CN211220698U - 机械臂和机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种机械臂和机器人，通过在第一臂上设置可转动的升降组件，第二臂固定于升降组件的升降滑座上，从而使第二臂间接铰接于第一臂，而且第二臂还同时具备了相对第一臂的升降功能，从而仅需在第二臂的另一端设置可转动的转动输出轴就可以使转动输出轴相对第一臂即可升降又可转动，进而避免设置滚珠花键丝杆而造成的加工难度大、制造成本高等问题，而且在第二臂仅需设置带动转动输出轴旋转的第二旋转驱动机构，第二旋转驱动机构具体可以是由一个电机带动的机构，从而避免在第二臂上同时设置多个电机而造成的转动惯量大、负载能力低等问题。

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

SCARA机器人在工业生产中已经被普遍应用。现有的SCARA四轴工业机器人的设计中，将丝杆花键做成一体，从而构成同时具备伸缩和旋转功能的滚珠花键丝杆。滚珠花键丝杆加工精度要求高，加工难度大，进而导致制造成本高。另外，带动滚珠花键丝杆的伸缩和旋转的电机均安装在小臂上，导致小臂转动惯量大，降低了负载能力。

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、升降组件和第二臂。

升降组件，包括座体、升降驱动机构、第一旋转驱动机构和升降滑座，所述座体通过第一轴可转动地设于所述第一臂，所述座体设有升降导轨，所述升降滑座可沿所述升降导轨升降移动地设于所述座体，所述升降驱动机构和第一旋转驱动机构均设于所述座体，由所述升降驱动机构驱动所述升降滑座沿所述升降导轨升降移动，由所述第一旋转驱动机构驱动所述座体绕所述第一轴转动；

第二臂，一端固定于所述升降滑座，另一端可转动地设有转动输出轴，所述第二臂设有用于驱动所述转动输出轴转动的第二旋转驱动机构。

进一步地，所述第一旋转驱动机构包括第一电机、第一皮带轮、第一皮带和第二皮带轮，所述第一电机固定于所述座体，所述第一皮带轮固定于所述第一电机的输出轴，所述第二皮带轮固定于所述第一轴，所述第一皮带传动连接所述第一皮带轮和所述第二皮带轮，所述第一轴直接或间接连接所述第一臂，所述第一电机用于通过所述第一皮带轮、所述第一皮带和所述第二皮带轮带动所述第一轴转动进而带动所述座体相对所述第一臂绕所述第一轴转动。

进一步地，所述第一臂安装有第一减速机，所述第一轴传动连接所述第一减速机进而间接连接所述第一臂。

进一步地，所述升降驱动机构包括动力子机构和丝杆螺母子机构，所述丝杆螺母子机构包括与所述升降导轨平行设置的丝杆和套设于所述丝杆上的螺母，由所述动力子机构驱动所述丝杆旋转，进而带动所述螺母沿所述丝杆升降移动，所述螺母升降移动带动所述升降滑座升降移动。

进一步地，所述动力子机构包括第二电机、第三皮带轮、第二皮带和第四皮带轮，所述第二电机固定于所述座体，所述第三皮带轮固定于所述第二电机的输出轴，所述第四皮带轮固定于所述丝杆的一端，所述第二皮带用于连接所述第三皮带轮和所述第四皮带轮进而将所述第二电机的输出动力传递至所述丝杆。

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

进一步地，所述第二旋转驱动机构包括第三电机和传动子机构，所述第三电机固定于所述第二臂靠近所述升降滑座的一端，所述传动子机构用于将所述第三电机的输出动力传递给所述转动输出轴进而带动所述转动输出轴转动。

进一步地，所述传动子机构包括第五皮带轮、第六皮带轮、第七皮带轮、第八皮带轮、第三皮带、第四皮带和第二轴，所述第五皮带轮固定于所述第三电机的输出轴上，所述第六皮带轮和所述第七皮带轮同轴固定且设于所述第二轴上，所述第二轴设于所述第二臂上且位于所述第三电机和所述转动输出轴之间，所述第八皮带轮固定于所述转动输出轴；

所述第六皮带轮的直径大于所述第五皮带轮的直径，所述第八皮带轮的直径大于所述第七皮带轮的直径，所述第三皮带传动连接所述第五皮带轮和所述第六皮带轮，所述第四皮带传动连接所述第七皮带轮和所述第八皮带轮。

进一步地，所述第五皮带轮、所述第六皮带轮、所述第七皮带轮和所述第八皮带轮均为同步皮带轮，所述第三皮带是与所述第五皮带轮和所述第六皮带轮相啮合的同步皮带，所述第四皮带是与所述第七皮带轮和所述第八皮带轮相啮合的同步皮带。

本实用新型还提供了一种机器人，包括机器人底座、第二减速机、第四电机和上述任一项所述的机械臂；

所述第二减速机设于所述第一臂的一端，所述第四电机固定于所述机器人底座，所述第四电机的输出轴连接所述第二减速机，所述第一臂通过所述第二减速机和所述四电机的输出轴铰接于所述机器人底座，所述第四电机的输出轴转动带动所述第一臂相对所述机器人底座绕所述第四电机的输出轴摆动，所述第一减速机安装于所述第一臂的远离所述第二减速机的另一端。

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，通过在第一臂上设置可转动的升降组件，第二臂固定于升降组件的升降滑座上，从而使第二臂间接铰接于第一臂，而且第二臂还同时具备了相对第一臂的升降功能，从而仅需在第二臂的另一端设置可转动的转动输出轴就可以使转动输出轴相对第一臂即可升降又可转动，进而避免设置滚珠花键丝杆而造成的加工难度大、制造成本高等问题，而且在第二臂仅需设置带动转动输出轴旋转的第二旋转驱动机构，第二旋转驱动机构具体可以是由一个电机带动的机构，从而避免在第二臂上同时设置多个电机而造成的转动惯量大、负载能力低等问题。

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包括机械臂的机器人立体结构示意图。

图3是本实用新型一实施例中第一旋转驱动机构传动连接第一轴的立体结构示意图。

图4本实用新型一实施例中动力子机构立体结构示意图。

图5是本实用新型一实施例中传动子机构传动连接第三电机和转动输出轴的立体结构示意图。

附图标记说明如下：1、第一臂；11、第一减速机；2、升降组件；21、座体；211、升降导轨；212、座体本体；213、升降导轨座；22、升降驱动机构；221、动力子机构；2211、第二电机；2212、第三皮带轮；2213、第二皮带；2214、第四皮带轮；222、丝杆螺母子机构；2221、丝杆；2222、螺母；23、第一旋转驱动机构；231、第一电机；232、第一皮带轮；233、第一皮带；234、第二皮带轮；24、升降滑座；3、第二臂；31、第二旋转驱动机构；311、第三电机；312、传动子机构；3121、第五皮带轮；3122、第六皮带轮；3123、第七皮带轮；3124、第八皮带轮；3125、第三皮带；3126、第四皮带；3127、第二轴；4、第一轴；5、转动输出轴；6、机器人底座；7、第二减速机；8、第四电机；9、线管。

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、升降组件2、第二臂3、第一轴4和转动输出轴5。

升降组件2包括座体21、升降驱动机构22、第一旋转驱动机构23和升降滑座24。座体21通过第一轴4可转动地设于第一臂1，也即座体21通过第一轴4铰接于第一臂1，从而使座体21可相对第一臂1转动。第一臂1可以铰接于上一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座体21的机架进而构成关节数相对较少的机器人。

座体21设有升降导轨211，升降滑座24可沿升降导轨211升降移动地设于座体21。具体地，座体21包括座体本体212和升降导轨座213，升降导轨座213竖立固定于座体本体212升降驱动机构22和第一旋转驱动机构23均设于座体本体212上，升降导轨211固定设于升降导轨座213上，由升降驱动机构22驱动升降滑座24沿升降导轨211升降移动，由第一旋转驱动机构23驱动座体21绕第一轴4转动。

参照图2，升降导轨座213和座体本体212构成“L”形结构的座体21，第一轴4具体可正对升降导轨座213下方设置，从而避免座体21相对第一臂1转动时升降导轨座213大幅度摆动。

第二臂3的一端固定于升降滑座24上，进而随座体21绕第一轴4转动而相对第一臂1摆动。第二臂3的另一端可转动地设有转动输出轴5，第二臂3上设有用于驱动转动输出轴5转动的第二旋转驱动机构31，从而转动输出轴5相对第一臂1可绕第一轴4在圆弧轨迹上摆动，第一轴4可相对第一臂1升降并且可绕自身轴线转动。

具体地，第二臂3在升降导轨座213上的设置方向与座体本体212的设置方向相反，从而使第二臂3与座体本体212关于升降导轨座213及第一轴4大致相对称，从而使第一轴4两侧受力尽量均匀。

本实施例机械臂，通过在第一臂1上设置可转动的升降组件2，第二臂3固定于升降组件2的升降滑座24上，从而使第二臂3间接铰接于第一臂1，而且第二臂3还同时具备了相对第一臂1的升降功能，从而仅需在第二臂3的另一端设置可转动的转动输出轴5就可以使转动输出轴5相对第一臂1即可升降又可转动，进而避免设置滚珠花键丝杆而造成的加工难度大、制造成本高等问题。其中，第二臂3相当于现有SCARA四轴工业机器人的小臂。进而，在第二臂3仅需设置带动转动输出轴5旋转的第二旋转驱动机构31，第二旋转驱动机构31具体可以是由一个电机带动的机构，从而避免在第二臂3上同时设置多个电机而造成的转动惯量大、负载能力低等问题。

参照图3，第一旋转驱动机构23包括第一电机231、第一皮带轮232、第一皮带233和第二皮带轮234。第一电机231固定于座体21的座体本体212上，第一皮带轮232固定于第一电机231的输出轴，从而第一皮带轮232随第一电机231的输出轴转动而转动。第二皮带轮234固定于第一轴4，第一皮带233套设于第一皮带轮232和第二皮带轮234从而构成皮带传动。第一轴4可以直接固定连接第一臂1或通过第一减速机11间接连接第一臂1，从而第一轴4转动可带动座体21相对第一臂1绕第一轴4转动。第一电机231的输出轴带动第一皮带轮232转动，第一皮带轮232转动通过第一皮带233带动第二皮带轮234转动，进而第二皮带轮234转动带动第一轴4转动，从而第一电机231带动座体21相对第一臂1绕第一轴4转动。

其中，第一皮带轮232和第二皮带轮234均为同步带轮，第一皮带233是能够与第一皮带轮232和第二皮带轮234啮合的同步带，从而避免传动打滑保证传动的精度。第一轴4通过第一减速机11间接连接第一臂1的情况下，第一减速机11可安装于第一臂1上，从而第一轴4变速后将转矩传递给第一臂1，进而使座体21以较为合理的转速相对第一臂1绕第一轴4转动。

升降驱动机构22包括动力子机构221和丝杆螺母子机构222，丝杆螺母子机构222包括与升降导轨211平行设置的丝杆2221和套设于丝杆2221上的螺母2222，由动力子机构221驱动丝杆螺母子机构222的丝杆2221旋转，进而带动螺母2222沿丝杆2221升降移动。螺母2222可固定于升降滑座24上，从而使螺母2222升降移动带动升降滑座24升降移动。

参照图4，动力子机构221包括第二电机2211、第三皮带轮2212、第二皮带2213和第四皮带轮2214。第二电机2211固定于座体21的座体本体212上，第三皮带轮2212固定于第二电机2211的输出轴，从而使第三皮带轮2212随第二电机2211的输出轴转动而转动。第四皮带轮2214固定于丝杆2221的一端，从而第四皮带轮2214转动可带动丝杆2221转动。第二皮带2213用于传动连接第三皮带轮2212和第四皮带轮2214，进而将第二电机2211的输出动力传递至丝杆2221，丝杆2221转动而带动螺母2222沿丝杆2221升降移动，进而带动第二臂3升降移动。

第四皮带轮2214的直径大于第三皮带轮2212的直径，从而第二电机2211的输出动力从第三皮带轮2212传递至第四皮带轮2214的过程中获得减速。第三皮带轮2212和第四皮带轮2214均为同步带轮，第二皮带2213是与第三皮带轮2212和第四皮带轮2214相啮合的同步皮带，从而避免发生传动打滑，保证传动精度。

第二旋转驱动机构31包括第三电机311和传动子机构312，第三电机311固定于第二臂3靠近升降滑座24的一端，从而使重心尽量向第一臂1靠近，避免产生较大的转动惯量。传动子机构312传动连接第三电机311和转动输出轴5，从而将第三电机311的输出动力传递给转动输出轴5而带动转动输出轴5转动。

参照图5，传动子机构312包括第五皮带轮3121、第六皮带轮3122、第七皮带轮3123、第八皮带轮3124、第三皮带3125、第四皮带3126和第二轴3127。第五皮带轮3121固定于第三电机311的输出轴上，从而随第三电机311的输出轴转动而转动。第六皮带轮3122和第七皮带轮3123同轴且相互固定，第六皮带轮3122和第七皮带轮3123设于第二轴3127上。具体实施中，第二轴3127可以是可转动地安装于第二臂3上的转轴，第六皮带轮3122和第七皮带轮3123固定于第二轴3127上。第二轴3127也可以是固定安装于第二臂3上的定轴，第六皮带轮3122和第七皮带轮3123通过轴孔可轴向转动地套设于第二轴3127上。第二轴3127位于第三电机311和转动输出轴5之间，第八皮带轮3124固定于转动输出轴5，从而通过第八皮带轮3124转动而带动转动输出轴5转动。

第六皮带轮3122的直径大于第五皮带轮3121的直径，第三皮带3125传动连接第五皮带轮3121和第六皮带轮3122，从而构成从第五皮带轮3121到第六皮带轮3122的第一级减速。第八皮带轮3124的直径大于第七皮带轮3123的直径，第四皮带3126传动连接第七皮带轮3123和第八皮带轮3124，从而构成从第七皮带轮3123到第八皮带轮3124的第二级减速。通过该结构设置，将第三电机311的输出动力经过两级减速后传递给转动输出轴5以带动转动输出轴5转动。

其中，第五皮带轮3121和第六皮带轮3122是同步皮带轮，第三皮带3125是与第五皮带轮3121和第六皮带轮3122相啮合的同步皮带。第七皮带轮3123和第八皮带轮3124也是同步皮带轮，第四皮带3126是与第七皮带轮3123和第八皮带轮3124相啮合的同步皮带。从而避免发生从第三电机311的输出轴到转动输出轴5的传动过程中发生打滑而引起转动输出轴5的动作误差，保证转动输出轴5的动作精度。

继续参考图1和图2，本实用新型还提供开了一种机器人，包括机器人底座6、第二减速机7、第四电机8和以上实施例中所述的机械臂。

第二减速机7设于第一臂1的一端，第四电机8固定于机器人底座6，第四电机8的输出轴连接第二减速机7，从而第一臂1通过第二减速机7和第四电机8的输出轴铰接于机器人底座6。第四电机8的输出轴转动并经过第二减速机7减速后带动第一臂1相对机器人底座6绕第四电机8的输出轴摆动。第一减速机11安装于第一臂1的远离第二减速机7的另一端，从而第一臂1相对机器人底座6摆动时，设置于第一臂1另一端的升降组件2以及第二臂3随第一臂1的摆动而摆动。

机器人底座6上还设有线管9，线管9呈钩形，电力及信号线穿过线管9并分别电连接第一电机231、第二电机2211和第三电机311，从而分别为第一电机231、第二电机2211和第三电机311提供电能并控制其工作。

工作过程中，第四电机8可带动第一臂1绕第四电机8的输出轴相对机器人底座6摆动。第一电机231可带动升降组件2和设于升降组件2上的第二臂3绕第一轴4摆动。从而，使得转动输出轴5可在一个以第四电机8的输出轴为回转轴的圆形或环形平面区域内任意移动，而在第二电机2211的带动下第二臂3可升降移动，进而使得安装在第二臂3上的转动输出轴5可升降移动，最终使得转动输出轴5可在一个圆柱形空间范围内将转动力矩传递到任意位置，实现机器人的动作目的。

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；

升降组件，包括座体、升降驱动机构、第一旋转驱动机构和升降滑座，所述座体通过第一轴可转动地设于所述第一臂，所述座体设有升降导轨，所述升降滑座可沿所述升降导轨升降移动地设于所述座体，所述升降驱动机构和第一旋转驱动机构均设于所述座体，由所述升降驱动机构驱动所述升降滑座沿所述升降导轨升降移动，由所述第一旋转驱动机构驱动所述座体绕所述第一轴转动；

第二臂，一端固定于所述升降滑座，另一端可转动地设有转动输出轴，所述第二臂设有用于驱动所述转动输出轴转动的第二旋转驱动机构。

2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述第一旋转驱动机构包括第一电机、第一皮带轮、第一皮带和第二皮带轮，所述第一电机固定于所述座体，所述第一皮带轮固定于所述第一电机的输出轴，所述第二皮带轮固定于所述第一轴，所述第一皮带传动连接所述第一皮带轮和所述第二皮带轮，所述第一轴直接或间接连接所述第一臂，所述第一电机用于通过所述第一皮带轮、所述第一皮带和所述第二皮带轮带动所述第一轴转动进而带动所述座体相对所述第一臂绕所述第一轴转动。

3.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述第一臂安装有第一减速机，所述第一轴传动连接所述第一减速机进而间接连接所述第一臂。

4.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述升降驱动机构包括动力子机构和丝杆螺母子机构，所述丝杆螺母子机构包括与所述升降导轨平行设置的丝杆和套设于所述丝杆上的螺母，由所述动力子机构驱动所述丝杆旋转，进而带动所述螺母沿所述丝杆升降移动，所述螺母升降移动带动所述升降滑座升降移动。

5.根据权利要求4所述的机械臂，其特征在于，所述动力子机构包括第二电机、第三皮带轮、第二皮带和第四皮带轮，所述第二电机固定于所述座体，所述第三皮带轮固定于所述第二电机的输出轴，所述第四皮带轮固定于所述丝杆的一端，所述第二皮带用于连接所述第三皮带轮和所述第四皮带轮进而将所述第二电机的输出动力传递至所述丝杆。

6.根据权利要求5所述的机械臂，其特征在于，所述第三皮带轮和所述第四皮带轮均为同步带轮，所述第二皮带是与所述第三皮带轮和所述第四皮带轮相啮合的同步皮带。

7.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述第二旋转驱动机构包括第三电机和传动子机构，所述第三电机固定于所述第二臂靠近所述升降滑座的一端，所述传动子机构用于将所述第三电机的输出动力传递给所述转动输出轴进而带动所述转动输出轴转动。

8.根据权利要求7所述的机械臂，其特征在于，所述传动子机构包括第五皮带轮、第六皮带轮、第七皮带轮、第八皮带轮、第三皮带、第四皮带和第二轴，所述第五皮带轮固定于所述第三电机的输出轴上，所述第六皮带轮和所述第七皮带轮同轴固定且设于所述第二轴上，所述第二轴设于所述第二臂上且位于所述第三电机和所述转动输出轴之间，所述第八皮带轮固定于所述转动输出轴；

所述第六皮带轮的直径大于所述第五皮带轮的直径，所述第八皮带轮的直径大于所述第七皮带轮的直径，所述第三皮带传动连接所述第五皮带轮和所述第六皮带轮，所述第四皮带传动连接所述第七皮带轮和所述第八皮带轮。

9.根据权利要求8所述的机械臂，其特征在于，所述第五皮带轮、所述第六皮带轮、所述第七皮带轮和所述第八皮带轮均为同步皮带轮，所述第三皮带是与所述第五皮带轮和所述第六皮带轮相啮合的同步皮带，所述第四皮带是与所述第七皮带轮和所述第八皮带轮相啮合的同步皮带。

10.一种机器人，其特征在于，包括机器人底座、第二减速机、第四电机和权利要求1～9任一项所述的机械臂；

所述第二减速机设于所述第一臂的一端，所述第四电机固定于所述机器人底座，所述第四电机的输出轴连接所述第二减速机，所述第一臂通过所述第二减速机和所述四电机的输出轴铰接于所述机器人底座，所述第四电机的输出轴转动带动所述第一臂相对所述机器人底座绕所述第四电机的输出轴摆动，第一减速机安装于所述第一臂的远离所述第二减速机的另一端。

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