CN213918291U - 一种码垛机器人关节结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种码垛机器人关节结构。包括底座、一轴齿轮驱动装置、大臂、二轴齿轮驱动装置、小臂及末端连接部，其中底座的两侧设有一轴回转内齿圈轴承和二轴回转内齿圈轴承，一轴齿轮驱动装置和二轴齿轮驱动装置分别设置于底座的两侧，一轴齿轮驱动装置与一轴回转内齿圈轴承啮合，二轴齿轮驱动装置与二轴回转内齿圈轴承啮合；大臂的下端与一轴回转内齿圈轴承连接；小臂铰接在大臂的上端，小臂的后端通过连杆机构Ⅰ与二轴回转内齿圈轴承连接，小臂的前端与末端连接部铰接；末端连接部通过连杆机构Ⅱ与底座铰接。本实用新型的结构及控制程序简单，体积小，制造加工成本低，安装方便。

Description

一种码垛机器人关节结构

技术领域

本实用新型涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种码垛机器人关节结构。

背景技术

在工业生产线上，由于加工和检验的需要，工件经常需要在流水线、机床加工和检测设备之间来回搬运，传统的人工搬运消耗大量的时间和人力，并且效率低下，并且还会产生各种意外事故，随着自动化生产的不断发展，人力成本的提升，加上产能的提升，机器人的应用越来越多的广泛，一些繁重的，高频率的重复工作逐渐被机器人替代。

现有一些搬运、抓取机器上的机器人基本上是六自由度或者四自由度机器人，机器人前端主要采用同心轴及齿轮传动。现有机器人负载能力较大的，都采用有平衡装置结构(配重块，弹簧平衡结构，气缸平衡结构等)。现有的一些机械臂结构复杂，体积大，虽然通用性大，但针对性不佳，码垛应运时，程序控制复杂，制造、加工成本高；其平衡装置比较笨重，所占空间大；安装难度较大，尤其是其中锥齿轮的安装，需要反复调试。目前的四轴码垛机器人主流300kg负载。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种码垛机器人关节结构，以解决现有现有机械臂结构及程序控制复杂、体积大、制造加工成本高、安装难度较大的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种码垛机器人关节结构，包括底座、一轴齿轮驱动装置、大臂、二轴齿轮驱动装置、小臂及末端连接部，其中底座的两侧设有一轴回转内齿圈轴承和二轴回转内齿圈轴承，所述一轴齿轮驱动装置和二轴齿轮驱动装置分别设置于所述底座的两侧，所述一轴齿轮驱动装置与所述一轴回转内齿圈轴承啮合，所述二轴齿轮驱动装置与所述二轴回转内齿圈轴承啮合；

所述大臂的下端与所述一轴回转内齿圈轴承连接；

所述小臂铰接在所述大臂的上端，所述小臂的后端通过连杆机构Ⅰ与二轴回转内齿圈轴承连接，所述小臂的前端与末端连接部铰接；

所述末端连接部通过连杆机构Ⅱ与底座铰接。

所述连杆机构Ⅰ包括中心筒、下连杆及上连杆，其中中心筒的一端与所述一轴回转内齿圈轴承连接，另一端通过回转轴承与所述大臂连接；所述下连杆的一端与所述中心筒连接，另一端与所述上连杆的一端铰接，所述上连杆的另一端与所述小臂铰接。

所述一轴回转内齿圈轴承、回转轴承及二轴回转内齿圈轴承的轴线共线。

所述二轴回转内齿圈轴承的外圈与所述底座连接，内圈与所述中心筒连接。

所述一轴回转内齿圈轴承的外圈与所述底座连接，内圈与所述大臂连接。

所述连杆机构Ⅱ包括前连杆、三角件及后连杆，其中三角件铰接在所述小臂和所述大臂的铰接轴上，所述三角件的一角与所述前连杆的一端铰接，另一角与所述后连杆的一端铰接；所述前连杆的另一端与所述末端连接部铰接；所述后连杆的另一端与所述底座铰接。

所述一轴回转内齿圈轴承和所述二轴回转内齿圈轴承均为四点接触回转内齿圈轴承。

所述一轴齿轮驱动装置和所述二轴齿轮驱动装置结构相同，均包括依次连接的伺服电机、多级减速机和驱动齿轮；

所述一轴齿轮驱动装置的驱动齿轮与所述一轴回转内齿圈轴承的内齿圈啮合；

所述二轴齿轮驱动装置的驱动齿轮与所述二轴回转内齿圈轴承的内齿圈啮合。

所述多级减速机包括依次连接的一级减速机和二级RV减速机，其中一级减速机的输入轴与所述伺服电机的输出轴连接；所述二级RV减速机的输出轴与所述驱动齿轮连接。

所述底座、大臂、小臂及末端连接部均为中空的拼焊体。

本实用新型的优点及有益效果是：本实用新型提供的一种码垛机器人关节结构，具有结构及控制程序简单，体积小，制造加工成本低，安装方便等优点。

本实用新型提供的一种码垛机器人关节结构，运动范围大；采用平拼焊结构，具有造型随意美观的优势；内部走线，环境适应性强。

附图说明

图1为本实用新型码垛机器人关节结构的轴测图；

图2为图1中I处放大图；

图3为本实用新型码垛机器人关节结构的侧视图；

图4为图3的A-A剖视图；

图5为图4中Ⅱ处放大图。

图中：1为底座，2为一轴回转内齿圈轴承，3为一轴齿轮驱动装置，4 为大臂，5为二轴齿轮驱动装置，6为二轴回转内齿圈轴承，7为中心筒，8 为回转轴承，9为下连杆，10为上连杆，11为小臂，12为末端连接部，13为前连杆，14为三角件，15为后连杆，31为伺服电机，32为一级减速机，33 为二级RV减速机，34为驱动齿轮。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。

如图1-3所示，本实用新型提供的一种码垛机器人关节结构，包括底座1、一轴齿轮驱动装置3、大臂4、二轴齿轮驱动装置5、小臂11及末端连接部 12，其中底座1的两侧设有一轴回转内齿圈轴承2和二轴回转内齿圈轴承6，一轴齿轮驱动装置3和二轴齿轮驱动装置5分别设置于底座1的两侧，一轴齿轮驱动装置3与一轴回转内齿圈轴承2啮合，二轴齿轮驱动装置5与二轴回转内齿圈轴承6啮合；大臂4的下端与一轴回转内齿圈轴承2连接；小臂 11铰接在大臂4的上端，小臂11的后端通过连杆机构Ⅰ与二轴回转内齿圈轴承6连接，小臂11的前端与末端连接部12铰接；末端连接部12通过连杆机构Ⅱ与底座1铰接。

如图1、图4所示，本实用新型的实施例中，连杆机构Ⅰ包括中心筒7、下连杆9及上连杆10，其中中心筒7的一端与一轴回转内齿圈轴承2连接，另一端通过回转轴承8与大臂4连接；下连杆9的一端与中心筒7连接，另一端与上连杆10的一端铰接，上连杆10的另一端与小臂11铰接。

本实施例中，底座1、大臂4、小臂11及末端连接部12均为中空的拼焊体，底座1一般连接地面或其它自动化设备。一轴回转内齿圈轴承2使底座1 和大臂4之间构成平行于底座1安装面的回转轴线。一轴回转内齿圈轴承2、回转轴承8及二轴回转内齿圈轴承6的轴线共线。一轴回转内齿圈轴承2的外圈与底座1连接，内圈与大臂4连接，一轴齿轮驱动装置3驱动大臂4相对底座1转动。二轴回转内齿圈轴承6的外圈与底座1连接，内圈与中心筒7 连接，二轴齿轮驱动装置5驱动中心筒7相对底座1绕二轴回转内齿圈轴承6 的回转轴线旋转，中心筒7通过下连杆9及上连杆10带动小臂11上下摆动。

如图1所示，本实用新型的实施例中，连杆机构Ⅱ包括前连杆13、三角件14及后连杆15，其中三角件14铰接在小臂11和大臂4的铰接轴上，三角件14的一角与前连杆13的一端铰接，另一角与后连杆15的一端铰接；前连杆13的另一端与末端连接部12铰接；后连杆15的另一端与底座1铰接。连杆机构Ⅱ保证末端连接部12在运动的过程中一直平行于地面。

本实用新型的实施例中，一轴齿轮驱动装置3和二轴齿轮驱动装置5安置于底座1上，减少运动部件的惯量，便于控制。如图4-5所示，一轴齿轮驱动装置3和二轴齿轮驱动装置5结构相同，均包括依次连接的伺服电机31、多级减速机和驱动齿轮34，一轴齿轮驱动装置3的驱动齿轮34与一轴回转内齿圈轴承2的内齿圈啮合；二轴齿轮驱动装置5的驱动齿轮34与二轴回转内齿圈轴承6的内齿圈啮合。

本实施例中，多级减速机包括依次连接的一级减速机32和二级RV减速机33，其中一级减速机32的输入轴与伺服电机31的输出轴连接；二级RV减速机33的输出轴与驱动齿轮34连接。

进一步地，一轴回转内齿圈轴承2和二轴回转内齿圈轴承6均为四点接触回转内齿圈轴承。回转轴承8为四点接触回转轴承，也可以用其它类型的轴承，比如滚柱、无油衬套等方式。其中一轴回转内齿圈轴承2、二轴回转内齿圈轴承6及回转轴承8消除滚珠背隙方式是滚珠预压法，也可以为负载重力法。

一轴齿轮驱动装置3和二轴齿轮驱动装置5消除齿轮传动回转背隙的方法是，驱动装置的驱动轴线偏心于底座1安装孔轴线，利用二级RV减速机的主轴承的力矩刚性，进而达到四点接触回转内齿圈轴承的内齿圈齿面与驱动齿轮34时时贴合的目的，其工作原理是增加齿轮啮合的径向力，保证时时贴合。

一轴齿轮驱动装置3和二轴齿轮驱动装置5消除回转背间隙的方法，也可以为负载重力法，进而达到四点接触回转内齿圈轴承的内齿圈齿面与驱动齿轮34时时贴合的目的，其工作原理是齿轮啮合的轴向力，时时贴合。

具体地，底座1、大臂4、小臂11和末端连接部12均为由拼焊结构形成的封闭腔体或者半封闭，内部走线。如果内部加筋板，采用塞焊工艺实现，外部曲面采用多个折弯拼接而成。局部圆角如果量多可以采用旋压工艺，如果量少可以采用数控加工。底座1、大臂4、小臂11和末端连接部12因采用拼焊结构，具有外形美观的特性。

本实用新型提供的一种码垛型机器人关节结构是采用驱动电机恒功率的原理策略，电机转矩与速度的乘积为功率，在现有电机一定的条件下，也是驱动功率一定的条件下，通过利用增加一个减速机的减速比、增加一个内齿圈的减速比，增加现有成熟模块关节驱动的转速比。关节转动速度下降的同时，同时增加大臂和小臂的杆长，达到不改变现有电气和软件系统元器件和框架的情况下，增加运动范围。本实用新型的运动范围由2525mm增加到 6387mm，节拍由12秒，下降到63秒，适合低速、重载和大运动范围工况。相对于工业机器人的高速工况，本实用新型构型是低速且大运动范围工况。拼焊结构适合单件或者小批量，减少投入成本，并通过重力和预压两种方法解决精度或齿轮啮合传动背隙问题，并通过重力或预压两种方法解决精度和四点接触回转支承轴承的滚珠和滚道的传动游隙问题。

本实用新型提供的一种码垛型机器人关节结构有两种应用模式，一种是利用大运动范围特性进行低速重载的搬运或者码垛；另外一种是利用大负载 500kg和大运动范围6387mm，在末端再加个相对较小的焊接机器人系统，例如本体重量59kg的焊接机器人系统SR7CL，或者本体重量160kg的SR10C焊接机器人系统，适应大型尺寸工件的焊接。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种码垛机器人关节结构，其特征在于，包括底座(1)、一轴齿轮驱动装置(3)、大臂(4)、二轴齿轮驱动装置(5)、小臂(11)及末端连接部(12)，其中底座(1)的两侧设有一轴回转内齿圈轴承(2)和二轴回转内齿圈轴承(6)，所述一轴齿轮驱动装置(3)和二轴齿轮驱动装置(5)分别设置于所述底座(1)的两侧，所述一轴齿轮驱动装置(3)与所述一轴回转内齿圈轴承(2)啮合，所述二轴齿轮驱动装置(5)与所述二轴回转内齿圈轴承(6)啮合；

所述大臂(4)的下端与所述一轴回转内齿圈轴承(2)连接；

所述小臂(11)铰接在所述大臂(4)的上端，所述小臂(11)的后端通过连杆机构Ⅰ与二轴回转内齿圈轴承(6)连接，所述小臂(11)的前端与末端连接部(12)铰接；

所述末端连接部(12)通过连杆机构Ⅱ与底座(1)铰接。

2.根据权利要求1所述的码垛机器人关节结构，其特征在于，所述连杆机构Ⅰ包括中心筒(7)、下连杆(9)及上连杆(10)，其中中心筒(7)的一端与所述一轴回转内齿圈轴承(2)连接，另一端通过回转轴承(8)与所述大臂(4)连接；所述下连杆(9)的一端与所述中心筒(7)连接，另一端与所述上连杆(10)的一端铰接，所述上连杆(10)的另一端与所述小臂(11)铰接。

3.根据权利要求2所述的码垛机器人关节结构，其特征在于，所述一轴回转内齿圈轴承(2)、回转轴承(8)及二轴回转内齿圈轴承(6)的轴线共线。

4.根据权利要求2所述的码垛机器人关节结构，其特征在于，所述二轴回转内齿圈轴承(6)的外圈与所述底座(1)连接，内圈与所述中心筒(7)连接。

5.根据权利要求1所述的码垛机器人关节结构，其特征在于，所述一轴回转内齿圈轴承(2)的外圈与所述底座(1)连接，内圈与所述大臂(4)连接。

6.根据权利要求1所述的码垛机器人关节结构，其特征在于，所述连杆机构Ⅱ包括前连杆(13)、三角件(14)及后连杆(15)，其中三角件(14)铰接在所述小臂(11)和所述大臂(4)的铰接轴上，所述三角件(14)的一角与所述前连杆(13)的一端铰接，另一角与所述后连杆(15)的一端铰接；所述前连杆(13)的另一端与所述末端连接部(12)铰接；所述后连杆(15)的另一端与所述底座(1)铰接。

7.根据权利要求1所述的码垛机器人关节结构，其特征在于，所述一轴回转内齿圈轴承(2)和所述二轴回转内齿圈轴承(6)均为四点接触回转内齿圈轴承。

8.根据权利要求1所述的码垛机器人关节结构，其特征在于，所述一轴齿轮驱动装置(3)和所述二轴齿轮驱动装置(5)结构相同，均包括依次连接的伺服电机(31)、多级减速机和驱动齿轮(34)；

所述一轴齿轮驱动装置(3)的驱动齿轮(34)与所述一轴回转内齿圈轴承(2)的内齿圈啮合；

所述二轴齿轮驱动装置(5)的驱动齿轮(34)与所述二轴回转内齿圈轴承(6)的内齿圈啮合。

9.根据权利要求8所述的码垛机器人关节结构，其特征在于，所述多级减速机包括依次连接的一级减速机(32)和二级RV减速机(33)，其中一级减速机(32)的输入轴与所述伺服电机(31)的输出轴连接；所述二级RV减速机(33)的输出轴与所述驱动齿轮(34)连接。

10.根据权利要求1所述的码垛机器人关节结构，其特征在于，所述底座(1)、大臂(4)、小臂(11)及末端连接部(12)均为中空的拼焊体。

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