CN213499204U - 一种机械臂 - Google Patents

Abstract

本申请适用于机器人设备技术领域，提供了一种机械臂，包括支撑件、连接支撑件的滑轨组件、活动连接滑轨组件的第一关节组件、铰接第一关节组件的第二关节组件、铰接第二关节组件的第三关节组件，以及用于实现预定功能的末端执行器；机械臂还包括用于控制第一关节组件移动的平移控制器，第一关节组件具有控制第二关节组件的第一转动控制器，第二关节组件具有控制第三关节组件的第二转动控制器，第三关节组件具有控制末端执行器转动的第三转动控制器；第二转动控制器避让第一转动控制器，第三转动控制器避让第二转动控制器。简化了机械臂的末端的结构，减小了机械臂的末端重量体积，更加适合在狭小空间工作，提高控制精度且延长平均故障间隔时间。

Description

一种机械臂

技术领域

本申请涉及机器人设备技术领域，特别涉及一种机械臂。

背景技术

水平关节四轴机械臂目前已经被非常广泛应用，在搬运、加工、装配，以及教育行业都有广泛的应用；它本身具有动作灵活、结构紧凑、空间要求小、重复定位精度高等特点，能够精确、快速到达空间的一点。水平关节四轴机器人相对于多轴工业机器人来说具有体积小，动作灵活，整体成本低等优势；同时，由于其功能多样，结构小巧而紧凑的特点，水平关节四轴机械臂可以单独应用于自动化流水线，也可以直接集成于各种中高端自动化设备中，在未来工业流水线中被大量使用将会是必然趋势。

水平关节四轴机械臂具有三个轴向相互平行的铰接节点和一个升降装置，各铰接节点处需要设置减速装置以提高其控制精度。传统方案中，水平关节四轴机械臂将用于控制竖直运动的装置和其中一个旋转装置设在末端，应用花键通过复杂的结构和控制程序实现耦合控制，前面两个大臂体组成两个机械臂，从而实现四轴机器人在空间上的不同动作。这样的水平关节四轴机械臂存在末端的结构占用空间比较大，其工作过程中需要更大的避让空间，不适合在空间较为狭小的场合工作。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种机械臂，旨在解决传统的水平关节四轴机械臂不适合在空间较为狭小的场合工作的技术问题。

本申请是这样实现的，一种机械臂，包括支撑件、连接所述支撑件的滑轨组件、活动连接所述滑轨组件的第一关节组件、铰接所述第一关节组件的第二关节组件、铰接所述第二关节组件的第三关节组件，以及用于实现预定功能的末端执行器；所述机械臂还包括用于控制所述第一关节组件沿所述滑轨组件移动的平移控制器，所述第一关节组件具有用于控制所述第二关节组件的第一转动控制器，所述第二关节组件具有用于控制所述第三关节组件的第二转动控制器，所述第三关节组件具有用于控制所述末端执行器转动的第三转动控制器；所述第二转动控制器避让所述第一转动控制器设置，所述第三转动控制器避让所述第二转动控制器设置。

在本申请的一个实施例中，所述滑轨组件包括滑轨外壳，所述平移控制器设置于所述滑轨外壳内；所述平移控制器包括沿所述滑轨组件延伸的方向设置的第一传动带，以及与所述第一传动带传动连接的第一电机；所述滑轨外壳的与所述第一关节组件相对的一侧开设有条形孔，所述第一关节组件具有第一框架，所述第一框架伸入所述条形孔并与所述第一传动带连接。

在本申请的一个实施例中，所述第一电机与所述第一传动带的传动比大于1；所述平移控制器还包括与所述第一传动带传动连接的制动器。

在本申请的一个实施例中，所述平移控制器还包括传动连接所述第一电机和所述第一传动带的减速传动器，所述减速传动器包括与所述第一电机同轴转动的第一齿轮、与所述第一传动带同步转动的第二齿轮，以及连接所述第一齿轮和所述第二齿轮的第二传动带；所述第一齿轮与所述第二传动带连接处的半径小于所述第二齿轮于所述第二传动带连接处的半径。

在本申请的一个实施例中，所述滑轨组件还包括设置于所述滑轨外壳内且与所述条形孔相对设置的导向轨道，所述第一框架活动连接所述导向轨道。

在本申请的一个实施例中，所述第一关节组件包括活动连接所述滑轨组件的第一框架，所述第一转动控制器包括设置于所述第一框架内且连接所述第一框架的第二电机，以及与所述第二电机传动连接的第一旋转件；所述第二关节组件包括与所述第一旋转件连接的第二框架，所述第二转动控制器包括设置于所述第二框架内且连接所述第二框架的第三电机，以及与所述第三电机传动连接的第二旋转件；所述第三关节组件包括与所述第二旋转件活动连接的第三框架，所述第三转动控制器包括设置于所述第三框架内且连接所述第三框架的第四电机，以及与所述第四电机传动连接的第三旋转件。

在本申请的一个实施例中，所述第二电机和所述第一旋转件的传动比大于1，所述第三电机和所述第二旋转件的传动比大于1，所述第四电机和所述第三旋转件的传动比大于1。

在本申请的一个实施例中，所述第一转动控制器还包括用于连接所述第二电机和所述第一旋转件的第一行星减速机；所述第二转动控制器还包括用于连接所述第三电机和所述第二旋转件的第二行星减速机；所述第三转动控制器还包括用于连接所述第四电机和所述第三旋转件的第三行星减速机。

在本申请的一个实施例中，所述第一转动控制器还包括用于连接所述第一旋转件和所述第一框架的第一轴承；所述第二转动控制器还包括用于连接所述第二旋转件和所述第二框架的第二轴承；所述第三转动控制器还包括用于连接所述第三旋转件和所述第三框架的第三轴承。

在本申请的一个实施例中，所述滑轨组件还包括沿所述滑轨组件延伸的方向设置的拖链、连接所述第一关节组件和所述第二关节组件的第一软管，以及连接所述第二关节组件和所述第三关节组件的第二软管。

实施本申请任一实施例提供的一种机械臂，至少具有以下有益效果：

本申请任一实施例提供的机械臂，通过将用于控制末端执行器平移的平移控制器设置在滑轨中，进而控制第一关节组件、第二关节组件和第三关节组件与末端执行器同步平移，这样一来，不需要在第三关节组件的与末端执行器相对的位置设置用于控制末端执行器平移的控制器，有助于简化机械臂的末端的结构，减小水平关节四轴机械臂的末端占用的空间，使得水平关节四轴机械臂不需要过多的避让空间，更加适合于在空间较为狭小的场合工作；同时，通过简化水平关节四轴机械臂的末端的结构，能够减轻水平关节四轴机械臂的末端的重量，减小了第一转动控制器、第二转动控制器和第三转动控制器需要提供的转动力矩，能够提高机械臂的控制精度且能够延长机械臂的平均故障间隔时间。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请的一个实施例提供的机械臂的结构示意图；

图2是本申请的一个实施例提供的机械臂的剖面示意图；

图3是图2中的A处的局部放大示意图；

图4是图2中的B处的局部放大示意图；

图5是图2中的C处的局部放大示意图；

图6是图2中的D处的局部放大示意图；

图7是本申请的一个实施例提供的滑轨组件、平移控制器和第一关节组件的爆炸示意图。

上述附图所涉及的标号明细如下：

1-支撑件；2-滑轨组件；21-滑轨外壳；210-条形孔；22-导向轨道；3-平移控制器；31-第一传动带；311-固定转轴；32-第一电机；33-制动器；331-电磁制动机；332-制动电阻；34-减速传动器；341-第一齿轮；342-第二齿轮；343-第二传动带；4-第一关节组件；41-第一框架；42-第一转动控制器；421-第二电机；422-第一旋转件；423-第一行星减速机；424-第一轴承；5-第二关节组件；51-第二框架；52-第二转动控制器；521-第三电机；522-第二旋转件；523-第二行星减速机；524-第二轴承；6-第三关节组件；61-第三框架；62-第三转动控制器；621-第四电机；622-第三旋转件；623-第三行星减速机；624-第三轴承；91-拖链；92-第一软管；93-第二软管。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了说明本申请所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

请参阅图1、图2和图7，本申请的一个实施例提供了一种机械臂，包括支撑件1、连接支撑件1的滑轨组件2、活动连接滑轨组件2的第一关节组件4、铰接第一关节组件4的第二关节组件5、铰接第二关节组件5的第三关节组件6，以及用于实现预定功能的末端执行器(图中未示出)；机械臂还包括用于控制第一关节组件4沿滑轨组件2的移动的平移控制器3，第一关节组件4具有用于控制第二关节组件5的第一转动控制器42，第二关节组件5具有用于控制第三关节组件6的第二转动控制器52，第三关节组件6具有用于控制末端执行器转动的第三转动控制器62；第二转动控制器52避让第一转动控制器42设置，第三转动控制器62避让第二转动控制器52设置。

具体而言，本实施例提供的机械臂是这样工作的：

请参阅图1、图2和图7，机械臂设置有用于控制第一关节组件4沿滑轨移动的平移控制器3、连接第一关节组件4和第二关节组件5的第一转动控制器42、连接第二关节组件5和第三关节组件6的第二转动控制器52，以及连接第三关节组件6的第三转动控制器62；这样一来，上位机能够通过第平移控制器3控制第一关节组件4沿滑轨移动，通过第一转动控制器42控制第二关节组件5和第一关节组件4之间的相对转动，通过第二转动控制器52控制第三关节组件6和第二关节组件5之间的相对转动，进一步的，在第三转动控制器62的末端设置用于实现特定功能的末端执行器(图中未示出)时，上位机还能够通过第三转动控制器62控制末端执行器和第三关节组件6之间的相对转动，实现机械臂的水平关节四轴联动。

实施本实施例提供的机械臂，至少具有以下有益技术效果：

本实施例提供的机械臂，通过将用于控制末端执行器平移的平移控制器3设置在滑轨中，进而控制第一关节组件4、第二关节组件5和第三关节组件6与末端执行器同步平移，这样一来，不需要在第三关节组件6的与末端执行器相对的位置设置用于控制末端执行器平移的控制器，有助于简化机械臂的末端的结构，减小水平关节四轴机械臂的末端占用的空间，使得水平关节四轴机械臂不需要过多的避让空间，更加适合于在空间较为狭小的场合工作；同时，通过简化水平关节四轴机械臂的末端的结构，能够减轻水平关节四轴机械臂的末端的重量，减小了第一转动控制器42、第二转动控制器52和第三转动控制器62需要提供的转动力矩，能够提高机械臂的控制精度且能够延长机械臂的平均故障间隔时间。

请参阅图1、图2和图7，作为本实施例的一个具体方案，机械臂内部可以设置有用于控制平移控制器3、第一转动控制器42、第二转动控制器52和第三转动控制器62的编码器和主板，机械臂通过编码器和主板接受上位机(如工业计算机)的控制；更为具体的，支撑件1设置于滑轨组件2的下端且滑轨组件2竖直放置，编码器、主板，以及平移控制器3贴合滑轨组件2与支撑件1连接的位置设置，这样有助于降低机械臂的重心，使得机械臂的结构更加稳定，且编码器、主板，以及平移控制器3的设置不必考虑避让第一关节组件4与滑轨组件2的相关连接结构，使得机械臂内部的空间布局更加合理。

请参阅图1、图2和图7，在本申请的一个实施例中，滑轨组件2包括滑轨外壳21，平移控制器3设置于滑轨外壳21内；平移控制器3包括沿滑轨组件2延伸的方向设置的第一传动带31，以及与第一传动带31传动连接的第一电机32；滑轨外壳21的与第一关节组件4相对的一侧开设有条形孔210，第一关节组件4具有第一框架41，第一框架41伸入条形孔210并与第一传动带31连接。

具体而言，第一电机32设置于滑轨外壳21的底端且连接支撑件1，以降低机械臂的整体结构的重心，并减少机械臂的结构负担；滑轨外壳21的顶端和底端均设置固定转轴311，第一传动带31套设在两个固定转轴311上，第一电机32与滑轨外壳21底端的固定转轴311传动连接，通过滑轨外壳21底端的固定转轴311驱动第一传动带31的转动；第一框架41伸入条形孔210后，夹紧第一传动带31的其中一侧，这样，第一电机32即可通过第一传动带31控制第一框架41的上升与下降，进而控制第一关节组件4、第二关节组件5、第三关节组件6和末端执行器的上升与下降。

请参阅图1、图2和图7，在本申请的一个实施例中，第一电机32与第一传动带31的传动比大于1；平移控制器3还包括与第一传动带31传动连接的制动器33。

第一电机32与第一传动带31的传动比大于1，也即，第一电机32与第一传动带31之间减速传动，第一电机32的角速度大于滑轨外壳21底端的固定转轴311的角速度；制动器33包括与滑轨外壳21底端的固定转轴311传动连接的电磁制动机331，以及与电磁制动机331并列设置的制动电阻332。这样做的好处在于，可以降低第一传动带31的转速并提高第一电机32对第一传动带31的转动速度的控制精度，提高第一电机32的输出扭矩，也即提高了第一电机32向第一传动带31输出的转动力，避免第一关节组件4、第二关节组件5、第三关节组件6和末端执行器的重力影响第一电机32的控制精度。

作为本实施例的一个优选方案，制动器33也设置于滑轨外壳21的底端并与支撑件1连接，可以降低机械臂的重心并减少机械臂的结构负担。

请参阅图1、图2和图7，在本申请的一个实施例中，平移控制器3还包括传动连接第一电机32和第一传动带31的减速传动器34，减速传动器34包括与第一电机32同轴转动的第一齿轮341、与第一传动带31同步转动的第二齿轮342，以及连接第一齿轮341和第二齿轮342的第二传动带343；第一齿轮341与第二传动带343连接处的半径小于第二齿轮342于第二传动带343连接处的半径。

请参阅图1、图2和图7，在本申请的一个实施例中，滑轨组件2还包括设置于滑轨外壳21内且与条形孔210相对设置的导向轨道22，第一框架41活动连接导向轨道22。第一框架41通过导向轨道22活动连接滑轨外壳21，并在第一传动带31的传动作用下沿导向轨道22滑动，这样的设置可以减少机械臂工作过程中的振动与噪音。

作为本实施例的一个具体方案，滑轨外壳21内侧与条形孔210相对的位置设置有两条平行的导向轨道22，导向轨道22的底端与支撑件1连接，第一框架41同时与两条导向轨道22活动连接，这样能够进一步减少机械臂工作过程中的振动与噪音。

请参阅图2至图6，在本申请的一个实施例中，第一关节组件4包括活动连接滑轨组件2的第一框架41，第一转动控制器42包括设置于第一框架41内且连接第一框架41的第二电机421，以及与第二电机421传动连接的第一旋转件422；第二关节组件5包括与第一旋转件422连接的第二框架51，第二转动控制器52包括设置于第二框架51内且连接第二框架51的第三电机521，以及与第三电机521传动连接的第二旋转件522；第三关节组件6包括与第二旋转件522活动连接的第三框架61，第三转动控制器62包括设置于第三框架61内且连接第三框架61的第四电机621，以及与第四电机621传动连接的第三旋转件622。

请参阅图2至图6，在本申请的一个实施例中，第二电机421和第一旋转件422的传动比大于1，第三电机521和第二旋转件522的传动比大于1，第四电机621和第三旋转件622的传动比大于1。也即，第二电机421和第一旋转件422减速传动，第二电机421转动的角速度小于第一旋转件422转动的角速度；第三电机521和第二旋转件522减速传动，第三电机521转动的角速度小于第二旋转件522转动的角速度；第四电机621和第三旋转件622减速传动，第四电机621转动的角速度小于第三旋转件622转动的角速度。

这样做的好处在于，可以降低第一旋转件422、第二旋转件522和第三旋转件622的转速，并提高第二电机421对第一旋转件422、第三电机521对第二旋转件522和第四电机621对第三旋转件622的转动速度的控制精度，提高第二电机421、第三电机521和第四电机621的输出扭矩，也即提高了第二电机421、第三电机521和第四电机621输出的转动力，避免第一关节组件4、第二关节组件5、第三关节组件6和末端执行器的转动惯量过大影响第二电机421、第三电机521和第四电机621的控制精度。

请参阅图2至图6，在本申请的一个实施例中，第一转动控制器42还包括用于连接第二电机421和第一旋转件422的第一行星减速机423；第二转动控制器52还包括用于连接第三电机521和第二旋转件522的第二行星减速机523；第三转动控制器62还包括用于连接第四电机621和第三旋转件622的第三行星减速机623。

第二电机421和第一旋转件422通过第一行星减速机423实现减速传动，第三电机521和第二旋转件522通过第二行星减速机523实现减速传动，第四电机621和第三旋转件622通过第三行星减速机623实现减速传动，能够使得第一转动控制器42、第二转动控制器52和第三转动控制器62能够以大扭矩、大速度比和高效率实现内部结构间的减速传动，且结构尺寸更小、重量更轻，性能更加可靠，平均故障间隔时间更长。

请参阅图2至图6，在本申请的一个实施例中，第一转动控制器42还包括用于连接第一旋转件422和第一框架41的第一轴承424；第二转动控制器52还包括用于连接第二旋转件522和第二框架51的第二轴承524；第三转动控制器62还包括用于连接第三旋转件622和第三框架61的第三轴承624。

第一旋转件422和第一框架41之间通过第一轴承424连接、第二旋转件522和第二框架51之间通过第二轴承524连接，以及第三旋转件622和第三框架61之间通过第三轴承624连接，可以使第一转动控制器42与第一框架41的连接、第二转动控制器52与第二框架51的连接，以及第三转动控制器62与第三框架61的连接更加稳固。

请参阅1、图2和图7，在本申请的一个实施例中，滑轨组件2还包括沿滑轨组件2延伸的方向设置的拖链91、连接第一关节组件4和第二关节组件5的第一软管92，以及连接第二关节组件5和第三关节组件6的第二软管93。

拖链91、第一软管92和第二软管93均能够方便机械臂内部的电缆或者电线的转动及连接，且能够限制机械臂内部的电缆或者电线的曲率半径以对其形成保护。具体而言，拖链91设置于滑轨外壳21的顶部，第一软管92连接第一转动控制器42和第二转动控制器52，第二软管93连接第三转动控制器62和第二转动控制器52，这样更有利于机械臂内部的电缆或者电线的布局，方便机械臂的电路连接。

以上所述仅为本申请的可选实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机械臂，其特征在于，包括支撑件、连接所述支撑件的滑轨组件、活动连接所述滑轨组件的第一关节组件、铰接所述第一关节组件的第二关节组件、铰接所述第二关节组件的第三关节组件，以及用于实现预定功能的末端执行器；所述机械臂还包括用于控制所述第一关节组件沿所述滑轨组件移动的平移控制器，所述第一关节组件具有用于控制所述第二关节组件的第一转动控制器，所述第二关节组件具有用于控制所述第三关节组件的第二转动控制器，所述第三关节组件具有用于控制所述末端执行器转动的第三转动控制器；所述第二转动控制器避让所述第一转动控制器设置，所述第三转动控制器避让所述第二转动控制器设置。

2.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述滑轨组件包括滑轨外壳，所述平移控制器设置于所述滑轨外壳内；所述平移控制器包括沿所述滑轨组件延伸的方向设置的第一传动带，以及与所述第一传动带传动连接的第一电机；所述滑轨外壳的与所述第一关节组件相对的一侧开设有条形孔，所述第一关节组件具有第一框架，所述第一框架伸入所述条形孔并与所述第一传动带连接。

3.如权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述第一电机与所述第一传动带的传动比大于1；所述平移控制器还包括与所述第一传动带传动连接的制动器。

4.如权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述平移控制器还包括传动连接所述第一电机和所述第一传动带的减速传动器，所述减速传动器包括与所述第一电机同轴转动的第一齿轮、与所述第一传动带同步转动的第二齿轮，以及连接所述第一齿轮和所述第二齿轮的第二传动带；所述第一齿轮与所述第二传动带连接处的半径小于所述第二齿轮与所述第二传动带连接处的半径。

5.如权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述滑轨组件还包括设置于所述滑轨外壳内且与所述条形孔相对设置的导向轨道，所述第一框架活动连接所述导向轨道。

6.如权利要求1-5任一项所述的机械臂，其特征在于，所述第一关节组件包括活动连接所述滑轨组件的第一框架，所述第一转动控制器包括设置于所述第一框架内且连接所述第一框架的第二电机，以及与所述第二电机传动连接的第一旋转件；所述第二关节组件包括与所述第一旋转件连接的第二框架，所述第二转动控制器包括设置于所述第二框架内且连接所述第二框架的第三电机，以及与所述第三电机传动连接的第二旋转件；所述第三关节组件包括与所述第二旋转件活动连接的第三框架，所述第三转动控制器包括设置于所述第三框架内且连接所述第三框架的第四电机，以及与所述第四电机传动连接的第三旋转件。

7.如权利要求6所述的机械臂，其特征在于，所述第二电机和所述第一旋转件的传动比大于1，所述第三电机和所述第二旋转件的传动比大于1，所述第四电机和所述第三旋转件的传动比大于1。

8.如权利要求7所述的机械臂，其特征在于，所述第一转动控制器还包括用于连接所述第二电机和所述第一旋转件的第一行星减速机；所述第二转动控制器还包括用于连接所述第三电机和所述第二旋转件的第二行星减速机；所述第三转动控制器还包括用于连接所述第四电机和所述第三旋转件的第三行星减速机。

9.如权利要求6所述的机械臂，其特征在于，所述第一转动控制器还包括用于连接所述第一旋转件和所述第一框架的第一轴承；所述第二转动控制器还包括用于连接所述第二旋转件和所述第二框架的第二轴承；所述第三转动控制器还包括用于连接所述第三旋转件和所述第三框架的第三轴承。

10.如权利要求1-5任一项所述的机械臂，其特征在于，所述滑轨组件还包括沿所述滑轨组件延伸的方向设置的拖链、连接所述第一关节组件和所述第二关节组件的第一软管，以及连接所述第二关节组件和所述第三关节组件的第二软管。

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