CN219054389U - 一种机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机械臂。所述机械臂包括大臂支座、大臂机构和小臂机构；所述大臂支座上面的大臂支座旋转轴与第一平行杆的一端转动连接，该第一平行杆与第二平行杆转动连接，第二平行杆分别与大臂机构和小臂机构同轴转动连接；所述第二平行杆可相对第三平行杆的一端转动，该第三平行杆可相对第四平行杆转动，第四平行杆与小臂机构的末端转动连接；所述第一平行杆、第二平行杆、大臂机构和大臂支座的一段形成第一平行四连杆机构；所述第二平行杆的至少一段、第三平行杆、第四平行杆和小臂机构形成第二平行四连杆机构；所述第一平行四连杆机构和第二平行四连杆机构共边。本实用新型的机械臂保证了抓取面的角度不变，节省了控制角度的电机。

Description

一种机械臂

技术领域

本实用新型涉及一种机械臂，属于工业机器人领域。

背景技术

码垛机器人是将货物按一定排列码放在托盘或指定的空间内，可以根据程序实现自动堆码，可堆码多层。码垛机器人可大大地降低劳动强度、节约人员成本，目前已广泛应用于自动化流水线、搬运码垛、集装箱搬运、机床上下料等自动搬运作业中。

现有的码垛机器人的机械臂需要保证抓取面的角度不变，一般都会设计控制角度的电机，这种设计导致机械臂的负载较高，能耗较大。

发明内容

本实用新型旨在提供一种机械臂，该机械臂可以始终保证抓取面的角度不变，从而节省控制角度的电机，降低负载。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种机械臂，包括大臂支座、大臂机构和小臂机构；所述大臂支座上装有大臂机构，所述大臂机构与小臂机构转动连接；

所述大臂支座上面的大臂支座旋转轴与第一平行杆的一端转动连接，该第一平行杆的另一端与第二平行杆一端转动连接，第二平行杆另一端与大臂机构和小臂机构同轴转动连接；

所述第二平行杆通过第二平行杆旋转轴可相对第三平行杆的一端转动，该第三平行杆的另一端可相对第四平行杆的一端转动，第四平行杆的另一端与小臂机构的末端转动连接；

所述第一平行杆、第二平行杆、大臂机构和大臂支座的一段形成第一平行四连杆机构；所述第二平行杆的至少一段、第三平行杆、第四平行杆和小臂机构形成第二平行四连杆机构；所述第一平行四连杆机构和第二平行四连杆机构共边。

由此，所述第一平行四连杆机构和第二平行四连杆机构共边，这样大臂电机驱动大臂、小臂电机驱动小臂时，可以始终保证抓放机构的抓取面角度不变，从而节省了控制角度的电机。

根据本实用新型的实施例，还可以对本实用新型作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

在其中一个优选的实施例中，所述第二平行杆旋转轴兼作第一平行杆与第二平行杆的转动轴。

在其中一个优选的实施例中，装在小臂机构末端的抓放机构固定在第四平行杆上，其包括抓放旋转电机减速机和夹具；所述抓放旋转电机减速机包括抓放旋转电机与抓放旋转减速机；所述抓放旋转电机的输出轴驱动抓放旋转减速机通过夹具传动机构带动夹具旋转。

在其中一个优选的实施例中，所述大臂支座上还装有第一小臂连杆，该第一小臂连杆由小臂电机减速机的输出端驱动转动，第一小臂连杆的另一端可相对第二小臂连杆的一端转动，第二小臂连杆的另一端通过小臂驱动旋转轴可相对小臂机构转动；所述第一小臂连杆、第二小臂连杆、小臂机构的一段和大臂机构形成四连杆机构。更优选地，所述第一小臂连杆、第二小臂连杆、小臂机构的一段和大臂机构形成的四连杆机构为平行四连杆结构。

以下对装有本实用新型的机械臂的机器人做详细的描述，这种机器人包括升降平台装置、旋转装置、上述机械臂和抓放机构；所述旋转装置固定在升降平台装置的上部，大臂支座固定在旋转装置的输出轴上并可相对升降平台装置转动；所述大臂支座的上装有大臂机构，该大臂机构由大臂电机减速机的输出端驱动转动。

这样，采用两个共边的平行四连杆机构，其中一个平行四边形的一边角度与水平面保持不变，那么另一个平行四边对应的一边的角度也与水平面的角度保持不变，在运动过程中，两个平行四边形相互牵制，保证了抓取面的角度不变，节省了控制角度的电机、降低了负载。

这种机器人结构简单、体积小、精度高、功耗低、码垛速度快、码垛范围大且操作灵活。

所述大臂支座安装在一旋转装置上，该旋转装置固定在升降平台装置上，所述旋转装置的输出轴可驱动所述大臂支座相对升降平台装置转动。这样，旋转装置设置在升降平台装置与大臂支座中间，相比于现有的旋转装置设置在升降平台装置的底部的方案，本实用新型减少了旋转装置的负载、扭矩，即其旋转惯量。

本实用新型的小臂电机减速机安装在大臂支座上，减少了小臂机构的自身重量，同时减少了大臂机构的旋转惯量；同时减少了小臂机构对大臂机构的作用扭矩，减少了大臂机构的负载；还减少了旋转装置的扭矩，减少了升降平台装置的翻转力矩；最后这种设计便于安装及走线、外形小巧、运动空间干涉少。

所述抓放机构固定在第四平行杆上，其包括抓放旋转电机减速机和夹具；所述抓放旋转电机减速机包括抓放旋转电机与抓放旋转减速机；所述抓放旋转电机的输出轴驱动抓放旋转减速机通过夹具传动机构带动夹具旋转。所述夹具传动机构包括旋转连接座、连接套、旋转杆和推力轴承；所述抓放旋转减速机的输出端与连接套通过键传动连接，所述旋转连接座内套装有推力轴承，所述连接套套装在推力轴承内，所述连接套下端与旋转杆固定连接，旋转杆底部与夹具固定连接；所述抓放旋转电机驱动抓放旋转减速机、连接套、旋转杆旋转而带动夹具旋转；所述旋转连接座与第四平行杆固定连接。

所述升降平台装置包括底座、第一套筒、第二套筒、动力提升装置和导向装置；所述底座与第一套筒固定连接，所述动力提升装置的一端与底座固定连接，该动力提升装置的另一端安装在第二套筒上，所述第一套筒和所述第二套筒之间设有竖向布置的导向装置。所述导向装置包括安装在第一套筒内壁的滑轨和安装在第二套筒外壁的滑块；所述滑轨和滑块配合导向。

所述动力提升装置包括提升电机和由提升电机输出端驱动的提升电机减速机；所述提升电机减速机的输出端与第一同步带轮通过键传动连接，第一同步带轮与第二同步带轮通过同步带传动连接，第二同步带轮输出端与螺套通过键传动连接；所述螺套内螺纹连接有螺杆，螺杆上端套装有浮动接头，所述浮动接头与第二套筒的一端铰接相连。

所述升降平台装置顶部固定安装有旋转装置，所述旋转装置包括减速机及旋转装置电机；所述减速机的外壳与第二套筒固定连接，减速机的动力输出端与大臂支座传动连接，减速机输入端与旋转装置电机传动连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型采用两个共边的平行四连杆机构，这样其中一个平行四边形的一边角度与水平面保持不变，那么另一个平行四边对应的一边的角度也与水平面的角度保持不变，在运动过程中，两个平行四边形相互牵制，保证了抓取面的角度不变，节省了控制角度的电机、降低了负载。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的等轴视图；

图2是图1的主视图；

图3是本实用新型中升降平台装置的主视图；

图4是图3中A-A剖视图；

图5是图2的B向视图；

图6是图5的C向剖视图（隐藏了抓放机构）；

图7是小臂机构的等轴视图；

图8是大臂支座的等轴视图；

图9是第四平行杆的等轴视图；

图10是图5的D-D剖视图；

图11是图2的I视局部放大图。

其中：1-升降平台装置、2-旋转装置、3-大臂支座、4-大臂机构、5-小臂机构、6-抓放机构、1.1-底座、1.2-第一套筒、1.3-第二套筒、1.4-动力提升装置、1.5-滑轨、1.6-滑块、1.7-提升电机、1.8-提升电机减速机、1.9-螺杆、1.10-螺套、1.11-浮动接头、1.12-第一同步带轮、1.13-同步带、1.14-第二同步带轮、2.1-旋转轴、2.2-减速机、2.3-减速机输出轴平台、2.4-旋转装置电机、3.1-大臂支座旋转轴、4.1-大臂电机减速机、4.2-大臂电机、4.3-大臂减速机、5.1-小臂电机减速机、5.2-第一小臂连杆、5.3-第二小臂连杆、5.4-第一平行杆、5.5-第二平行杆、5.6-第三平行杆、5.7-第四平行杆、5.8-小臂驱动旋转轴、5.9-第二平行杆旋转轴、5.10-第二平行杆连接轴线I、5.11-第二平行杆连接轴线Ⅱ、5.12-抓放机构旋转轴、5.13-小臂电机、5.14-小臂减速机、6.1-抓放旋转电机减速机、6.2-夹具、6.3-抓放旋转电机、6.4-抓放旋转减速机、6.5-旋转连接座、6.6-连接套、6.7-旋转杆、6.8-推力轴承。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图2所示，本实施例的机械臂包括大臂支座3、大臂机构4、小臂机构5。大臂支座3的顶部与大臂机构4一端转动连接，大臂机构4的另一端与小臂机构5的一端转动连接。

如图6、图7、图10所示，所述小臂机构5的一端与大臂机构4的另一端转动且转动点为D点，小臂电机减速机5.1包括有小臂电机5.13和小臂减速机5.14，所述小臂电机5.13的输出端与小臂减速机5.14通过键传动连接，小臂减速机5.14外壳与大臂支座3的另一侧通过法兰固定连接，小臂减速机5.14的输出端与第一小臂连杆5.2的一端通过法兰传动连接，转动点为A点，第一小臂连杆5.2的另一端与第二小臂连杆5.3的一端转动且旋转点为B点，第二小臂连杆5.3的另一端与小臂机构5上的小臂驱动旋转轴5.8转动且旋转点为C点，小臂电机减速机5.1驱动第一小臂连杆5.2、第二小臂连杆5.3绕转动点转动从而驱动小臂机构5绕D点转动。

如图6、图7、图8、图9所示，第一平行杆5.4一端与大臂支座3上的大臂支座旋转轴3.1转动且旋转点为E点，另一端与第二平行杆5.5的第二平行连杆连接轴线I5.10转动为F点，第二平行杆5.5另一端第二平行杆连接轴线Ⅱ5.11与大臂机构4、小臂机构5转动且同轴心，旋转点为点D；所述第二平行杆5.5上还设有第二平行杆旋转轴5.9，所述第二平行杆旋转轴5.9与第三平行杆5.6转动且旋转点为点G；所述第三平行杆5.6的另一端与第四平行杆5.7的一端转动且旋转点为点H；第四平行杆5.7的另一端与小臂机构5上抓放机构旋转轴5.12传动连接且旋转点为点J。

如图6所示，在此平面上点AE的直线距离与点FD的直线距离相等，点AD与点EF的直线距离相等，即点AEFD的连线为一个转动的平行四边形。

在此平面上，点DG的直线距离与点HJ的直线距离相等，点GH的直线距离与点DJ的直线距离相等，即点DGHJ的连线为一个转动的平行四边形。

由于上述两个四边形共用一个边DF，并且点AE的连线与水平面的夹角保持不变，即两四边形在大臂机构4、小臂机构5转动时也相互牵制转动，即HJ的连线与水平面的夹角不变，第四平行杆5.7与水平面的夹角不随大臂机构4、小臂机构5的转动而改变。

如图1、图2、图3、图4所示，一种机器人包括升降平台装置1、旋转装置2、上述机械臂和抓放机构6。所述升降平台装置1一端与地面固定连接，另一端与旋转装置2的一端固定连接。所述旋转装置2的另一端与大臂支座3的底部转动连接，大臂支座3的顶部与大臂机构4一端转动连接，大臂机构4的另一端与小臂机构5的一端转动连接，小臂机构5的另一端与抓放机构6转动连接。

工作时，所述升降平台装置1可带动顶部的机构组件上下移动；所述旋转装置2可带动其上部的机构组件沿旋转轴2.1转动。

如图2、图4所示，所述升降平台装置1包含有底座1.1、第一套筒1.2、第二套筒1.3、动力提升装置1.4、滑轨1.5、滑块1.6、提升电机1.7、提升电机减速机1.8、螺杆1.9、螺套1.10、浮动接头1.11、第一同步带轮1.12、同步带1.13、第二同步带轮1.14，所述动力提升装置1.4一端与底座1.1固定连接，另一端与第二套筒1.3连接，所述动力提升装置1.4内由提升电机1.7通过键传动连接提升电机减速机1.8的输入端，提升电机减速机1.8的输出端与第一同步带轮1.12通过键传动连接，第一同步带轮1.12与第二同步带轮1.14通过同步带1.13传动连接，第二同步带轮1.14输出端与螺套1.10通过键传动连接；所述螺套1.10内螺纹连接有螺杆1.9，螺杆1.9上端套装有浮动接头1.11，所述浮动接头1.11与第二套筒1.3的一端铰接；所述底座1.1与第一套筒1.2固定连接，第一套筒1.2内壁安装有滑轨1.5，所述第二套筒1.3外壁安装有滑块1.6。

升降平台装置1工作时，提升电机1.7启动带动提升电机减速机1.8、第一同步带轮1.12、同步带1.13、第二同步带轮1.14、螺套1.10旋转，从而带动螺杆1.9向上旋转，进而带动浮动接头1.11、第二套筒1.3向上顶升，所述第二套筒1.3与第一套筒1.2通过滑轨1.5、滑块1.6进行两侧限位，构成了直线运动副，所述滑轨1.5、滑块1.6为多组，顶升时起到了导向及承载上部构件对升降平台装置1的翻转力矩的作用，此方案中动力提升装置1.4选用伺服电动缸。

如图2和图4所示，所述第二套筒1.3顶部还固定安装有旋转装置2，所述旋转装置2由减速机2.2、减速机输出轴平台2.3及旋转装置电机2.4组成，所述减速机2.2的外壳与第二套筒1.3固定连接，减速机2.2顶部固定安装有减速机输出轴平台2.3，所述减速机输出轴平台2.3上传动连接有大臂支座3，减速机2.2输入端与旋转装置电机2.4通过键传动连接；当旋转装置电机2.4驱动减速机2.2及减速机输出轴平台2.3旋转，从而带动减速机输出轴平台2.3及其上部机构转动，所述减速机2.2优选RV减速机。

如图6、图10所示，所述大臂支座3的一侧通过法兰固定安装有大臂电机减速机4.1，所述大臂电机减速机4.1包括有大臂电机4.2、大臂减速机4.3，所述大臂电机4.2的输出端与大臂减速机4.3的输入端通过键传动连接，大臂减速机4.3外壳与大臂支座3的一侧通过法兰固定连接，大臂减速机4.3的输出端与大臂机构4的一端通过法兰传动连接，转动点为A点；工作时，大臂电机4.2驱动大臂减速机4.3旋转从而带动大臂机构4绕A点转动。

如图11所示，所述抓放机构6包括有抓放旋转电机减速机6.1、夹具6.2、旋转连接座6.5、连接套6.6、旋转杆6.7、推力轴承6.8，所述抓放旋转电机减速机6.1包括有抓放旋转电机6.3与抓放旋转减速机6.4；所述抓放旋转电机6.3的输出轴与抓放旋转减速机6.4的输入端通过键传动连接，抓放旋转减速机6.4的输出端与连接套6.6通过键传动连接，所述旋转连接座6.5内套装有推力轴承6.8，连接套6.6套装在推力轴承6.8内，所述连接套6.6下端与旋转杆6.7螺栓固定连接，旋转杆6.7底部与夹具6.2螺栓固定连接；工作时，抓放旋转电机6.3驱动抓放旋转减速机6.4、连接套6.6、旋转杆6.7旋转，从而带动夹具6.2旋转，可根据码垛需求进行抓放物品的旋转，最终精准控制抓取物的水平旋转角度；所述旋转连接座6.5与第四平行杆5.7固定连接，即抓放机构6与水平面夹角保持不变，可保证抓放物料的平稳性。

装箱/码垛的动作原理：根据物料的高度及角度等位置信息，系统驱动升降平台装置1上升或下降，及驱动旋转装置2旋转共同来满足机械臂可达的抓取范围；系统同时通过位置信息，驱动大臂电机4.2、小臂电机5.13单独或共同作用，使抓放机构6到达预定抓料点处，此时夹具6.2对物料进行吸取或夹取，根据摆放规则，系统控制抓放旋转电机6.3的旋转角度以达到设定值。通过系统的设定参数，可对装箱或码垛等搬运工作实现自动化。其中升降平台装置1可增加机械手臂可达的高度范围，旋转装置2可增加机械手臂的角度范围，实现了360度旋转。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本实用新型，而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实施例的各种等价形式的修改均落入本实用新型所附权利要求所限定的范围。

Claims (5)

1.一种机械臂，包括大臂支座（3）、大臂机构（4）和小臂机构（5）；所述大臂支座（3）上装有大臂机构（4），所述大臂机构（4）与小臂机构（5）转动连接；其特征在于：

所述大臂支座（3）上面的大臂支座旋转轴（3.1）与第一平行杆（5.4）的一端转动连接，该第一平行杆（5.4）的另一端与第二平行杆（5.5）一端转动连接，第二平行杆（5.5）另一端与大臂机构（4）和小臂机构（5）同轴转动连接；

所述第二平行杆（5.5）通过第二平行杆旋转轴（5.9）可相对第三平行杆（5.6）的一端转动，该第三平行杆（5.6）的另一端可相对第四平行杆（5.7）的一端转动，第四平行杆（5.7）的另一端与小臂机构（5）的末端转动连接；

所述第一平行杆（5.4）、第二平行杆（5.5）、大臂机构（4）和大臂支座（3）的一段形成第一平行四连杆机构；所述第二平行杆（5.5）的至少一段、第三平行杆（5.6）、第四平行杆（5.7）和小臂机构（5）形成第二平行四连杆机构；所述第一平行四连杆机构和第二平行四连杆机构共边。

2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述第二平行杆旋转轴（5.9）兼作第一平行杆（5.4）与第二平行杆（5.5）的转动轴。

3.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，装在小臂机构（5）末端的抓放机构（6）固定在第四平行杆（5.7）上，其包括抓放旋转电机减速机（6.1）和夹具（6.2）；所述抓放旋转电机减速机（6.1）包括抓放旋转电机（6.3）与抓放旋转减速机（6.4）；所述抓放旋转电机（6.3）的输出轴驱动抓放旋转减速机（6.4）通过夹具传动机构带动夹具（6.2）旋转。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的机械臂，其特征在于，所述大臂支座（3）上还装有第一小臂连杆（5.2），该第一小臂连杆（5.2）由小臂电机减速机（5.1）的输出端驱动转动，第一小臂连杆（5.2）的另一端可相对第二小臂连杆（5.3）的一端转动，第二小臂连杆（5.3）的另一端通过小臂驱动旋转轴（5.8）可相对小臂机构（5）转动；所述第一小臂连杆（5.2）、第二小臂连杆（5.3）、小臂机构（5）的一段和大臂机构（4）形成四连杆机构。

5.根据权利要求4所述的机械臂，其特征在于，所述第一小臂连杆（5.2）、第二小臂连杆（5.3）、小臂机构（5）的一段和大臂机构（4）形成的四连杆机构为平行四连杆结构。

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