一種多級旋轉伸縮型機械手臂的制作方法
【專利摘要】一種多級旋轉伸縮型機械手臂，包括相嚙合的第一齒輪和第二齒輪，第一齒輪通過第一轉軸與第一支架相連接，第二齒輪通過第二轉軸與第二支架相連接，第一轉軸與第二轉軸之間設有連接臂；第一轉軸與第一驅動裝置連接，第一支架與第二驅動裝置連接，第二支架與可伸縮的外部機械臂連接；外部機械臂包括第一機械臂、第二機械臂、第三機械臂，第二機械臂一端設置在第一機械臂的中空腔體內，第三機械臂一端設置在第二機械臂的中空腔體內，第一機械臂與第二機械臂、第二機械臂與第三機械臂均螺紋連接，第二機械臂和第三機械臂均由獨立的驅動系統驅動。可以實現機械手臂的多級伸縮和全方位轉動，并具有結構簡單、成本低的特點。
【專利說明】
一種多級旋轉伸縮型機械手臂
技術領域
[0001]本發明涉及機械手臂的技術領域，特別涉及一種多級旋轉伸縮型機械手臂。
【背景技術】
[0002]關節機器人，也稱關節手臂機器人或關節機械手臂，是當今工業領域中最常見的工業機器人的形態之一，適合用于諸多工業領域的機械自動化作業。對于關節機器人，關節是其重要組成部分，實現了機械手臂的相對運動。
[0003]目前，大多數關節機器人，其每兩條機械手臂之間只有一種相對運動，當關節機器人需要較復雜的動作或者需要到達較廣的區域范圍時，需要用多個手臂和多個關節組合而成，其結構復雜，體積龐大。
【發明內容】
[0004]發明的目的:本發明公開一種多級旋轉伸縮型機械手臂，其結構簡單、成本低，可以實現機械手臂的伸縮和全方位轉動，這樣就可以減少關節機器人的機械手臂和關節的數量，簡化關節機器人結構。
[0005]技術方案:為了實現以上目的，本發明公開了一種多級旋轉伸縮型機械手臂，包括相嚙合的第一齒輪和第二齒輪，第一齒輪穿設在第一轉軸上，并通過第一轉軸與第一支架相連接，第二齒輪穿設在第二轉軸上，并通過第二轉軸與第二支架相連接，第一轉軸與第二轉軸之間設有連接臂;其中第一轉軸與第一驅動裝置相連接，第一支架與第二驅動裝置相連接，第二支架與可伸縮的外部機械臂相連接;所述外部機械臂包括第一機械臂、第二機械臂、第三機械臂，其中第二機械臂一端設置在第一機械臂的中空腔體內，第三機械臂一端設置在第二機械臂的中空腔體內，第一機械臂與第二機械臂螺紋連接，第二機械臂與第三機械臂螺紋連接，第二機械臂和第三機械臂均由獨立的驅動系統驅動。這種設計通過第二驅動裝置帶動機械關節繞著軸線X旋轉，通過第一驅動裝置以及第一齒輪帶動第二齒輪與第二支架繞著第一齒輪旋轉，因此可以實現機械手臂的全方位轉動，通過多個機械臂之間的螺紋連接可以實現多級伸縮，并具有結構簡單、成本低、結構穩定、傳動可靠的特點。
[0006]進一步的，上述一種多級旋轉伸縮型機械手臂，所述第一支架包括底板和分別設置在底板兩端的兩個側板，第一轉軸兩端分別與兩個側板相連接，第二驅動裝置與底板相連接。這種設計結構緊湊、簡單，機械關節的軸線X與第一轉軸相垂直;機械關節旋轉的精度高、可控性好。
[0007]進一步的，上述一種多級旋轉伸縮型機械手臂，所述第一齒輪兩端分別設有擋板，且擋板高于第一齒輪的齒頂。這種設計起到對第二齒輪的限位作用，由于支架、連接臂等部件在安裝時產生的間隙，當第二驅動裝置帶動機械關節繞著軸線X旋轉時，第一齒輪有帶動第二齒輪繞軸線X旋轉的趨勢，輪齒之間會發生碰撞和移位，長此以往，可能會導致輪齒的磨損和斷裂，而擋板與第二齒輪的端面接觸、受力，可以大大緩解輪齒之間的磨損和撞擊，提尚使用壽命。
[0008]進一步的，上述一種多級旋轉伸縮型機械手臂，所述第一驅動裝置包括第一步進電機，安裝在第一步進電機上的第一電機齒輪，以及與第一電機齒輪相嗤合的第一傳動齒輪，其中第一傳動齒輪安裝在第一轉軸上。這種設計結構簡單、傳動平穩，可以通過控制步進電機的角位移量，來控制第二齒輪與第二支架的轉動位置，從而達到準確定位的目的；也可以結合感應裝置，到達設定的位置。
[0009]進一步的，上述一種多級旋轉伸縮型機械手臂，所述第二驅動裝置包括第二步進電機，安裝在第二步進電機上的第二電機齒輪，以及與第二電機齒輪相嚙合的第二傳動齒輪，其中第二傳動齒輪通過第三轉軸與底板相連接，且第三轉軸的軸線通過第一齒輪的圓心。這種設計結構簡單、傳動平穩，同樣通過步進電機來達到準確定位的目的，機械關節的轉動可以隨時停止和開始，以及保持在任意的位置;第三轉軸軸線通過第一齒輪圓心的設計，使機械關節通過旋轉可以到達的區域呈球面狀。
[0010]進一步的，上述一種多級旋轉伸縮型機械手臂，所述第二支架設有一組長圓孔，并通過長圓孔與第一機械臂固定連接。這種設計可以調整外部機械壁的安裝位置，適用性廣。[0011 ]進一步的，上述一種多級旋轉伸縮型機械手臂，還包括基座，基座與第三轉軸之間通過軸承連接，第二步進電機安裝在基座上，基座與第四機械臂固定連接。
[0012]進一步的，上述一種多級旋轉伸縮型機械手臂，所述第一機械臂的中空腔體內壁上設有內螺紋;第二機械臂外周設有外螺紋，中空腔體內壁上設有內螺紋;第三機械臂外周設有外螺紋，其中第二機械臂由第三步進電機驅動，第三機械臂由第四步進電機驅動。這種設計結構緊湊、穩定，實現機械手臂的多級伸縮;步進電機可以實現準確定位。
[0013]進一步的，上述一種多級旋轉伸縮型機械手臂，所述第二機械臂端部設有第一端蓋，第三步進電機固定安裝在第一端蓋上，第一端蓋外周設有第一凸起部，其與第一機械臂相連接;所述第三機械臂端部設有第二端蓋，第四步進電機固定安裝在第二端蓋上，第二端蓋外周設有第二凸起部，其與第二機械臂相連接。這種設計用于固定步進電機，具有結構緊湊、節約空間的特點。
[0014]進一步的，上述一種多級旋轉伸縮型機械手臂，所述第一機械臂的中空腔體內壁上設有第一導軌部，其與第一凸起部形狀相適應;第二機械臂的中空腔體內壁上設有第二導軌部，其與第二凸起部形狀相適應。這種設計可以實現端蓋與電機跟著機械臂運動的功能，導軌部起到規制作用。
[0015]上述技術方案可以看出，本發明具有如下有益效果:本發明所述的一種多級旋轉伸縮型機械手臂，其結構簡單緊湊、成本低、結構穩定、傳動可靠;可以實現機械手臂的多級伸縮和全方位轉動，其可以到達的區域為呈球狀的空間；可到達區域大，同時可以實現在區域內的準確定位，可以結合感應裝置，到達設定的位置;其旋轉精度高，可控性好;另外還有適用性好，使用壽命長的特點。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明所述的一種多級旋轉伸縮型機械手臂的結構示意圖；
圖2為本發明所述的一種多級旋轉伸縮型機械手臂的關節的結構示意圖；
圖中:1-第一齒輪，2-第二齒輪，3-第一轉軸，4-第一支架，41-底板，42-側板，5-第二轉軸，6-第二支架，61-長圓孔，7-連接臂，8-第一驅動裝置，81-第一步進電機，82-第一電機齒輪，83-第一傳動齒輪，9-第二驅動裝置，91-第二步進電機，92-第二電機齒輪，93-第二傳動齒輪，10-擋板，11-第三轉軸，12-基座，13-外部機械臂，131-第一機械臂，132-第二機械臂，133-第三機械臂，14-第三步進電機，15-第四步進電機，16-第四機械臂，17-第一端蓋，171-第一凸起部，18-第二端蓋，181-第二凸起部。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖，對本發明【具體實施方式】進行詳細的描述。
實施例
[0018]本發明的一種多級旋轉伸縮型機械手臂，如圖1和圖2所示，包括相嚙合的第一齒輪I和第二齒輪2，第一齒輪I兩端分別設有擋板10，且擋板10高于第一齒輪I的齒頂，對第二齒輪2起到限位作用；第一齒輪I穿設在第一轉軸3上，并通過第一轉軸3與第一支架4相連接，第二齒輪2穿設在第二轉軸5上，并通過第二轉軸5與第二支架6相連接，第一轉軸3與第二轉軸5之間設有連接臂7;第一支架4包括底板41和分別設置在底板41兩端的兩個側板42，第一轉軸3兩端分別與兩個側板42相連接，第二驅動裝置9與底板41相連接;其中第一轉軸3與第一驅動裝置8相連接，第一驅動裝置8包括第一步進電機81，安裝在第一步進電機81上的第一電機齒輪82，以及與第一電機齒輪82相嗤合的第一傳動齒輪83，其中第一傳動齒輪83安裝在第一轉軸3上；第二驅動裝置9包括第二步進電機91，安裝在第二步進電機91上的第二電機齒輪92，以及與第二電機齒輪92相嚙合的第二傳動齒輪93，其中第二傳動齒輪93通過第三轉軸11與底板41相連接，且第三轉軸11的軸線通過第一齒輪I的圓心。
[0019]第二支架6設有一組長圓孔61，并通過長圓孔61與第一機械臂131固定連接;本發明的一種多級旋轉伸縮型機械手臂還包括基座12，基座12與第三轉軸11之間通過軸承連接，第二步進電機91安裝在基座12上，基座12與第四機械臂16固定連接。
[0020]第一齒輪1、第一傳動齒輪83分別與第一轉軸3固定連接，第一轉軸3通過軸承與第一支架4旋轉連接;第一支架4的底板41與第三轉軸11固定連接，第二傳動齒輪93與第三轉軸11固定連接;第二齒輪2與第二轉軸5固定連接。
[0021]第二支架6與可伸縮的外部機械臂13相連接;所述外部機械臂13包括第一機械臂131、第二機械臂132、第三機械臂133，其中第二機械臂132—端設置在第一機械臂131的中空腔體內，第三機械臂133—端設置在第二機械臂132的中空腔體內，第一機械臂131與第二機械臂132螺紋連接，第二機械臂132與第三機械臂133螺紋連接，第二機械臂132和第三機械臂133均由獨立的驅動系統驅動;第一機械臂131的中空腔體內壁上設有內螺紋;第二機械臂132外周設有外螺紋，中空腔體內壁上設有內螺紋;第三機械臂133外周設有外螺紋，其中第二機械臂132由第三步進電機14驅動，第三機械臂133由第四步進電機15驅動;第二機械臂132端部設有第一端蓋17，兩者之間通過軸承連接，第三步進電機14固定安裝在第一端蓋17上，第一端蓋17外周設有第一凸起部171，其與第一機械臂131相連接;所述第三機械臂133端部設有第二端蓋18，兩者之間通過軸承連接，第四步進電機15固定安裝在第二端蓋18上，第二端蓋18外周設有第二凸起部181，其與第二機械臂132相連接;第一機械臂131的中空腔體內壁上設有第一導軌部，其與第一凸起部171形狀相適應;第二機械臂132的中空腔體內壁上設有第二導軌部，其與第二凸起部181形狀相適應。
[0022]工作時，第二驅動裝置9和第一驅動裝置8是互相獨立的驅動系統，并都由控制系統進行控制，使機械關節轉動至設定的位置，機械關節的兩種旋轉可以同時進行;其繞著軸線X可以進行360°的旋轉，繞著第一齒輪I的可旋轉范圍能達到300°左右(無法達到360°旋轉是為了避讓基座12)，兩種旋轉相結合可以帶動機械手臂實現全方位、靈活的轉動;在轉動的同時，機械手臂可以多級伸縮，伸縮也是由獨立的驅動系統所驅動；因此機械手臂能到達的區域，可以形成一個球體形式(除去避讓自身結構用的中空部分)，在此區域內，可以結合外部的控制系統和傳感裝置，實現準確定位。
[0023]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進，這些改進也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種多級旋轉伸縮型機械手臂，其特征在于:包括相嚙合的第一齒輪(I)和第二齒輪(2)，第一齒輪(I)穿設在第一轉軸(3)上，并通過第一轉軸(3)與第一支架(4)相連接，第二齒輪(2)穿設在第二轉軸(5)上，并通過第二轉軸(5)與第二支架(6)相連接，第一轉軸(3)與第二轉軸(5)之間設有連接臂(7)，其中第一轉軸(3)與第一驅動裝置(8)相連接，第一支架(4)與第二驅動裝置(9)相連接，第二支架(6)與可伸縮的外部機械臂(13)相連接； 所述外部機械臂(13)包括第一機械臂(131)、第二機械臂(132)、第三機械臂(133)，其中第二機械臂(132)—端設置在第一機械臂(131)的中空腔體內，第三機械臂(133)—端設置在第二機械臂(132)的中空腔體內，第一機械臂(131)與第二機械臂(132)螺紋連接，第二機械臂(132 )與第三機械臂(133)螺紋連接，第二機械臂(132)和第三機械臂(133 )均由獨立的驅動系統驅動。2.根據權利要求1所述的一種多級旋轉伸縮型機械手臂，其特征在于:所述第一支架(4)包括底板(41)和分別設置在底板(41)兩端的兩個側板(42)，第一轉軸(3)兩端分別與兩個側板(42)相連接，第二驅動裝置(9)與底板(41)相連接。3.根據權利要求1所述的一種多級旋轉伸縮型機械手臂，其特征在于:所述第一齒輪(I)兩端分別設有擋板(10)，且擋板(10)高于第一齒輪(I)的齒頂。4.根據權利要求1所述的一種多級旋轉伸縮型機械手臂，其特征在于:所述第一驅動裝置(8)包括第一步進電機(81)，安裝在第一步進電機(81)上的第一電機齒輪(82)，以及與第一電機齒輪(82)相嗤合的第一傳動齒輪(83)，其中第一傳動齒輪(83)安裝在第一轉軸(3)上。5.根據權利要求2所述的一種多級旋轉伸縮型機械手臂，其特征在于:所述第二驅動裝置(9)包括第二步進電機(91)，安裝在第二步進電機(91)上的第二電機齒輪(92)，以及與第二電機齒輪(92)相嚙合的第二傳動齒輪(93)，其中第二傳動齒輪(93)通過第三轉軸(11)與底板(41)相連接，且第三轉軸(11)的軸線通過第一齒輪(I)的圓心。6.根據權利要求1所述的一種多級旋轉伸縮型機械手臂，其特征在于:所述第二支架(6)設有一組長圓孔(61)，并通過長圓孔(61)與第一機械臂(131)固定連接。7.根據權利要求5所述的一種多級旋轉伸縮型機械手臂，其特征在于:還包括基座(12)，基座(12)與第三轉軸(11)之間通過軸承連接，第二步進電機(91)安裝在基座(12)上，基座(12)與第四機械臂(16)固定連接。8.根據權利要求1所述的一種多級旋轉伸縮型機械手臂，其特征在于:所述第一機械臂(131)的中空腔體內壁上設有內螺紋;第二機械臂(132)外周設有外螺紋，中空腔體內壁上設有內螺紋；第三機械臂(133)外周設有外螺紋，其中第二機械臂(132 )由第三步進電機(14)驅動，第三機械臂(133)由第四步進電機(15)驅動。9.根據權利要求8所述的一種多級旋轉伸縮型機械手臂，其特征在于:所述第二機械臂(132)端部設有第一端蓋(17)，第三步進電機(14)固定安裝在第一端蓋(17)上，第一端蓋(17)外周設有第一凸起部(171)，其與第一機械臂(131)相連接;所述第三機械臂(133)端部設有第二端蓋(18)，第四步進電機(15)固定安裝在第二端蓋(18)上，第二端蓋(18)外周設有第二凸起部(181)，其與第二機械臂(132)相連接。10.根據權利要求9所述的一種多級旋轉伸縮型機械手臂，其特征在于:所述第一機械臂(131)的中空腔體內壁上設有第一導軌部，其與第一凸起部(171)形狀相適應;第二機械 臂(132)的中空腔體內壁上設有第二導軌部，其與第二凸起部(181)形狀相適應。
【文檔編號】B25J18/04GK106041998SQ201610639647
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月8日 公開號201610639647.8, CN 106041998 A, CN 106041998A, CN 201610639647, CN-A-106041998, CN106041998 A, CN106041998A, CN201610639647, CN201610639647.8
【發明人】蘇皓
【申請人】江蘇捷帝機器人股份有限公司