CN210389258U - 一种重载机械臂垂直轴结构及机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种重载机械臂垂直轴结构及机器人，包括重载机械臂、与所述重载机械臂连接的活动立柱、与所述活动立柱滑动连接固定立柱，还包括弹性组件，所述弹性组件的一端和所述活动立柱固定连接，所述弹性组件的另一端和所述固定立柱固定连接，所述弹性组件设置在所述活动立柱的外侧，本实用新型所述的重载机械臂垂直轴结构，通过在活动立柱和固定立柱之间设置弹性组件，来平衡负载，结构安全性高；充分利用了气弹簧的出力不变特点，使得电机负载电流减小并且均衡，不同于液压平衡方式，本实用新型无液压缸、控制阀等，结构简单，结构外露，便于维护，使整个垂直轴结构精简且轻量化。

Description

一种重载机械臂垂直轴结构及机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种重载机械臂垂直轴结构及机器人。

背景技术

具有垂直轴的重载机械臂,不只应用于传统制造业如冶金、石油、运输、矿业等领域，同时也应用在如航空、空间探索、生化等高科技领域及服务、医疗康复、手术等工业机器人领域，用于操作部整体等负载的大范围高度变化，随着机械臂在先进领域的大范围应用，与常规工业机械臂比较，该类机械臂的垂直轴负载承受力能及安全性要求更高，现有重载机械臂垂直轴结构无法满足要求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种重载机械臂垂直轴结构，以期至少在一定程度上解决上述问题中的至少一个方面。

为解决上述问题，本实用新型提供一种重载机械臂垂直轴结构，包括重载机械臂、与所述重载机械臂连接的活动立柱、与所述活动立柱滑动连接固定立柱，还包括弹性组件，所述弹性组件的一端和所述活动立柱固定连接，所述弹性组件的另一端和所述固定立柱固定连接，所述弹性组件设置在所述活动立柱的外侧。

可选地，所述弹性组件数量为多个，且多个所述弹性组件平行设置。

可选地，所述弹性组件包括设置在所述固定立柱上的下支座、设置在所述活动立柱上的上支座、设置在所述活动立柱外侧的保护架和设置在所述保护架内的气弹簧，所述气弹簧的一端和所述上支座固定连接，所述气弹簧的另一端和所述下支座固定连接。

可选地，还包括设置在所述活动立柱内的升降部件，所述升降部件包括驱动电机，所述驱动电机通过减速机连接有丝杠，所述丝杠向下伸入所述固定立柱的腔体，与设置在所述固定立柱的腔体内的丝母配合。

可选地，所述丝杠的中心线竖直设置，所述丝杠的中心线与所述活动立柱的中心线、所述固定立柱的中心线重合。

可选地，所述固定立柱外侧壁上设有竖直走向的导向槽，所述活动立柱的内侧壁上设有与所述导向槽配合的导向条。

可选地，还包括底座，所述底座和所述固定立柱固定连接。

可选地，还包括设置在所述固定立柱内的导向座，所述丝杠穿设过所述导向座，用于对所述丝杠的运动进行导向。

可选地，所述重载机械臂包括大臂、与所述大臂转动连接的小臂，所述大臂和所述小臂水平设置。

相对于现有技术，本实用新型所述的重载机械臂垂直轴结构具有以下优势：

本实用新型所述的重载机械臂垂直轴结构，通过在活动立柱和固定立柱之间设置弹性组件，来平衡负载，结构安全性高；充分利用了气弹簧的出力不变特点，使得电机负载电流减小并且均衡，不同于液压平衡方式，本实用新型无液压缸、控制阀等，结构简单，结构外露，便于维护，使整个垂直轴结构精简且轻量化。

本实用新型还提供了一种机器人，所述空调器具有上述所述的重载机械臂垂直轴结构。

所述机器人与所述重载机械臂垂直轴结构相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的重载机械臂垂直轴结构的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的重载机械臂垂直轴结构的剖面结构示意图。

附图标记说明：

1、重载机械臂，11、大臂，12、小臂，2、活动立柱，3、固定立柱，4、弹性组件，41、下支座，42、上支座，43、保护架，44、气弹簧，5、升降部件，51、驱动电机，52、丝杠，53、丝母，6、底座。

具体实施方式

具有垂直轴的重载机械臂,不只应用于传统制造业如冶金、石油、运输、矿业等领域，同时也应用在如航空、空间探索、生化等高科技领域及服务、医疗康复、手术等工业机器人领域，用于操作部整体等负载的大范围高度变化。

随着机械臂在先进领域的大范围应用，与常规工业机械臂比较，对该类机械臂的垂直轴负载承受力能及安全性要求更高，体现在：更轻质量、更高负载/自重比、更高安全系数等。在此要求下，垂直轴的负载平衡装置，对重载机械臂的垂直轴结构性能非常重要。

在常规工业器人中，垂直轴向负载的平衡方式可大致分为：气压式、弹簧式、配重式、以及液压式。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

另外，对该具体实施方式中涉及到方位作简要说明：下述在提到每个结构件的“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方向或位置关系，是指附图中所示的方位或位置关系；这些位置关系仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

本实施例中涉及到的水平方向为参考基准方向，水平方向与地面平行，竖直方向为本实施例中上下竖直方向，竖直方向与水平方向互相垂直，本实施例是在重载机械臂垂直轴结构工作状态下对其结构进行描述。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

如图1所示，一种重载机械臂垂直轴结构，包括重载机械臂1、与所述重载机械臂1连接的活动立柱2、重载机械臂1和活动立柱2相互垂直连接，与所述活动立柱2滑动连接固定立柱3，活动立柱2外套在固定立柱3的外侧，活动立柱2和固定立柱3可以相对滑动，从而改变重载机械臂1的高度。所述重载机械臂垂直轴结构还包括弹性组件4，所述弹性组件4的一端和所述活动立柱2固定连接，所述弹性组件4的另一端和所述固定立柱3固定连接，未设置弹性组件4之前，重载机械臂1的重力由升降部件5承担，设置了弹性组件4后，弹性组件4分担了升降部件5所受的压力，从而减小驱动电机51的功率，缩减结构的尺寸重量，增加负载/自重比；同时，因升降部件5的受力减小，整个机构的安全系数也得到提高。所述弹性组件4设置在所述活动立柱2的外侧，弹性组件4外置，便于维护。

本实用新型充分利用了气弹簧44的出力不变特点，使得电机负载电流减小，并且均衡。如此，本实用新型在对具有垂直轴的机械臂要求轻质量，大负载的领域中是有优势的。

所述弹性组件4数量为多个，且多个所述弹性组件4平行设置，其合计产生的作用力与升降部件5的负载在同一竖直中心线上，无偏心力，结构优良。

本实施例中，优选地，弹性组件4的数量共计4组，对称布局于固定立柱3相对的两侧面，外观规整，弹性组件4所需反作用力小。

所述弹性组件4包括设置在所述固定立柱3上的下支座41、下支座41通过螺钉固定连接在固定立柱3的外侧，设置在所述活动立柱2上的上支座42、上支座42通过螺钉固定连接在活动立柱2的外侧，设置在所述活动立柱2外侧的保护架43和设置在所述保护架43内的气弹簧44，保护架43对气弹簧44起到保护作用，避免气弹簧44受到外力损坏。所述气弹簧44的一端和所述上支座42固定连接，所述气弹簧44的另一端和所述下支座41固定连接，具体的，气弹簧44的压力缸的端部和上支座42固定连接，气弹簧44的活塞杆和下支座41固定连接，通过气弹簧44结构对活动立柱2和固定立柱3之间的压力进行分担，并且气弹簧44的自重轻，出力稳定均衡。

不同于液压平衡方式，本实用新型的气压平衡装置无液压缸、控制阀等，结构简单，结构外露，便于维护；也不同于配重平衡的方式，本实用新型不需要增加较大配重质量，以及滑轮钢丝绳等复杂结构；气弹簧44在全行程范围内，出力基本一致，使得电机负载电流很小，且均衡，这是钢丝卷制弹簧无法比拟的。

如图2所示，重载机械臂垂直轴结构还包括设置在所述活动立柱2内的升降部件5，所述升降部件5包括驱动电机51，本实施例中，驱动电机51固定设置在活动立柱2的上部，所述驱动电机51通过减速机连接有丝杠52，所述丝杠52向下伸入所述固定立柱3的腔体，与设置在所述固定立柱3的腔体内的丝母53配合，通过驱动电机51带动丝杠52相对丝母53进行转动，从而带动重载机械臂1整体高度进行调节。

具体原理是：固定的丝母53通过丝杠52对重载机械臂所产生向上轴向推力为F1。弹性组件4通过活动立柱2对重载机械臂1产生一个向上的支反力为F2，重载机械臂1的向下重力为G。此三力形成平衡,符合公式G＝F1+F2。其中G可认为不变，从而可知，设计弹性组件4，产生适当的支反力F2，可有效的减小丝杠52所受轴向力F1，从而减小电机功率，缩减结构尺寸重量，增加负载/自重比；同时因其减小丝母53与固定立柱3等的受力，也提高了系统的安全系数。

所述丝杠52的中心线竖直设置，所述丝杠52的中心线与所述活动立柱2的中心线、所述固定立柱3的中心线重合。

丝杠52相对丝母53相对转动时，活动立柱2和固定立柱3相对滑动，丝杠52、活动立柱2和固定立柱3同轴运动，同心度高，结构稳定耐用。

所述固定立柱3外侧壁上设有竖直走向的导向槽，所述活动立柱2的内侧壁上设有与所述导向槽配合的导向条，或者所述固定立柱3外侧壁上设有竖直走向的导向条，所述活动立柱2的内侧壁上设有与所述导向条配合的导向槽，进一步保证活动立柱2和固定立柱3之间运动的稳定性。

重载机械臂垂直轴结构还包括底座6，所述底座6和所述固定立柱3固定连接，优选地，底座6和固定立柱3一体成型设置，从而具有较高的结构强度。

重载机械臂垂直轴结构还包括设置在所述固定立柱3内的导向座，所述丝杠52穿设过所述导向座，用于对所述丝杠52的运动进行导向，从而在丝杠52相对丝母53相对转动时，其轴向方向运动具有较高的稳定性，提高重载机械臂1整体的运动稳定性。

所述重载机械臂1包括大臂11、与所述大臂11转动连接的小臂12，所述大臂11和所述小臂12水平设置，大臂11和小臂12之间可以相对转动以调整方向。

本实用新型在具有垂直轴升降的重载机械臂上最为适用。某医疗机器人，要求其垂直轴外形紧凑、质量轻、结构简单、安全系数高，目前，本实用新型所述采用气弹簧44的负载平衡装置已在其机械臂垂直轴中得到应用，可以满足要求，经测定对比，原采用钢丝卷制弹簧用于平衡时，电机电流随行程变化，在2A-20A间，已近电机极限；而采用本文所述采用气弹簧44的负载平衡装置后，全行程范围内，电机电流在2A-3A间，电流小，均衡稳定。

一种机器人，包括如上述的重载机械臂垂直轴结构。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种重载机械臂垂直轴结构，包括重载机械臂(1)、与所述重载机械臂(1)连接的活动立柱(2)、与所述活动立柱(2)滑动连接固定立柱(3)，其特征在于：还包括弹性组件(4)，所述弹性组件(4)的一端和所述活动立柱(2)固定连接，所述弹性组件(4)的另一端和所述固定立柱(3)固定连接，所述弹性组件(4)设置在所述活动立柱(2)的外侧。

2.根据权利要求1所述的重载机械臂垂直轴结构，其特征在于，所述弹性组件(4)数量为多个，且多个所述弹性组件(4)平行设置。

3.根据权利要求1所述的重载机械臂垂直轴结构，其特征在于，所述弹性组件(4)包括设置在所述固定立柱(3)上的下支座(41)、设置在所述活动立柱(2)上的上支座(42)、设置在所述活动立柱(2)外侧的保护架(43)和设置在所述保护架(43)内的气弹簧(44)，所述气弹簧(44)的一端和所述上支座(42)固定连接，所述气弹簧(44)的另一端和所述下支座(41)固定连接。

4.根据权利要求1所述的重载机械臂垂直轴结构，其特征在于，还包括设置在所述活动立柱(2)内的升降部件(5)，所述升降部件(5)包括驱动电机(51)，所述驱动电机(51)通过减速机连接有丝杠(52)，所述丝杠(52)向下伸入所述固定立柱(3)的腔体，与设置在所述固定立柱(3)的腔体内的丝母(53)配合。

5.根据权利要求4所述的重载机械臂垂直轴结构，其特征在于，所述丝杠(52)的中心线竖直设置，所述丝杠(52)的中心线与所述活动立柱(2)的中心线、所述固定立柱(3)的中心线重合。

6.根据权利要求1所述的重载机械臂垂直轴结构，其特征在于，所述固定立柱(3)外侧壁上设有竖直走向的导向槽，所述活动立柱(2)的内侧壁上设有与所述导向槽配合的导向条。

7.根据权利要求1所述的重载机械臂垂直轴结构，其特征在于，还包括底座(6)，所述底座(6)和所述固定立柱(3)固定连接。

8.根据权利要求4所述的重载机械臂垂直轴结构，其特征在于，还包括设置在所述固定立柱(3)内的导向座，所述丝杠(52)穿设过所述导向座，用于对所述丝杠(52)的运动进行导向。

9.根据权利要求1所述的重载机械臂垂直轴结构，其特征在于，所述重载机械臂(1)包括大臂(11)、与所述大臂(11)转动连接的小臂(12)，所述大臂(11)和所述小臂(12)水平设置。

10.一种机器人，其特征在于，包括如上述权利要求1-9中任一项所述的重载机械臂垂直轴结构。

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