CN219213196U - 一种全密封多关节的防爆机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种全密封多关节的防爆机械臂，包括机械臂基座、基座旋转关节、主臂俯仰关节、主臂、副臂俯仰关节、副臂、小臂俯仰关节、小臂和末端云台，机械臂基座上通过基座旋转关节连接有主臂俯仰关节，主臂俯仰关节上通过主臂连接有副臂俯仰关节，副臂俯仰关节上通过副臂连接有小臂俯仰关节，小臂俯仰关节上通过小臂连接有末端云台，主臂、副臂、小臂均设置有密封的外壳，且外壳的内部空腔充入惰性气体，各关节与外壳的连接处均设有密封圈。本实用新型提供一种模块化的全密封多关节的防爆机械臂，结构重量轻，易于调整，传动精准，结构模块清晰，兼容性好，可在多种环境中使用。

Description

一种全密封多关节的防爆机械臂

技术领域

本实用新型涉及机械臂技术领域，具体涉及一种全密封多关节的防爆机械臂。

背景技术

机械臂是目前机器人领域中得到最广泛应用的机械装置，用于替代汽车制造、电子电气等行业中的人工操作，极大地降低人力成本和提高生产效率，并有效地提高产品生产质量。

目前主流的工业机械臂一般采取电机加谐波减速机或 RV 减速机的结构方案，臂展范围在 1.2m 以内，受此限制，要完成某一固定区域内的作业，需要反复移动搭载该机械臂的AGV 小车，或在作业区域内部署多台机械臂，联合作业完成同一项任务。采用 AGV 底盘搭载的，其位置的精确程度需要依靠 AGV 小车的导航定位精度，作业效率和施工效果并不理想，而多机械臂联合作业给软件算法提出了指数级升高的难度。在特种应用场合，如海洋油气平台，石化工厂，矿井等对机器人装置有严格防爆要求的场景，常规隔爆式的设计，极大地限制了机械臂在这些类型场景中地应用。现有的电驱机械臂负载小自重大，结构复杂，极大其限制了在移动平台上的搭载，同时也提高了在移动平台上布局的技术难度和成本，工作臂展范围受限，单次作业覆盖目标区域过小，影响工程施工效率，同时限制了其在有严格防爆要求场合的应用。因此需要开发一款轻量、紧凑、大负载能力的全密封多关节的防爆机械臂。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种模块化的全密封多关节的防爆机械臂，结构重量轻，易于调整，传动精准，结构模块清晰，兼容性好，可在多种环境中使用。

本实用新型的目的可以通过以下所述技术方案来实现：一种全密封多关节的防爆机械臂，包括机械臂基座、基座旋转关节、主臂俯仰关节、主臂、副臂俯仰关节、副臂、小臂俯仰关节、小臂和末端云台，机械臂基座上通过基座旋转关节连接有主臂俯仰关节，主臂俯仰关节上通过主臂连接有副臂俯仰关节，副臂俯仰关节上通过副臂连接有小臂俯仰关节，小臂俯仰关节上通过小臂连接有末端云台，主臂、副臂、小臂均设置有密封的外壳，且外壳的内部空腔充入惰性气体，各关节与外壳的连接处均设有密封圈。

优选的，末端云台包括云台俯仰关节、云台旋转关节、云台翻盖和集成 LED 灯的摄像头模块，云台俯仰关节连接于小臂的末端，云台旋转关节连接于云台俯仰关节的顶端，云台翻盖固定连接于云台旋转关节的顶端，摄像头模块固定设置于云台翻盖上。

优选的，基座旋转关节、主臂俯仰关节、副臂俯仰关节和小臂俯仰关节均采用蜗轮蜗杆传动结构的关节模组，关节模组包括关节轴壳体、输出转轴、蜗轮、蜗杆、驱动组件、驱动器安装座和电机驱动器，关节轴壳体的一端固定安装有驱动组件，驱动组件的输出端固定连接有蜗杆，蜗杆与设置于关节轴壳体内部的蜗轮啮合，蜗轮的中心孔内安装有输出转轴，驱动组件的另一端固定连接有驱动器安装座，驱动器安装座上设置有电机驱动器，电机驱动器电性连接有编码器和解码器；驱动组件包括空心杯电机和多级行星减速机，空心杯电机的输出端连接多级行星减速机的输入端，多级行星减速机的输出端连接于蜗杆。

优选的，云台俯仰关节、云台旋转关节均采用一体化关节模组，一体化关节模组包括一体化关节输出端和一体化关节连接管。

优选的，主臂俯仰关节的外侧固定设置有外接法兰。

优选的，主臂俯仰关节和小臂俯仰关节的关节轴线平行。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用高度集成的设计，将各个俯仰关节的驱动部件和控制器均集成在机械臂的结构体内，使得机械臂可以作为一个完全独立的功能模块组件，可装至所需要的各类移动机器人上，再者采用完全密封的结构，既可以满足在绝大部分应用场景中的防尘、防水要求，还可通过正压防爆的方式，在其内通入惰性气体，使之应用于需要有防爆要求的石化、面粉加工等区域。

附图说明

利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本实用新型一种全密封多关节的防爆机械臂的结构示意图。

图2为本实用新型一种全密封多关节的防爆机械臂中关节模组的结构示意图。

图3为本实用新型一种全密封多关节的防爆机械臂中关节模组的另一结构示意图。

图4为图3中A-A向剖视图。

图5为本实用新型一种全密封多关节的防爆机械臂中一体化关节模组的结构示意图。

图6为图5中一体化关节模组的剖视结构图。

图中所示标号表示为：1、机械臂基座；2、基座旋转关节；3、主臂俯仰关节；4、主臂；5、副臂俯仰关节；6、副臂；7、小臂俯仰关节；8、小臂；9、云台俯仰关节；10、云台旋转关节；11、摄像头模块；12、关节轴壳体；13、输出转轴；14、蜗轮；15、蜗杆；16、驱动组件；17、驱动器安装座；18、电机驱动器；19、一体化连接管；20、一体化输出端；21、电机本体；22、电机壳体；23、谐波减速机；24、骨架轴油封；25输出法兰。

具体实施方式

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示) 下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

下面将结合具体实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。

参阅图1至图6所示，本实用新型的结构为：一种全密封多关节的防爆机械臂，包括机械臂基座1、基座旋转关节2、主臂俯仰关节3、主臂4、副臂俯仰关节5、副臂6、小臂俯仰关节7、小臂8和末端云台，机械臂基座1上通过基座旋转关节2连接有主臂俯仰关节3，主臂俯仰关节3上通过主臂4连接有副臂俯仰关节5，副臂俯仰关节5上通过副臂6连接有小臂俯仰关节7，小臂俯仰关节7上通过小臂8连接有末端云台，主臂4、副臂6、小臂8均设置有密封的外壳，且外壳的内部空腔充入惰性气体，各关节与外壳的连接处均设有密封圈。具体的，因机械臂需要做到正压型防爆，所有的电气部件均安装于密封的外壳内部，在外壳的空腔内冲入约 1bar的惰性气体，采用全密封设计，使得该机械臂具备优良的气密性，可以确保机械臂整体的防水、防尘能力，使之应用于有防爆要求的石化、面粉加工等作业场景。

进一步的，末端云台包括云台俯仰关节9、云台旋转关节10、云台翻盖和集成 LED灯的摄像头模块11，云台俯仰关节9连接于小臂8的末端，云台旋转关节10连接于云台俯仰关节9的顶端，云台翻盖固定连接于云台旋转关节10的顶端，摄像头模块11固定设置于云台翻盖上。

进一步的，基座旋转关节2、主臂俯仰关节3、副臂俯仰关节5和小臂俯仰关节7需要能承受大扭矩，因此均采用蜗轮蜗杆传动结构的关节模组，关节模组包括关节轴壳体12、输出转轴13、蜗轮14、蜗杆15、驱动组件16、驱动器安装座17和电机驱动器18，关节轴壳体12的一端固定安装有驱动组件16，驱动组件16的输出端固定连接有蜗杆15，蜗杆15与设置于关节轴壳体12内部的蜗轮14啮合，蜗轮14的中心孔内安装有输出转轴13，驱动组件16的另一端固定连接有驱动器安装座17，驱动器安装座17上设置有电机驱动器18，电机驱动器18电性连接有编码器和解码器；驱动组件16包括空心杯电机和多级行星减速机，空心杯电机的输出端连接多级行星减速机的输入端，多级行星减速机的输出端连接于蜗杆15。具体的，空心杯电机经过行星减速机减速后，输出给蜗杆15，蜗杆15带动蜗轮14转动，并通过输出转轴13将扭矩传递给相应关节，各关节开始转动，主臂、副臂和小臂俯仰关节的结构基本一致，仅因实际负载的不同，安装的驱动组件16的规格不一样，采用空心杯电机+多级行星减速机+涡轮蜗杆的传动方式，可以在极限小巧、轻质和紧凑的空间布局下，实现最大的承载能力，获得优异的负载自重比。

如图5、图6所示，云台俯仰关节9、云台旋转关节10均采用一体化关节模组，一体化关节模组包括一体化关节输出端19和一体化关节连接管20，为机械臂的快速响应和灵活运动提供支撑，具体如图6所示，该一体化关节模组为行业内常用的关节标准件，主要集成了电机本体21、绝对值编码器、驱动器、谐波减速机23于一体，其中电机本体21通过定子组件能够产生轴向磁场，以驱动转子组件旋转，并通过将定子组件和转子组件扣装在两壳体之间，从而，将整个电机做成柱状结构，通过端面连接的方式集成谐波减速机，谐波减速机23输出端安装骨架轴油封24，确保密封性，并且模组整体设计为中空形式，便于关节部位的走线。

进一步的，主臂俯仰关节3的外侧固定设置有外接法兰。具体的，该外接法兰可以依据实际需求安装各种检测设备，如相机、灯、气体传感器等。

进一步的，主臂俯仰关节3和小臂俯仰关节7的关节轴线平行，这种设计形成一个冗余自由度，可有效的增加机械臂的灵活度，提高机械臂的避障能力，实现功能复合的操作。

以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。

Claims (5)

1.一种全密封多关节的防爆机械臂，其特征在于：包括机械臂基座（1）、基座旋转关节（2）、主臂俯仰关节（3）、主臂（4）、副臂俯仰关节（5）、副臂（6）、小臂俯仰关节（7）、小臂（8）和末端云台，所述机械臂基座（1）上通过基座旋转关节（2）连接有主臂俯仰关节（3），所述主臂俯仰关节（3）上通过主臂（4）连接有副臂俯仰关节（5），所述副臂俯仰关节（5）上通过副臂（6）连接有小臂俯仰关节（7），所述小臂俯仰关节（7）上通过小臂（8）连接有末端云台，所述主臂（4）、副臂（6）、小臂（8）均设置有密封的外壳，且外壳的内部空腔充入惰性气体，各关节与外壳的连接处均设有密封圈；

所述末端云台包括云台俯仰关节（9）、云台旋转关节（10）、云台翻盖和集成 LED 灯的摄像头模块（11），所述云台俯仰关节（9）连接于所述小臂（8）的末端，所述云台旋转关节（10）连接于云台俯仰关节（9）的顶端，所述云台翻盖固定连接于云台旋转关节（10）的顶端，所述摄像头模块（11）固定设置于云台翻盖上。

2.根据权利要求1所述的一种全密封多关节的防爆机械臂，其特征在于：所述基座旋转关节（2）、主臂俯仰关节（3）、副臂俯仰关节（5）和小臂俯仰关节（7）均采用蜗轮蜗杆传动结构的关节模组，所述关节模组包括关节轴壳体（12）、输出转轴（13）、蜗轮（14）、蜗杆（15）、驱动组件（16）、驱动器安装座（17）和电机驱动器（18），所述关节轴壳体（12）的一端固定安装有驱动组件（16），所述驱动组件（16）的输出端固定连接有蜗杆（15），所述蜗杆（15）与设置于所述关节轴壳体（12）内部的蜗轮（14）啮合，所述蜗轮（14）的中心孔内安装有输出转轴（13），所述驱动组件（16）的另一端固定连接有驱动器安装座（17），所述驱动器安装座（17）上设置有电机驱动器（18），所述电机驱动器（18）电性连接有编码器和解码器；所述驱动组件（16）包括空心杯电机和多级行星减速机，所述空心杯电机的输出端连接多级行星减速机的输入端，所述多级行星减速机的输出端连接于蜗杆（15）。

3.根据权利要求1所述的一种全密封多关节的防爆机械臂，其特征在于：所述云台俯仰关节（9）、云台旋转关节（10）均采用一体化关节模组，所述一体化关节模组包括套接配合的一体化关节输出端（20）和一体化关节连接管（19）。

4.根据权利要求1所述的一种全密封多关节的防爆机械臂，其特征在于：所述主臂俯仰关节（3）的外侧固定设置有外接法兰。

5.根据权利要求1所述的一种全密封多关节的防爆机械臂，其特征在于：所述主臂俯仰关节（3）和小臂俯仰关节（7）的关节轴线平行。

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