CN111998214A - 一种机器人云台升降设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机器人云台升降设备，包括固定安装在机器人上的固定架、固定安装在所述固定架上的电机、驱动臂、若干升降臂以及水平安装在最后一根升降臂上端的云台；所述驱动臂与所述电机的输出轴固定连接，并通过所述电机驱动转动。本发明在升降行程相同的情况下是实现了整个升降的轻量化，且压缩比放大，节省了折叠的空间，可以实现平稳的直线升降运动，运动过程中末端姿态始终保持不变。

Description

一种机器人云台升降设备
技术领域
本发明涉及机器人设备领域，尤其涉及一种机器人云台升降设备。
背景技术
机器人巡检设备时，需要检测不同高度不同视角的检测物，为了保证机器人有更开阔的检测范围，通常都会在云台上增加一个可升降的设备。这个升降设备可升降可压缩折叠，在升降过程中云台还能始终与地面保持水平。
目前市面上常用的升降设备有丝杆升降，这种结构的优点是升降稳定可靠，升降精度高，缺点是可压缩空间小，因为搭配有丝杆和导向承重的滑轨，所以质量重。
或者采用连杆式双平行四边形升降，这种结构简单，成本低，结构由于是两个四连杆结构，所以传动效率较低，且结构质量较重，高度压缩比低。
或者采用关节机器人结构升降，但是要完成升降折叠且末端与地面保持水平，需要三个关节驱动，运行成本过高，且质量重，优点是传动精度高，高度压缩比大。
或者采用剪叉式升降结构，剪叉结构升降相对压缩空间比较大，缺点是结构刚性不好，质量相对较大。
发明内容
发明目的：本发明针对上述不足，提供了一种机器人云台升降设备。
技术方案：
一种机器人云台升降设备，包括固定安装在机器人上的固定架、固定安装在所述固定架上的电机、驱动臂、若干升降臂以及水平安装在最后一根升降臂上端的云台；所述驱动臂与所述电机的输出轴固定连接，并通过所述电机驱动转动；
在每根所述升降臂下端均固定安装有从动轮，在每根所述升降臂上端均转动安装有传动轮，所述传动轮和所述从动轮之间传动连接；在相邻升降臂之间，前一升降臂上端的传动轮与后一升降臂下端的从动轮相互固定连接；
在所述驱动臂下端设置有与其相对转动的驱动轮，所述驱动轮固定安装在所述固定架上；在所述驱动臂上端转动安装有与所述升降臂下端从动轮固定连接的驱动传动轮，所述驱动轮与所述驱动传动轮之间传动连接；所述云台(13)水平安装在最后一根所述升降臂上端的所述传动轮上；且所述驱动臂下端的驱动轮及最后一根所述升降臂上端的传动轮的转速与其他传动轮或从动轮的转速比均为1:2。
所述升降臂的数量根据具体升降要求确定。
所述升降臂为1根。
所述传动轮和所述从动轮之间以及所述驱动轮与所述驱动传动轮之间的传动连接采用链轮、刚带轮或同步带轮方式。
所述传动轮和所述从动轮之间以及所述驱动轮与所述驱动传动轮之间的传动连接采用同步带轮方式；所述驱动臂下端的驱动轮及最后一根所述升降臂上端的传动轮的齿数是其他传动轮或从动轮的齿数的两倍。
在所述驱动臂和所述升降臂内均设有两个相对应安装的张紧轮，所述张紧轮顶在同步带外侧，使得同步带张紧，保证同步带的传动效率和传动精度。
在所述固定架上还固定有中空减速机，所述中空减速机与所述驱动臂下端固定刚性连接；所述中空减速机外与所述电机的电机轴联通。
在相邻升降臂之间，前一升降臂上端的传动轮与后一升降臂下端的从动轮之间通过传动轴固定连接；所述传动轴一端通过交叉滚子轴承转动安装在所述驱动臂上端，另一端与后一升降臂下端的从动轮固定连接。
在在相邻升降臂之间设有用于保护相邻升降臂连接处的臂盖。
所述驱动臂的驱动轮和驱动从动轮以及各升降臂的从动轮和传动轮均采用中空结构，其内用于穿过控制所述云台的控制线路。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明在升降行程相同的情况下是实现了整个升降的轻量化，且压缩比放大，节省了折叠的空间，可以实现平稳的直线升降运动，运动过程中末端姿态始终保持不变。
2、本发明采用单轴驱动，通过高扭矩同步带轮同步带实现远距离传动，结构简单，方便运动控制。
3、本发明的各个关节都有沿用中空走线设计，方便内部走线。
附图说明
图1为本发明的机器人云台升降设备的立体结构示意图。
图2为本发明的机器人云台升降设备的内部结构示意图。
图3为本发明的的第一关节结构示意图。
图4为本发明的的第二关节结构示意图。
图5为本发明的的第三关节结构示意图。
其中，1为底盘，2为基座，3为第一同步带轮，4为第一张紧轮，5为第一臂，6为第一同步带，7为第二同步带轮，8为第三同步带轮，9为第二臂，10为第二张紧轮，11为第四同步带轮，12为云台安装法兰，13为云台，14为电机，15为中空减速机，16为固定架，17为法兰安装座，18为带轮安装法兰，19为第一臂盖，20为固定端安装法兰，21为涨紧套，22为深沟球轴承，23为第二同步带,24为第二下臂盖,25为交叉滚子轴承,26为第二同步带,27为控制线路，28为第二深沟球轴承,29为轴承内圈压盖,30为第二上臂盖，31为传动轴，32为第二交叉滚子轴承。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
图1为本发明的机器人云台升降设备的立体结构示意图。如图1所示，本发明的机器人云台升降设备包括底盘1、第一关节、第一臂5、第二关节、第二臂9、第三关节以及云台13，底盘1固定安装在智能巡检机器人上，第一臂5通过第一关节安装在底盘1上，第二臂9与第一臂5之间通过第二关节连接，在第二臂9末端设置有第三关节，云台13通过云台安装法兰12水平固定安装在第三关节上。
如图1、2、3所示，在底盘1上固定安装有基座2，在基座2上固定安装有固定架16，在固定架16一侧安装有法兰安装座17，在法兰安装座17上固定安装有带轮安装法兰18；固定架16上设有通孔，带轮安装法兰18穿过固定架16的通孔；在固定架16的另一侧设置有第一臂5，在第一臂5的下端设置有第一关节，所述第一关节包括第一同步带轮3，第一同步带轮3固定安装在带轮安装法兰18上，并通过胀紧套21进一步固定。在固定架16上还固定有中空减速机15，中空减速机15与第一臂5下端固定刚性连接；在中空减速机15外还设置有电机，电机14的电机轴与中空减速机15联通，并通过中空减速机15驱动第一臂5转动；即第一臂5和第一同步带轮3是可以相对运动的。
图4为本发明的的第二关节结构示意图。如图4所示，在第一臂5上端设有第二关节，第二关节包括相互连接的第二同步带轮7和第三同步带轮8，该第二同步带轮7和第三同步带轮8的齿数均为第一同步带轮3齿数的一半；第二同步带轮7和第三同步带轮8之间通过传动轴31连接，在第一臂5上端设置有交叉滚子轴承25，传动轴31一端通过交叉滚子轴承25转动安装在第一臂5上端，第三同步带轮8与穿过交叉滚子轴承25的传动轴31端固定连接，在第一同步带轮3与第三同步带轮8之间通过第一同步带6连接；第二同步带轮7固定安装在传动轴31上，第二同步带轮7与第二臂9下端刚性连接。在本发明中，与传动轴31之间设置有用于支撑旋转的深沟球轴承22，用以承受旋转径向负载。
图5为本发明的的第三关节结构示意图。如图5所示，在第二臂9上端安装有第四同步带轮11(齿数为第二同步带轮7的两倍)，第二同步带轮7与第四同步带轮11之间通过第二同步带26连接；第二同步带轮7由第三同步带轮8带动转动，第二同步带轮7转动后，通过第二同步带26带动第四同步带轮11转动。第四同步带轮11通过第二交叉滚子轴承32转动安装在第二臂9上端，并通过轴承内圈压盖29压紧，以起到传动扭矩和压紧交叉滚子内圈的作用；在轴承内圈压盖29还固定安装有固定端安装法兰20；在第二臂9上端外侧上安装有第二深沟球轴承28，在第二深沟球轴承28上转动安装有云台安装法兰12，云台安装法兰12与第四同步带轮11固定连接，并由第四同步带轮11带动转动。云台水平固定安装在云台安装法兰12上。在本发明中，在第一臂5上端位于第二关节处设置有用于对第二关节起保护作用的第一臂盖19，在第二臂9下端位于第二关节处设置有用于对第二关节起保护作用的第二下臂盖24，在第二臂9上端位于第三关节处设置有用于对第三关节起保护作用的第二上臂盖30；第一臂盖19还可以增加第一臂5上端的强度，第二下臂盖24和第二上臂盖30分别可以增加第二臂9上下端的强度。在本发明中，第一关节中第一同步带轮3、第二关节中第三同步带轮8、第二同步带轮7以及第三关节中第四同步带轮11均采用中空结构，用于控制云台的控制线路27分别穿过各个关节的中空结构，并固定在第一臂5或第二臂9的内侧。控制云台的导线27包括信号线和电源线。
在本发明中，在第一臂5和第二臂9内均设有两个相对应安装的张紧轮，张紧轮顶在同步带外侧，使得同步带张紧，保证同步带的传动效率和传动精度。
本发明的工作原理如下：
电机14通过中空减速机15带动第一臂5转动，第一臂5上端的第三同步带轮8跟随第一臂5的运动，同时由于第一同步带轮3为固定安装，所以第一同步带轮3与第一臂5之间形成相对转动，通过第一同步带6带动，从而使得第三同步带轮8形成自转，进而带动与其通过传动轴31固定连接的第二同步带轮7转动。由于第三同步带轮8的齿数为第一同步带轮3齿数的一半，故而第一同步带轮3和第三同步带轮8的转速比是1比2，所以第一臂5的旋转速度和第三同步带轮8的自转速度是大小相等，方向相反，从而使得第二同步带轮7的转动速度是大小相等，方向相反，进而带动第二臂9做相应的转动；所以第二臂9和第一臂5同时做转动速速相同，转动方向相反的运动，从而达到一个升降的运动；同理，第二同步带轮7通过第二同步带26带动第四同步带轮11转动，因为第四同步带轮11齿数为第二同步带轮7的两倍，因此第四同步带轮11和第二同步带轮7之间的转速比也是2比1，使得第四同步带轮11与第二臂9的转动速度相等，方向相反，从而使得安装在第四同步带轮11上的云台安装法兰12也与第二臂9的转动速度相等，方向相反，进而使得水平安装在云台安装法兰12的云台始终保持在水平状态。
本发明解决了机器人在巡检过程中实现云台的升降，折叠，采用关节式结构，两条臂压缩状态可以相互水平；两臂相对于地面运动方向相反，运动角速度相同，从而使得云台始终与地面保持水平，为方便运动控制且结构简单，采取一个动力输入。而且本发明为方便中空走线且传动效率高，用同步带轮进行远距离传动，且各关节都做了中空设计，方便走线；为增加各个关节的刚性，消除间隙，采用交叉滚子轴承为主轴承。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人云台升降设备，其特征在于：包括固定安装在机器人上的固定架(16)、固定安装在所述固定架(16)上的电机(14)、驱动臂、若干升降臂以及水平安装在最后一根升降臂上端的云台(13)；所述驱动臂与所述电机(14)的输出轴固定连接，并通过所述电机(14)驱动转动；
在每根所述升降臂下端均固定安装有从动轮，在每根所述升降臂上端均转动安装有传动轮，所述传动轮和所述从动轮之间传动连接；在相邻升降臂之间，前一升降臂上端的传动轮与后一升降臂下端的从动轮相互固定连接；
在所述驱动臂下端设置有与其相对转动的驱动轮，所述驱动轮固定安装在所述固定架(16)上；在所述驱动臂上端转动安装有与所述升降臂下端从动轮固定连接的驱动传动轮，所述驱动轮与所述驱动传动轮之间传动连接；所述云台(13)水平安装在最后一根所述升降臂上端的所述传动轮上；且所述驱动臂下端的驱动轮及最后一根所述升降臂上端的传动轮的转速与其他传动轮或从动轮的转速比均为1:2。
2.根据权利要求1所述的机器人云台升降设备，其特征在于：所述升降臂的数量根据具体升降要求确定。
3.根据权利要求1所述的机器人云台升降设备，其特征在于：所述升降臂为1根。
4.根据权利要求1所述的机器人云台升降设备，其特征在于：所述传动轮和所述从动轮之间以及所述驱动轮与所述驱动传动轮之间的传动连接采用链轮、刚带轮或同步带轮方式。
5.根据权利要求1所述的机器人云台升降设备，其特征在于：所述传动轮和所述从动轮之间以及所述驱动轮与所述驱动传动轮之间的传动连接采用同步带轮方式；所述驱动臂下端的驱动轮及最后一根所述升降臂上端的传动轮的齿数是其他传动轮或从动轮的齿数的两倍。
6.根据权利要求5所述的机器人云台升降设备，其特征在于：在所述驱动臂和所述升降臂内均设有两个相对应安装的张紧轮，所述张紧轮顶在同步带外侧，使得同步带张紧。
7.根据权利要求1所述的机器人云台升降设备，其特征在于：在所述固定架(16)上还固定有中空减速机(15)，所述中空减速机(15)与所述驱动臂下端固定刚性连接；所述中空减速机(15)外与所述电机(14)的电机轴联通。
8.根据权利要求1所述的机器人云台升降设备，其特征在于：在相邻升降臂之间，前一升降臂上端的传动轮与后一升降臂下端的从动轮之间通过传动轴(31)固定连接；所述传动轴(31)一端通过交叉滚子轴承(25)转动安装在所述驱动臂上端，另一端与后一升降臂下端的从动轮固定连接。
9.根据权利要求1所述的机器人云台升降设备，其特征在于：在在相邻升降臂之间设有用于保护相邻升降臂连接处的臂盖。
10.根据权利要求1所述的机器人云台升降设备，其特征在于：所述驱动臂的驱动轮和驱动从动轮以及各升降臂的从动轮和传动轮均采用中空结构，其内用于穿过控制所述云台(13)的控制线路(27)。
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