CN215920522U - 一种两自由度平面关节机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种两自由度平面关节机械臂，包括底座、第一臂杆、第二臂杆、第一伺服电机、第二伺服电机、第一减速机构、第二减速机构；所述第一减速机构、第二减速机构分别通过同步带轮或齿轮的配合实现一定的减速比；本实用新型所提供的新型两自由度平面关节机械臂结构简单、具有较大的作业空间及较高的作业精度，且该机械臂通过利用合适的减速机构可以平衡负载惯量，从而可降低成本、缩减体积。

Description

一种两自由度平面关节机械臂

技术领域

本实用新型属于工业机器人技术领域，涉及一种两自由度平面关节机械臂。

背景技术

机器人技术是多学科的综合运用，工业机器人是通过机器人关节实现自主运动，在众多类型机器人中，平面关节型机器人体积小、传动原理简单，且在平面内的运动具有较大的柔性，沿升降轴的运动具有很强的刚性，非常适合应用于搬运、焊接和装配等重复性任务,因此在工业生产中得到广泛应用。工业机器人技术还综合了机械工程学、电气工程学、微电子工程学、计算机工程学、控制工程学、仿生学以及人工智能工程等多门尖端学科。将它和计算机辅助设计系统、计算机辅助制造系统结合在一起应用，是现代制造业自动化的最新发展趋势。

关节机器人，也称关节手臂机器人或关节机械手臂,是当今工业领域中最常见的工业机器人的形态之一。适合用于诸多工业领域的机械自动化作业，比如，自动装配、喷漆、搬运、焊接等工作。关节机器人按照工作性质可分为很多种，比如：搬运机器人，点焊机器人,弧焊机器人，喷漆机器人，激光切割机器人等等。

作为两自由度平面关节型机器人，一般地说，当然期望平面关节型机器人的制造成本低，同时也期望该平面关节型机器人可动范围较大、定位精度较高、结构简单和能够适应空间狭小的使用坏境。现有两自由度平面关节机械臂在用于大范围动作的前提下，由于负载转动惯量较大，往往需要采用较大功率和体积的电机才能满足需求，这是导致其成本较高且体积庞大的主要原因，由此，本实用新型提出一种利用合适的减速机构来平衡负载惯量，从而达到降低成本、缩减体积的目的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种两自由度平面关节机械臂，能够使平面关节机器人的可动范围较大、定位精度较高、结构简单和能够适应空间狭小的环境，同时也降低了该平面关节机器人制造成本。

为解决上述的技术问题，本实用新型釆用以下技术方案：

一种两自由度平面关节机械臂，包括底座、第一臂杆、第二臂杆、第一伺服电机、第二伺服电机、第一减速机构、第二减速机构；所述第一伺服电机安装于底座上，通过第一减速机构连接第一臂杆，第二伺服电机安装于第一臂杆上，通过第二减速机构连接第二臂杆。

上述技术方案中，所述第一减速机构、第二减速机构可以采用同步带轮结构、或主从动齿轮结构。优选的，第一减速机构应采用同步带轮结构，第二减速机构应采用主从动齿轮结构，若将第一减速机构采用齿轮结构，实际安装中齿轮固定座会与第一伺服电机干涉，不利于安装，若第二减速机构采用同步带轮结构，则会将整体体积变大，不仅不利于观感，更重要的是会增大转动惯量。

进一步的，通过计算电机转动惯量和负载转动惯量，且留有一定裕度后，所述的第一减速机构的减速比优选为10:1；所述第二减速机构的减速比优选为6:1。

进一步的，所述的第一伺服电机固定在底座上，所述第一减速机构采用同步带轮结构，其中主动带轮直接由第一伺服电机驱动，通过同步带与从动带轮相连接，从动带轮连接第一臂杆带动第一臂杆转动；所述底座上安装有轴承固定座，所述从动带轮通过固定件与安装在轴承固定座中的第一深沟球轴承配合。

更进一步的，所述的从动带轮、主动带轮均采用圆弧齿同步带轮。

进一步的，所述的第二伺服电机固定在第一臂杆上，所述第二减速机构采用主从动齿轮结构，其中主动齿轮直接由第二伺服电机驱动，与从动齿轮啮合，从动齿轮连接第二臂杆带动第二臂杆转动；所述第一臂杆上安装有轴承固定座，所述从动齿轮通过固定件与安装在轴承固定座中的第二深沟球轴承配合。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用了一种新型的平面关节机械臂结构，利用特殊的减速机构来平衡负载惯量，从而达到降低成本、缩减体积的目的。

附图说明

图1为本实用新型的两自由度平面关节机械臂的一种具体结构示意图；

图2为图1结构的俯视图；

其中，1、第一伺服电机 2、主动同步轮固定座 3、主动同步带轮 4、同步带 5、从动同步带轮 6、从动同步轮固定座 7、第一轴承固定座 8、第一深沟球轴承 9、第一臂杆 10、第二轴承固定座 11、第二伺服电机 12、主动齿轮固定座 13、主动齿轮 14、从动齿轮 15、从动齿轮固定座 16、第二臂杆 17、末端。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

如图1、2所示为本实用新型的一种具体结构示意图，在该实施例中，两自由度平面关节机械臂包括底座、通过同步带轮的配合实现一定的减速比的第一减速机构，第一臂杆9，其与底座平行且能够转动的安装在第一减速机构上；通过齿轮的配合实现一定的减速比的第二减速机构，被安装在第一臂杆9上，第二臂杆16可转动的安装在第二减速机构上，第一臂杆、第二臂杆上开有用于走线的贯穿的通孔。

以桌面作为标准参考系，所述底座为平行并固定在桌面上的平板。底座上留有对应于第一伺服电机1的安装孔位。

第一伺服电机1固定在底座上后，第一减速机构中的主动同步带轮3通过主动同步轮固定座2与第一伺服电机1相连接，且通过同步带4与第一减速机构中的从动同步带轮5相连接。所述第一减速机构中的从动同步带轮5通过固定件与第一轴承固定座7中的第一深沟球轴承8配合，第一轴承固定座7的下端固定在底座上。第一减速机构的从动同步带轮5作为第一伺服电机1的输出端与第一臂杆9相连接，从而带动第一臂杆以及其上的部件转动；

第二伺服电机11固定在第一臂杆上，第二减速机构中的主动齿轮13通过主动齿轮固定座12与第二伺服电机11装配，且与第二减速机构中的从动齿轮14相啮合连接。所述第二减速机构中的从动齿轮14通过从动齿轮固定座15与安装在第二轴承固定座10中的第二深沟球轴承配合，所述第二轴承固定座10的下端固定在第一臂杆9上。第二减速机构的从动齿轮作为第二伺服电机11的输出端与第二臂杆16相连接，从而带动第二臂杆以及其上的部件转动；

底座与桌面之间采用螺丝进行装配；底座与第一伺服电机及第一轴承固定座采用螺丝进行装配。

所述第一减速机构中，主动同步带轮固定座2与第一伺服电机1间通过螺丝配合，主动同步带轮3与主动同步带轮固定座2采用过渡配合；第一轴承固定座7与第一深沟球轴承8采用过盈配合，从动同步带轮固定座6与第一深沟球轴承8采用过渡配合，同时从动同步带轮固定座6与第一臂杆9通过螺丝装配。

所述第二减速机构中，主动齿轮固定座12与第二伺服电机11间通过螺丝配合，主动齿轮13与主动齿轮固定座12采用过渡配合；第二轴承固定座与第二深沟球轴承采用过盈配合，从动齿轮固定座15与第二深沟球轴承采用过渡配合。第二臂杆16与从动齿轮固定座采用螺丝配合。

本实用新型机械臂的工作原理及过程如下：

伺服电机由控制器驱动。当接受到指定的角度命令时，控制器将需要转动的角度换算为伺服电机的脉冲数，再除以对应减速机构的减速比，最后得到的结果发送给伺服电机。伺服电机接受到脉冲指令后，进行转动相应的角度，同时带动减速机构中的从动轮进行旋转。固定在从动轮上的臂杆随之转动。通过计算电机转动惯量和负载转动惯量，且留有一定裕度后，所述的第一减速机构的减速比优选为10:1；所述第二减速机构的减速比优选为6:1。

通过转动惯量的计算公式：

可以看出负载转动惯量随着臂杆长度的增加呈平方级增长，

设转动比为K；负载转动惯量为J，电机的额定转动惯量为J_M；

J＝k²*J_M

可以得出增加减速机构，在同样的负载转动惯量下所需的电机额定转动惯量会减小很多；因此采用本实用新型的设计可以有效的解决负载转动惯量增大的问题，降低了成本；可以在平面关节工作范围较大时，无需再选用成本更高、体积更大的电机，即可满足使用需求。

Claims (6)

1.一种两自由度平面关节机械臂，其特征在于，包括底座、第一臂杆、第二臂杆、第一伺服电机、第二伺服电机、第一减速机构、第二减速机构；所述第一伺服电机安装于底座上，通过第一减速机构连接第一臂杆，第二伺服电机安装于第一臂杆上，通过第二减速机构连接第二臂杆。

2.根据权利要求1所述的两自由度平面关节机械臂，其特征在于，所述第一减速机构、第二减速机构采用同步带轮结构、或主从动齿轮结构。

3.根据权利要求1所述的两自由度平面关节机械臂，其特征在于，所述的第一减速机构的减速比为10:1；所述第二减速机构的减速比为6:1。

4.根据权利要求1所述的两自由度平面关节机械臂，其特征在于，所述的第一伺服电机固定在底座上，所述第一减速机构采用同步带轮结构，其中主动带轮直接由第一伺服电机驱动，通过同步带与从动带轮相连接，从动带轮连接第一臂杆带动第一臂杆转动；所述底座上安装有轴承固定座，所述从动带轮通过固定件与安装在轴承固定座中的第一深沟球轴承配合。

5.根据权利要求1所述的两自由度平面关节机械臂，其特征在于，所述的从动带轮、主动带轮均采用圆弧齿同步带轮。

6.根据权利要求1所述的两自由度平面关节机械臂，其特征在于，所述的第二伺服电机固定在第一臂杆上，所述第二减速机构采用主从动齿轮结构，其中主动齿轮直接由第二伺服电机驱动，与从动齿轮啮合，从动齿轮连接第二臂杆带动第二臂杆转动；所述第一臂杆上安装有轴承固定座，所述从动齿轮通过固定件与安装在轴承固定座中的第二深沟球轴承配合。

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