CN104908031A - 一种多关节工业机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多关节工业机械手，包括基座，所述基座上端安装有第一关节和第一驱动装置，所述第一关节上安装有摆动臂和摆动驱动装置，所述摆动臂上安装有第二关节和第二驱动装置，所述摆动臂有两个，所述摆动驱动装置包括固定在所述第一关节上端且位于两个所述摆动臂之间的摆动电机，所述第二关节的一端转动连接在两个所述摆动臂的上端且位于两个所述摆动臂之间，所述第二驱动装置包括位于两个所述摆动臂之间且靠近所述摆动电机位置处的第二电机。通过设置两个摆动臂，各关节传递过来的扭力被分布到两个摆动臂上，同时摆动电机和第二电机的布置位置，重心较低且有效降低了摆动臂所需承受的扭力，结构简单、寿命较高且工作稳定性较好。

Description

一种多关节工业机械手

技术领域

本发明涉及一种机械手结构，尤其是一种多关节工业机械手。

背景技术

工业制造加工企业广泛采用工业机器手是未来的发展趋势，工业机器手的应用不仅可以提高产品的产量和品质，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高生产率的有着重要的意义。

机械结构是提高工业机械手性能的一项关键技术，直接影响到工业机械手的稳定性和精准度。现有的工业机械手结构普遍较为复杂，导致与其配套的控制***也相对复杂，成本较高。

中国发明专利ZL201510055999.4公开了一种新型六自由度机械手，包括基座、第一旋转装置、第二旋转装置、第一连接臂、第三旋转装置、第四旋转装置、第二连接臂、第五旋转装置、第六旋转装置，第一旋转装置安装于基座，第二旋转装置安装于第一旋转装置，第一连接臂的一端安装于第二旋转装置，第三旋转装置安装于第一连接臂的另一端，第四旋转装置安装于第三旋转装置，第二连接臂的一端安装于第四旋转装置，第五旋转装置安装于第二连接臂的另一端，第六旋转装置安装于第五旋转装置。该机械手的结构虽然相对简单，但该机械手各个电机只是简单的布置在连接臂的端部，使用时连接臂需要承受较大的扭力，容易疲劳断裂，使用寿命较低；同时，该机械手各连接臂之间依靠相应的减速器进行连接并提供支撑，工作时减速器需要承受较大的力，影响其工作的稳定性；此外，该机械手各电机的输出轴与相应的连接臂转动轴同轴，各电机的电源线以及控制***的各条线路的绕线由于需要避开运动机构，绕线相对复杂，容易出现故障，工作稳定性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、寿命较高且工作稳定性较好的多关节工业机械手。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多关节工业机械手，包括基座，所述基座上端安装有第一关节，所述基座内安装有用于驱动所述第一关节转动的第一驱动装置，所述第一关节上安装有摆动臂组和用于驱动所述摆动臂组转动的摆动驱动装置，所述摆动臂上安装有第二关节和用于驱动所述第二关节转动的第二驱动装置，所述第二关节上安装有第三关节和用于驱动所述第三关节转动的第三驱动装置，所述第三关节上安装有第四关节和用于驱动所述第四关节转动的第四驱动装置，所述第四关节上安装有执行件和用于驱动所述执行件转动的执行驱动装置，所述基座、所述第一关节、所述摆动臂组、所述第二关节和所述第三关节位于同一平面上；

所述摆动臂组包括两个摆动臂，两个所述摆动臂相互平行且固定连接，两个所述摆动臂的一端分别转动连接在所述第一关节的上端，所述摆动驱动装置包括固定在所述第一关节上端且位于两个所述摆动臂之间的摆动电机和与所述摆动电机传动连接的摆动减速器，所述摆动减速器与其中一个所述摆动臂传动连接；

所述第二关节的一端转动连接在两个所述摆动臂远离所述摆动电机的一端且位于两个所述摆动臂之间，所述第二驱动装置包括位于两个所述摆动臂之间且靠近所述摆动电机位置处的第二电机、安装在所述第二电机的输出轴上的第二主动轮、与所述第二主动轮配合的第二从动轮以及连接在所述第二主动轮和所述第二从动轮之间的第二皮带，所述第二从动轮与所述第二关节传动连接，且所述第二关节与所述摆动臂转动连接的转动轴与所述第二从动轮的中心轴同轴。

作为本发明的一种改进，所述第一驱动装置包括位于所述基座内部的第一电机和与所述第一电机传动连接的第一减速器，所述第一关节与所述第一减速器传动连接，且所述第一关节的转动轴、所述第一减速器的输出轴和所述第一电机的输出轴同轴。

作为本发明的一种改进，所述第三驱动装置包括第三电机、安装在所述第三电机的输出轴上的第三主动轮、与所述第三主动轮配合的第三从动轮、连接在所述第三主动轮和所述第三从动轮之间的第三皮带以及与所述第三从动轮传动连接的第三减速器，所述第三关节的一端固定连接在所述第三减速器的输出轴上，且所述第三关节、所述第三从动轮与所述第三减速器同轴。

作为本发明的一种改进，还包括过线管，所述过线管穿插在所述第三减速器和所述第三从动轮上，且位于第三减速器和所述第三从动轮的中心轴上。

作为本发明的一种改进，所述第三关节远离所述第二关节的一端具有两个相互平行的关节臂，所述第四关节转动连接在两个所述关节臂之间。

作为本发明的一种改进，所述执行驱动装置包括执行电机和安装在所述执行电机的输出轴上的执行减速器，所述执行件与所述执行减速器传动连接，且所述执行件、所述执行减速器和所述执行电机的输出轴同轴。

采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1、通过设置两个摆动臂，第二关节、第三关节和第四关节传递过来的扭力被分布到两个摆动臂上，同时将摆动电机布置在第一关节上，并将第二电机布置在摆动臂靠近摆动电机的位置处，重心较低且有效降低了摆动臂所需承受的扭力，结构简单、寿命较高且工作稳定性较好。

2、在机械手工作的各个状态下，基座、第一关节、摆动臂、第二关节和第三关节始终处于同一平面内，各部件的受力能够较好的传动到基座上，降低各关节连接处的减速器所需承受的扭力，提高减速器的工作稳定性和使用寿命。

3、通过设置过线管，便于相应电机电源线和控制***的各条线路的绕线，避免机械手结构复杂化，也能有效降低成本。

4、通过执行电机直接控制执行件的运动，有效提供的机械手动作的精准度。

附图说明

图1为本发明多关节工业机械手的结构示意图；

图2为本发明多关节工业机械手省略部分零部件的结构示意图；

图3为本发明多关节工业机械手的剖切结构示意图；

图4为图3中A-A位置的剖切结构示意图；

图5为图3中B-B位置的剖切结构示意图。

图中标示对应如下：

10-基座；               20-第一关节；

30-第一驱动装置；       31-第一电机；

32-第一减速器；         40-摆动臂组；

41-摆动臂；             50-摆动驱动装置；

51-摆动电机；           52-摆动减速器；

60-第二关节；           61-底座；

62-侧盖；               70-第二驱动装置；

71-第二电机，           72-第二主动轮；

73-第二从动轮；         74-第二皮带；

75-第二减速器；         80-第三关节；

81-过线管；             82-关节臂；

90-第三驱动装置；       91-第三电机；

92-第三主动轮；         93-第三从动轮；

94-第三皮带；           95-第三减速器；

100-第四关节；          110-第四驱动电机；

111-第四电机；          112-第四主动轮；

113-第四从动轮；        114-第四皮带；

115-第四减速器；        120-执行件；

130-执行驱动装置；      131-执行电机；

132-执行减速器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

如图1-图5所示，本实施例提供的多关节工业机械手，包括可固定在底板上的基座10和用于控制整个机械手动作的控制***，控制***为本领域常规的***，此处不再详述。

基座10上安装有第一关节20和用于驱动第一关节20转动的第一驱动装置30。第一关节20安装在基座10的上端，第一驱动装置30包括位于基座10内部的第一电机31和与第一电机31传动连接的第一减速器32，第一电机31的输出轴竖直布置，第一减速器32的输出轴与第一电机31的输出轴同轴，第一关节20与第一减速器32的输出轴传动连接，这样第一关节20以及安装在第一关节20上的各个零部件可在第一电机31的驱动下在水平面内做旋转运动，第一关节20的转动轴与第一减速器32的输出轴和第一电机31的输出轴同轴。由于第一电机31的输出轴是竖直布置的，可减轻第一关节20以及安装在第一关节20上的各个零部件的重量对第一电机31负载的影响，降低能耗。

第一关节20上安装有摆动臂组40和用于驱动摆动臂组40转动的摆动驱动装置50。摆动臂组40包括相互对称放置的两个摆动臂41，两个摆动臂41相互平行且相互固定连接，两个摆动臂41的一端分别转动连接在第一关节20的上端，另一端形成机械手的肩部。摆动驱动装置50包括固定在第一关节20上端且位于两个摆动臂41之间的摆动电机51和与摆动电机51传动连接的摆动减速器52，摆动减速器52与其中一个摆动臂41传动连接。当然，两个摆动臂41与第一关节20之间的连接位置处需要设置有轴承，轴承可以分散摆动臂41的重量对摆动电机51的输出轴的压力。降低摆动电机51的负载。

在本实施例中，摆动电机51的输出轴水平放置，且摆动臂41与第一关节20转动连接的转动轴与摆动电机51的输出轴同轴，这样摆动臂41可以在摆动电机51的驱动下在竖直平面内转动，无论摆动臂41处于哪个位置，摆动电机51始终位于第一关节20的上方，摆动电机51的重量不会增加摆动臂41的受力，使得摆动臂41的动作更加灵活。

摆动臂41上安装有第二关节60和用于驱动第二关节60转动的第二驱动装置70。第二关节60的一端转动连接在两个摆动臂41远离摆动电机51的一端且位于两个摆动臂41之间。在本实施例中，第二关节60包括底座61和可从底座61拆卸下来的侧盖62，底座61和侧盖62扣合后呈方形箱体状，底座61用于与各零部件连接，侧盖62为装饰件，可在确保机械手外观美观的情况下，便于安装和维护机械手内部的控制***线路。

第二驱动装置70包括位于两个摆动臂41之间且靠近摆动电机51位置处的第二电机71、安装在第二电机71的输出轴上的第二主动轮72、与第二主动72轮配合的第二从动轮73以及连接在第二主动轮72和第二从动轮73之间的第二皮带74，第二从动轮72与第二关节60的底座61传动连接，且第二关节60与摆动臂41转动连接的转动轴与第二从动轮72的中心轴位同轴。

第二电机71的布置位置可以尽可能的靠近第一关节20，这样可以降低第二电机71的重量对摆动臂41的影响，降低摆动臂41所受到的扭力和摆动电机51的负载。

在本实施例中，第二电机71的输出轴与摆动电机51的输出轴是相互平行的，即第二关节60的转动平面与摆动臂41的转动平面是一样的，这样，力的传递更加平稳。此外，第二从动轮72与第二关节60之间还连接有第二减速器75。

第二关节60上安装有第三关节80和用于驱动第三关节80转动的第三驱动装置90。第三驱动装置90包括第三电机91、安装在第三电机91的输出轴上的第三主动轮92、与第三主动轮92配合的第三从动轮93、连接在第三主动轮92和第三从动轮93之间的第三皮带94以及与第三从动轮94传动连接的第三减速器95，第三关节80的一端固定连接在第三减速器95的输出轴上，且第三关节80、第三从动轮93和第三减速器95同轴。这样，基座10、第一关节20、摆动臂组40、第二关节60和第三关节80始终位于同一平面上，工作稳定性较好。

本实施例的多关节工业机械手还包括过线管81，过线管81穿插在第三减速器95和第三从动轮93上，且位于第三减速器95和第三从动轮93的中心轴上，这样控制***的各线路的绕线可以从过线管91中穿过，而不必设置复杂的绕线结构。

第三关节80上安装有第四关节100和用于驱动第四关节转动的第四驱动装置110。第三关节80远离第二关节60的一端具有两个相互平行的关节臂82，第四关节100的一端转动连接在这两个关节臂82之间，这样可以使得结构更加稳定，防止使用时第四关节100抖动而影响机械手的精准度。

第四驱动装置110包括第四电机111、安装在第四电机111的输出轴上的第四主动轮112、与第四主动轮112配合的第四从动轮113、连接在第四主动轮112和第四从动轮113之间的第四皮带114以及与第四从动轮114传动连接的第四减速器(图中未示出)，第四关节110固定连接在第四减速器的输出轴上，且第四关节110和第三关节80转动连接的转动轴与第四从动轮113同轴。

第四关节100上安装有执行件120和用于驱动所述执行件转动的执行驱动装置130。执行件120为常规的零件，可以根据机械手需要完成的工作选择具体的执行件规格，此处不再详述。

执行驱动装置130包括执行电机131和安装在执行电机131的输出轴上的执行减速器132，执行件120与执行减速器132传动连接，且执行件120、执行减速器132和执行电机131的输出轴同轴。这样执行电机131可以直接驱动执行件120转动，而不需要经过复杂的传动机构，有效提高了机械手的精准度。

需要说明的是，考虑到用于安装执行电机131的第四关节100位于第三关节80的端部，会使得第三关节80受到较大的扭力，执行电机131在能满足驱动执行件120的前提下，应该选择重量较轻的电机。

上面结合附图对本发明做了详细的说明，但是本发明的实施方式并不仅限于上述实施方式，本领域技术人员根据现有技术可以对本发明做出各种变形，如采用旋转气缸代替上述实施例中的各个电机等，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种多关节工业机械手，包括基座，其特征在于，所述基座上端安装有第一关节，所述基座内安装有用于驱动所述第一关节转动的第一驱动装置，所述第一关节上安装有摆动臂组和用于驱动所述摆动臂组转动的摆动驱动装置，所述摆动臂上安装有第二关节和用于驱动所述第二关节转动的第二驱动装置，所述第二关节上安装有第三关节和用于驱动所述第三关节转动的第三驱动装置，所述第三关节上安装有第四关节和用于驱动所述第四关节转动的第四驱动装置，所述第四关节上安装有执行件和用于驱动所述执行件转动的执行驱动装置，所述基座、所述第一关节、所述摆动臂组、所述第二关节和所述第三关节位于同一平面上；

所述摆动臂组包括两个摆动臂，两个所述摆动臂相互平行且固定连接，两个所述摆动臂的一端分别转动连接在所述第一关节的上端，所述摆动驱动装置包括固定在所述第一关节上端且位于两个所述摆动臂之间的摆动电机和与所述摆动电机传动连接的摆动减速器，所述摆动减速器与其中一个所述摆动臂传动连接；

所述第二关节的一端转动连接在两个所述摆动臂远离所述摆动电机的一端且位于两个所述摆动臂之间，所述第二驱动装置包括位于两个所述摆动臂之间且靠近所述摆动电机位置处的第二电机，安装在所述第二电机的输出轴上的第二主动轮、与所述第二主动轮配合的第二从动轮以及连接在所述第二主动轮和所述第二从动轮之间的第二皮带，所述第二从动轮与所述第二关节传动连接，且所述第二关节与所述摆动臂转动连接的转动轴与所述第二从动轮的中心轴同轴。

2.如权利要求1所述的多关节工业机械手，其特征在于，所述第一驱动装置包括位于所述基座内部的第一电机和与所述第一电机传动连接的第一减速器，所述第一关节与所述第一减速器传动连接，且所述第一关节的转动轴、所述第一减速器的输出轴和所述第一电机的输出轴同轴。

3.如权利要求1所述的多关节工业机械手，其特征在于，所述第三驱动装置包括第三电机、安装在所述第三电机的输出轴上的第三主动轮、与所述第三主动轮配合的第三从动轮、连接在所述第三主动轮和所述第三从动轮之间的第三皮带以及与所述第三从动轮传动连接的第三减速器，所述第三关节的一端固定连接在所述第三减速器的输出轴上，且所述第三关节、所述第三从动轮与所述第三减速器同轴。

4.如权利要求3所述的多关节工业机械手，其特征在于，还包括过线管，所述过线管穿插在所述第三减速器和所述第三从动轮上，且位于第三减速器和所述第三从动轮的中心轴上。

5.如权利要求3所述的多关节工业机械手，其特征在于，所述第三关节远离所述第二关节的一端具有两个相互平行的关节臂，所述第四关节转动连接在两个所述关节臂之间。

6.如权利要求1-5中任一权利要求所述的多关节工业机械手，其特征在于，所述执行驱动装置包括执行电机和安装在所述执行电机的输出轴上的执行减速器，所述执行件与所述执行减速器传动连接，且所述执行件、所述执行减速器和所述执行电机的输出轴同轴。