还固定设有固定座22，固定座22固定设于第二臂2上，第一电机3、第二电机4和第三电机5均固定于固定座22上，从而使第一电机3、第二电机4和第三电机5通过固定座22而间接固定设置于第二臂2上。

继续参考图1和图5，本实用新型还提供了一种机器人，包括机器人底座9、第二轴91、第四电机92和以上实施例中所述的机械臂。

第一臂1的一端通过第二轴91铰接于机器人底座9，第四电机92固定于机器人底座9上，第四电机92带动第二轴91转动进而带动第一臂1绕第二轴91转动，第二臂2铰接于第一臂1远离机器人底座9的一端。第四电机92的输出轴可通过另一个联轴器连接第二轴91，第二轴91通过第二减速机93传动连接于第一臂1，从而第四电机92的输出轴所输出的动力经过减速后传递到第一臂1，使第一臂1可相对于机器人底座9摆动。

通过以上方案，第四电机92可带动机器人的第一臂1相对于机器人底座9摆动，第一电机3可带动机器人的第二臂2相对于第一臂1摆动，第二电机4和第三电机5可带动滚珠花键丝杆61轴向伸缩和周向转动，进而使得安装在滚珠花键丝杆61上的其他机构或部件可多自由度活动，进而在控制系统的控制下机器人完成相应的工作。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本实用新型，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离本实用新型的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种机械臂，其特征在于，包括：

第一臂；

第二臂，一端通过第一轴铰接于所述第一臂，另一端设有滚珠花键丝杆传动机构；所述滚珠花键丝杆传动机构包括滚珠花键丝杆、丝杆螺母和花键螺母，由所述丝杆螺母带动所述珠花键丝杆轴向伸缩，由所述花键螺母带动所述滚珠花键丝杆周向转动；

第一电机，固定于所述第二臂上，所述第一电机通过联轴器带动所述第一轴转动进而带动所述第二臂绕所述第一轴摆动；

第二电机，设于所述第二臂上，位于所述第一电机远离所述滚珠花键丝杆传动机构的一侧，所述第二电机通过第一传动机构带动所述花键螺母转动，进而带动所述滚珠花键丝杆周向转动；

第三电机，设于所述第二臂上，位于所述第一电机靠近所述滚珠花键丝杆传动机构的一侧，所述第三电机通过第二传动机构带动所述丝杆螺母转动，进而带动所述滚珠花键丝杆轴向伸缩。

2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述第一传动机构包括第一皮带轮、第一皮带、第二皮带轮、第二皮带、第三皮带轮和第四皮带轮；

所述第一皮带轮设于所述第二电机的输出轴上，所述第二皮带轮和所述第三皮带轮同轴且相互固定，所述第二皮带轮和所述第三皮带轮开设有贯通的轴孔，所述第二皮带轮和所述第三皮带轮通过所述轴孔套设于所述第一轴，所述第二皮带轮和所述第三皮带轮可相对所述第一轴转动，所述第二皮带轮和所述第三皮带轮可相对所述第一轴转动，所述第四皮带轮固定于所述花键螺母；

所述第一皮带轮和所述第二皮带轮通过所述第一皮带传动连接，所述第三皮带轮和所述第四皮带轮通过所述第二皮带传动连接，进而使所述第二电机的输出轴带动所述花键螺母转动。

3.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述第一皮带是同步皮带，所述第一皮带轮和所述第二皮带轮是与所述第一皮带轮相啮合的同步带轮；所述第二皮带是同步皮带，所述第三皮带轮和所述第四皮带轮是与所述第二皮带轮相啮合的同步带轮。

4.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述第一皮带轮的直径小于所述第二皮带轮的直径，所述第三皮带轮的直径小于所述第二皮带轮的直径，所述第三皮带轮的直径小于所述第四皮带轮的直径。

5.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述第二传动机构包括第五皮带轮、第三皮带和第六皮带轮，所述第五皮带轮设于所述第三电机的输出轴上，所述第六皮带轮固定于所述丝杆螺母，所述第五皮带轮和所述第六皮带轮通过所述第三皮带传动连接，进而使所述第三电机的输出轴带动所述丝杆螺母转动。

6.根据权利要求5所述的机械臂，其特征在于，所述第三皮带是同步皮带，所述第五皮带轮和所述第六皮带轮是与所述第三皮带相啮合的同步带轮。

7.根据权利要求5所述的机械臂，其特征在于，所述第五皮带轮的直径小于所述第六皮带轮的直径。

8.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述第一轴远离所述第一电机的一端通过第一减速机可转动地设于所述第一臂上。

9.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述第二臂上固定有安装座，所述丝杆螺母通过第一轴承可转动地设于所述安装座，所述花键螺母通过第二轴承可转动地设于所述第二臂。

10.一种机器人，其特征在于，包括机器人底座、第二轴、第四电机和权利要求1～9任一项所述的机械臂；

所述第一臂的一端通过所述第二轴铰接于所述机器人底座，所述第四电机固定于所述机器人底座上，所述第四电机带动所述第二轴转动进而带动所述第一臂绕所述第二轴转动，所述第二臂铰接于所述第一臂远离所述机器人底座的一端。

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