具有冗余自由度臂長可變的多功能集成機械臂的制作方法
【專利說明】具有冗余自由度臂長可變的多功能集成機械臂 所屬技術領域
[0001] 本發明屬于機械臂技術領域，具體設及一種具有冗余自由度臂長可變的多功能集 成機械臂。
【背景技術】
[0002] 近年來，機器人技術取得了長足的進展，機械臂在機器人領域中得到最廣泛實際 的應用，已應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等各種生產領域中，它的應用加快了 生產的自動化和現代化，大幅度的提高了生產效率。
[0003] 然而現有機械臂多數功能單一，例如工業流水線上的機械臂僅能重復同一動作， 焊接機器人只能執行焊接功能，誘注機器人只能執行誘注功能，無法滿足一機多用的效果。 現階段的機械臂通常具有多個轉動的關節，每個關節的轉動均是通過步進電機或伺服電機 實現，由于步進電機或伺服電機的體積通常較大，運就需要機械臂每個關節部分具有較大 的體積，W便于安裝步進電機或伺服電機，而且機械臂自由度越多，其結構也越復雜，且一 般工業機械臂為六自由度，限制了機械臂的路徑優化W及容錯控制，因而常規的工業機械 臂存在W下缺點：結構賄腫、占用空間大、功能單一W及可研究的范圍相對小。由于運些缺 點，使得普通工業機器人不能或者不適于對機器人體積和功能有嚴格控制的場合比如教學 實驗、娛樂及家庭服務等特殊行業。造成上述缺陷的基本原因是：機械臂的機械機構沒有進 行優化設計、驅動和位置檢測單元是相互獨立的，機械臂機械結構相似，不同功能的實現嚴 重依賴軟件，為了解決上述問題，本發明提出了一種具有冗余自由度臂長可變的多功能集 成機械臂，它將機械臂的伸縮運動和旋轉運動集成在一個關節中，將機械臂的伸縮運動和 俯仰運動集中在一個關節中，很大程度上減小了機械臂的體積與重量，擴展了機械臂的應 用及研究范圍。
【發明內容】
[0004] 本發明提出了一種具有冗余自由度臂長可變的多功能集成機械臂，具有結構緊 湊、適應性強、易于實現和維護、體積小、質量小與運動靈活等特點。
[0005] 本發明的技術方案：
[0006] 具有冗余自由度臂長可變的多功能集成機械臂包括底座關節、一體化關節、俯仰 關節、集成關節與旋轉關節。底座關節支撐其上的關節并可帶動其上的關節做旋轉運動；一 體化關節將伸縮運動和俯仰運動集成在一個關節內，兩個直驅電機共用一個驅動控制器， 從關節的內部走線，減少了驅動控制器的數量，降低了關節的復雜程度；集成關節將旋轉運 動和伸縮運動集成到一個關節，精簡了關節結構；俯仰關節提供俯仰運動，動力輸出軸采用 雙軸承支撐提高系統強度；旋轉關節結構與底座關節相似，可輸出旋轉運動。
[0007] 所述底座關節包括底座、底座驅動控制器、底座驅動控制接線、底座電路外接端、 底座直驅電機接線、底座直驅電機、底座箱體、底座軸承與底座法蘭，底座直驅電機安裝在 底座箱體上，底座箱體的上端安裝有底座軸承，底座軸承內圈固定有底座法蘭，底座直驅電 機的電機軸與底座法蘭連接，在底座軸承的支撐下，底座法蘭可隨底座直驅電機的電機軸 轉動，底座直驅電機接線連接到安裝在底座連接板上的底座驅動控制器上，底座驅動控制 器的信號由底座驅動控制接線連接到底座電路外接端，用W和其他模塊通信，底座連接板 安裝到底座箱體上，其可與外界裝置連接用W固定機械臂。
[0008] 進一步所述一體化關節包括一體化關節第一同步輪、一體化關節同步帶、一體化 關節軸第一支撐板、一體化關節軸第二支撐板、一體化關節電機連接軸、一體化關節第二同 步輪、一體化關節上端蓋、一體化關節第一支撐板、一體化關節伸縮桿、一體化關節滾珠件、 一體化關節連接板、絲杠、一體化關節支撐軸承、一體化關節電機安裝版、一體化關節第一 直驅電機、一體化關節箱體、一體化關節電路外接端、一體化關節第一直驅電機接線、一體 化關節驅動控制器、一體化關節第二支撐板、固線器、一體化關節直線軸承、一體化關節卡 黃、一體化關節第二直驅電機接線、一體化關節導軌桿、一體化關節電機連接軸支撐軸承、 一體化關節第二直驅電機、一體化關節上箱體、一體化關節軸支撐軸承、一體化關節支撐軸 與一體化關節外接法蘭。一體化關節第一直驅電機安裝在一體化關節電機安裝板上，一體 化關節電機安裝板連接在安裝在一體化關節箱體對應長方形槽內的，一體化關節第二支撐 板上，一體化關節第二支撐板上還安裝有一體化關節支撐軸承與一體化關節導軌桿，一體 化關節導軌桿的另一端由一體化關節第一支撐板固定，一體化關節第一支撐板安裝在一體 化關節箱體對應的長方形槽內，一體化關節支撐軸承內圈固定有絲杠，絲杠上配合有一體 化關節滾珠件，一體化關節滾珠件外側配合有一體化關節連接板，一體化關節連接板另一 側由一體化關節卡黃固定有一體化關節直線軸承，一體化關節直線軸承與一體化關節導軌 桿配合，并可沿其直線運動，一體化關節連接板上面固定有一體化關節伸縮桿，一體化關節 驅動控制器安裝在一體化箱體內側壁上，其上連接有一體化關節第一直驅電機接線、一體 化關節第二直驅電機接線與一體化關節電路外接端，一體化關節電路外接端負責其他關節 通信。一體化關節上箱體安裝在一體化關節伸縮桿上，一體化關節第一直驅電機安裝在一 體化關節軸承第二支撐板上，其電機軸與一體化關節電機連接軸固連，一體化關節電機連 接軸由分別安裝在一體化關節軸承第二支撐板與一體化關節俯仰軸承第一支撐板上的兩 個一體化關節軸支撐軸承支撐，一體化關節軸承第二支撐板與一體化關節軸承第一支撐板 都安裝在一體化關節上箱體上，一體化關節上箱體固定一體化關節軸承第一支撐板的一側 還安裝有一體化關節上端蓋。一體化關節電機連接軸伸出端安裝有一體化關節軸同步輪， 一體化關節軸同步輪上安裝有一體化關節同步帶，一體化關節同步帶另一端安裝在一體化 關節同步帶輪上，一體化關節同步帶輪安裝在一體化關節支撐軸上，一體化關節支撐軸由 安裝在一體化關節上箱體上的一體化關節軸支撐軸承支撐，一體化關節支撐軸上還安裝有 一體化關節外接法蘭，用W和其他關節連接。一體化關節第一直驅電機接線經過一體化關 節伸縮桿、一體化關節第一支撐板、一體化關節連接板與一體化關節第一支撐板連接到一 體化關節驅動控制器上。
[0009] 進一步，所述集成關節包括集成關節同步輪、集成關節同步輪軸、集成關節同步輪 支撐板、集成關節箱體、集成關節同步帶、集成關節伸長桿、集成關節卡黃、集成關節同步帶 固定板、集成關節第一滾動軸承、集成關節滾珠花鍵、集成關節第一直驅電機、集成關節第 二直驅電機接線、集成關節第一支撐板、集成關節驅動控制器、集成關節第二直驅電機、集 成關節第二直驅電機固定板、集成關節軸齒輪、集成關節同步帶軸、集成關節電路外接端、 集成關節電路外接接線、集成關節第一直驅電機接線、集成關節第二支撐板、集成關節第二 滾動軸承、集成關節導軌、集成關節軸承支撐件、集成關節支撐軸承軸、集成關節支撐軸承、 集成關節第=支撐板、集成關節外接法蘭、集成關節電機齒輪與集成關節箱體蓋。集成關節 第一直驅電機安裝在集成關節第二支撐板上，集成關節第二支撐板設有同步帶孔與第二滾 動軸承固定孔，其中同步帶孔允許同步帶無摩擦穿過，即不影響同步帶的運動，第二滾動軸 承固定孔用W固定集成關節第二滾動軸承，集成關節第二滾動軸承內圈固定有集成關節導 軌，集成關節導軌另一端固定有集成關節軸承支撐件，集成關節軸承支撐件通過集成關節 支撐軸承軸固定有集成關節支撐軸承，集成關節伸長桿的一端設有螺紋孔用W連接集成關 節外接法蘭，另一端通過滾珠花鍵固定孔固定有集成關節滾珠花鍵，通過第一滾動軸承軸 肩固定集成關節第一滾動軸承的內圈，集成關節第一滾動軸承的外圈通過安裝在卡黃槽的 集成關節卡黃固定在集成關節同步帶固定板的集成關節第一滾動軸承外圈固定端上，集成 關節同步帶固定板還設有同步帶固定孔用W和同步帶固連，集成關節同步帶由分別安裝在 集成關節同步輪支撐板與同步帶軸上的同步輪固定及支撐，其中上端兩集成關節同步輪通 過集成關節同步輪軸安裝在集成關節同步輪支撐板上，集成關節同步輪支撐板安裝在集成 關節第=支撐板上，集成關節第=支撐板安裝在集成關節箱體的長方形槽內，下端兩集成 關節同步輪分別安裝在集成關節同步帶軸的兩端，集成關節同步帶軸靠近兩集成關節同步 輪的兩端連接有集成關節同步帶軸軸承板（圖中未給出），用W將集成關節同步帶軸固定 到集成關節第一支撐板上，集成關節同步帶軸的中間位置安裝有集成關節軸齒輪，集成關 節軸齒輪與集成關節電機齒輪曬合，集成關節電機齒輪安裝在集成關節第二直驅電機上， 集成關節第二直驅電機通過集成關節第二直驅電機固定板連接到集成關節第一支撐板上， 集成關節第一支撐板上還固定有集成關節驅動控制器，集成關節驅動控制器上連接有集成 關節第一直驅電機接線、集成關節第二直驅電機接線與集成關節電路外接接線，=組接線 的另一端分別連接到集成關節第一直驅電機、集成關節第二直驅電機與集成關節電路外接 端上，集成關節第一支撐板固定在箱體的長方形槽內，集成關節箱體蓋固定在集成關節箱 體上，防止集成關節第一支撐板、集成關節第二支撐板與集成關節第=支撐板在集成關節 箱體對應的長方形槽內滑動。在集成關節第一直驅電機轉動帶動下，集成關節導軌、集成 關節軸承支撐件、集成關節支撐軸承及與集成關節導軌配合的集成關節滾珠花鍵做旋轉運 動，從而帶動集成關節伸長桿做旋轉運動，在集成關節第二直驅電機的作用下，通過集成關 節電機齒輪、集成關節軸齒輪、集成關節同步帶軸將集成關節第二直驅電機的旋轉運動傳 遞給集成關節同步輪，在集成關節同步輪的帶動下，安裝在集成關節同步輪上的同步帶做 直線運動，從而帶動與集成關節同步帶固連的集成關節同步帶固定板及集成關節伸長桿在 電機導軌單元的支撐下做直線運動，與集成關節伸長桿通過螺紋孔固連的集成關節外接法 蘭可同時完成旋轉與直線運動。
[0010] 進一步所述俯仰關節包括俯仰底板、俯