CN102059695A - 机器人的臂部件及其制造方法以及具有该臂部件的机器人 - Google Patents

Abstract

一种机器人的臂部件，其包括分体成型的连接件和支撑件。连接件转动安装于机器人。支撑件与连接件固定相连。连接件为一回转体，其内部开设有贯穿两端的沿直线延伸的第一空腔。支撑件内开设有与连接件的第一空腔相通的第二空腔。本发明还提供一种上述机器人的臂部件的制造方法以及一种具有该臂部件的机器人。所述机器人的臂部件具有结构简单、便于铸造等优点。

Description

机器人的臂部件及其制造方法以及具有该臂部件的机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人的臂部件及其制造方法以及一种具有该臂部件的机器人。

背景技术

图1所示为一种工业机器人，其包括基座11、转动设置于基座11的机架12、转动设置于机架12的大臂13及与大臂13转动连接的小臂14。基座11用于将工业机器人安装至地板或者类似物上，机架12可绕第一旋转轴线a旋转，大臂13可绕第二旋转轴线b旋转，小臂14可绕第三旋转轴线c摆动，并可绕穿过小臂14的第四旋转轴线d旋转。该六轴工业机器人还包括设于小臂14末端上的旋转部件15，旋转部件15上设有旋转轴16。一般可通过在旋转轴16上安装夹具、刀具或者探测仪器等末端执行器进行工作。

请参阅图2，小臂14的形状类似为叉形。在设计制造上述六轴工业机器人的小臂14时，一方面应考虑增强小臂14的刚度、强度以其应力分布的均匀性，以抵抗施加在小臂14上的各种复杂的作用力，并减小小臂14的振动；另一方面应考虑减轻小臂14的重量，以减小其转动惯量，从而增强小臂14的控制精度，使其能够准确快速定位。现有技术一般通过在小臂14上设置中空结构以在保持其刚度的情况下减轻其重量。然而，小臂14的外形较为复杂，长度较大，其内部中空结构的截面形状为半封闭型结构，这使得铸造小臂14的砂型模具也比较复杂，且用于成型该中空结构的型芯不易准确定位于型腔中，不但难以保证铸造尺寸精度，还增加了铸造难度。

发明内容

鉴于上述内容，有必要提供一种结构简单、便于铸造的机器人的臂部件及其制造方法以及一种具有该臂部件的机器人。

一种机器人的臂部件，其包括分体成型的连接件和支撑件。连接件转动安装于机器人。支撑件与连接件固定相连。连接件为一回转体，其内部开设有贯穿两端的沿直线延伸的第一空腔。支撑件内开设有与连接件的第一空腔相通的第二空腔。

一种制造上述机器人的臂部件的方法，其包括以下步骤：使用第一模具制造连接件，该第一模具具有可相互结合的第一型箱、第二型箱及型芯，型芯用于形成该第一空腔；将型芯固定于第一型箱内，并将第一型箱与第二型箱相结合以形成与连接件形状大小一致的型腔；向型腔内注入熔融的金属溶液，待金属溶液冷却后，将第一型箱与第二型箱分离，以形成连接件；使用第二模具制造支撑件；将连接件与支撑件固定相连以形成该臂部件。

一种机器人，其包括包括基座、转动设置于基座的机架、转动设置于机架的大臂及与大臂转动连接的小臂。小臂包括臂部件。臂部件包括分体成型的连接件和支撑件。连接件可转动地安装在机器人上。支撑件与连接件固定相连。连接件为一回转体，其内部开设有贯穿两端的沿直线延伸的第一空腔。支撑件内开设有与连接件的第一空腔相通的第二空腔。

上述臂部件的连接件为回转体，其结构筋单，且其内开设有贯穿两端的第一空腔，在铸造时，可将型芯较为准确牢靠地定位于型箱中，有助于提高铸造成型的臂部件尺寸的稳定性，在满足臂部件的刚度及强度要求的情况下，可提高材料的利用率，从而减轻臂部件的重量。另外，将臂部件分体铸造成型可降低单个模具的大小，提高每部分的外形精度。

附图说明

图1是一种六轴工业机器人的立体示意图。

图2是图1所示臂部件的立体放大示意图。

图3是本发明实施例一的机器人的立体示意图，该机器人包括臂部件。

图4是图3所示臂部件的立体放大示意图。

图5是图3所示臂部件的立体分解示意图。

图6是图4沿VI-VI线的剖面示意图。

图7是本发明实施例二的臂部件的立体分解示意图。

图8是图7所示臂部件的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明机器人的臂部件及其制造方法以及具有该臂部件的机器人作进一步的详细说明。

本发明的臂部件可以应用于直线坐标式、圆柱坐标式、球坐标式及关节式机器人中，本实施例以应用于六轴关节式机器人为例加以说明。

请参阅图3，本发明实施例一的机器人100与背景技术所描述的机器人相似(请参阅图1)，其包括基座101、可转动地设置于基座101的机架102、可转动地设置于机架102的大臂103、与大臂13转动连接的连接臂104、以及与连接臂104转动连接的小臂105。小臂105包括臂部件200、设于臂部件200内的驱动部件(图未示)及设于臂部件未端的旋转部件106。旋转部件106可进一步安装夹具、刀具或者探测仪器等末端执行器(图未示)来进行工作。

请同时参阅图4和图5，本发明实施例一的臂部件200包括固定相连的连接件20和支撑件40。

连接件20大致为沿直线延伸的回转体结构，其包括主体21及分别位于主体21两端的第一连接部23和第二连接部25。第一连接部23大致为圆筒，其可穿设于机器人100的连接臂104的安装孔(未标示)内。连接件20靠近第一连接部23的部位还形成有一用以与连接臂104相抵持的定位凸缘211。第二连接部25主要用来与支撑件40相连。连接件20靠近第二连接部25的端部还垂直延伸形成有一连接法兰251。法兰251大致为方形，其上开设有多个固定孔253。主体21的形状大致为圆台形，且其直径自凸缘211至法兰251逐渐变小。请一并参阅图6，连接件20具有一条回转中心轴线29。连接件20的纵截面图形关于中心轴线29对称。连接件20内部开设有贯穿两端的第一空腔27。第一空腔27大致为圆柱形，其纵截面图形也关于中心轴线29对称。第一空腔27既可以容纳各种线缆，又可减轻连接件20的重量，增强其刚性。

支撑件40大致呈“ㄇ”型，其包括主体41及从主体41一侧朝同一方向平行延伸所形成的第一支撑部43及第二支撑部45。主体41大致为方形，其具有一与连接件20的法兰251形状相同的侧壁411。侧壁411上还开设有与固定孔253相对应的多个螺纹孔413。小臂105还包括多个螺钉60。螺钉60可穿过固定孔253而进入螺纹孔413内，以将连接件20和支撑件40固定在一起。第一支撑部43和第二支撑部45上各开设一个圆形的安装孔431、451。安装孔431和安装孔451具有重合的轴线47。旋转部件106可设置于第一支撑部43和第二支撑部45之间，并可绕轴线47旋转。请一并参阅图6，支撑件40内部开设有与连接件20的第一空腔27相通的第二空腔49。第二空腔49主要用于容置驱动旋转部件106旋转的驱动部件。

上述臂部件200的连接件20可选用轻质、高强度的材料进行制造，如铸铝或铝合金等，其制造方法包括以下步骤：

(1)提供第一砂型模具，其具有可相互结合的第一砂型箱和第二砂型箱及型芯，型芯的形状大致与第一空腔27相同，其两端分别延伸形成两个支撑部，该第一砂型箱的两侧各形成有一个用于容纳该两个支撑部的容置槽。

(2)将该型芯固定于第一砂型箱内，并将第一、第二砂型箱相结合以形成与连接件20形状大小一致的型腔。固定该型芯时，可将该型芯的两个支撑部分别容纳于该第一砂型箱的两个容置槽内。

(3)向步骤(2)中形成的型腔内注入熔融的金属溶液，在该金属溶液冷却后，将第一、第二砂型箱分离，并进行清砂并将型芯取出，从而形成连接件20。该金属溶液优选为铸铝或铝合金金属溶液。

支撑件40可使用第二砂型模具通过常规的砂型铸造法进行制造，在此不再赘述。

使用上述方法制造连接件20时，由于连接件20为一外形较为简单的回转体、且其截面为轴对称图形，故可降低砂型模具的设计难度及加工成本。由于可通过该第一砂型箱两侧的容置槽对型芯进行支撑，从而便于将砂芯准确牢靠地定位于砂型箱中，提高铸造成型的小臂105的尺寸的稳定性。在满足刚度及强度要求的情况下，有助于使小臂105的壁厚更薄，从而减轻小臂105的重量，并提高材料的利用率以及铸造的良率。另外，将小臂105分成两部分进行分别铸造可降低单个砂型模具的大小，提高每部分的外形精度。可以理解，该容置槽也可设于该第二砂型箱。铸造的模具也不限于砂型模，例如可为永久模或熔失模。

本发明实施例一的关节式机器人100因小臂105具有重量较轻、刚度较好等特点，不仅可减小关节式机器人100的自身重量，同时降低对用于驱动小臂105的传动装置(比如电机)的转矩/力矩要求，从而可以选取价格较低或体积较小的电机。另外，小臂105转速及其定位精度可得到提高，从而有助于提升关节式机器人的工作效率及作业的精确度。可以理解，如果小臂105直接可转动连接的连接于大臂103，则连接臂104也可省略。

可以理解，臂部件200的连接件20及支撑件40的外形也不限于本实施例所描述的结构，其也可以根据机器人的类型及强度要求设置为其他形式的结构。第一空腔27的形状不限于圆柱形，其也可以为矩形、六边形或椭圆形等其他可通过砂型铸造成型的形状。

请同时参阅图7和图8，所示为本发明实施例二的臂部件300。臂部件300与臂部件200大致相同，包括连接件50和支撑件70，其不同之处在于：连接件50的一端形成有螺纹连接部55，支撑件70的主体71上开设有可与螺纹连接部55相配合的螺纹孔73。组装时，螺纹连接部55锁合在螺纹孔73内，以将连接件50与支撑件70固定连接，且使连接件50的第一空腔57与支撑件70的第二空腔79相通。

本发明的臂部件200并不限应用于关节式机器人的小臂中，其还可以应用于直线坐标式、圆柱坐标式、球坐标式及其他关节式机器人的各个臂中。

本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (9)

1.一种机器人的臂部件，其特征在于：该臂部件包括分体成型的连接件和支撑件，该连接件转动安装于机器人，该支撑件与该连接件固定相连，该连接件为一回转体，该连接件内开设有贯穿两端的沿直线延伸的第一空腔，该支撑件内开设有与该第一空腔相通的第二空腔。

2.如权利要求1所述的臂部件，其特征在于：该连接件一端形成有法兰，该支撑件通过该法兰与该连接件固定相连。

3.如权利要求2所述的臂部件，其特征在于：该连接件包括主体及位于该主体两端的第一连接部和第二连接部，该第一连接部可转动地穿设于该机器人上，该法兰由该第二连接部垂直延伸形成，该主体的直径自该第一连接部至该第二连接部逐渐变小。

4.如权利要求1所述的臂部件，其特征在于：该连接件一端形成螺纹连接部，该支撑件上开设有与该螺纹连接部相配合的螺纹孔。

5.如权利要求1所述的臂部件，其特征在于：该连接件具有轴线，该连接件的纵截面图形关于该轴线对称，该第一空腔的纵截面图形关于该轴线对称。

6.如权利要求1所述的臂部件，其特征在于：该支撑件包括主体及从该主体一侧朝同一方向平行延伸所形成的第一支撑部及第二支撑部，该第一支撑部和该第二支撑部上各开设一个圆形的安装孔，该两个安装孔具有重合的轴线。

7.一种机器人，其包括包括基座、转动设置于该基座的机架、转动设置于该机架的大臂及与该大臂转动连接的小臂，该小臂包括臂部件，其特征在于：该臂部件包括分体成型的连接件和支撑件，该连接件转动安装于该大臂，该支撑件与该连接件固定相连，该连接件为一回转体，该连接件内开设有贯穿两端的沿直线延伸的第一空腔，该支撑件内开设有与该第一空腔相通的第二空腔。

8.一种制造权利要求1所述机器人的臂部件的方法，其包括以下步骤：

使用第一模具制造该连接件，该第一模具具有可相互结合的第一型箱和第二型箱及型芯，该型芯用于形成该第一空腔；

将该型芯固定于第一砂型箱内，并将该第一型箱与该第二型箱相结合以形成与该连接件形状大小一致的型腔；

向该型腔内注入熔融的金属溶液，在该金属溶液冷却后，将该第一型箱与第二型箱分离，以形成该连接件；

使用第二模具制造该支撑件；

将该连接件与该支撑件固定相连以形成该臂部件。

9.如权利要求8所述的机器人的臂部件的制造方法，其特征在于：该型芯两端分别延伸形成两个支撑部，该第一型箱及第二型箱的其中之一上形成有两个用于容纳该两个支撑部的容置槽。

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