一種同軸傳動結構的機械臂的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種同軸傳動結構的機械臂，包括本體組件、固定臂組件、第一關節組件、第二關節組件和末端；所述末端上安裝有末端執行器；所述固定臂組件設置于本體組件上，且在本體組件的帶動下沿本體組件的豎直方向上下移動；所述第一個關節組件轉動固定于固定臂組件下方；所述第二關節組件轉動固定于第一關節組件下方；所述末端轉動固定于第二關節組件下方。本實用新型減輕了臂體的重量，增加了臂體的靈敏度，且末端的體積減少，末端可以伸到狹小的空間作業，適用于對空間要求高的場合。
【專利說明】
一種同軸傳動結構的機械臂
技術領域
[0001]本實用新型涉及機器人設備領域，具體是一種同軸傳動結構的機械臂。
【背景技術】
[0002]水平關節四軸機器人目前已經被非常廣泛應用，在搬運、加工、裝配等環境中有非常重要的作用，它本身具有動作靈活、結構緊湊、空間要求小、重復定位精度高等特點，能夠精確、快速達到空間的一點。水平關節四軸機器人相對于六軸工業機器人來說具有體積小、靈活、成本低等優勢，在未來工業流水線中被大量使用將會是必然趨勢。加大對水平關節四軸機器人的研究也非常必要，目前國內外水平關節四軸機器人的主要品牌包括愛普生、雅馬哈、庫卡等企業。水平關節四軸機器人主要包括三個回轉運動的軸和一個直線上下運動的軸。主要結構包括本體、臂體和末端，針對直線運動設計位置的不同分為兩種，一種直線上下運動設計在本體上，一種直線上下運動設計在末端。這兩種不同的設計各有優勢特點；目前大多數企業設計的水平關節四軸機器人大多數把直線運動設計在末端，這種設計方式的缺陷如下:1、臂體較重，降低了臂體的靈敏度;2、末端的體積較大，末端難以伸到狹小的空間作業，無法適用于對空間要求高的場合。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的在于提供一種同軸傳動結構的機械臂，以解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0004]為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案:
[0005]—種同軸傳動結構的機械臂，包括本體組件、固定臂組件、第一關節組件、第二關節組件和末端;所述末端上安裝有末端執行器;所述固定臂組件設置于本體組件上，且在本體組件的帶動下沿本體組件的豎直方向上下移動;所述第一個關節組件轉動固定于固定臂組件下方;所述第二關節組件轉動固定于第一關節組件下方;所述末端轉動固定于第二關節組件下方。
[0006]作為本實用新型進一步的方案:所述本體組件包括本體底座、本體側板、滾珠絲桿螺母副、導軌滑塊、絲桿螺母固定座和第一無刷直流行星減速電機，本體側板豎直安裝在本體底座上，本體底座上設置有螺紋孔，兩條導軌滑塊平行安裝在本體側板上;所述絲桿螺母固定座滑動安裝于導軌滑塊上，滾珠絲桿螺母副穿過絲桿螺母固定座，滾珠絲桿螺母副兩端分別安裝有第一軸承座和第二軸承座，第一軸承座和第二軸承座均固定于本體側板上，滾珠絲桿螺母副與導軌滑塊平行，兩條導軌滑塊對稱設置在滾珠絲桿螺母副的兩側;所述第一無刷直流行星減速電機通過電機固定座安裝在本體側板上，滾珠絲桿螺母副下端固定有第一同步帶輪，第一無刷直流行星減速電機通過同步帶驅動連接第一同步帶輪。
[0007]作為本實用新型再進一步的方案:所述本體側板上還安裝有光電傳感器。
[0008]作為本實用新型再進一步的方案:所述固定臂組件包括固定臂、第二無刷直流行星減速電機、第三無刷直流行星減速電機、一級傳動軸和中間傳動軸，固定臂固定在螺母固定座上，所述一級傳動軸通過一對第一角接觸軸承和一個推力球軸承安裝在固定臂上，位于上側的第一角接觸軸承的外圈設置有第一軸承端蓋，所述一級傳動軸為空心軸，中間傳動軸通過深溝球軸承安裝于一級傳動軸內，第二無刷直流行星減速電機和第三無刷直流行星減速電機并列安裝在固定臂上，且第二無刷直流行星減速電機和第三無刷直流行星減速電機的輸出軸上均安裝有第二同步帶輪，兩個第二同步帶輪分別通過同步帶驅動連接一級傳動軸和中間傳動軸;所述中間傳動軸上端安裝有連接至第二同步帶輪的第三同步帶輪，中間傳動軸下端安裝有第四同步帶輪;所述一級傳動軸上端裝有第一磁編碼器。
[0009]作為本實用新型再進一步的方案:所述第一關節組件包括第一關節臂體和二級轉動軸，第一關節臂體固定在一級傳動軸，二級轉動軸通過一對第二角接觸軸承安裝在第一關節臂體中，位于下側的第二角接觸軸承的外圈設置有第二軸承端蓋，所述二級轉動軸下端安裝有第五同步帶輪，第四同步帶輪通過同步帶驅動連接第五同步帶輪，二級轉動軸上端設置有第二磁編碼器;所述二級轉動軸為空心軸。
[0010]作為本實用新型再進一步的方案:所述第一關節臂體上設置有臂體保護殼。
[0011]作為本實用新型再進一步的方案:第四同步帶輪與第五同步帶輪之間的同步帶上設置皮帶防松裝置。
[0012]作為本實用新型再進一步的方案:所述的第二關節組件包括第二關節臂體、第四無刷直流減速電機和三級轉動軸，第二關節臂體固定在二級轉動軸上，所述三級轉動軸通過一對第三角接觸軸承安裝在第二關節臂體中，位于下側的第三角接觸軸承的外圈設置有第三軸承端蓋;所述三級轉動軸上安裝有無側隙齒輪，第四無刷直流減速電機固定在第二關節臂體上，且第四無刷直流減速電機的轉軸上設置有與無側隙齒輪相嚙合的齒輪;所述三級轉動軸上端設置有第三磁編碼器;所述末端固定在三級轉動軸上;所述三級轉動軸為空心軸。
[0013]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0014]本實用新型采用無刷直流行星減速電機和同步帶減速配合以及帶消回差的減速器提高了傳動扭矩和穩定性，保證了傳動精度，保證了精度的同時節省成本。本實用新型采用磁編碼器反饋各個關節的轉動角度和零位，提高水平關節四軸機器人的控制性能，斷電無需重新回零位。本實用新型采用軸套軸的方式，減輕關節重量，減少關節轉動慣量，提高關節靈敏度。本實用新型部分控制線和電源線走轉動軸內，避免走線布局凌亂的問題，整體效果美觀。
【附圖說明】
[0015]圖1為同軸傳動結構的機械臂的平面結構示意圖。
[0016]圖2為同軸傳動結構的機械臂的立體結構示意圖。
[0017]圖3為同軸傳動結構的機械臂中本體組件的前側結構示意圖。
[0018]圖4為同軸傳動結構的機械臂中本體組件的后側結構示意圖。
[0019]圖5為同軸傳動結構的機械臂中固定臂組件的立體結構示意圖。
[0020]圖6為同軸傳動結構的機械臂中固定臂組件的剖視結構示意圖。
[0021]圖7為同軸傳動結構的機械臂中第一關節組件的立體結構示意圖。
[0022]圖8為同軸傳動結構的機械臂中第一關節組件的剖視結構示意圖。
[0023]圖9為同軸傳動結構的機械臂中第二關節組件的立體結構示意圖。
[0024]圖10為同軸傳動結構的機械臂中第二關節組件的剖視結構示意圖。
[0025]圖11為同軸傳動結構的機械臂的走線示意圖。
[0026]圖中:1.本體組件、2.固定臂組件、3.第一關節組件、4.第二關節組件、5.末端、6.末端執行器、1-1.本體底座、1-2.本體側板、1-3.第一同步帶輪、1-4.第一軸承座、1-5.滾珠絲桿螺母副、1-6.導軌滑塊、1-7.絲桿螺母固定座、1-8.第二軸承座、1-9.傳感器限位塊、1-10第一無刷直流行星減速電機、1-11.光電傳感器、1-12.電機固定座2-1.固定臂、2-2.第二無刷直流行星減速電機、2-3.第三無刷直流行星減速電機、2-4.第二同步帶輪2-5.第一磁編碼器、2-6.第三同步帶輪、2-7.第六同步帶輪、2-8.第一軸承端蓋、2-9.角接觸軸承、2-10.推力球軸承、2-11.—級轉動軸、2-12.中間轉動軸、2-13.第四同步帶輪、2-14.深溝球軸承3-1.第一關節臂體、3-2.臂體保護殼、3-3.第二磁編碼器、3-4.第二角接觸軸承、3_5.第二軸承端蓋、3-6.第五同步帶輪、3-7.二級轉動軸、3-8.皮帶防松裝置4-1.第二關節臂體、4-2.第四無刷直流減速電機、4-3.第三磁編碼器、4-4.無側隙齒輪、4-5.第三軸承端蓋、4-
6.第三角接觸軸承、4-7.三級轉動軸。
【具體實施方式】
[0027]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0028]請參閱圖1?11，本實用新型實施例中，一種同軸傳動結構的機械臂，包括本體組件1、固定臂組件2、第一關節組件3、第二關節組件4和末端5;所述末端5上安裝有末端執行器6;所述本體組件I作為水平關節四軸機器人的第一軸，具有線性移動特性，所述固定臂組件2設置于本體組件I上，且在本體組件I的帶動下沿本體組件I的豎直方向上下移動，實現了機械臂豎直方向的上下移動;所述第一個關節組件3轉動固定于固定臂組件2下方，可以圍著固定臂組件2的一軸做旋轉運動，即為水平關節四軸機器人的第二軸;所述第二關節組件4轉動固定于第一關節組件3下方，可以圍繞第一關節組件3的一軸做旋轉運動，即為水平關節四軸機器人的第三軸;所述末端5轉動固定于第二關節組件4下方，可以圍繞第二關節組件4做旋轉運動，即為水平關節四軸機器人的第四軸，水平關節四軸機器人的第二、三、四軸具有轉動特性，并且第二軸和第三軸可以根據工作需要的不同，制造成相應多種不同的形態，如圖2所示；
[0029 ]所述本體組件I包括本體底座1-1、本體側板1-2、滾珠絲桿螺母副1-5、導軌滑塊1-
6、絲桿螺母固定座1-7和第一無刷直流行星減速電機1-10，本體側板1-2豎直安裝在本體底座1-1上，本體底座1-1上設置有螺紋孔，用于將整個機器人固定在工作位置，兩條導軌滑塊1-6平行安裝在本體側板1-2上;所述絲桿螺母固定座1-7滑動安裝于導軌滑塊1-6上，滾珠絲桿螺母副1-5穿過絲桿螺母固定座1-7，滾珠絲桿螺母副1-5兩端分別安裝有第一軸承座
1-4和第二軸承座1-8，第一軸承座1-4和第二軸承座1-8均固定于本體側板1-2上，滾珠絲桿螺母副1-5與導軌滑塊1-6平行，兩條導軌滑塊1-6對稱設置在滾珠絲桿螺母副1-5的兩側；所述第一無刷直流行星減速電機1-10通過電機固定座1-12安裝在本體側板1-2上，滾珠絲桿螺母副1-5下端固定有第一同步帶輪1-3，第一無刷直流行星減速電機1-10通過同步帶驅動連接第一同步帶輪1-3，第一無刷直流行星減速電機1-10通過同步帶帶動第一同步帶輪
1-3轉動，進而帶動滾珠絲桿螺母副1-5的轉動，滾珠絲桿螺母副1-5轉動時，驅動絲桿螺母固定座1-7沿導軌滑塊1-6上下移動;所述本體側板1-2上還安裝有光電傳感器1-11，用于垂直方向極限位置的檢測；
[0030]所述固定臂組件2包括固定臂2-1、第二無刷直流行星減速電機2-2、第三無刷直流行星減速電機2-3、一級傳動軸2-11和中間傳動軸2-12，固定臂2-1固定在螺母固定座1-7上，并隨之在垂直方向上運動，所述一級傳動軸2-11通過一對第一角接觸軸承2-9和一個推力球軸承2-10安裝在固定臂2-1上，位于上側的第一角接觸軸承2-9的外圈設置有第一軸承端蓋2-8，通過第一軸承端蓋2-8壓著第一角接觸軸承2-9，防止一級傳動軸2-11軸向竄動，所述一級傳動軸2-11為空心軸，中間傳動軸2-12通過深溝球軸承2-14安裝于一級傳動軸2-11內，第二無刷直流行星減速電機2-2和第三無刷直流行星減速電機2-3并列安裝在固定臂
2-1上，且第二無刷直流行星減速電機2-2和第三無刷直流行星減速電機2-3的輸出軸上均安裝有第二同步帶輪2-4，兩個第二同步帶輪2-4分別通過同步帶驅動連接一級傳動軸2-11和中間傳動軸2-12;所述中間傳動軸2-12上端安裝有連接至第二同步帶輪2-4的第三同步帶輪2-6，中間傳動軸2-12下端安裝有第四同步帶輪2-13，所述一級傳動軸2-11和中間傳動軸2-12相互之間轉動獨立，互不影響;所述一級傳動軸2-11上端裝有第一磁編碼器2-5;
[0031]所述第一關節組件3包括第一關節臂體3-1和二級轉動軸3-7，第一關節臂體3-1固定在一級傳動軸2-11，一級傳動軸2-11轉動時帶動第一關節臂體3-1轉動，第一關節臂體3-1上設置有臂體保護殼3-2，二級轉動軸3-7通過一對第二角接觸軸承3-4安裝在第一關節臂體3-1中，位于下側的第二角接觸軸承3-4的外圈設置有第二軸承端蓋3-5，通過第二軸承端蓋3-5壓著第二角接觸軸承3-4，防止二級轉動軸3-7軸向竄動，所述二級轉動軸3-7下端安裝有第五同步帶輪3-6，第四同步帶輪2-13通過同步帶驅動連接第五同步帶輪3-6，第四同步帶輪2-13與第五同步帶輪3-6之間的同步帶上設置皮帶防松裝置3-8，當第四同步帶輪2-13轉動時，帶動第五同步帶輪3-6轉動，二級轉動軸3-7上端設置有第二磁編碼器3-3;所述二級轉動軸3-7為空心軸，內部裝有控制線；
[0032]所述的第二關節組件4包括第二關節臂體4-1、第四無刷直流減速電機4-2和三級轉動軸4-7，第二關節臂體4-1固定在二級轉動軸3-7上，二級轉動軸3-7轉動時，帶動第二關節臂體4-1轉動，所述三級轉動軸4-7通過一對第三角接觸軸承4-6安裝在第二關節臂體4-1中，位于下側的第三角接觸軸承4-6的外圈設置有第三軸承端蓋4-5，通過第三軸承端蓋4-5壓著第三角接觸軸承4-6，防止三級轉動軸4-7軸向竄動;所述三級轉動軸4-7上安裝有無側隙齒輪4-4，第四無刷直流減速電機4-2固定在第二關節臂體4-1上，且第四無刷直流減速電機4-2的轉軸上設置有與無側隙齒輪4-4相嚙合的齒輪，第四無刷直流減速電機4-2通過齒輪嚙合驅動三級轉動軸4-7的回轉運動;所述三級轉動軸4-7上端設置有第三磁編碼器4-3;所述末端5固定在三級轉動軸4-7上，從而使末端執行器6隨著三級轉動軸4-7的動作而動作;所述三級轉動軸4-7為空心軸。
[0033]所述二級轉動軸3-7和三級轉動軸4-7為空心軸，末端執行器6帶有的控制線和電源線從三級轉動軸4-7內孔穿過進入第二關節組件4內，所述第四無刷直流減速電機4-2的控制線和電源線以及第三磁編碼器4-3的控制線將匯集末端執行器6的控制線和電源線，一起從二級轉動軸3-7內孔進入第一關節組件3內。第一關節組件3帶有臂體保護殼3-2，用于保護第一關節臂體3-1，從二級轉動軸3-7內孔出來的全部線從臂體保護殼3-2穿出殼外，并進入固定臂組件2內。
[0034]本實用新型采用無刷直流行星減速電機和同步帶減速配合以及帶消回差的減速器提高了傳動扭矩和穩定性，保證了傳動精度，保證了精度的同時節省成本。本實用新型采用磁編碼器反饋各個關節的轉動角度和零位，提高水平關節四軸機器人的控制性能，斷電無需重新回零位。本實用新型采用軸套軸的方式，減輕關節重量，減少關節轉動慣量，提高關節靈敏度。本實用新型部分控制線和電源線走轉動軸內，避免走線布局凌亂的問題，整體效果美觀。
[0035]對于本領域技術人員而言，顯然本實用新型不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本實用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本實用新型。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實用新型的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本實用新型內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
[0036]此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
【主權項】
1.一種同軸傳動結構的機械臂，其特征在于，包括本體組件(I)、固定臂組件(2)、第一關節組件(3)、第二關節組件(4)和末端(5);所述末端(5)上安裝有末端執行器(6);所述固定臂組件(2)設置于本體組件(I)上，且在本體組件(I)的帶動下沿本體組件(I)的豎直方向上下移動;所述第一關節組件(3)轉動固定于固定臂組件(2)下方;所述第二關節組件(4)轉動固定于第一關節組件(3)下方;所述末端(5)轉動固定于第二關節組件(4)下方。2.根據權利要求1所述的同軸傳動結構的機械臂，其特征在于，所述本體組件(I)包括本體底座(1-1)、本體側板(1-2)、滾珠絲桿螺母副(1-5)、導軌滑塊(1-6)、絲桿螺母固定座(1-7)和第一無刷直流行星減速電機(1-10)，本體側板(1-2)豎直安裝在本體底座(1-1)上，本體底座(1-1)上設置有螺紋孔，兩條導軌滑塊(1-6)平行安裝在本體側板(1-2)上;所述絲桿螺母固定座(1-7)滑動安裝于導軌滑塊(1-6)上，滾珠絲桿螺母副(1-5)穿過絲桿螺母固定座(1-7)，滾珠絲桿螺母副(1-5)兩端分別安裝有第一軸承座(1-4)和第二軸承座(1-8)，第一軸承座(1-4)和第二軸承座(1-8)均固定于本體側板(1-2)上，滾珠絲桿螺母副(1-5)與導軌滑塊(1-6)平行，兩條導軌滑塊(1-6)對稱設置在滾珠絲桿螺母副(1-5)的兩側;所述第一無刷直流行星減速電機(1-10)通過電機固定座(1-12)安裝在本體側板(1-2)上，滾珠絲桿螺母副(1-5)下端固定有第一同步帶輪(1-3)，第一無刷直流行星減速電機(1-10)通過同步帶驅動連接第一同步帶輪(1-3)。3.根據權利要求2所述的同軸傳動結構的機械臂，其特征在于，所述本體側板(1-2)上還安裝有光電傳感器(1_11)。4.根據權利要求1或2或3所述的同軸傳動結構的機械臂，其特征在于，所述固定臂組件(2)包括固定臂(2-1)、第二無刷直流行星減速電機(2-2)、第三無刷直流行星減速電機(2-3)、一級傳動軸(2-11)和中間傳動軸(2-12)，固定臂(2-1)固定在螺母固定座(1-7)上，所述一級傳動軸(2-11)通過一對第一角接觸軸承(2-9)和一個推力球軸承(2-10)安裝在固定臂(2-1)上，位于上側的第一角接觸軸承(2-9)的外圈設置有第一軸承端蓋(2-8)，所述一級傳動軸(2-11)為空心軸，中間傳動軸(2-12)通過深溝球軸承(2-14)安裝于一級傳動軸(2-11)內，第二無刷直流行星減速電機(2-2)和第三無刷直流行星減速電機(2-3)并列安裝在固定臂(2-1)上，且第二無刷直流行星減速電機(2-2)和第三無刷直流行星減速電機(2-3)的輸出軸上均安裝有第二同步帶輪(2-4)，兩個第二同步帶輪(2-4)分別通過同步帶驅動連接一級傳動軸(2-11)和中間傳動軸(2-12);所述中間傳動軸(2-12)上端安裝有連接至第二同步帶輪(2-4)的第三同步帶輪(2-6)，中間傳動軸(2-12)下端安裝有第四同步帶輪(2-13);所述一級傳動軸(2-11)上端裝有第一磁編碼器(2-5)。5.根據權利要求4所述的同軸傳動結構的機械臂，其特征在于，所述第一關節組件(3)包括第一關節臂體(3-1)和二級轉動軸(3-7)，第一關節臂體(3-1)固定在一級傳動軸Ο-? I) ， 二級轉動軸(3-7)通過一對第二角接觸軸承(3-4)安裝在第一關節臂體(3-1)中，位于下側的第二角接觸軸承(3-4)的外圈設置有第二軸承端蓋(3-5)，所述二級轉動軸(3-7)下端安裝有第五同步帶輪(3-6)，第四同步帶輪(2-13)通過同步帶驅動連接第五同步帶輪(3-6)，二級轉動軸(3-7)上端設置有第二磁編碼器(3-3);所述二級轉動軸(3-7)為空心軸。6.根據權利要求5所述的同軸傳動結構的機械臂，其特征在于，所述第一關節臂體(3-1)上設置有臂體保護殼(3-2)。7.根據權利要求6所述的同軸傳動結構的機械臂，其特征在于，第四同步帶輪(2-13)與第五同步帶輪(3-6)之間的同步帶上設置皮帶防松裝置(3-8)。8.根據權利要求7所述的同軸傳動結構的機械臂，其特征在于，所述的第二關節組件(4)包括第二關節臂體(4-1)、第四無刷直流減速電機(4-2)和三級轉動軸(4-7)，第二關節臂體(4-1)固定在二級轉動軸(3-7)上，所述三級轉動軸(4-7)通過一對第三角接觸軸承(4-6)安裝在第二關節臂體(4-1)中，位于下側的第三角接觸軸承(4-6)的外圈設置有第三軸承端蓋(4-5);所述三級轉動軸(4-7)上安裝有無側隙齒輪(4-4)，第四無刷直流減速電機(4-2)固定在第二關節臂體(4-1)上，且第四無刷直流減速電機(4-2)的轉軸上設置有與無側隙齒輪(4-4)相嚙合的齒輪;所述三級轉動軸(4-7)上端設置有第三磁編碼器(4-3);所述末端(5 )固定在三級轉動軸(4-7 )上;所述三級轉動軸(4-7 )為空心軸。
【文檔編號】B25J9/00GK205521374SQ201620321255
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月15日
【發明人】楊乾坤, 劉耀俊, 田軍, 黃紹平
【申請人】慧靈科技（深圳）有限公司