CN115476388A - 机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机械臂，包括底座和与底座连接的动作臂；底座包括座体、驱动单元和连接单元；驱动单元设于座体内，驱动单元包括驱动组件和与驱动组件连接的传动组件，驱动组件控制传动组件绕第一轴线转动；连接单元设于座体，分别与传动组件和动作臂连接；动作臂包括连接筒、减速组件、臂体和第一驱动器，连接筒与座体连接；减速组件包括中间组件和与中间组件连接的摆线减速机；臂体转动连接于连接筒；第一驱动器设于容纳腔内，第一驱动器的外壳与臂体连接，第一驱动器的输出端与摆线减速机的输入端连接，第一驱动器控制臂体绕第二轴线转动。本发明提供的机械臂，旨在解决现有技术中机械臂具有多个方向的自由度时关节体积较大的问题。

Description

机械臂

技术领域

本发明属于机械传动技术领域，更具体地说，是涉及一种机械臂。

背景技术

机械臂是由多个关节及臂杆组成，每个关节由单独的控制电机、驱动控制器及减速器等组成。现有的机械臂将关节设计成模块化结构，能够实现与臂杆的灵活搭配，实现多种机械臂臂型结构，同时方便关节组件的生产、装配和测试，而且便于关节组件更换、维修及生产等。机械臂各关节的运动精度、承载能力、运动平稳性等均受到关节内各元件之间相互位置关系、动作关系的影响。一般关节内设置的控制结构只能使机械臂在工作时具有一个方向的自由度，使机械臂的灵活性受限，很多精密度较高的工作无法完成，限制了机械臂的使用场景。若在关节内设置多组控制结构以实现机械臂在多个方向上的自由度，势必会增加关节的占位体积，导致机械臂整体体积庞大，影响机械臂的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械臂，旨在解决现有技术中机械臂具有多个方向的自由度时关节体积较大的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种机械臂，包括底座和与所述底座连接的动作臂；

所述底座包括：

座体；

驱动单元，设于所述座体内，所述驱动单元包括驱动组件和与所述驱动组件连接的传动组件，所述驱动组件控制所述传动组件绕第一轴线转动；以及

连接单元，设于所述座体，分别与所述传动组件和所述动作臂连接；

所述动作臂包括：

连接筒，与所述座体连接；

减速组件，设于所述连接筒内，所述减速组件包括中间组件和与所述中间组件连接的摆线减速机；

臂体，转动连接于所述连接筒，具有容纳腔，且所述容纳腔与所述连接筒连通；以及

第一驱动器，设于所述容纳腔内，所述第一驱动器的外壳与所述臂体连接，所述第一驱动器的输出端与所述摆线减速机的输入端连接，所述第一驱动器控制所述臂体绕第二轴线转动，所述第二轴线与所述第一轴线呈夹角。

在一种可能的实现方式中，所述座体上开设有第一安装孔，所述第一安装孔的轴线平行于所述第一轴线；所述连接单元包括：

安装组件，插设于所述第一安装孔内，并与所述传动组件连接，所述传动组件控制所述安装组件绕所述第一轴线转动；以及

固定组件，与所述安装组件连接，所述固定组件与所述驱动单元分别位于所述座体的相对两侧，所述固定组件还与所述连接筒连接。

在一种可能的实现方式中，所述安装组件包括：

轴承件，插设于所述第一安装孔内；以及

连接件，插设于所述轴承件内，并与所述传动组件连接。

在一种可能的实现方式中，所述连接件的中心开设有贯通的连接孔，所述传动组件具有与所述连接孔相对应的第二安装孔，所述第二安装孔与所述连接孔处于同一圆周面，所述连接孔和所述第二安装孔用于与座体连接。

在一种可能的实现方式中，所述连接件具有插设于所述轴承件内的连接部，以及抵接于所述座体的限位部，所述限位部与所述传动组件分别位于所述座体的相对两侧。

在一种可能的实现方式中，所述固定组件包括：

固定罩，罩设于所述连接件，所述固定罩上开设有固定槽；以及

固定架，插设于所述固定槽内，且所述固定架上开设有用于容纳所述连接筒的紧固孔，所述紧固孔的轴线平行于所述第二轴线。

在一种可能的实现方式中，所述传动组件包括：

第一蜗轮，与所述连接单元连接，所述第一蜗轮的轴线形成所述第一轴线；

第一蜗杆，与所述第一蜗轮啮合，且所述第一蜗杆与所述驱动组件连接；以及

第二蜗杆，与所述第一蜗轮啮合，所述第二蜗杆的轴线垂直于所述第一蜗杆的轴线；且所述第二蜗杆与所述第一蜗杆啮合传动，或所述第二蜗杆与所述驱动组件连接。

在一种可能的实现方式中，所述第一蜗杆上设有第一齿轮，所述第二蜗杆上设有第二齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合。

在一种可能的实现方式中，所述驱动组件包括第二驱动器和与所述第二驱动器连接的减速器，所述减速器与所述第一蜗杆连接。

在一种可能的实现方式中，所述第一蜗杆还与第一驱动齿轮连接，所述减速器与第二驱动齿轮连接，所述第一驱动齿轮与所述第二驱动齿轮啮合，且所述第一驱动齿轮和所述第二驱动齿轮。

本发明提供的机械臂的有益效果在于：与现有技术相比，本发明机械臂将动作臂与底座连接，底座可以与工作台连接，也可以与另一个动作臂连接。底座控制动作臂绕第一轴线转动，同时动作臂可以绕第二轴线转动，使动作臂在工作时具有两个方向的自由度，可以完成复杂的机械动作，提高了机械臂的使用范围和灵活性。将第一驱动器设置在臂体的容纳腔内，充分利用臂体内的空间，减小了关节的体积，使机械臂的整体体积缩小，使用范围更加广泛。第一驱动器输出的扭矩通过中间组件传递给摆线减速机，使摆线减速机的输出速度减小，从而降低第一驱动器外壳的转速，臂体与第一驱动器外壳同步转动，实现了臂体绕自身轴线转动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的机械臂的结构示意图；

图2为本发明实施例采用的底座的结构示意图；

图3为本发明实施例采用的底座的***图；

图4为本发明实施例采用的底座的部分***图；

图5为图2的仰视图；

图6为本发明实施例采用的第一驱动器和中间组件的结构示意图；

图7为本发明实施例采用的摆线减速机和中间组件的结构示意图。

图中：

1、连接单元；101、连接件；1011、连接部；1012、限位部；1013、连接孔；102、轴承件；103、固定架；1031、紧固孔；104、固定罩；1041、固定槽；

2、座体；201、第一安装孔；

3、传动组件；301、第一蜗杆；302、第二蜗杆；303、第一蜗轮；3031、第二安装孔；304、第一固定座；305、第一驱动齿轮；306、第一齿轮；307、第二齿轮；

4、驱动组件；401、第二驱动器；402、减速器；403、第二驱动齿轮；

5、安装板；

6、动作臂；601、连接筒；602、臂体；603、第一驱动器；604、第三蜗轮；605、摆线减速机；606、第二蜗轮。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图7，现对本发明提供的机械臂进行说明。机械臂，包括底座和与底座连接的动作臂6；

底座包括座体2、驱动单元和连接单元1；驱动单元设于座体2内，驱动单元包括驱动组件4和与驱动组件4连接的传动组件3，驱动组件4控制传动组件3绕第一轴线转动；连接单元1设于座体2，分别与传动组件3和动作臂6连接；

动作臂6包括连接筒601、减速组件、臂体602和第一驱动器603，连接筒601与座体2连接；减速组件设于连接筒601内，减速组件包括中间组件和与中间组件连接的摆线减速机605；臂体602转动连接于连接筒601，具有容纳腔，且容纳腔与连接筒601连通；第一驱动器603设于容纳腔内，第一驱动器603的外壳与臂体602连接，第一驱动器603的输出端与摆线减速机605的输入端连接，第一驱动器603控制臂体602绕第二轴线转动，第二轴线与第一轴线呈夹角。

本发明提供的机械臂，与现有技术相比，本发明机械臂将动作臂6与底座连接，底座可以与工作台连接，也可以与另一个动作臂6连接。底座控制动作臂6绕第一轴线转动，同时动作臂6内的第一驱动器603可以其绕第二轴线转动，使动作臂6在工作时具有两个方向的自由度，可以完成复杂的机械动作，提高了机械臂的使用范围和灵活性。将第一驱动器603设置在臂体602的容纳腔内，充分利用臂体602内的空间，减小了关节的体积，使机械臂的整体体积缩小，使用范围更加广泛。第一驱动器603输出的扭矩通过中间组件传递给摆线减速机605，使摆线减速机605的输出速度减小，从而降低第一驱动器603外壳的转速，臂体602与第一驱动器603外壳同步转动，实现了臂体602绕自身轴线转动。

具体地，第一驱动器603为电机。

需要说明的是，一般电机在工作时会将电机外壳固定，固定面抵消电机的扭矩，使电机的输出轴转动。反之，若将电机的输出轴固定，电机产生的扭矩会使电机外壳转动。本申请中利用固定电机输出轴，使电机外壳转动的原理实现臂体602的旋转。电机外壳与臂体602连接(臂体602与关节壳体转动连接)，电机输出轴通过中间组件与摆线减速机605连接，使摆线减速机605的输出速度减小，因而摆线的输出速度与电机的输出速度之间存在差值，从而形成相对速度，该相对速度即为电机外壳的转动速度。

注意，若将电机输出轴完全固定，则电机外壳的转速与电机的输出转轴完全相同，本申请中为了实现电机外壳的减速，设置摆线减速机605与电机输出速度形成速度差，避免与电机外壳连接的臂体602旋转速度过快。

需要说明的是，摆线减速机605是一种应用行星式传动原理，采用摆线针齿啮合的新颖传动装置。摆线针轮减速机全部传动装置可分为三部分：输入部分、减速部分、输出部分。在输入轴上装有一个错位180°的双偏心套，在偏心套上装有两个称为转臂的滚柱轴承，形成H机构、两个摆线轮的中心孔即为偏心套上转臂轴承的滚道，并由摆线轮与针齿轮上一组环形排列的针齿相啮合，以组成齿差为一齿的内啮合减速机构，(为了减小摩擦，在速比小的减速机中，针齿上带有针齿套)。

摆线减速机605的原理：

当输入轴带着偏心套转动一周时，由于摆线轮上齿廓曲线的特点及其受针齿轮上针齿限制之故，摆线轮的运动成为既有公转又有自转的平面运动，在输入轴正转周时，偏心套亦转动一周，摆线轮于相反方向转过一个齿从而得到减速，再借助W输出机构，将摆线轮的低速自转运动通过销轴，传递给输出轴，从而获得较低的输出转速。

在一些实施例中，请参阅图1至图5，座体2上开设有第一安装孔201，第一安装孔201的轴线平行于第一轴线；连接单元1包括安装组件和固定组件，安装组件插设于第一安装孔201内，并与传动组件3连接，传动组件3控制安装组件绕第一轴线转动；固定组件与安装组件连接，固定组件与驱动单元分别位于座体2的相对两侧，固定组件还与臂体602连接。

安装组件***第一安装孔201内，传动组件3带动安装组件绕第一轴线转动，从而使与安装组装连接的固定组件实现绕第一轴线转动。驱动单元位于座体2内，固定组件位于座体2外，方便固定组件通过安装组件与动作臂6连接，使底座内的结构设置更加合理。

在一些实施例中，请参阅图1至图5，安装组件包括轴承件102和连接件101，轴承件102插设于第一安装孔201内；连接件101插设于轴承件102内，并与传动组件3连接。

轴承件102插设在第一安装孔201内，然后将连接件101***轴承件102的内圈，并与传动组件3连接，实现了连接件101、传动组件3和座体2的连接。轴承件102避免连接件101随传动组件3转动时与第一安装孔201发生摩擦，减小了连接件101转动时受到的阻力，而且也避免了磨损座体2，提高了座体2的使用寿命。

可选的，第一安装孔201内具有安装凸台，轴承件102通过螺栓与安装凸台连接，实现了轴承件102与座体2的固定，进一步提高了连接的稳定性。

可选的，连接件101与座体2通过螺栓连接。

在一些实施例中，请参阅图1至图5，连接件101的中心开设有贯通的连接孔1013，传动组件3具有与连接孔1013相对应的第二安装孔3031，第二安装孔3031与连接孔1013处于同一圆周面，连接孔1013和第二安装孔3031用于与座体2连接。

连接件101和传动组件3连接后，连接孔1013和第二安装孔3031位于同一圆周面，从而方便与动作臂6连接，无需在动作臂6上设置不同尺寸的***部，简化了加工步骤，降低了生产成本。

在一些实施例中，请参阅图1至图5，连接件101具有插设于轴承件102内的连接部1011，以及抵接于座体2的限位部1012，限位部1012与传动组件3分别位于座体2的相对两侧。

连接部1011插设在第一安装孔201内，限位部1012与座体2抵接，同时传动组件3和限位部1012在第一安装孔201的轴向分别与座体2抵接，形成限位结构，无需再使用外部连接件101将连接件101与座体2连接，简化了连接结构。

在一些实施例中，请参阅图1至图5，固定组件包括固定罩104和固定架103，固定罩104与连接件101连接，固定罩104上开设有固定槽1041；固定架103插设于固定槽1041内，且固定架103上开设有用于容纳连接筒601的紧固孔1031，紧固孔1031的轴线平行于第二轴线。

将固定罩104与连接件101连接，通过插接的方式将固定架103与固定罩104连接，从而对固定架103进行安装固定。然后将连接筒601与固定架103上的紧固孔1031插接，实现动作臂6与固定架103的连接。本实施例中的方案采用插接的方式，在连接的过程中无需进行定位，提高了连接效率。

可选的，连接筒601上设有法兰，法兰与固定架103还通过螺栓连接。

可选的，固定架103与固定罩104插接后，通过螺栓紧固连接，提高连接的稳定性。

可选的，固定罩104扣设于连接件101外，并通过螺栓与连接件101连接，增加了与连接件101的接触面积，提高了连接的紧固性。

在一些实施例中，请参阅图1至图5，传动组件3包括第一蜗轮303、第一蜗杆301和第二蜗杆302，第一蜗轮303与连接单元1连接，第一蜗轮303的轴线形成第一轴线；第一蜗杆301与第一蜗轮303啮合，且第一蜗杆301与驱动组件4连接；第二蜗杆302与第一蜗轮303啮合，第二蜗杆302的轴线垂直于第一蜗杆301的轴线；且第二蜗杆302与第一蜗杆301啮合传动，或第二蜗杆302与驱动组件4连接。

相互垂直的第一蜗杆301和第二蜗杆302分别与第一蜗轮303啮合，从而在第一蜗杆301的轴向和第二蜗杆302的轴向分别对第一蜗轮303进行限位，避免了仅设置一个蜗杆与第一蜗轮303啮合时因间隙的存在造成第一蜗轮303发生晃动的问题，提高了传动的稳定性。

在一些实施例中，请参阅图1至图3，传动组件3还包括第一固定座304，第一固定座304包括相互垂直的第一固定板和第二固定板，第一固定板上安装有第一轴承，第一蜗杆301与第一轴承连接；第二固定板上安装有第二轴承，第二蜗杆302与第二轴承连接。

第一蜗杆301与第一轴承连接，实现将第一蜗杆301固定在第一固定板上；第二蜗杆302与第二轴承连接，实现将第二蜗杆302固定在第二固定板上。本实施例中的结构可以分别对第一蜗杆301和第二蜗杆302进行固定，提高第一蜗杆301和第二蜗杆302的稳定性，而且采用本方案形成的第一安装座2结构更加简单，体积较小，有利于缩小连接关节的体积。

可选的，第二蜗杆302的另一端通过第二固定座固定于座体2。

在一些实施例中，请参阅图1至图5，第一蜗杆301上设有第一齿轮306，第二蜗杆302上设有第二齿轮307，第一齿轮306与第二齿轮307啮合。

本实施例中通过驱动组件4控制第一蜗杆301转动，第一蜗杆301上的第一齿轮306使第二齿轮307同步转动，从而实现第二蜗杆302的转动，同时第一蜗杆301和第二蜗杆302还驱动第一蜗轮303转动，驱动组件4仅需要与第一蜗杆301连接，无需与第二蜗杆302连接，因此驱动组件4中可以仅包含一个驱动部件，减小了占用座体2上的空间，缩小了连接结构的体积。

可选的，第一齿轮306和第二齿轮307均为锥齿轮。

在一些实施例中，请参阅图1至图5，驱动组件4包括第二驱动器401和与第二驱动器401连接的减速器402，减速器402与第一蜗杆301连接。

第二驱动器401输出的转速通过减速器402后得到减速，然后再通过减速器402与第一蜗杆301连接，实现第一蜗杆301的转动。本实施例中的方案可以减少第一蜗杆301的转速，提高第一蜗杆301转动时的稳定性，避免转速过快使第一蜗杆301、第二蜗杆302和第一蜗轮303传动时发生晃动。

在一些实施例中，请参阅图1至图5，第一蜗杆301还与第一驱动齿轮305连接，减速器402与第二驱动齿轮403连接，第一驱动齿轮305与第二驱动齿轮403啮合，且第一驱动齿轮305和第二驱动齿轮403。

将第二驱动器401与减速器402沿第一方向连接后，将第一驱动齿轮305和第二驱动齿轮403啮合连接，第一方向平行于第一蜗杆301的轴线。本实施例中的方案可以减小占用座体2的体积，避免连接关节体积过大，缩小机械臂的体积、增加机械臂的灵活性。

在一些实施例中，请参阅图5，底座还包括设于座体2的安装板5，安装板5分别开设有第一固定孔和第二固定孔，减速器402的输出端穿设于第二固定孔，第一蜗杆301穿设于第一固定孔。

本实施例中的技术方案可以提高第一驱动齿轮305和第二驱动齿轮403之间的稳定性，避免第一驱动齿轮305和第二驱动齿轮403因间隙造成晃动。

可选的，第一固定孔内设有轴承，第一蜗杆301与轴承连接。

作为中间组件的一个具体实施例，请参阅图6至图7，中间组件包括啮合连接的第三蜗轮604和第二蜗轮606，其中，第三蜗轮604与第一驱动器603的输出端连接；第二蜗轮606与摆线减速机605的外壳连接。

可选的，第二蜗轮606的内周面设有第二卡齿，第三蜗轮604的外周面设有与第二卡齿啮合的第三卡齿，第三蜗轮604设于第二蜗轮606内。

可选的，第三蜗轮604与第二蜗轮606的轴线平行，第三蜗轮604与第二蜗轮606的外周面分别设有相互啮合的第一卡齿。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.机械臂，其特征在于，包括底座和与所述底座连接的动作臂；

所述底座包括：

座体；

驱动单元，设于所述座体内，所述驱动单元包括驱动组件和与所述驱动组件连接的传动组件，所述驱动组件控制所述传动组件绕第一轴线转动；以及

连接单元，设于所述座体，分别与所述传动组件和所述动作臂连接；

所述动作臂包括：

连接筒，与所述座体连接；

减速组件，设于所述连接筒内，所述减速组件包括中间组件和与所述中间组件连接的摆线减速机；

臂体，转动连接于所述连接筒，具有容纳腔，且所述容纳腔与所述连接筒连通；以及

第一驱动器，设于所述容纳腔内，所述第一驱动器的外壳与所述臂体连接，所述第一驱动器的输出端与所述摆线减速机的输入端连接，所述第一驱动器控制所述臂体绕第二轴线转动，所述第二轴线与所述第一轴线呈夹角。

2.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述座体上开设有第一安装孔，所述第一安装孔的轴线平行于所述第一轴线；所述连接单元包括：

安装组件，插设于所述第一安装孔内，并与所述传动组件连接，所述传动组件控制所述安装组件绕所述第一轴线转动；以及

固定组件，与所述安装组件连接，所述固定组件与所述驱动单元分别位于所述座体的相对两侧，所述固定组件还与所述连接筒连接。

3.如权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述安装组件包括：

轴承件，插设于所述第一安装孔内；以及

连接件，插设于所述轴承件内，并与所述传动组件连接。

4.如权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述连接件的中心开设有贯通的连接孔，所述传动组件具有与所述连接孔相对应的第二安装孔，所述第二安装孔与所述连接孔处于同一圆周面，所述连接孔和所述第二安装孔用于与座体连接。

5.如权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述连接件具有插设于所述轴承件内的连接部，以及抵接于所述座体的限位部，所述限位部与所述传动组件分别位于所述座体的相对两侧。

6.如权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述固定组件包括：

固定罩，罩设于所述连接件，所述固定罩上开设有固定槽；以及

固定架，插设于所述固定槽内，且所述固定架上开设有用于容纳所述连接筒的紧固孔，所述紧固孔的轴线平行于所述第二轴线。

7.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述传动组件包括：

第一蜗轮，与所述连接单元连接，所述第一蜗轮的轴线形成所述第一轴线；

第一蜗杆，与所述第一蜗轮啮合，且所述第一蜗杆与所述驱动组件连接；以及

第二蜗杆，与所述第一蜗轮啮合，所述第二蜗杆的轴线垂直于所述第一蜗杆的轴线；且所述第二蜗杆与所述第一蜗杆啮合传动，或所述第二蜗杆与所述驱动组件连接。

8.如权利要求7所述的机械臂，其特征在于，所述第一蜗杆上设有第一齿轮，所述第二蜗杆上设有第二齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合。

9.如权利要求7所述的机械臂，其特征在于，所述驱动组件包括第二驱动器和与所述第二驱动器连接的减速器，所述减速器与所述第一蜗杆连接。

10.如权利要求9所述的机械臂，其特征在于，所述第一蜗杆还与第一驱动齿轮连接，所述减速器与第二驱动齿轮连接，所述第一驱动齿轮与所述第二驱动齿轮啮合，且所述第一驱动齿轮和所述第二驱动齿轮。

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