CN111775157B - 一种水平关节机器人的回转升降机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水平关节机器人的回转升降机构，中空轴的上端与小臂皮带输送机相连，下端***旋转筒中；导电滑环套设在旋转筒上，回转电机安装在外壳上，通过回转传动机构与导电滑环的内部旋转部分的上端相连，内部旋转部分的下端与旋转筒连接，外部固定部分固接在外壳上，导电滑环的下方设有唇形密封圈；上压圈安装在内部旋转部分上，下垫圈与旋转筒相对固定，上压圈与下垫圈之间设有密封柔性圈；升降电机安装在小臂上，通过升降传动机构与升降件相连，驱动升降件带动旋转筒相对中空轴升降，旋转筒与中空轴之间通过上压圈、密封柔性圈及下垫圈实现动密封。本发明有助于关节减速机构的小型化，有助于关节密封，有助于提高设备的洁净等级。

Description

一种水平关节机器人的回转升降机构

技术领域

本发明属于机器人领域，具体地说是一种水平关节机器人的回转升降机构，适合上甄机器人***，可用于酒业生产的自动上甄环节。

背景技术

上甄机器人***，用于酒业行业的自动上甄环节应用，是整体项目的重要组成部分。由于上甄机器人***为自动上甄设备组成之一，需配合混料机、输送机、自动开关甄锅盖、自动蒸汽控制***等一起完成一套完整的酒料自动上甄、蒸馏工作。上甄机器人***包含四轴主体机器人***、大小臂及末端送料机***、红外传感***、超声波***，具体工作时，四轴机器人关节负责甄锅内的铺料轨迹实现，大小臂及末端送料机***负责将酒料均匀地输送至甄锅内铺料轨迹上，同时辅以红外传感***及超声波***进行上料过程中的探气检测与高度检测，避免串气与酒料密度层叠不均匀。

对于含有蒸汽环节的食品级机器人，应用常规的回转机构环境适应性欠缺。由于水平关节机器人的回转机构关节中，减速机的唇形密封圈的密封是通过其唇口在液压力的作用下变形，使唇边紧贴密封面而实现的。液压力越高，唇边与密封面贴得就越紧，密封唇边磨损后，具有一定自动补偿的能力。这种密封圈常用于往复动和旋转密封。为了保证液压***良好的密封性，对密封装置的基本要求如下，有相对运动时，由密封件引起的摩擦力要小，摩擦系数要稳定，在一定的压力和温度范围内具有良好的密封性能，并能随压力的增大自动地提高密封程度，结构简单，使用及维修方便，成本低，抗腐蚀能力强，不易老化,耐磨性要好，磨损后在一定程度上能自动补偿,工作寿命长。由于上甄机器人***末端需要回转和伸缩耦合运动，属于圆柱副；对应于常规的唇形密封圈密封只是应对旋转运动而无直线伸缩运动，若强制使用可能存在翻边失效的概率。常规唇形密封圈内部除了橡胶还含有金属骨架和箍紧弹簧，所以不适合圆柱运动副，只适合旋转副运动。

发明内容

为了解决常规回转机构存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种水平关节机器人的回转升降机构。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括升降件、中空轴、回转电机、回转传动机构、导电滑环、唇形密封圈、旋转筒、下垫圈、密封柔性圈、上压圈、升降电机及升降传动机构，其中中空轴的上端与水平关节机器人的小臂上安装的小臂皮带输送机相连，下端***旋转筒中；所述升降件包括外壳及容置于外壳内的导电滑环，该导电滑环套设在所述旋转筒上，所述回转电机安装在外壳上，通过回转传动机构与导电滑环的内部旋转部分的上端相连，该导电滑环的内部旋转部分的下端与所述旋转筒连接，导电滑环的外部固定部分固接在外壳上，该导电滑环的下方设有位于外壳与旋转筒之间的唇形密封圈；所述上压圈安装在导电滑环的内部旋转部分上，下垫圈与所述旋转筒相对固定，该上压圈与下垫圈之间设有密封柔性圈；所述升降电机安装在小臂上，通过升降传动机构与所述升降件相连，驱动该升降件带动旋转筒相对中空轴升降，所述回转电机通过回转传动机构驱动旋转筒相对中空轴旋转，该旋转筒与中空轴之间通过所述上压圈、密封柔性圈及下垫圈实现动密封；

其中：所述中空轴呈哑铃状，即该中空轴的上端设有与小臂皮带输送机连接的中空轴上法兰，下端设有中空轴下法兰，所述中空轴的内表面为没有阻挡的光滑表面；

所述中空轴的下端连接有毛刷，该毛刷与所述旋转筒的内表面接触；

所述密封柔性圈为环形的气囊，内部充有空气；

所述回转传动机构容置于外壳内，包括小齿轮及中空大齿轮，该小齿轮连接于所述回转电机的输出轴上，所述中空大齿轮与导电滑环的内部旋转部分的上端相连，所述中空轴由中空大齿轮的中间穿过；

所述中空大齿轮的上表面设有凹槽，所述上压圈容置于该凹槽内，并通过螺钉与中空大齿轮一起固接在所述导电滑环的内部旋转部分的上端；

所述密封柔性圈的上表面与上压圈抵接，下表面与所述下垫圈抵接，内表面与所述中空轴抵接，外表面与所述中空大齿轮的内表面抵接；

所述升降传动机构包括同步带传动机构、丝杠及丝母，该丝杠转动安装在所述小臂内，一端通过所述同步带传动机构与升降电机的输出轴相连，所述丝杠上螺纹连接有与外壳连接的丝母。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明的旋转筒既可回转、又可升降，上压圈、密封柔性圈、下垫圈配合唇形密封圈进行密封，满足了圆柱副的使用要求，有助于关节减速机构的小型化，有助于关节密封，有助于提高设备的洁净等级。

2.本发明由于在结构设计中不用考虑唇形密封圈内部的橡胶、金属骨架和箍紧弹簧，只要考虑橡胶结构，所以有助于关节减速机构的小型化，内部运行空间更加合理。

3.本发明的密封柔性圈为外部橡胶、内部空气腔结构，成本低，尺寸适应性高，不用唇形密封圈有标准直径。

4.本发明的密封柔性圈有助于提高设备的洁净等级，相对于替代方案旋转密封和直线波纹管的组合，首先部件少，减少污染颗粒产生的概率，其次直线波纹管对升降高度有一定的损失，密封柔性圈能在直线伸缩方向上压缩行程，提高性能指标，最后，简单便于低成本量产。

5.本发明的密封柔性圈提高了对加工面的公差容隐度，由于密封柔性圈为弹性体，升降件、中空轴、下垫圈、上压圈、中空大齿轮、导电滑环的内部旋转部分和旋转筒等与圆柱副相关的加工的圆柱度要求可以下降，有益于降低成本。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的结构主视图；

图3为本发明的结构左视图；

图4为本发明的结构俯视图；

图5为图2中的A—A剖视图；

图6为图4中的C—C剖视图；

图7为图6中D处局部放大图；

图8为图3中的B—B剖视图；

图9为图8中E处局部放大图；

其中：1为底座，2为大臂，3为小臂，4为升降件，5为中空轴，6为回转电机，7为小齿轮，8为中空大齿轮，9为导电滑环，10为唇形密封圈，11为旋转筒，12为中空轴下法兰，13为毛刷，14为抛料皮带输送机，15为下垫圈，16为密封柔性圈，17为上压圈，18为升降电机，19为小带轮，20为同步带，21为大带轮，22为丝杠，23为丝母，24为导轨，25为滑块，26为小臂皮带输送机，27为外壳，28为中空轴上法兰，29为滑台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1所示，本发明的水平关节机器人具有底座1、大臂2、小臂3及小臂皮带输送机26，底座1的下端固定，大臂2的一端可转动地与底座1的上端连接，可以相对于底座1做水平旋转运动，小臂3的一端可转动地与大臂2的另一端连接，可以相对于大臂2做水平旋转运动，小臂3的另一端设有滑台29，小臂皮带输送机26固定在小臂3上。

如图1～9所示，本发明包括升降件4、中空轴5、回转电机6、回转传动机构、导电滑环9、唇形密封圈10、旋转筒11、毛刷13、下垫圈15、密封柔性圈16、上压圈17、升降电机18及升降传动机构，其中中空轴5的上端需要固定，下端需要固定毛刷13，中空轴5上下两端之间的内侧中空、不能有阻挡(阻挡会导致滞留残留物，时间一长在热蒸汽环境变质)，所以本实施例的中空轴5为哑铃状；即，中空轴5的上端设有与小臂皮带输送机26固接的中空轴上法兰28，下端***旋转筒11中，并设有中空轴下法兰12，在中空轴下法兰12上固接有毛刷13，毛刷13与旋转筒11的内表面接触，中空轴5的内表面为没有阻挡的光滑表面。

升降件4包括外壳27及容置于外壳27内的导电滑环9，该导电滑环9套设在旋转筒11上；本实施例的导电滑环9为现有技术，包括内部旋转部分及外部固定部分。旋转筒11的上端由外壳27的底部穿入，并位于外壳27内，中空轴5的上端则由外壳27的顶部穿出。回转电机6固定在外壳27上，通过回转传动机构与导电滑环9的内部旋转部分的上端相连，该导电滑环9的内部旋转部分的下端与旋转筒11的上端连接，导电滑环9的外部固定部分固接在外壳27的底面上，该导电滑环9的下方设有位于外壳27与旋转筒11之间的唇形密封圈10。上压圈17安装在导电滑环9的内部旋转部分上，下垫圈15与旋转筒11相对固定，该上压圈17与下垫圈15之间设有密封柔性圈16。本实施例的回转传动机构容置于外壳27内，包括小齿轮7及中空大齿轮8，该小齿轮7连接于回转电机6的输出轴上，中空大齿轮8与导电滑环9的内部旋转部分的上端相连，中空轴5由中空大齿轮8的中间穿过。中空大齿轮8的上表面设有凹槽，上压圈17容置于该凹槽内，并通过螺钉与中空大齿轮8一起固接在导电滑环9的内部旋转部分的上端。密封柔性圈16为环形的气囊，即外部为橡胶、内部为空气腔。密封柔性圈16的上表面与上压圈17抵接，下表面与下垫圈15抵接，内表面与中空轴5抵接，外表面与中空大齿轮8的内表面抵接。回转电机6通过回转传动机构驱动旋转筒11相对中空轴5旋转，该旋转筒11与中空轴5之间通过上压圈17、密封柔性圈16及下垫圈15实现动密封。旋转筒11的下端安装有抛料皮带输送机14。

升降电机18安装在小臂3上，通过升降传动机构与升降件4相连，驱动该升降件4带动旋转筒11相对中空轴5、小臂3做上下升降直线运动。升降传动机构包括同步带传动机构、丝杠22及丝母23，同步带传动机构包括小带轮19、同步带20及大带轮21，丝杠22转动安装在小臂3内，一端连接有大带轮21，小带轮19连接于升降电机18的输出轴，并通过同步带20与大带轮21相连，在丝杠22上螺纹连接有丝母23，丝母23由滑台29穿出，并与外壳27固接。在丝母23两侧的滑台29上对称安装有两条相互平行的导轨24，相应地，在外壳27上固接有两个滑块25，每个滑块25与一条导轨24滑动连接。

本发明的工作原理为：

升降电机18工作，通过丝杠22及丝母23驱动外壳27升降，外壳27与导电滑环9的外部固定部分固接，导电滑环9的内部旋转部分与旋转筒11固接，因此，带动旋转筒11及旋转筒11下端连接的抛料皮带输送机14相对于固定的中空轴5做上下升降直线运动。回转电机6工作，通过小齿轮7及中空大齿轮8驱动旋转筒11相对于中空轴5做水平旋转运动，进而通过旋转筒11带动抛料皮带输送机14进行水平旋转。旋转筒11在升降或旋转的过程中，中空轴5下端安装的毛刷13对旋转筒11的内表面进行清理，避免滞留残留物。

首先，由于上甄机器人***末端的抛料皮带输送机14需要相对于小臂3，进行回转和伸缩耦合运动，属于圆柱副；对应于唇形密封圈10的密封只是应对旋转运动而无法应对直线伸缩运动，若强制使用可能存在翻边失效(橡胶部件模具制作，有合模具压边，若压边接触运动部件，密封失效，产生粉尘和颗粒)的概率。其次，现有密封圈不能有效安装，而密封柔性圈14的橡胶皮较现有密封圈薄，所以能有效采用弹性变形完成这样的工程应用。密封柔性圈16的内侧与中空轴5的哑铃型中部的圆柱部分外表面为圆柱副滑动，保持旋转筒11和小臂3在相对运动水平旋转和直线上下两个自由度上，相对耦合运动的动态密封。回转电机6的法兰固定在外壳27上，回转电机6的输出旋转运动经过小齿轮7和中空大齿轮8的旋转齿轮机械运动副，让旋转筒11可以相对于升降件4水平旋转运动。旋转筒11通过导电滑环9与升降件4构成旋转副机构构型。旋转筒11通过唇形密封圈10与升降件4构成旋转副动密封。

Claims (3)

1.一种水平关节机器人的回转升降机构，其特征在于：包括升降件(4)、中空轴(5)、回转电机(6)、回转传动机构、导电滑环(9)、唇形密封圈(10)、旋转筒(11)、下垫圈(15)、密封柔性圈(16)、上压圈(17)、升降电机(18)及升降传动机构，其中中空轴(5)的上端与水平关节机器人的小臂(3)上安装的小臂皮带输送机(26)相连，下端***旋转筒(11)中；所述升降件(4)包括外壳(27)及容置于外壳(27)内的导电滑环(9)，该导电滑环(9)套设在所述旋转筒(11)上，所述回转电机(6)安装在外壳(27)上，通过回转传动机构与导电滑环(9)的内部旋转部分的上端相连，该导电滑环(9)的内部旋转部分的下端与所述旋转筒(11)连接，导电滑环(9)的外部固定部分固接在外壳(27)上，该导电滑环(9)的下方设有位于外壳(27)与旋转筒(11)之间的唇形密封圈(10)；所述上压圈(17)安装在导电滑环(9)的内部旋转部分上，下垫圈(15)与所述旋转筒(11)相对固定，该上压圈(17)与下垫圈(15)之间设有密封柔性圈(16)；所述升降电机(18)安装在小臂(3)上，通过升降传动机构与所述升降件(4)相连，驱动该升降件(4)带动旋转筒(11)相对中空轴(5)升降，所述回转电机(6)通过回转传动机构驱动旋转筒(11)相对中空轴(5)旋转，该旋转筒(11)与中空轴(5)之间通过所述上压圈(17)、密封柔性圈(16)及下垫圈(15)实现动密封；

所述中空轴(5)呈哑铃状，即该中空轴(5)的上端设有与小臂皮带输送机(26)连接的中空轴上法兰(28)，下端设有中空轴下法兰(12)，所述中空轴(5)的内表面为没有阻挡的光滑表面；

所述中空轴(5)的下端连接有毛刷(13)，该毛刷(13)与所述旋转筒(11)的内表面接触；

所述回转传动机构容置于外壳(27)内，包括小齿轮(7)及中空大齿轮(8)，该小齿轮(7)连接于所述回转电机(6)的输出轴上，所述中空大齿轮(8)与导电滑环(9)的内部旋转部分的上端相连，所述中空轴(5)由中空大齿轮(8)的中间穿过；

所述中空大齿轮(8)的上表面设有凹槽，所述上压圈(17)容置于该凹槽内，并通过螺钉与中空大齿轮(8)一起固接在所述导电滑环(9)的内部旋转部分的上端；

所述密封柔性圈(16)的上表面与上压圈(17)抵接，下表面与所述下垫圈(15)抵接，内表面与所述中空轴(5)抵接，外表面与所述中空大齿轮(8)的内表面抵接。

2.根据权利要求1所述水平关节机器人的回转升降机构，其特征在于：所述密封柔性圈(16)为环形的气囊，内部充有空气。

3.根据权利要求1所述水平关节机器人的回转升降机构，其特征在于：所述升降传动机构包括同步带传动机构、丝杠(22)及丝母(23)，该丝杠(22)转动安装在所述小臂(3)内，一端通过所述同步带传动机构与升降电机(18)的输出轴相连，所述丝杠(22)上螺纹连接有与外壳(27)连接的丝母(23)。

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