CN212352008U - 一种机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种机械臂，包括设备基座、设置在设备基座上的旋转装置、设置在旋转装置上的升降装置、设置在升降装置上的末端回转装置；所述升降装置包括直线导轨一；所述直线导轨一上设置滑块；所述末端回转装置包括与滑块固定连接的升降手臂；所述升降手臂上端面设置有伺服电机减速机，该伺服电机减速机具有的输出轴穿过升降手臂并与升降手臂垂直；所述输出轴上设置搭载平台；还包括连接件，该连接件包括轴承套和与轴承套一体的连接板，该连接板具有活动孔。本实用新型的解决现有机械臂自由度不够限制其应用场景的问题，能够在四个位移自由度实现位置的调整，具有精度高、刚性好及机械臂应用场景多的技术效果。

Description

一种机械臂

技术领域

本实用新型涉及工业生产技术领域，尤其涉及一种机械臂。

背景技术

近些年来，在机械制造、冶金、电子等工业领域的生产线上，多关节机械臂发展迅速，在其它领域应用也很广泛，机械臂的智能化自动化程度也越来越高，其生产应用技术越来越成熟，机械臂可替代人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化。

同时在某些工业领域、科研实验室领域，存在一些简单重复的作业劳动，同样对智能化自动化有高度要求，但是由于作业简单，不需要多自由度。同时作业面固定，需要有高精度和操作简易的特点。

多关节多自由度的机械臂可以满足使用，但是维护和使用成本高，操作复杂。

实用新型内容

本实用新型提供一种机械臂及位置调整方法，解决现有机械臂自由度不够限制其应用场景的问题，能够在四个位移自由度实现位置的调整，具有精度高、刚性好及机械臂应用场景多的技术效果。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种机械臂，包括设备基座、设置在设备基座上的旋转装置、设置在旋转装置上的升降装置、设置在升降装置上的末端回转装置；

所述升降装置包括直线导轨一；所述直线导轨一上设置滑块；

所述末端回转装置包括与滑块固定连接的升降手臂；所述升降手臂上端面设置有伺服电机减速机，该伺服电机减速机具有的输出轴穿过升降手臂并与升降手臂垂直；所述输出轴上安装有复合型滚针轴承一；所述输出轴上设置有压紧螺母；所述复合型滚针轴承一上套设有套筒一，所述套筒一上设置曲柄；所述曲柄上设置套筒二，该套筒二中心设置搭载平台；

所述搭载平台包括设置在套筒二内的转动轴，该转动轴通过套设有复合型滚针轴承二与套筒二传动连接；所述套筒二上部设置固定圆螺母，该固定圆螺母用于将转动轴限位在套筒二内进行转动；

所述升降手臂下端面设置直线导轨二，该直线导轨二上滑动设置有连接轴；所述连接轴上设置有两个深沟球轴承，该两个深沟球轴承之间设置有隔套；还包括连接件，该连接件包括轴承套和与轴承套一体的连接板，该连接板具有活动孔；所述轴承套套接在所述两个深沟球轴承上；所述连接板具有活动孔与搭载平台活动连接。

进一步地，所述旋转装置包括设置在设备基座上的旋转平台；所述设备基座上设置有与旋转平台驱动连接的伺服电机一。

进一步地，所述升降装置包括旋转支架，该旋转支架设置在旋转平台上与旋转平台一体联动；所述旋转支架上设置升降框架，该升降框架上端一侧设置伺服电机二，该伺服电机二的输出轴上连接有同步带轮一；所述升降框架内安装有滚珠丝杠，该滚珠丝杠上设置所述直线导轨一；所述滚珠丝杠上端设置有同步带轮二；所述同步带轮二、同步带轮二通过同步带连接。

进一步地，所述能够转动的曲柄固定连接在搭载平台上部与连接板活在连接在搭载平台的下端构成了一套曲柄连杆机构。

本实用新型的技术效果和优点：

本实用新型的一种机械臂，包括设备基座、设置在设备基座上的旋转装置、设置在旋转装置上的升降装置、设置在升降装置上的末端回转装置；所述升降装置包括直线导轨一；所述直线导轨一上设置滑块；所述末端回转装置包括与滑块固定连接的升降手臂；所述升降手臂上端面设置有伺服电机减速机，该伺服电机减速机具有的输出轴穿过升降手臂并与升降手臂垂直；所述输出轴上安装有复合型滚针轴承一；所述输出轴上设置有压紧螺母；所述复合型滚针轴承一上套设有套筒一，所述套筒一上设置曲柄；所述曲柄上设置套筒二，该套筒二中心设置搭载平台；所述搭载平台包括设置在套筒二内的转动轴，该转动轴通过套设有复合型滚针轴承二与套筒二传动连接；所述套筒二上部设置固定圆螺母，该固定圆螺母用于将转动轴限位在套筒二内进行转动；所述升降手臂下端面设置直线导轨二，该直线导轨二上滑动设置有连接轴；所述连接轴上设置有两个深沟球轴承，该两个深沟球轴承之间设置有隔套；还包括连接件，该连接件包括轴承套和与轴承套一体的连接板，该连接板具有活动孔；所述轴承套套接在所述两个深沟球轴承上；所述连接板具有活动孔与搭载平台活动连接。本实用新型的设备基座用于固定旋转装置进而承载所述升降装置及末端回转装置；所述旋转装置用于在设备上提供360度平面转动的第一自由维度；所述升降装置用于在旋转好或基本旋转好设定位置后对需要进行高度方向进行调节的时候提供垂直的上下位移的第二自由维度；所述末端回转装置用于根据需要在升降臂端头形成回（旋）转运动的第三自个自由度；所述连接轴直线可以根据需要在直线导轨二进行调节实现第四个自由度，当与搭载平台连接后可以限制第三个自由的范围或摆动幅度。解决现有机械臂自由度不够限制其应用场景的问题，能够在四个位移自由度实现位置的调整，具有精度高、刚性好及机械臂应用场景多的技术效果。

本实用新型在末端第三自由度，即旋转自由度处，现有的技术上都是采单独的关节结构，本实用新型采用采用了曲柄连杆机构，保证了末端结构的刚性，同时由于连杆机构设计，约束了搭载平台的自转，解决了气路电路的走线问题。在机械臂的末端的旋转关节位置和末端搭载平台的位置上，都采用了复合型滚针轴承的机构，两列复合型滚针轴承对称安装，采用圆螺母锁紧的方式，保证了机构在径向和轴向的游隙最小化，提高了末端结构的刚性和精度。

本实用新型的所述曲柄与套筒之间的采用螺钉连接方式，套筒限制在曲柄的导向槽内，作为本实用新型内容之一，此处套筒距离曲柄旋转中心轴的距离可调。

本实用新型的如果套筒距离曲柄旋转中心轴的距离可调方式改为自动方式，此处即为第四自由度，即此本实用新型内容实际可扩展为自由度机械臂。

本实用新型的第四自由度即为直线移动的自由度，具体可以直线导轨导向，滚珠丝杠等直线运动机构，电机驱动，实现第四自由度的直线移动。同时可以采用光栅尺作为闭环反馈。满足高精度的闭环控制。从而此本实用新型可以显现四个自由度的工作。作为一些三自由度机械臂度补充方法，同样在一些地方，可以采用手动调节代替电机驱动的方式，实现第四个自由度的人工调节。这种方式适用于一些每一个完整流程工艺所要求第四自由度位置不变，但不同的工艺流程需要的第四自由度位置不同。

本实用新型的机械臂三自由度，适应一些特定场合，降低了整体生产成本。

本实用新型降低了程序的复杂程度，操作更加便捷。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的限位开关位置示意图；

图3为本实用新型的内部结构剖视图；

图4为本实用新型额末端回转机构旋转轨迹图。

图中，1-伺服电机一，2-旋转装置，2.1旋转平台；3-旋转支架，4-升降装置，5-伺服电机二，6-升降手臂，7-伺服电机减速机，8-套筒一，9-曲柄，10-套筒二，11-搭载平台，12-连接件，13-连接轴，14-直线导轨二,15-滚珠丝杠，16-直线导轨一，17-滑块，18-传感器，19-同步带，20-同步带轮，21-深沟球轴承，22-隔套，23-复合型滚针轴承二，24-隔套，25-固定圆螺母，26-输出轴，27-复合型滚针轴承一，28-压紧螺母，29-罩子，30-盖板，31-电机罩子，33-转动轴，41-旋转支架，42-升降框架外壳，101-上极限位开关，102-原点限位开关102，103-下极限位开关，201-左极限位开关，202-原点位置限位开关，203-右极限位开关，121-轴承套，122-连接板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，本专利由于采用的部件较多使用的原理较多，如有器件或原理及附图未进行详细描述的均采用现有技术，本领域技术人员在理解本专利全文精神的基础上可以就普通知识补充未详细描述的部分，比如旋转平台驱动连接的伺服电机一具体连接方式、同步带轮二、同步带轮二通过同步带连接、常规的丝杠及驱动连接动作没有赘述等。

实施例1，结合附图1-4做以下描述；

本申请实施例中的一种机械臂，包括设备基座、设置在设备基座上的旋转装置2、设置在旋转装置上的升降装置4、设置在升降装置4上的末端回转装置；

所述升降装置4包括直线导轨一16；所述直线导轨一16上设置滑块17；

所述末端回转装置包括与滑块17固定连接的升降手臂6；所述升降手臂6上端面设置有伺服电机减速机7，该伺服电机减速机7具有的输出轴26穿过升降手臂6并与升降手臂6垂直；所述输出轴26上安装有复合型滚针轴承一27；所述输出轴26上设置有压紧螺母28；所述复合型滚针轴承一27上套设有套筒一8，所述套筒一8上设置曲柄9；所述曲柄9上设置套筒二10，该套筒二10中心设置搭载平台11；

所述搭载平台11包括设置在套筒二10内的转动轴33，该转动轴33通过套设有复合型滚针轴承二23与套筒二10传动连接；所述套筒二10上部设置固定圆螺母25，该固定圆螺母25用于将转动轴33限位在套筒二10内进行转动；

所述升降手臂6下端面设置直线导轨二14，该直线导轨二14上滑动设置有连接轴13；所述连接轴13上设置有两个深沟球轴承21，该两个深沟球轴承21之间设置有隔套22；还包括连接件12，该连接件12包括轴承套121和与轴承套一体的连接板122，该连接板122具有活动孔；所述轴承套121套接在所述两个深沟球轴承21上；所述连接板122具有的活动孔与搭载平台11活动连接。

本实用新型的设备基座用于固定旋转装置进而承载所述升降装置及末端回转装置；所述旋转装置用于在设备上提供360度平面转动的第一自由维度；所述升降装置用于在旋转好或基本旋转好设定位置后对需要进行高度方向进行调节的时候提供垂直的上下位移的第二自由维度；所述末端回转装置用于根据需要在升降臂端头形成回（旋）转运动的第三个自自由度；所述连接轴直线可以根据需要在直线导轨二进行调节实现第四个自由度，当与搭载平台连接后可以限制第三个自由的范围或摆动幅度。

实施例2，结合附图1-4做以下描述；

在实施例1的基础上，如图1-4所示，所述旋转装置2包括设置在设备基座上的旋转平台2.1；所述设备基座上设置有与旋转平台2.1驱动连接的伺服电机一1。

进一步地，所述升降装置4包括旋转支架41，该旋转支架41设置在旋转平台21上与旋转平台21一体联动；所述旋转支架41上设置升降框架42，该升降框架42上端一侧设置伺服电机二5，该伺服电机二5的输出轴上连接有同步带轮一；所述升降框架18内安装有滚珠丝杠15，该滚珠丝杠15上设置所述直线导轨一16；所述滚珠丝杠15上端设置有同步带轮二；所述同步带轮二、同步带轮二通过同步带连接。所述滚珠丝杠上设置螺套，所述滑块17与螺钉固定连接并与直线导轨一滑动连接。

进一步地，所述能够转动的曲柄9固定连接在搭载平台11上部与连接板122活在连接在搭载平台11的下端构成了一套曲柄连杆机构。

进一步地，如图2所示，所述直线导轨一16上下共设置有三个限位开关，包括上极限位开关101、下极限位开关103、一个原点限位开关102分别限制上下极限位置和原点位置；

进一步地，如图2所示，所述旋转平台2.1在圆周方向设置有三个限位开关，包括左右极限位置，中间一个原点位置。所述三个限位开关包括左极限位开关201、右极限位开关203、原点位置限位开关202,所述限位开关均连接有传感器18；

所述升降装置上设置有盖板30，所述伺服电机二上设置电机罩子31。升降手臂上设置保护伺服电机减速机7的罩子29。

进一步地，下面详细说明本实用新型的四个自由度工作过程：

第一个自由度，机械臂整体围绕底座的旋转。所述伺服电机一通过旋转装置驱动整体机械臂旋转，旋转装置上的旋转平台内部为大小齿轮传动减速结构，支撑方式采用交叉滚子轴承。

第二个自由度,机械臂在竖直方向的升降，所述伺服电机一设置在驱动装置的输入端。升降手臂设置在升降装置的滑块上侧面。滑块连接在升降装置内部的滚珠丝杠螺套上，两侧连接在直线导轨上；所述伺服电机通一过滚珠丝杠驱动所述滑块，带动机械臂在第二个自由度上运动。

第三个自由度,末端机械手的回转及摆动。所述伺服电机减速机设置在升降手臂上。所述套筒一设置在升降手臂下侧，曲柄连接输出轴上，输出轴设置在套筒一内，曲柄可以绕套筒一中心旋转。所述连接件可以对搭载平台进行自转约束。使得搭载平台在绕输出轴旋转的过程中，不进行自转，保证了一些特殊使用时的工艺要求，同时满足了气路布置时的布线要求。

第四个自由度即为直线移动的自由度，具体可以直线导轨二和连接轴、直线导轨一和滚珠丝杠导向及伺服电机二电机驱动等直线运动机构实现第四个自由度的直线移动；同时可以采用光栅尺作为闭环反馈，满足高精度的闭环控制。从而此本实用新型可以显现四个自由度的工作。作为一些三自由度机械臂度补充方法，同样在一些地方，可以采用手动调节代替电机驱动的方式，实现第四个自由度（直线运动）的人工调节；这种方式适用于一些每一个完整流程工艺所要求第四自由度位置不变，但不同的工艺流程需要的第四自由度位置不同。作为一种手动调节的实施例，所述曲柄与套筒二之间的采用螺钉连接方式，套筒二限制在曲柄的导向槽内，作为本实用新型内容之一，此处套筒二距离曲柄旋转中心轴的距离更具加工需要可调。

整体的工作原理如下，所述伺服电机一通过驱动旋转装置的旋转平台驱动整体机械臂旋转，所述伺服电机二通过滚珠丝杠驱动所述滑块，带动机械臂（升降手臂）在第二个自由度上运动；所述伺服电机减速机设置在升降手臂上。所述套筒一设置在升降手臂下侧，曲柄连接输出轴上，输出轴设置在套筒一内，曲柄可以绕套筒一中心旋转。所述曲柄与套筒二之间的采用螺钉连接方式，套筒二限制在曲柄的导向槽内（参照图3所示），作为本实用新型内容之一，此处套筒二距离曲柄旋转中心轴的距离可调。

作为一种实施例，搭载平台需要在工作位置实现正负90度摆动。此时所述伺服电机一通过驱动旋转平台2驱动整体机械臂（升降手臂）旋转，到达预定的位置。所述伺服电机二通过滚珠丝杠驱动所述滑块，带动机械臂在第二个自由度上下降到指定位置。所述伺服电机减速机驱动曲柄绕套筒一中心做正负90度摆动。

作为一种实施例，搭载平台需要在工作位置实现圆周回转运动。此时所述伺服电机一通过旋转平台驱动整体机械臂旋转，到达指定的位置。所述伺服电机二通过滚珠丝杠驱动所述滑块，带动机械臂在第二个自由度上下降到指定位置。所述伺服电机减速机驱动曲柄绕套筒一中心做圆周回转运动。

作为一种实施例，搭载平台需要连接一个机械抓手，抓取物品到达工作位置工作，工作完后放置物品到原位；此时所述伺服电机一通过驱动旋转平台驱动整体机械臂旋转，到达物品位置；所述伺服电机一通过滚珠丝杠驱动所述滑块，带动机械臂（升降装置和升降手臂）在第二个自由度上下降到物品位置；机械夹爪抓取物品；所述伺服电机二通过滚珠丝杠驱动所述滑块，带动机械臂在第二个自由度上上升到设定位置。所述伺服电机一通过旋转平台驱动整体机械臂旋转，到达预定工作位置；所述伺服电机二通过滚珠丝杠驱动所述滑块，带动机械臂在第二个自由度上下降到工作位置；所述伺服电机减速机驱动曲柄绕套筒一中心做圆周回转运动，操作物品进行工作。工作完成后，所述伺服电机二通过滚珠丝杠驱动所述滑块，带动机械臂在第二个自由度上上升到设定位置。所述伺服电机一通过旋转平台驱动整体机械臂旋转，到达物品放置位置。所述伺服电机二通过滚珠丝杠驱动所述滑块，带动机械臂在第二个自由度上下降到物品放置位置，放置物品。

特殊地，作为一种实施例，所述伺服电机减速机驱动曲柄绕套筒一中心做圆周回转运动。在一些具体的实施例中，所述的曲柄旋转半径需要变化，即第四自由度直线移动的自由度，具体可以直线导轨一导向和直线导轨二、滚珠丝杠，电机驱动导向等直线运动机构实现第四自由度的直线移动。同时可以采用光栅尺作为闭环反馈，满足高精度的闭环控制。从而此本实用新型可以显现四个自由度的工作。作为一些三自由度机械臂度补充方法，同样在一些地方，可以采用手动调节代替电机驱动的方式，实现第四个自由度的人工调节。这种方式适用于一些每一个完整流程工艺所要求第四自由度位置不变，但不同的工艺流程需要的第四自由度位置不同。

实施例3，结合附图1-4做以下描述；

在实施例1、2构思的基础上，一种机械臂的位置调整方法，包括如下步骤：

步骤1、给搭载平台上安装抓取装置，并通过控制电脑与伺服电机一、伺服电机二、伺服电机减速机连接；

步骤2根据需要加工的预定位置，控制电脑启动伺服电机一进而驱动旋转装置的旋转平台，使得整个机械臂在水平面上进行调整直到达到预定位置后停止；

步骤3、在确定水平位置后，预设升降手臂的高度位置，控制电脑启动伺服电机二进而驱动滚珠丝杠旋转使得升降手臂进行高度调节，直到到达预定位置后停止；

步骤4、根据需要确定待加工工件需要加工位置和需要放置的位置；以及：根据前述两个位置的距离，调整直线导轨二上连接轴的位置后固定，来确定搭载平台的回转轨迹；

步骤5、通过控制电脑启动伺服电机减速机开始工作，搭载平台在曲柄连杆机构的作用下作回转运动实施抓取或放置动作。

进一步地，所述步骤4中，所述直线导轨二与连接轴的位置采用手动调节，调节后进行锁死。

进一步地，所述步骤2中当需要对旋转平台的旋转位置或范围进行限制时，根据需要在旋转平台上设置限位块位置来达到所需要的位置需求。

进一步地，所述步骤3中当需要对升降手臂的位置进行进行限制的时候，根据需要在适当的位置将限位块安装在直线导轨一上。

进一步地，本专利的一种机械臂位置调整方法的的过程如下：

1.装置启动后，所述伺服电机一通过驱动旋转装置进而旋转平台旋转，旋转平台与旋转支架一体联动旋转回归至原点。

2.回归原点后，所述伺服电机一驱动旋转平台旋转，旋转支架旋转工作位置。

3.所述伺服减速电机通过带动套筒一进而驱动曲柄旋转至工作位置上方，所述连接件设置有滑槽用来限制搭载平台的自转，保证气路电路走线安全。

4.所述伺服电机一通过升降装置驱动升降手臂下降或上升至工作位置。

5.所述搭载平台上搭载的工作夹具（抓取装置）进行工作。

6.工作完成后，所述伺服电机一通过升降装置驱动升降手臂上升或下降至停止位置。

7.若存在第二个工位，可重复第3-6步逐，直至所有工位工作完成，所述伺服减速电机驱动曲柄旋转至原点位置。

8. 所述伺服电机一驱动旋转平台旋转，旋转支架旋转回归至原点。

9.一次工作循环完成。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本实用新型公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本实用新型同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的设计思路或原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种机械臂，其特征在于，包括设备基座、设置在设备基座上的旋转装置、设置在旋转装置上的升降装置、设置在升降装置上的末端回转装置；

所述升降装置包括直线导轨一；所述直线导轨一上设置滑块；

所述末端回转装置包括与滑块固定连接的升降手臂；所述升降手臂上端面设置有伺服电机减速机，该伺服电机减速机具有的输出轴穿过升降手臂并与升降手臂垂直；所述输出轴上安装有复合型滚针轴承一；所述输出轴上设置有压紧螺母；所述复合型滚针轴承一上套设有套筒一，所述套筒一上设置曲柄；所述曲柄上设置套筒二，该套筒二中心设置搭载平台；

所述搭载平台包括设置在套筒二内的转动轴，该转动轴通过套设有复合型滚针轴承二与套筒二传动连接；所述套筒二上部设置固定圆螺母，该固定圆螺母用于将转动轴限位在套筒二内进行转动；

所述升降手臂下端面设置直线导轨二，该直线导轨二上滑动设置有连接轴；所述连接轴上设置有两个深沟球轴承，该两个深沟球轴承之间设置有隔套；还包括连接件，该连接件包括轴承套和与轴承套一体的连接板，该连接板具有活动孔；所述轴承套套接在所述两个深沟球轴承上；所述连接板具有活动孔与搭载平台活动连接。

2.根据权利要求1所述的一种机械臂,其特征在于:所述旋转装置包括设置在设备基座上的旋转平台；所述设备基座上设置有与旋转平台驱动连接的伺服电机一。

3.根据权利要求1所述的一种机械臂,其特征在于:所述升降装置包括旋转支架，该旋转支架设置在旋转平台上与旋转平台一体联动；所述旋转支架上设置升降框架，该升降框架上端一侧设置伺服电机二，该伺服电机二的输出轴上连接有同步带轮一；所述升降框架内安装有滚珠丝杠，该滚珠丝杠上设置所述直线导轨一；所述滚珠丝杠上端设置有同步带轮二；所述同步带轮二、同步带轮二通过同步带连接。

4.根据权利要求1所述的一种机械臂,其特征在于，所述曲柄固定连接在搭载平台上部与连接板活在连接在搭载平台的下端构成了一套曲柄连杆机构。

5.根据权利要求1所述的一种机械臂,其特征在于，所述直线导轨一上下共设置有三个限位开关，包括上下极限位置，上面一个原点位置。

6.根据权利要求2所述的一种机械臂,其特征在于:所述旋转平台在圆周方向设置有三个限位开关，包括左右极限位置，中间一个原点位置。

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