CN113977629B - 一种五轴机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种五轴机械臂，包括基座、与基座依次连接的四个传动臂、与最后一个传动臂连接的执行器，所述基座和四个传动臂均为空心结构，基座与每个传动臂的末端分别设置有驱动关节，所述驱动关节的输出端与下一个传动臂或执行器固定连接。本发明的优点在于：将基座和传动臂均设置为空心结构，从而降低整个机械臂的重量，节省工作时的耗电量，并且空心的管件结构能够方便通信线和电力线穿过，方便运输和组装，各部件之间均通过驱动关节进行连接和驱动，在任意部件损坏时，能够单独更换结构件或驱动件，从而降低维护成本，可以根据最终执行器的方向需求来设置中间传动臂的结构，灵活性高，方便定制化制作。

Description

一种五轴机械臂

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，尤其涉及一种五轴机械臂。

背景技术

目前，自动化技术广泛用于工业、农业、科研、服务和家庭等领域。自动化技术的应用不仅可以把人从复杂且恶劣的环境中解放出来，而且能极大地提高生产率，优化资源配置。机械臂是一种常用的自动化设备，如公开号为CN208132982U的实用新型公开的一种五自由度多功能机械加工设备，但传统的机械臂结构为了提高承载力和防止变形，其传动臂一般使用较重的金属实心结构制作，经过多重传导驱动末端运动时，往往需要提供极大的驱动力以克服各关节的阻力矩，导致机械臂的制造成本较高，后期如果某一关节出现损坏，维修更换成本也比较高，而且由于机械臂较为笨重，一般又需要在工作现场调试组装，导致运输、组装均存在一定的困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种轻型化的五轴机械臂结构，从而降低工作时消耗的能源，减少机械臂的制造和维护成本。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种五轴机械臂，包括基座、与基座依次连接的四个传动臂、与最后一个传动臂连接的执行器，所述基座和四个传动臂均为空心结构，基座与每个传动臂的末端分别设置有驱动关节，所述驱动关节的输出端与下一个传动臂或执行器固定连接。

本发明将基座和传动臂均设置为空心结构，从而降低整个机械臂的重量，节省工作时的耗电量，并且空心的管件结构能够方便通信线和电力线穿过，方便运输和组装，各部件之间均通过驱动关节进行连接和驱动，在任意部件损坏时，能够单独更换结构件或驱动件，从而降低维护成本，可以根据最终执行器的方向需求来设置中间传动臂的结构，灵活性高，方便定制化制作。

优选的，所述驱动关节包括伺服驱动器、伺服电机、谐波减速机；所述伺服驱动器与机械臂的控制器或上一级驱动关节的伺服驱动器通信连接，伺服电机与伺服驱动器通信连接，伺服电机的输出端与谐波减速机配合，所述谐波减速机的输出轴与下一级传动臂或执行器固定连接。

优选的，所述伺服电机***到基座或传动臂末端的管壁上，所述输出轴外侧固定有一连接环，所述连接环与传动臂前端或执行器的端部插接固定。

优选的，所述伺服电机外侧和连接环外侧的连接处分别设置有一圈固定箍，所述固定箍套设在驱动关节的外部，伺服电机和连接环分别与前后端管壁连接时，所述固定箍能够通过螺栓固定连接管壁和驱动关节。

优选的，固定所述伺服电机的固定箍外侧还设置有一圈卡环，所述卡环固定在固定箍和基座或传动臂末端的管壁上。

优选的，所述卡环包括两个半圆环，所述半圆环的两端分别设置卡槽和卡扣，两个半圆环分别通过两端的卡槽和卡扣固定连接成圆环结构，所述卡环内包括沿径向设置的凸台和沿轴向设置的加强筋，所述固定箍通过沉头螺栓与驱动关节连接，凸台能够***到沉头螺栓的沉孔内，所述加强筋处于凸台之间。

优选的，所述基座包括外壳和处于外壳内部的控制器，所述外壳的外侧均布有多个安装孔，外壳上设置有通信接口，控制器与通信接口通信连接。

优选的，所述执行器包括与驱动关节配合的底座，所述底座上固定设置有下夹爪，底座两侧分别固定设置有同轴的伺服舵机，所述伺服舵机分别与上夹爪的两侧固定配合，上夹爪和下夹爪相对的夹持面上分别设置有齿状橡胶垫。

优选的，所述基座和传动臂均为使用碳纤维复合材料制作的空心管体。

优选的，对四个传动臂从基座到执行器依次编号，第一传动臂的末端与前端轴向垂直，第二传动臂和第三传动臂的末端与前端轴向平行，第四传动臂的前端和末端轴向垂直。

本发明提供的五轴机械臂的优点在于：将基座和传动臂均设置为空心结构，从而降低整个机械臂的重量，节省工作时的耗电量，并且空心的管件结构能够方便通信线和电力线穿过，方便运输和组装，各部件之间均通过驱动关节进行连接和驱动，在任意部件损坏时，能够单独更换结构件或驱动件，从而降低维护成本，可以根据最终执行器的方向需求来设置中间传动臂的结构，灵活性高，方便定制化制作。驱动关节通过插接、螺接和外部的卡环多重结构与前后结构件进行连接，确保机械臂的稳定，降低晃动，执行器上设置有齿状橡胶垫，方便适用不同的待夹持件，提高夹持效果。

附图说明

图1为本发明的实施例提供的五轴机械臂的示意图；

图2为本发明的实施例提供的五轴机械臂的驱动关节的示意图；

图3为本发明的实施例提供的五轴机械臂的卡环的示意图；

图4为本发明的实施例提供的五轴机械臂的基座的示意图；

图5为本发明的实施例提供的五轴机械臂的执行器的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例提供了一种五轴机械臂，包括基座1、与基座1依次连接的四个传动臂2、与最后一个传动臂2连接的执行器3，所述基座1和四个传动臂2均为空心结构，基座1和每个传动臂2的末端分别设置有驱动关节4，所述驱动关节4的输出端与下一个传动臂2或执行器3固定连接。

本实施例中将基座1和传动臂2均设置为空心结构，从而降低整个机械臂的重量，节省工作时的耗电量，并且空心的管件结构能够方便通信线和电力线穿过，方便运输和组装，各部件之间均通过驱动关节4进行连接和驱动，在任意部件损坏时，能够单独更换结构件或驱动件，从而降低维护成本，可以根据最终执行器3的方向需求来设置中间传动臂2的结构，灵活性高，方便定制化制作。

结合图2，所述驱动关节4包括伺服驱动器41、伺服电机42和谐波减速机(图未示)，所述伺服驱动器41与机械臂的控制器或上一级驱动关节4的伺服驱动器41通信连接，即所有的驱动关节4可以通过一个统一的控制器进行控制，也可以通过控制器逐级进行控制，伺服电机42与伺服驱动器41通信连接，通过伺服驱动器41控制伺服电机42的转速、方向和角度等，伺服电机42的输出端与谐波减速机配合，所述谐波减速机的输出轴43与下一级传动臂2或执行器3固定连接。伺服电机42的转动通过谐波减速机减速后通输出轴43输出给下级机构，驱动下级机构转动，最终实现对执行器3位置、方向的控制。

所述伺服电机42***到基座1或传动臂2末端的管壁上，所述输出轴43的外侧固定有一连接环44，所述连接环44与传动臂2的前端或执行器3的端部插接固定。在固定时，空心管壁插在伺服电机42或连接环44上之后，其配合面的内侧通过AB环氧胶粘附铝合金薄片，以填充配合面的空隙，改善机械臂的抖动情况，并且方便拆解，降低了维护成本。

进一步的，所述伺服电机42的外侧和连接环44的外侧的连接处分别设置有一圈固定箍45，所述伺服电机42和连接环44分别与前后端连接件的管壁连接时，所述固定箍45能够套在管壁外侧并通过径向的螺栓固定管壁和驱动关节4。通过固定箍45进一步提高驱动关节4的稳定性，防止机械臂的关节发生晃动。

结合图1和图3，所述固定箍45通过内六角沉头螺钉与驱动关节4固定连接，固定所述伺服电机42的固定箍45的外侧还设置有一圈卡环5，所述卡环5包括两个半圆环，所述半圆环的两端设置有卡槽(图未示)和卡扣(图未示)，两个半圆环分别通过两端的卡槽和卡扣固定连接成圆环结构，所述卡环5内部包括沿径向设置的凸台51和沿轴向设置的加强筋52，所述凸台51能够***到沉头螺栓的陈孔内，从而防止卡环5转动，所述加强筋52沿周向分布于凸台51之间，与伺服电机42外部的管壁贴合固定，所述卡环5使用尼龙材料制作，卡槽和卡扣的结构选择现有技术即可。

参考图4，所述基座1包括外壳11和处于外壳11内部的控制器12，所述外壳11的外侧均布有多个安装孔13，从而可以通过安装孔13固定基座1的位置，外壳11上设置有通信接口14，所述控制器12与通信接口14通信连接，通信接口14通过插接的方式与外部器件进行通讯，以获取机械臂的运动数据和接收控制指令。所述控制器12即为整个机械臂的控制器12，能够分别直接控制每一个伺服驱动器41或控制与其直接连接的伺服驱动器41，并通过逐级控制的方式实现对这个机械臂的控制。

参考图5，所述执行器3包括与驱动关节4配合的底座31，所述底座31上固定设置有下夹爪32，底1座两侧分别固定设置有同轴的伺服舵机33，所述伺服舵机33分别与上夹爪34的两侧固定配合，上夹爪34和下夹爪32相对的夹持面上分别设置有齿状橡胶垫35。所述底座31通过驱动关节4控制器转动方向，以调整上夹爪34与下夹爪32的开口方向，方便夹取物体，两侧的伺服舵机33作为上夹爪34的转轴，通过与控制器12的通信控制伺服舵机33转动实现上夹爪34的转动，从而能够控制执行器3进行夹取和释放动作，伺服舵机33通过多个螺栓与上夹爪34固定配合，齿状橡胶垫35的表面具有齿形，以增大摩擦力，提高夹紧效果，防止被夹持物体脱落。

所述基座1和传动2臂均为使用碳纤维复合材料制作的空心管体，厚度为3mm，具体结构根据需要设置，参考图1，本实施例中，对四个传动臂2从基座1到执行器3依次编号，第一传动臂21的末端与前端轴向垂直，第二传动臂22和第三传动臂23的末端与前端轴向平行，第四传动臂24的前端和末端轴向垂直。最终执行器3能够相对于基座1的轴向进行转动调整位置和高度，能够摆动调整夹持方向，灵活性高，使用方便。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种五轴机械臂，其特征在于：包括基座、与基座依次连接的四个传动臂、与最后一个传动臂连接的执行器，所述基座和四个传动臂均为空心结构，基座与每个传动臂的末端分别设置有驱动关节，所述驱动关节的输出端与下一个传动臂或执行器固定连接；

所述驱动关节包括伺服驱动器、伺服电机、谐波减速机；所述伺服驱动器与机械臂的控制器或上一级驱动关节的伺服驱动器通信连接，伺服电机与伺服驱动器通信连接，伺服电机的输出端与谐波减速机配合，所述谐波减速机的输出轴与下一级传动臂或执行器固定连接；所述伺服电机***到基座或传动臂末端的管壁上，所述输出轴外侧固定有一连接环，所述连接环与传动臂前端或执行器的端部插接固定；

所述伺服电机外侧和连接环外侧的连接处分别设置有一圈固定箍，所述固定箍套设在驱动关节的外部，伺服电机和连接环分别与前后端管壁连接时，所述固定箍能够通过螺栓固定连接管壁和驱动关节；固定所述伺服电机的固定箍外侧还设置有一圈卡环，所述卡环固定在固定箍和基座或传动臂末端的管壁上。

2.根据权利要求1所述的一种五轴机械臂，其特征在于：所述卡环包括两个半圆环，所述半圆环的两端分别设置卡槽和卡扣，两个半圆环分别通过两端的卡槽和卡扣固定连接成圆环结构，所述卡环内包括沿径向设置的凸台和沿轴向设置的加强筋，所述固定箍通过沉头螺栓与驱动关节连接，凸台能够***到沉头螺栓的沉孔内，所述加强筋处于凸台之间。

3.根据权利要求1所述的一种五轴机械臂，其特征在于：所述基座包括外壳和处于外壳内部的控制器，所述外壳的外侧均布有多个安装孔，外壳上设置有通信接口，控制器与通信接口通信连接。

4.根据权利要求1所述的一种五轴机械臂，其特征在于：所述执行器包括与驱动关节配合的底座，所述底座上固定设置有下夹爪，底座两侧分别固定设置有同轴的伺服舵机，所述伺服舵机分别与上夹爪的两侧固定配合，上夹爪和下夹爪相对的夹持面上分别设置有齿状橡胶垫。

5.根据权利要求1所述的一种五轴机械臂，其特征在于：所述基座和传动臂均为使用碳纤维复合材料制作的空心管体。

6.根据权利要求1所述的一种五轴机械臂，其特征在于：对四个传动臂从基座到执行器依次编号，第一传动臂的末端与前端轴向垂直，第二传动臂和第三传动臂的末端与前端轴向平行，第四传动臂的前端和末端轴向垂直。

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