CN104908061B - 一种机械长臂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可用于机械手的机械长臂，包括安装部、旋转关节和活动关节，所述活动关节上转动连接有执行件，所述安装部上设置有用于驱动所述旋转关节转动的第一电机、用于驱动所述活动关节转动的第二电机以及用于驱动所述执行件转动的第三电机，所述第一电机传动连接有第一传动组件，所述第二电机传动连接有第二传动组件，所述第三电机传动连接有第三传动组件，且所述第三传动组件的第三传动杆套设在所述第二组件的第二传动杆内，所述第二传动杆套设在所述第一传动组件的第一传动杆内。由于第一电机、第二电机和第三电机都布置在长臂的安装部上，重量相对较轻，使用时长臂所受到的扭力相对较小，结构简单且使用寿命较高。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械手的手臂结构，尤其是一种可用于机械手的机械长臂。
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。中国发明专利申请ZL201410425207.3公开了一种玻璃搬运码垛机械手，由固定基座、旋转台座、大动臂、小动臂、末端动臂、固定滑轨、调节滑轨、吸盘滑动架、吸盘、真空气泵、横向调节气缸、纵向调节气缸、液压马达I、液压马达II、伺服电机组成，旋转台座安装在固定基座内，大动臂由液压马达I与旋转台座形成铰连接，小动臂由液压马达II与大动臂形成铰连接，末端动臂通过伺服电机与小动臂铰连接，固定滑轨与末端动臂端面固接，调节滑轨安装在固定滑轨上，横向调节气缸安装在末端动臂后部，吸盘滑动架安装在调节滑轨上，纵向调节气缸安装在调节滑轨内侧，吸盘安装在调节滑轨和吸盘滑动架上。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各个臂的端部，使用时各个臂需要承受较大的扭力，特别是当动臂相对较长时，容易疲劳断裂，使用寿命较低。
有鉴于此，本发明人对机械长臂的机构进行了深入的研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单且使用寿命较高的机械长臂,可用于作为机械手的手臂。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种机械长臂，其特征在于，包括安装部、一端与所述安装部转动连接的旋转关节和转动连接在所述旋转关节另一端的活动关节，所述活动关节上转动连接有执行件，所述安装部和所述旋转关节转动连接的转动轴与所述旋转关节的中心轴同轴，所述安装部上设置有用于驱动所述旋转关节转动的第一电机、用于驱动所述活动关节转动的第二电机以及用于驱动所述执行件转动的第三电机，所述第一电机传动连接有第一传动组件，所述第二电机传动连接有第二传动组件，所述第三电机传动连接有第三传动组件，且所述第三传动组件的第三传动杆套设在所述第二传动组件的第二传动杆内，所述第二传动杆套设在所述第一传动组件的第一传动杆内。
采用上述技术方案，由于第一电机、第二电机和第三电机都布置在长臂的安装部上，而长臂的旋转关节和活动关节上都不需要设置电机，重量相对较轻，使用时长臂所受到的扭力相对较小，结构简单且使用寿命较高；同时由于各传动轴相互套设，有效节省了个传动组件在长臂内部的占用空间，减轻长臂重量，进一步降低长臂所受到的扭力。
作为本发明的一种改进，所述第一传动组件包括与所述第一电机的输出轴连接的第一主动轮、与所述第一主动轮配合的第一从动轮、连接在所述第一主动轮和所述第一从动轮之间的第一皮带、与所述第一从动轮同轴连接的所述第一传动杆以及与所述第一传动杆同轴连接的第一减速器，所述第一减速器的输出轴与所述旋转关节固定连接。通过上述改进，便于控制旋转关节的转动，同时由于采用了皮带传动的方式，可以让出较大的空间，便于布置第二电机和第三电机的传动结构。
作为本发明的一种改进，所述第二传动组件包括与所述第二电机的输出轴连接的第二主动轮、与所述第二主动轮配合的第二从动轮、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，以及一端与所述第二从动轮同轴连接的所述第二传动杆，所述第二传动杆穿过所述第一传动杆和所述第一减速器且与所述第一传动杆和所述第一减速器同轴，所述第二传动杆远离所述第二电机的一端设置有主动伞齿轮和与所述主动伞齿轮配合的从动伞齿轮，所述从动伞齿轮与所述活动关节固定连接。通过上述改进，将第二传动杆穿插在第一传动杆和第一减速器上，较为节省空间，结构更加紧凑。
作为本发明的一种改进，所述第三传动组件包括穿插在所述第二传动杆内且与所述第二传动杆同轴的所述第三传动杆，所述第三传动杆的一端与所述第三电机的输出轴传动连接，另一端设置有锥蜗杆，所述执行件上设置有与所述执行件同轴连接的第一伞齿轮，所述活动关节上设置有与所述锥蜗杆配合的锥蜗轮和与所述第一伞齿轮配合的第二伞齿轮，所述锥蜗轮具有蜗轮杆且所述蜗轮杆的端部设置有第一齿轮，所述第二伞齿轮具有齿轮杆且所述齿轮杆的端部设置有与所述第一齿轮配合的第二齿轮，所述蜗轮杆与所述齿轮杆平行且与所述从动伞齿轮的中心轴同轴。通过上述改进，将第三传动杆穿插在第二传动杆内，进一步节省空间，同时通过蜗轮蜗杆及各齿轮之间的传动结构，有效避开各关节的连接结构将第三电机的动力传递到执行件上。
作为本发明的一种改进，所述第三传动杆包括两根通过联轴器相互串联的内杆，所述第二传动杆包括两根相互串联的外杆，其中一根所述外杆朝向另一根所述外杆的一端具有外花键结构，另一根所述外杆相应的一端固定连接有接头，所述接头具有与所述外花键结构配合的内花键结构，所述联轴器位于所述接头内。通过上述改进，将第二传动杆和第三传动杆分为两段，避免传动杆太长不易加工。
附图说明
图1为本发明机械长臂的结构示意图；
图2为本发明机械长臂的侧视结构示意图；
图3为图2中A-A位置的剖切结构示意图；
图4为图3中B处的局部放大图；
图5为图3中C处的局部放大图。
上述视图省略部分零部件，图中标示对应如下：
10-安装部； 11-第一电机；
12-第二电机； 13-第三电机；
20-旋转关节； 30-活动关节；
40-执行件； 41-第一伞齿轮；
60-第一传动组件； 61-第一主动轮；
62-第一从动轮； 63-第一传动杆；
64-第一减速器； 70-第二传动组件；
71-第二主动轮； 72-第二从动轮；
73-第二传动杆； 73a-外杆；
73b-接头； 74-主动伞齿轮；
75-从动伞齿轮； 76-减速器；
80-第三传动组件； 81-第三传动杆；
81a-联轴器； 81b-内杆；
82-锥蜗杆； 83-锥蜗轮；
84-第二伞齿轮； 85-涡轮杆；
86-第二齿轮； 87-齿轮杆；
88-第一齿轮。
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，本实施例提供的机械长臂包括与安装部10、一端与安装部10转动连接的旋转关节20和转动连接在旋转关节20另一端的活动关节30，安装部10和旋转关节20转动连接的转动轴与旋转关节20的中心轴同轴，即旋转关节20是进行以其中心轴为转动中心进行自转的。安装部10可与机械手的支撑部连接，具体的连接方式可以使常规的。此外，活动关节30上转动连接有执行件40，执行件40为常规的零部件，可根据机械手的实际用途进行选择，此处不再详述。
安装部10上设置有用于驱动旋转关节20转动的第一电机11、用于驱动活动关节30转动的第二电机12以及用于驱动执行件40转动的第三电机13。由于第一电机11、第二电机12和第三电机13都布置在安装部10上，旋转关节20和活动关节30上都不需要设置电机，重量相对较轻，相对于传统的机械手，本发明的机械长臂可以有较大的长度，使用时机械长臂所受到的扭力相对较小，结构简单且使用寿命较高。
第一电机11、第二电机12和第三电机13上相应的的传动结构可以是常规的结构，考虑到采用常规的结构常规的结构需要占用较大的空间，使得机械长臂相对较粗，影响机械手的灵活性，本实施例同时提供了一种占用空间相对较小的传动结构。
在本实施例中，第一电机11传动连接有第一传动组件60，第一传动组件60包括与第一电机11的输出轴连接的第一主动轮61、与第一主动轮61配合的第一从动轮62、连接在第一主动轮61和第一从动轮62之间的第一皮带(图中未示出)、与第一从动轮62同轴连接的第一传动杆63以及与第一传动杆63同轴连接的第一减速器64，第一减速器64的输出轴与旋转关节20固定连接，第一减速器64则固定在安装部10上。由于采用了皮带传动的方式，可以在安装部10内让出较大的空间，便于布置第二电机12和第三电机13的传动结构。
第二电机12传动连接有第二传动组件70，第二传动组件70包括与第二电机12的输出轴连接的第二主动轮71、与第二主动轮71配合的第二从动轮72、连接在第二主动轮71和第二从动轮72之间的第二皮带(图中未示出)，以及一端与第二从动轮72同轴连接的第二传动杆73，第二传动杆73穿过第一传动杆63和第一减速器64且分别与第一传动杆63和第一减速器64同轴，即第一传动杆63和第一减速器64安装在第二传动杆72上，有效节省了安装空间。
第二传动杆73通过轴承安装在旋转关节20的内部，具体的安装方式可以是常规的方式，此处不再详述。第二传动杆73远离第二电机12的一端设置有主动伞齿轮74和与主动伞齿轮74配合的从动伞齿轮75，从动伞齿轮75通过减速器76与活动关节30固定连接。这样，在第二电机12的驱动下，活动关节30可以从动伞齿轮75的中心轴为中心转动。
第三电机13传动连接有第三传动组件80，第三传动组件80包括穿插在第二传动杆73内的第三传动杆81，当然，第二传动杆73与第三传动杆81之间需要设置轴承，避免两者的转动相互干涉。第三传动杆81的一端与第三电机13的输出轴传动连接，另一端设置有锥蜗杆82。
执行件40上设置有与执行件40同轴连接的第一伞齿轮41，同时执行件的40的中心轴与从动伞齿轮75的中心轴相互垂直。
活动关节30上设置有与锥蜗杆82配合的锥蜗轮83和与第一伞齿轮41配合的第二伞齿轮84，锥蜗轮83和从动伞齿轮75布置第二传动杆73或第三传动杆81相对应的两侧。锥蜗轮83具有蜗轮杆85且蜗轮杆85的端部设置有第一齿轮88，第二伞齿轮84具有齿轮杆87且齿轮杆87的端部设置有与第一齿轮88配合的第二齿轮86，蜗轮杆85与齿轮杆87平行且蜗轮杆85与从动伞齿轮75的中心轴同轴。这样，通过锥蜗杆82和锥蜗轮83的相互配合，确保活动关节30处于任何位置上，第三电机13都可以将动力传递到执行件40上。
本实施例的机械长臂中，由于第三传动组件80的第三传动杆81套设在第二传动组件70的第二传动杆73内，第二传动杆73套设在第一传动组件60的第一传动杆63内，即各传动轴相互套设，有效节省了个传动组件在长臂内部的占用空间，减轻长臂重量，进一步降低长臂所受到的扭力。
考虑到当机械长臂的长度较长时，第二传动杆73和第三传动杆81的长度也相应较长，会导致第二传动杆73和第三传动杆81的加工难度较大，精度也难以保证，优选的，在本实施例中，第三传动杆81包括两根通过联轴器81a相互串联的内杆81b，第二传动杆73包括两根相互串联的外杆73a，也即使将第二传动杆73和第三传动杆81分别分成两段，当然，也可以根据实际需要将其分成三段以上。
由于联轴器81a的外径一般较大，如果将其布置在第二传动杆73内会导致第二传动杆73相对较粗，增加机械长臂的重量，因此两根外杆73a相互连接的位置最好位于联轴器81a的位置处，其中一根外杆73a朝向另一根外杆73a的一端具有外花键结构，另一根外杆73a相应的一端固定连接有接头73b，接头73b最好焊接在外杆73a上，且接头73b的内部具有可以容纳联轴器81a的内腔，联轴器81a位于接头73b的内腔中。此外，接头73b还具有与外花键结构配合的内花键结构，通过花键配合，可在不降低传动精度的情况下，防止第二传动杆73轴向蹿动影响电机的工作稳定性。
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 (2)
1.一种机械长臂，其特征在于，包括安装部、一端与所述安装部转动连接的旋转关节和转动连接在所述旋转关节另一端的活动关节，所述活动关节上转动连接有执行件，所述安装部和所述旋转关节转动连接的转动轴与所述旋转关节的中心轴同轴，所述安装部上设置有用于驱动所述旋转关节转动的第一电机、用于驱动所述活动关节转动的第二电机以及用于驱动所述执行件转动的第三电机，所述第一电机传动连接有第一传动组件，所述第二电机传动连接有第二传动组件，所述第三电机传动连接有第三传动组件，且所述第三传动组件的第三传动杆套设在所述第二传动组件的第二传动杆内，所述第二传动杆套设在所述第一传动组件的第一传动杆内；
所述第一传动组件包括与所述第一电机的输出轴连接的第一主动轮、与所述第一主动轮配合的第一从动轮、连接在所述第一主动轮和所述第一从动轮之间的第一皮带、与所述第一从动轮同轴连接的所述第一传动杆以及与所述第一传动杆同轴连接的第一减速器，所述第一减速器的输出轴与所述旋转关节固定连接；
所述第二传动组件包括与所述第二电机的输出轴连接的第二主动轮、与所述第二主动轮配合的第二从动轮、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，以及一端与所述第二从动轮同轴连接的所述第二传动杆，所述第二传动杆穿过所述第一传动杆和所述第一减速器且与所述第一传动杆和所述第一减速器同轴，所述第二传动杆远离所述第二电机的一端设置有主动伞齿轮和与所述主动伞齿轮配合的从动伞齿轮，所述从动伞齿轮与所述活动关节固定连接；
所述第三传动组件包括穿插在所述第二传动杆内且与所述第二传动杆同轴的所述第三传动杆，所述第三传动杆的一端与所述第三电机的输出轴传动连接，另一端设置有锥蜗杆，所述执行件上设置有与所述执行件同轴连接的第一伞齿轮，所述活动关节上设置有与所述锥蜗杆配合的锥蜗轮和与所述第一伞齿轮配合的第二伞齿轮，所述锥蜗轮具有蜗轮杆且所述蜗轮杆的端部设置有第一齿轮，所述第二伞齿轮具有齿轮杆且所述齿轮杆的端部设置有与所述第一齿轮配合的第二齿轮，所述蜗轮杆与所述齿轮杆平行且与所述从动伞齿轮的中心轴同轴。
2.如权利要求1所述的机械长臂，其特征在于，所述第三传动杆包括两根通过联轴器相互串联的内杆，所述第二传动杆包括两根相互串联的外杆，其中一根所述外杆朝向另一根所述外杆的一端具有外花键结构，另一根所述外杆相应的一端固定连接有接头，所述接头具有与所述外花键结构配合的内花键结构，所述联轴器位于所述接头内。
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