CN220030239U - 一种多轴机械臂和装卸装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多轴机械臂和装卸装置，涉及机器人技术领域。其中，该多轴机械臂包括：包括安装座，还包括：第一运动组件，其一端固定于所述安装座上，并可沿第一方向产生运动；第二运动组件，其一端固定于所述第一运动组件上，并可沿第二方向产生运动；第三运动组件，其一端与所述第二运动组件远离所述第一运动组件的一端固定，并可沿第三方向产生运动；所述第一运动组件、所述第二运动组件和所述第三运动组件中至少有一个组件所产生的运动为转动，且转动所在的平面与水平面之间有夹角。本实用新型通过设置三组运动组件，且其中的一组转动平面和水平面有夹角，实现对竖直面内堆砌的物料的装卸。

Description

一种多轴机械臂和装卸装置

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，特别涉及一种多轴机械臂和装卸装置。

背景技术

随着制造业的发展，自动化设备在越来越多的领域得到应用。多轴机械臂是近几十年发展起来的一种自动化设备，其具有作业准确、在复杂环境中完成作业的能力强等的优点。随着科技日新月益的发展，多轴机械臂在生产生活中的应用越来越广泛。比如在装卸货物的过程中，就经常会使用多轴机械臂对工件进行移送。

现有技术中的多轴机械臂，其取料范围主要针对水平面内的大范围物料移转，其各个轴的自由度也主要用于在水平面内做各种运动，而对于在竖直面内堆砌的物料的装卸，现有的多轴机械臂则难以适用，特别是很多竖直移载货物的场景中，如货车、卡车等自动装卸货时，对于宽度、高度等操作空间要求比较严格，但是同时又需要覆盖足够大的操作范围，因此亟需提出一种适用于此的多轴机械臂。

实用新型内容

针对以上存在的技术问题，本实用新型提供了一种多轴机械臂和装卸装置，通过设置三组运动组件，且其中的一组转动平面和水平面有夹角，实现对竖直面内堆砌的物料的装卸。所述技术方案如下：

本实用新型具体提供了一种多轴机械臂，包括安装座，还包括：第一运动组件，其一端固定于所述安装座上，并可沿第一方向产生运动；第二运动组件，其一端固定于所述第一运动组件上，并可沿第二方向产生运动；第三运动组件，其一端与所述第二运动组件远离所述第一运动组件的一端固定，并可沿第三方向产生运动；所述第一运动组件、所述第二运动组件和所述第三运动组件中至少有一个组件所产生的运动为转动，且转动所在的平面与水平面之间有夹角。

进一步，所述第一运动组件、所述第二运动组件和所述第三运动组件中至少有两个组件所产生的运动为转动，且两个组件转动时所在的平面相互平行。

进一步，所述第一运动组件所产生的运动为直线运动，所述第二运动组件固定于所述第一运动组件的驱动端上，且所述第一方向与所述第二方向/所述第三方向垂直。

进一步，所述第一运动组件包括第一安装板和驱动连接所述第一安装板的伸缩机构，所述伸缩机构设置在安装座上，所述伸缩机构驱动所述第一安装板沿所述第一方向靠近/远离所述安装座。

进一步，所述第二运动组件包括第二转臂和驱动连接所述第二转臂的端部的第二驱动件，所述第二驱动件设置在所述第一安装板，所述第二驱动件驱动所述第二转臂沿所述第二方向转动。

进一步，所述第三运动组件包括第三转臂和驱动连接所述第三转臂的端部的第三驱动件，所述第三驱动件设置在所述第二转臂远离所述第二驱动件的一端，所述第三驱动件驱动所述第三转臂沿所述第三方向转动。

进一步，所述第二方向和第三方向均位于竖直平面内。

进一步，还包括第四运动组件，所述第四运动组件设置在所述第三转臂远离所述第三驱动件的一端，并可沿第四方向产生运动；所述第四运动组件具有工作端，所述工作端用于驱动取放机构沿所述第四方向产生运动。

进一步，所述第四运动组件包括包括第四驱动件，第四驱动件固定连接所述第三转臂远离所述第三电机的一端，第四驱动件用于驱动所述取放机构沿所述第四方向转动。

进一步，所述第二运动组件、第三运动组件和第四运动组件转动时所在的三个平面均两两平行。

本实用新型还提供了一种装卸装置，包括用于取放物料的取放机构、移动机构和上述任意一项所述的多轴机械臂，所述移动机构固定连接所述安装座，并用于移动所述多轴机械臂，所述第四运动组件的工作端固定连接所述取放机构。

本实用新型的有益效果：

首先，本实用新型的多轴机械臂通过设置三组运动组件，且其中的一组转动平面和水平面有夹角，以此完成对沿竖直面堆砌的物料的装卸，扩大了多轴机械臂的适用场景。

其次，安装座、第一运动组件、第二运动组件、第三运动组件和第四运动组件依次连接，取放机构在第一运动组件的驱动下可以沿水平方向做直线运动，以此靠近或者远离待装卸货物；取放机构在第二运动组件和第三运动组件的驱动下可以在一对平行的竖直平面内转动，以此取放竖直面内不同位置的货物；取放机构在第四运动组件的驱动下可以旋转不同的角度以便于以合适的角度取放货物，从而多轴机械臂拥有四个自由度，可以驱动取放机构灵活的对各种复杂工况下的货物进行上下货，适用于对于宽度、高度等操作空间要求比较严格，但是同时又需要覆盖足够大的操作范围的场景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是一个实施例的整体结构示意图；

图2是图1的主视图；

图3是图1的俯视图。

在所有的视图中，相同的标号表示等同或类似的零件或部件。

10、第一运动组件；11、第一安装板；111、第一轴孔；12、伸缩机构；13、第一电机；14、第一丝杠；15、第一滑块；20、第二运动组件；21、第二转臂；211、第二轴孔；22、第二驱动件；23、第二电机；30、第三运动组件；31、第三转臂；311、第三轴孔；32、第三驱动件；33、第三电机；40、第四运动组件；41、第四驱动件；42、第四电机。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

在本说明书的描述中，若出现术语″实施例一″、″本实施例″、″在一个实施例中″等描述，意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例；而且，所描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以恰当的方式结合。

在本说明书的描述中，术语″连接″、″安装″、″固定″、″设置″、″具有″等均做广义理解，例如，″连接″可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在一个实施例中，如图1所示，一种多轴机械臂，包括安装座、第一运动组件10、第二运动组件20、第三运动组件30。第一运动组件10固定连接在安装座上，第一运动组件10可沿第一方向产生运动为多轴机械臂提供第一个自由度。第二运动组件一端固定在第一运动组件上，第二运动组件可沿第二方向产生运动为多轴机械臂提供第二个自由度。第三运动组件的一端与第二运动组件远离第一运动组件的一端固定，第三运动组件可沿第三方向产生运动为多轴机械臂提供第三个自由度。其中，安装座可以是固定的建筑物或安装基座，也可以是可移动的运动机构，如卸货车、装货车，本实施例中不做限定。

三个自由度可以是旋转，也可以是直线运动，第一运动组件、第二运动组件和第三运动组件中至少有一个运动组件所产生的运动为转动，且转动所在的平面与水平面之间有夹角。具体地，第二运动组件所产生的运动为转动，且转动所在的平面与水平面之间有夹角。第二运动组件20包括第二转臂21和第二驱动件22，为多轴机械臂提供第二个自由度。第二驱动件22固定连接第一运动组件10，同时，第二驱动件22驱动连接第二转臂21的一端。第二驱动件22驱动第二转臂21转动，且且转动所在的平面与水平面之间有夹角，即第二运动组件转动路径经过不同的高度位置，从而可以对竖直面内堆砌的物料进行装卸，而且只需要为多轴机械臂提供一个可自由转动的平面即可，对操作空间的要求不高，便于推广应用。

在一个实施例中，如图1-3所示，第二驱动件22包括第二电机23和第二轴承。第一运动组件10上开设第一轴孔111，第二轴承固定连接在第一轴孔111内，第二电机23的输出轴穿过第一轴承、且穿出端驱动第二转臂21转动。具体地，第一轴孔111水平开孔，从而第二电机23的输出轴水平伸出，并驱动第二转臂21在竖直面内转动，第二转臂21可以到达以第二电机23的输出轴为圆心、第二转臂21的长度为半径的竖直圆面内，完成对该竖直圆面内物料的装卸。

第二驱动件22还包括第二轴承座，在第一运动组件10上沿第一轴孔111的周侧开设多个螺孔，第二轴承座上沿周侧开设与之相对应的多个螺孔，利用螺栓配合前述两组螺孔将第二轴承座螺纹固定在第一轴孔111上，进而将第二轴承轴向固定在第二轴承座上。第二轴承座是用来支撑第二轴承的，第二轴承座固定第二轴承的外圈，仅仅让其内圈转动，而其外圈保持不动，从而第二电机23输出轴可以沿第一轴孔111的开口方向保持平衡，且其输出轴的转动可以传递给第二转臂21。在其他实施例中，第二轴承座还可以通过焊接、法兰等其他方式安装在第一轴孔111上。进一步，第二驱动件22还可以包括第二轴承端盖，第二轴承端盖通过螺纹固定在第一运动组件10上，并和第二轴承相配合。第二轴承端盖可以加强对第二轴承的轴向固定，同时起到密封保护的作用，防止尘土进入第二轴承造成损坏。

在一个实施例中，第二运动组件和第三运动组件所产生的运动均为转动。其中，如图1-3所示，第三运动组件30包括第三转臂31和第三驱动件32，第三驱动件32固定连接于第二转臂21远离第二驱动件22的一端，第三驱动件32驱动连接第三转臂31的端部。第三驱动件32驱动第三转臂31转动，且转动所在的平面与水平面之间有夹角。第三运动组件30多轴机械臂提供第三个自由度，进一步扩大了多轴机械臂在竖直平面内能够到达的范围。

具体地，第三驱动件32包括第三电机33和第三轴承。第二转臂21远离第二电机23的一端开设第二轴孔211，第三轴承固定连接在第二轴孔211内。第三电机33的输出轴穿过第三轴承、且穿出端驱动第三转臂31转动。其中，第二轴孔211的开孔方向和重力所在的方向垂直，从而第三电机33的输出轴可以沿水平方向自第三轴承中伸出，并驱动第三转臂31在竖直面内转动，第三转臂31可以到达以第三电机33的输出轴为圆心、第三转臂31的长度为半径的竖直圆面内，完成对该竖直圆周上物料的装卸。

第三驱动件32还包括第三轴承座，在第二转臂21上沿第二轴孔211的周侧开设螺孔，第三轴承座上开设与之相对应的螺孔，利用螺栓将第三轴承座螺纹固定在第二轴孔211上，进而将第三轴承轴向固定在第三轴承座上。第三轴承座是用来支撑第三轴承的，第三轴承座固定第三轴承的外圈，仅仅让其内圈转动，而其外圈保持不动，从而第三电机33输出轴可以沿第二轴孔211的开口方向保持平衡，且其输出轴的转动可以传递给第三转臂31。进一步，第三驱动件32还可以包括第三轴承端盖，第三轴承端盖通过螺纹螺栓固定在第二转臂21上，并和第三轴承相配合。第三轴承端盖可以加强对第三轴承的轴向固定，同时起到密封保护的作用，防止尘土进入第三轴承造成损坏。

在一个实施例中，第二运动组件和第三运动组件转动时所在的两个平面相互平行，且均位于竖直平面内。具体地，第一轴孔111和第二轴孔211的开孔方向均沿同一个水平方向。从而，第三转臂31可以移动到以第二电机23的输出轴为圆心、第二转臂21和第三转臂31的总长度为半径的竖直圆面内，完成对该大范围的竖直圆面内物料的作业，提高了多轴机械臂在竖直面内的覆盖面积，适用于更多场景。

在一个实施例中，多轴机械臂还包括第四运动组件40，第四运动组件40可以驱动连接取放机构，取放机构用于取放物料，取放机构可以设置为夹取物料的夹爪结构，也可以设置为吸放物料的吸盘结构。取放机构、第四运动组件40、第三运动组件30、第二运动组件20、第一运动组件10和安装座依次连接，取放机构在第二运动组件20的驱动下可以旋转到不同的高度位置，对沿竖直面放置的物料进行装卸，取放机构在第一运动组件10、第三运动组件30和第四运动组件40的驱动下可以进行另外三个自由度的运动，从而取放机构可以灵活的对各种复杂工况下物料进行上下货，适用于更多场景，更便于推广应用。在其他实施例中，第四运动组件40还可以连接其他机构实现其他工序。

在一个实施例中，第四运动组件40包括第四驱动件41，第四驱动件41固定连接第三转臂31远离第三电机33的一端，第四驱动件41具有工作端，工作端用于驱动取放机构沿第四方向产生运动。具体地，第四驱动件41包括第四电机42和第四轴承。第三转臂31远离第三电机33的一端开设第三轴孔311，第四轴承固定连接在第三轴孔311内。第四电机42的输出轴穿过第三轴孔311、且穿出端驱动连接取放机构。第四运动组件40可以驱动取放机构转动，根据待装卸物料的摆放情况，取放机构可以转到合适的角度来取放带移载物料，使得多轴机械臂的灵活度更高，适用范围更广。

其中，第三轴孔311的开孔方向沿水平方向，取放机构可以以第三四轴承为中心在竖直面内转动任意角度，从而能以合适的角度完成对物料的装卸。进一步，第一轴孔111、第二轴孔211和第三轴孔311三者的开孔方向均相同，从而在以第二电机23的输出轴为圆心、第二转臂21和第三转臂31的总长度为半径的竖直圆周上任何一点，取放机构可以在该竖直圆周上以第四电机42的输出轴为圆心旋转任意的角度，最大化的利用了第二转臂21和第三转臂31的位移范围，多轴机械臂结构也更规整，便于使用时调节其位置和角度。

在一个实施例中，第二电机23、第三电机33和第四电机42均设置有配套的减速器，以便驱动第二转臂21、第三转臂31和取放机构以合适的速度发生转动，实现正对待作业的位置，进而完成对待装卸物料的取放。同时，在不同的实施例中，根据实际需求，第二电机23、第三电机33和第四电机42的型号和功率都可以进行调整，可以是三者均相同的配置；也可以是根据负载不同，设计第二电机23的功率较大而第四电机42的功率较小；另外，也可以根据精度和控制的要求，采用伺服电机等。

在一个实施例中，第一运动组件10包括第一安装板11和伸缩机构12，伸缩机构12设置在安装座上并驱动连接第一安装板11，伸缩机构12驱动第一安装板11沿水平面内的某一个方向靠近或者远离安装座，第一轴孔111开设在第一安装板11，从而伸缩机构12可以通过第一安装板11间接驱动第二运动组件20、第三运动组件30和取放机构沿水平面内的某一个方向靠近或者远离安装座。第一运动组件10为多轴机械臂提供了一个沿水平方向运动的自由度，使取放机构可以沿水平方向靠近或者远离待装卸货物，当待装卸货物在水平方向放置多列时，无需移动多轴机械臂，只需启动伸缩机构12即可改变取放机构和待装卸物料的水平距离。

具体地，如图3所示，伸缩机构12包括第一电机13、第一丝杠14和第一滑块15。第一丝杠14传动连接第一电机13，第一滑块15螺纹连接于第一丝杠14。第一滑块15固定连接安装座，第一安装板11和第一丝杠14的一端固定连接，第一丝杠14的轴向垂直于重力所在的方向。第一滑块15固定在安装座上，从而当第一电机13驱动第一丝杠14转动时，第一丝杠14和第一滑块15发生相对运动，第一丝杠14固定有第一安装板11的一端在第一电机13的驱动下靠近或者远离第一滑块15，进而靠近或者远离安装座，从而实现对取放机构和待装卸物料距离的改变。在其他实施例中，伸缩机构12可以为直线电机、伸缩气缸等结构。

在其他实施例中，可以在第二转臂21的中部安装伸缩机构，伸缩机构用于改变第二转臂21的长度，进而改变第三电机33和第二电机23之间的距离，从而第二转臂21中部的伸缩机构可以调整第三电机33以及第三转臂31的位置和行程范围，适应于不同的工况下。

在一个实施例中，第一轴孔111和第二轴孔211的开孔方向垂直，即第二转臂21转动的平面和第三转臂31转动的平面是相互垂直的，第二转臂21的中部还安装伸缩机构，进一步改变了第四运动组件的行程范围。

在一个实施例中，第三转臂31和伸缩机构12处于第二转臂21相对的两个表面上，相对于第三转臂31和伸缩机构12处于第二转臂21的同一个表面上，本实施例的方案可以防止伸缩机构12干扰第三转臂31的转动，使得第三转臂31的转动更为自由，可以到达预设的任意位置。

在一个实施例中，一种装卸装置包括取放机构、移动机构和上述任一实施例中的多轴机械臂。移动机构固定连接安装座，并用于移动多轴机械臂，第四运动组件的工作端固定连接取放机构。使用时，移动机构将多轴机械臂移动到待移载的物料处，多轴机械臂利用其多组运动组件将取放机构靠近某一物料，取放机构拾取物料，移动机构再将多轴机械臂、取放机构连同其上的物料一起已送达待预定的卸货处，完成对货物的装卸和移栽。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本案技术，熟悉本领域技术的人员显然可轻易对这些实例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本案不限于以上实施例，对于以下几种情形的修改，都应该在本案的保护范围内：①以本实用新型技术方案为基础并结合现有公知常识所实施的新的技术方案，该新的技术方案所产生的技术效果并没有超出本实用新型技术效果之外；②采用公知技术对本实用新型技术方案的部分特征的等效替换，所产生的技术效果与本实用新型技术效果相同；③以本实用新型技术方案为基础进行可拓展，拓展后的技术方案的实质内容没有超出本实用新型技术方案之外；④利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域。

Claims (11)

1.一种多轴机械臂，包括安装座，其特征在于，还包括：

第一运动组件，其一端固定于所述安装座上，并可沿第一方向产生运动；

第二运动组件，其一端固定于所述第一运动组件上，并可沿第二方向产生运动；

第三运动组件，其一端与所述第二运动组件远离所述第一运动组件的一端固定，并可沿第三方向产生运动；

所述第一运动组件、所述第二运动组件和所述第三运动组件中至少有一个组件所产生的运动为转动，且转动所在的平面与水平面之间有夹角。

2.如权利要求1所述的多轴机械臂，其特征在于，所述第一运动组件、所述第二运动组件和所述第三运动组件中至少有两个组件所产生的运动为转动，且两个组件转动时所在的平面相互平行。

3.如权利要求2所述的多轴机械臂，其特征在于，所述第一运动组件所产生的运动为直线运动，所述第二运动组件固定于所述第一运动组件的驱动端上，且所述第一方向与所述第二方向/所述第三方向垂直。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的多轴机械臂，其特征在于，所述第一运动组件包括第一安装板和驱动连接所述第一安装板的伸缩机构，所述伸缩机构设置在安装座上，所述伸缩机构驱动所述第一安装板沿所述第一方向靠近/远离所述安装座。

5.如权利要求4所述的多轴机械臂，其特征在于，所述第二运动组件包括第二转臂和驱动连接所述第二转臂的端部的第二驱动件，所述第二驱动件设置在所述第一安装板，所述第二驱动件驱动所述第二转臂沿所述第二方向转动。

6.如权利要求5所述的多轴机械臂，其特征在于，所述第三运动组件包括第三转臂和驱动连接所述第三转臂的端部的第三驱动件，所述第三驱动件设置在所述第二转臂远离所述第二驱动件的一端，所述第三驱动件驱动所述第三转臂沿所述第三方向转动。

7.如权利要求6所述的多轴机械臂，其特征在于，所述第二方向和第三方向均位于竖直平面内。

8.如权利要求7所述的多轴机械臂，其特征在于，还包括第四运动组件，所述第四运动组件设置在所述第三转臂远离所述第三驱动件的一端，并可沿第四方向产生运动；所述第四运动组件具有工作端，所述工作端用于驱动取放机构沿所述第四方向产生运动。

9.如权利要求8所述的多轴机械臂，其特征在于，所述第四运动组件包括第四驱动件，第四驱动件固定连接所述第三转臂远离所述第三驱动件的一端，第四驱动件用于驱动所述取放机构沿所述第四方向转动。

10.如权利要求9所述的多轴机械臂，其特征在于，所述第二运动组件、第三运动组件和第四运动组件转动时所在的三个平面均两两平行。

11.一种装卸装置，其特征在于，包括用于取放物料的取放机构、移动机构和如权利要求8-10中任意一项所述的多轴机械臂，所述移动机构固定连接所述安装座，并用于移动所述多轴机械臂，所述第四运动组件的工作端固定连接所述取放机构。