CN105215986A - 一种多轴机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多轴机械手，包括旋转座以及依次连接于旋转座的第二、三、四、五和六传动机构，第二传动机构包括机器人大臂和第二伺服电机，第三传动机构包括大臂圆管、第一机器人中臂、第二机器人中臂、第三伺服电机和第二减速器，第四传动机构包括中臂圆管、第四伺服电机和第三减速机，第五传动机构包括第一机器人小臂、安装腔、第二机器人小臂、第五伺服电机和第四减速机，第六传动机构包括旋转法兰、第六伺服电机和第五减速机。本发明采用高品质的伺服电机配合机器人专用的RV系列减速机的传动结构，实现高精度、高效率的机械传动，操作简单，结构紧凑，零部件少，故障率低，具有良好的环境适用性，保证精度和惯量。

Description

一种多轴机械手

技术领域

本发明涉及工业机械手领域，更具体的涉及一种多轴机械手。

背景技术

机器人技术在国外发展有一定的历史，我们国家在最近几年大力发展工业机器人技术，并且取得了一系列的技术成果，但是仍然与发达国家存在一定的差距。

多轴机械手是机器人领域中非常重要的一大组成部分，其能够自由的在三维空间内进行运动，能够准确快速的进行搬运、焊接、打磨、抛光、喷涂等大量重复性工作。尤其是在一些劳动强度大、耗时较多、工作环境恶劣的工厂里，机械手发挥了举足轻重的作用，能够大大提高工作效率、保证生产安全。然而，目前市面上的多轴机械手虽然具有足够多的自由度，但都普遍存在这样的问题，机械结构复杂导致的不够灵活、传动效率低下、控制不稳定、精确度差等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、满足工业需求的高精度高效率的多轴机械手。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种多轴机械手，包括旋转座以及依次连接于旋转座的第二传动机构、第三传动机构、第四传动机构、第五传动机构和第六传动机构，所述旋转座由转体及设于转体上端一侧的座体构成；

所述第二传动机构包括：弯管状机器人大臂，其具有封口的水平端和开口朝上的竖直端，所述机器人大臂水平端内部被分隔为上、下两个腔室，所述下腔室内设有第二伺服电机，所述第二伺服电机动力输出端穿过端口连接在旋转座的座体上；

所述第三传动机构包括：依次连接于机器人大臂竖直端的大臂圆管、弯管状第一机器人中臂和弯管状第二机器人中臂，所述第一机器人中臂具有与机器人大臂水平端朝向相同的水平端，所述机器人大臂水平端上腔室内设有第三伺服电机，所述第一机器人中臂水平端内设有其输出端连接在第二机器人中臂一端的第二减速器，所述第三伺服电机动力输出端与第二减速器输入端通过第一同步轮相连接；

所述第四传动机构包括：连接于第二机器人中臂的中臂圆管以及设于第二机器人中臂内的第四伺服电机和第三减速机，所述第四伺服电机动力输出端连接于第三减速机输入端，第三减速机输出端连接在中臂圆管一端；

所述第五传动机构包括：连接于中臂圆管的弯管状第一机器人小臂，所述第一机器人小臂一端朝向中臂圆管相反的方向形成有安装腔，安装腔一侧设有与第一机器人小臂朝向相同的弯管状第二机器人小臂，所述安装腔内并排设有分别朝向第一、二机器人小臂的第五伺服电机和第四减速机，所述第五伺服电机动力输出端与第四减速器输入端通过第二同步轮相连接，第四减速机输出端连接在第二机器人小臂一端；

所述第六传动机构包括：连接于第二机器人小臂的旋转法兰、设于第二机器人小臂内的第六伺服电机和第五减速机，所述第六伺服电机动力输出端连接于第五减速机输入端，第五减速机输出端连接在旋转法兰上。

作为优选方案，所述旋转座下端还设有第一传动机构，所述第一传动机构包括：底座、安装在底座内的第一伺服电机和第一减速机，所述第一伺服电机动力输出端连接于第一减速机输入端，第一减速机输出端连接在旋转座的转体下端。

作为优选方案，由所述机器人大臂、大臂圆管、第一机器人中臂、第二机器人中臂、中臂圆管、第一机器人小臂、安装腔和第二机器人小臂所构成的外壳全都采用全铝框加工，且各伺服电机和减速器的连接线缆都设在所述外壳内部。

作为优选方案，所述机器人大臂上与其水平端相对一侧设有第一检修端盖。

作为优选方案，所述机器人大臂水平端上对应第三伺服电机设有第二检修端盖。

作为优选方案，所述第一机器人中臂上对应第二减速器输入端设有第三检修端盖。

作为优选方案，所述第二机器人中臂上对应第四伺服电机设有第四检修端盖。

作为优选方案，所述第一机器人小臂上对应第五伺服电机设有第五检修端盖。

作为优选方案，所述安装腔上对应第四减速机输入端和第五伺服电机动力输出端设有第六检修端盖。

作为优选方案，所述第二机器人小臂上对应第六伺服电机设有第七检修端盖。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明具有结构小巧、速度快、力矩大、工作范围广等优点，可远距离操作，能够灵活实现各种动作，工作过程中关节稳定，满足各种需求。

1.本发明没有复杂的传动机构，传动机构完全摒弃掉传统的齿轮齿条结构，而是采用高品质的伺服电机配合机器人专用的RV系列减速机的传动结构，实现高精度、高效率的机械传动，操作简单，结构紧凑，零部件少，故障率低，具有良好的环境适用性，保证精度和惯量；而且相对应的操控软件系统的编程也很简单，降低了生产成本。

2.一共配有7个检修端盖，检修端盖都设置在传动机构上，检修、拆装操作非常方便简单；维护工作也非常容易，通过检修机盖对相应的减速机定期上油即可。

3.外壳首次采用全铝框加工，相比现有的铸造件外壳，大大减轻重量和减小体积。同时各伺服电机和减速器的连接线缆采用全部密闭式设计，均设置在外壳内部，确保防爆安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，其中：

图1为本发明第一实施例的结构爆炸图；

图2为本发明第一实施例的第一传动机构剖面图；

图3为本发明第一实施例的第二传动机构剖面图；

图4为本发明第一实施例的第三传动机构剖面图；

图5为本发明第一实施例的第四传动机构剖面图；

图6为本发明第一实施例的第五传动机构剖面图；

图7为本发明第一实施例的第六传动机构剖面图；

图8为本发明第一实施例的使用状态图；

图9为本发明第二实施例的旋转座结构示意图；

图10为本发明第二实施例的使用状态图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。所有实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参见图1，本发明第一实施例中设计的一种多轴机械手，其为六轴机械手，具体包括：基板70以及依次连接于基板70的第一传动机构、第二传动机构、第三传动机构、第四传动机构、第五传动机构和第六传动机构，基板70用于将六轴机械手进行安装固定，第六传动机构用于安装工装夹具80，从而实现搬运、焊接、打磨、抛光、喷涂等大量重复性工作。

请参见图1和图2，基板70为板状结构，第一传动机构设置在基板70之上。第一传动机构包括：底座11、第一伺服电机12、第一减速机13和旋转座14，底座11固定安装在基板70的上端，在底座11的内部形成有容纳腔，第一伺服电机12和第一减速机13安装在该容纳腔内，旋转座14设置在底座11的上方，旋转座14是由转体141及设于转体141上端一侧的座体142构成。第一伺服电机12的动力输出端连接于第一减速机13的输入端，第一减速机13的输出端穿过底座11的容纳腔，并连接在转体141的下端。从而使得第一伺服电机12通过第一减速机13能够带动旋转座14进行0~360°旋转。

作为优选方案，为了便于检修第一传动机构，基板70和底座11采用一体成型技术制造，此时第一伺服电机12和第一减速机13通过基板70底端与底座11容纳腔相通的通口进行安装，从而使得对第一伺服电机12和第一减速机13的拆装、检修操作非常方便简单。第一伺服电机12选用750W伺服电机，第一减速机13选用机器人专用的RV32-80谐波减速机。

请参见图1和图3，第二传动机构连接于第一传动机构的旋转座14，第二传动机构包括：机器人大臂21和第二伺服电机22，机器人大臂21呈弯管状结构，具有封口的水平端和开口朝上的竖直端，机器人大臂21的水平端朝向旋转座14的座体142内侧。机器人大臂21的水平端内部被分隔成为上、下两个腔室，第二伺服电机22设置在机器人大臂21的水平端下腔室内，第二伺服电机22的动力输出端穿过该水平端，并连接在旋转座14的座体142上。从而使得第二伺服电机22能够带动机器人大臂21进行0~180°旋转。

作为优选方案，为了便于检修第二传动机构，在机器人大臂21上与其水平端相对的一侧设置有第一检修端盖23，从而使得对第二伺服电机22的拆装、检修操作非常方便简单。第二伺服电机22选用750W伺服电机，且带刹车。

请参见图1和图4，第三传动机构连接于第二传动机构的机器人大臂21，第三传动机构包括：大臂圆管31、第一机器人中臂32、第二机器人中臂33、第三伺服电机34、第二减速器35和一对第一同步轮36。第一机器人中臂32呈弯管状结构，具有水平端和开口朝下的竖直端，其中水平端与机器人大臂21的水平端朝向相同。大臂圆管31的一端连接在机器人大臂21的竖直端上，另一端则连接在第一机器人中臂32的竖直端上。第二机器人中臂33亦呈弯管状结构，第二机器人中臂33的一端与第一机器人中臂32的水平端相连接。第三伺服电机34设置在机器人大臂21的水平端上腔室内，位于第二伺服电机22的上方，第三伺服电机34的动力输出端与第一同步轮36A相连接，第二减速器35设置在第一机器人中臂32的水平端内部，第二减速器35的输入端与第一同步轮36B相连接，第二减速器35的输出端连接在第二机器人中臂33上，第一同步轮36A和第一同步轮36B通过设置在大臂圆管31中的同步带相连接。从而使得第三伺服电机34通过一对第一同步轮36和第二减速器35能够带动第二机器人中臂33进行0~270°旋转。

作为优选方案，为了便于检修第三传动机构，在机器人大臂21的水平端上对应第三伺服电机34设置有第二检修端盖37，从而使得对第三伺服电机34的拆装、检修操作非常方便简单。在第一机器人中臂32上对应第二减速器35的输入端设置有第三检修端盖38，从而使得对第二减速器35的拆装、检修操作非常方便简单。第三伺服电机34选用400W伺服电机，第三减速机35选用机器人专用的RV32-120谐波减速机。

请参见图1和图5，第四传动机构连接于第三传动机构的第二机器人中臂33，第四传动机构包括：中臂圆管41、第四伺服电机42和第三减速机43，中臂圆管41的一端连接于第二机器人中臂33的一端。第四伺服电机42和第三减速机43朝向中臂圆管41设置在第二机器人中臂33的内部，第四伺服电机42的动力输出端连接于第三减速机43的输入端，第三减速机43的输出端通过法兰连接在中臂圆管41上。从而使得第四伺服电机42通过第三减速机43能够带动中臂圆管41进行0~360°旋转。

作为优选方案，为了便于检修第四传动机构，在第二机器人中臂33上对应第四伺服电机42设置有第四检修端盖44，从而使得对第四伺服电机42和第三减速机43的拆装、检修操作非常方便简单。第四伺服电机42选用200W伺服电机，第三减速机43选用机器人专用的RV25-80谐波减速机。

请参见图1和图6，第五传动机构连接于第四传动机构的中臂圆管41，第五传动机构包括：第一机器人小臂51、第二机器人小臂52、第五伺服电机53、第四减速机54和一对第二同步轮55。第一机器人小臂51呈弯管状结构，其中一端连接于中臂圆管41的一端，另一端则朝向中臂圆管41相反的方向形成有安装腔56。第二机器人小臂52亦呈弯管状结构，其中一端设置在安装腔56的一侧，且与第一机器人小臂51位于同一侧。第五伺服电机53和第四减速机54并排设置在安装腔56的内部，第五伺服电机53靠近第一机器人小臂51，第四减速机54靠近第二机器人小臂52。第五伺服电机53的动力输出端与第二同步轮55A相连接，第四减速机54的输入端与第二同步轮55B相连接，第四减速机54的输出端穿过安装腔56，并连接在第二机器人小臂52的一端，第二同步轮55A和第二同步轮55B通过设置在安装腔56中的同步带相连接。从而使得第五伺服电机53通过一对第二同步轮55和第四减速机54能够带动第二机器人小臂52进行0~270°旋转。

作为优选方案，为了便于检修第五传动机构，在第一机器人小臂51上对应第五伺服电机53设置有第五检修端盖57，在安装腔56上对应第四减速机54输入端和第五伺服电机53动力输出端设置有第六检修端盖58，从而使得对第五伺服电机53和第四减速机54的拆装、检修操作非常方便简单。第五伺服电机53选用100W伺服电机，第四减速机54选用机器人专用的RV14-50谐波减速机。

请参见图1和图7，第六传动机构连接于第五传动机构的第二机器人小臂52，第六传动机构包括：旋转法兰61、第六伺服电机62和第五减速机63，旋转法兰61设置在第二机器人小臂52的一端，第六伺服电机62和第五减速机63设置在第二机器人小臂52朝向旋转法兰61的一端内部，第六伺服电机62的动力输出端连接于第五减速机63的输入端，第五减速机63的输出端连接在旋转法兰61上。从而使得第六伺服电机62通过第五减速机63能够带动旋转法兰61进行0~360°旋转。

作为优选方案，为了便于检修第六传动机构，在第二机器人小臂52上对应第六伺服电机62设置有第七检修端盖64，从而使得对第六伺服电机62和第五减速机63的拆装、检修操作非常方便简单。第六伺服电机62选用100W伺服电机，第五减速机63选用机器人专用的RV14-50谐波减速机。

请参见图8，六轴机械手在使用时，通过基板70将其固定安装在相应位置，然后在旋转法兰61上安装相应的工装夹具80，即可实现搬运、焊接、打磨、抛光、喷涂等大量重复性工作。

本发明第二实施例中设计的一种多轴机械手，其为五轴机械手，相比第一实施例的差别仅在于少了第一传动机构。请参见图9，具体地，旋转座14的转体141直接设置在基板70的上端，而第二、三、四、五和六传动机构均与第一实施例的相同。

请参见图10，五轴机械手在使用时，通过基板70将其活动连接在龙门架90的导轨上，然后在旋转法兰61上安装较长的喷枪杆91，即可实现并排多支喷枪的在线跟踪喷涂。

在本发明中，由机器人大臂21、大臂圆管31、第一机器人中臂32、第二机器人中臂33、中臂圆管41、第一机器人小臂51、安装腔56和第二机器人小臂52所构成的外壳全都采用全铝框加工，且各伺服电机和减速器的连接线缆都设置在该外壳的内部，确保防爆安全。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种多轴机械手，包括旋转座以及依次连接于旋转座的第二传动机构、第三传动机构、第四传动机构、第五传动机构和第六传动机构，其特征在于，所述旋转座由转体及设于转体上端一侧的座体构成；

所述第二传动机构包括：弯管状机器人大臂，其具有封口的水平端和开口朝上的竖直端，所述机器人大臂水平端内部被分隔为上、下两个腔室，所述下腔室内设有第二伺服电机，所述第二伺服电机动力输出端穿过端口连接在旋转座的座体上；

所述第三传动机构包括：依次连接于机器人大臂竖直端的大臂圆管、弯管状第一机器人中臂和弯管状第二机器人中臂，所述第一机器人中臂具有与机器人大臂水平端朝向相同的水平端，所述机器人大臂水平端上腔室内设有第三伺服电机，所述第一机器人中臂水平端内设有其输出端连接在第二机器人中臂一端的第二减速器，所述第三伺服电机动力输出端与第二减速器输入端通过第一同步轮相连接；

所述第四传动机构包括：连接于第二机器人中臂的中臂圆管以及设于第二机器人中臂内的第四伺服电机和第三减速机，所述第四伺服电机动力输出端连接于第三减速机输入端，第三减速机输出端连接在中臂圆管一端；

所述第五传动机构包括：连接于中臂圆管的弯管状第一机器人小臂，所述第一机器人小臂一端朝向中臂圆管相反的方向形成有安装腔，安装腔一侧设有与第一机器人小臂朝向相同的弯管状第二机器人小臂，所述安装腔内并排设有分别朝向第一、二机器人小臂的第五伺服电机和第四减速机，所述第五伺服电机动力输出端与第四减速器输入端通过第二同步轮相连接，第四减速机输出端连接在第二机器人小臂一端；

所述第六传动机构包括：连接于第二机器人小臂的旋转法兰、设于第二机器人小臂内的第六伺服电机和第五减速机，所述第六伺服电机动力输出端连接于第五减速机输入端，第五减速机输出端连接在旋转法兰上。

2.根据权利要求1所述的多轴机械手，其特征在于，所述旋转座下端还设有第一传动机构，所述第一传动机构包括：底座、安装在底座内的第一伺服电机和第一减速机，所述第一伺服电机动力输出端连接于第一减速机输入端，第一减速机输出端连接在旋转座的转体下端。

3.根据权利要求1或2所述的多轴机械手，其特征在于，由所述机器人大臂、大臂圆管、第一机器人中臂、第二机器人中臂、中臂圆管、第一机器人小臂、安装腔和第二机器人小臂所构成的外壳全都采用全铝框加工，且各伺服电机和减速器的连接线缆都设在所述外壳内部。

4.根据权利要求3所述的多轴机械手，其特征在于，所述机器人大臂上与其水平端相对一侧设有第一检修端盖。

5.根据权利要求3所述的多轴机械手，其特征在于，所述机器人大臂水平端上对应第三伺服电机设有第二检修端盖。

6.根据权利要求3所述的多轴机械手，其特征在于，所述第一机器人中臂上对应第二减速器输入端设有第三检修端盖。

7.根据权利要求3所述的多轴机械手，其特征在于，所述第二机器人中臂上对应第四伺服电机设有第四检修端盖。

8.根据权利要求3所述的多轴机械手，其特征在于，所述第一机器人小臂上对应第五伺服电机设有第五检修端盖。

9.根据权利要求3所述的多轴机械手，其特征在于，所述安装腔上对应第四减速机输入端和第五伺服电机动力输出端设有第六检修端盖。

10.根据权利要求3所述的多轴机械手，其特征在于，所述第二机器人小臂上对应第六伺服电机设有第七检修端盖。