一种机械臂配重平衡结构的制作方法

本实用新型涉及机器人的机械臂技术领域，尤其涉及一种机械臂配重平衡结构。

背景技术：

机械臂或机械手，是指能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

而随着近代动漫行业的发展，出现了模仿动漫人物而研发的各种机器人，用于娱乐行业。这些机械人的机械臂通常是至少包括大臂和小臂的多节式机械臂，且各节均设置有动作功能，能够实现简单的抓取或挥手等动作，以提高模仿逼真程度。而一般工业用机械臂装置，由于需要应用于工业生产，其动作执行要求精度高，结构复杂，并不适用于娱乐用机器人的机械臂设计。

同时，在一般的机器人多节式手臂中，由于大臂前端会横向连接小臂，为了保证小臂动作控制过程的稳定性，会考虑设置配重进行平衡，但一般的配重结构，均只能实现一个方向上的平衡，无法更好地满足小臂在立体空间方向上摆动控制的需求，平衡效果极为有效。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于：怎样提供一种结构简单，平衡效果好，能够满足二维平衡控制的机械臂配重平衡结构，使其用于多节式机械臂后，能够更好地控制小臂在立体空间方向上的摆动。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案。

一种机械臂配重平衡结构，其特征在于，包括一个固定设置的第一电机座，第一电机座上固定安装第一电机，第一电机输出轴和大臂后端固定连接；还包括一个用于安装第二电机的第二电机座，第二电机座固定在大臂后端上第一电机座的一侧，且第二电机座位于大臂前端的小臂设置方向的反向侧，还包括一个垂直固定于第二电机输出轴的配重杆，配重杆外端延伸方向和小臂前端延伸方向相反，配重杆外端固定设置有配重块。

这样，该配置平衡结构中，设置的配重块，在实现小臂两个垂直方向摆动的传动输出时，配重块能够跟随该动作输出而产生对应反方向上的随动，使得小臂前端做两个方向上的摆动时都能够更好地保持平衡，这样就更好地降低了小臂摆动控制的能耗，减小了两个控制电机的载荷，使其始终能够保持稳定小载荷的输出，达到节能的效果，且使得机械臂可控性和灵活性得到了极大的提高。

作为优化，所述第一电机座，包括一个第一电机安装底板，第一电机安装底板一侧垂直固定设置有一个第一电机安装板，第一电机安装板两侧各间隔设置有一个垂直固定于第一电机安装底板的支耳连接侧板，第一电机输出端垂直安装固定在第一电机安装板上，且输出轴可转动地穿出第一电机安装板，大臂侧面还垂直固定设置有两个支耳板，两个支耳板分别和两个支耳连接侧板贴合，两个支耳板上还垂直固定设置有支耳转轴并靠轴承可转动地安装在两个支耳连接侧板上，第一电机输出端正对的支耳板上的支耳转轴穿出所在的支耳连接侧板并靠联轴器和第一电机输出轴固定连接。

这样，实施时，第一电机安装底板固定在机身上，作为整个机械臂传动的基础，第一电机座的结构可以使得第一电机安装结构简单可靠，特别是两个支耳板和支耳连接侧板结构的设置，极大地保证了第一电机带动大臂整体旋转的稳定性和可靠性且方便实现安装连接。

作为优化，所述第二电机座，包括一个第二电机安装主板，第二电机安装主板竖向垂直固定在大臂上小臂设置方向的反向侧，第二电机安装主板侧面垂直固定设置有顺序间隔排布的第二电机安装侧板、配重安装侧板和动力输出元件安装侧板，第二电机安装侧板外侧固定安装第二电机，第二电机输出轴贯穿并可转动地设置在第二电机安装侧板、配重安装侧板和动力输出元件安装侧板上（具体实施时第二电机输出轴由和第二电机相连的轴心元件和固定在轴心元件外的套筒构成，以更好地方便完成装配固定以及扭矩传递），配重杆设置于第二电机安装侧板和配重安装侧板之间，第二电机输出轴位于动力输出元件安装侧板外侧的部分上安装有用于和小臂转轴传动连接的动力输出元件。

这样，第二电机座具有结构简单，方便装配，安装布局合理的优点，能够更好地依靠配重杆上的配重块抵消第二电机输出轴带动动力输出元件的扭力力矩，减小电机载荷，保证对动力输出元件动力输出的稳定性和可靠性。更好的选择是，第二电机输出轴位于第一电机输出轴后端，这样使得第一电机输出轴位于配重块和小臂之间，使得配重块不仅仅能够提高第一电机输出轴在扭矩方向上的平衡作用效果，而且可以更好地平衡和降低第一电机安装座和两个支耳板连接处的连接应力，提高连接效果，提高装置整体稳定效果并延长使用寿命。

作为优化，配重杆端部设置有外螺纹并旋接固定在第二电机输出轴的螺纹孔内，配重杆位于螺纹孔的两端各旋接有一个配重杆锁紧螺母实现锁紧。

这样，可以方便配重杆的安装固定和锁紧。

综上所述，本实用新型具有结构简单，平衡效果好，能够满足二维平衡控制的优点，使其用于多节式机械臂后，能够更好地控制小臂在立体空间方向上的摆动，提高机械臂可靠性和灵活性。

附图说明

图1为一种采用了本实用新型的多节式机械臂实施例的立体结构示意图。图中未画出张紧调节结构。

图2为图1另一个方向的结构示意图。

图3为实施例中单独张紧调节结构的示意图。

图4为图3的剖视图。

具体实施方式

下面结合一种采用了本实用新型的多节式机械臂及其附图对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例：参见图1-4，一种多节式机械臂装置，包括长条形的大臂1和小臂2，小臂2后端横向连接并通过小臂转轴可转动地安装在大臂1前端，还包括小臂二维摆动传动机构，其中，所述小臂二维摆动传动机构，包括一个固定设置（于机身）的第一电机3，第一电机3输出轴和大臂1长度方向一致且输出轴和大臂1后端固定连接，还包括一个固定设置在大臂1后端上的第二电机4，第二电机4输出轴和大臂1长度方向垂直且通过旋转跨距传动机构和小臂转轴传动连接。

这样，第一电机输出轴输出可以带动大臂旋转，进而带动大臂前端横向设置的小臂往一个方向摆动；同时第二电机输出轴输出可以通过旋转跨距传动机构带动小臂沿小臂转轴摆动。进而实现对小臂前端两个方向上的摆动控制，两个电机同时输出，可以实现对小臂前端三维运动轨迹的控制，故具有可控性和灵活性好的优点，特别适合在模仿动漫人物的娱乐用机器人领域应用。其中旋转跨距传动机构是指对旋转扭矩进行跨距传动的机构，可以是皮带机构、链轮链条机构或者同步带机构等等。

其中，还包括配重平衡结构，所述配重平衡结构包括一个固定设置（于机身）的第一电机座，第一电机座上固定安装所述第一电机3，第一电机输出轴和大臂1后端固定连接；还包括一个用于安装第二电机4的第二电机座，第二电机座固定在大臂后端上第一电机座的一侧，且第二电机座位于大臂前端的小臂设置方向的反向侧，还包括一个垂直固定于第二电机4输出轴的配重杆5，配重杆5外端延伸方向和小臂2前端延伸方向相反，配重杆外端固定设置有配重块6。

这样，该配置平衡结构中，设置的配重块，在实现小臂两个垂直方向摆动的传动输出时，配重块能够跟随该动作输出而产生对应反方向上的随动，使得小臂前端做两个方向上的摆动时都能够更好地保持平衡，这样就更好地降低了小臂摆动控制的能耗，减小了两个控制电机的载荷，使其始终能够保持稳定小载荷的输出，达到节能的效果，且使得机械臂可控性和灵活性得到了极大的提高。

其中，所述第一电机座，包括一个第一电机安装底板7，第一电机安装底板7一侧垂直固定设置有一个第一电机安装板8，第一电机安装板两侧各间隔设置有一个垂直固定于第一电机安装底板的支耳连接侧板9，第一电机3输出端垂直安装固定在第一电机安装板8上，且输出轴可转动地穿出第一电机安装板，大臂1侧面还垂直固定设置有两个支耳板10，两个支耳板10分别和两个支耳连接侧9板贴合，两个支耳板10上还垂直固定设置有支耳转轴并靠轴承可转动地安装在两个支耳连接侧板9上，第一电机输出端正对的支耳板上的支耳转轴穿出所在的支耳连接侧板并靠联轴器11和第一电机输出轴固定连接。

这样，实施时，第一电机安装底板固定在机身上，作为整个机械臂传动的基础，第一电机座的结构可以使得第一电机安装结构简单可靠，特别是两个支耳板和支耳连接侧板结构的设置，极大地保证了第一电机带动大臂整体旋转的稳定性和可靠性且方便实现安装连接。

其中，所述第二电机座，包括一个第二电机安装主板12，第二电机安装主板12竖向垂直固定在大臂1上小臂设置方向的反向侧，第二电机安装主板侧面垂直固定设置有顺序间隔排布的第二电机安装侧板13、配重安装侧板14和动力输出元件安装侧板15，第二电机安装侧板13外侧固定安装第二电机4，第二电机输出轴贯穿并可转动地设置在第二电机安装侧板13、配重安装侧板14和动力输出元件安装侧板15上（具体实施时第二电机输出轴由和第二电机相连的轴心元件和固定在轴心元件外的套筒构成，以更好地方便完成装配固定以及扭矩传递），配重杆5设置于第二电机安装侧板和配重安装侧板之间，第二电机输出轴位于动力输出元件安装侧板15外侧的部分上安装有用于和小臂转轴传动连接的动力输出元件16。

这样，第二电机座具有结构简单，方便装配，安装布局合理的优点，能够更好地依靠配重杆上的配重块抵消第二电机输出轴带动动力输出元件的扭力力矩，减小电机载荷，保证对动力输出元件动力输出的稳定性和可靠性。更好的选择是，第二电机输出轴位于第一电机输出轴后端，这样使得第一电机输出轴位于配重块和小臂之间，使得配重块不仅仅能够提高第一电机输出轴在扭矩方向上的平衡作用效果，而且可以更好地平衡和降低第一电机安装座和两个支耳板连接处的连接应力，提高连接效果，提高装置整体稳定效果并延长使用寿命。

其中，配重杆5端部设置有外螺纹并旋接固定在第二电机输出轴的螺纹孔内，配重杆5位于螺纹孔的两端各旋接有一个配重杆锁紧螺母17实现锁紧。

这样，可以方便配重杆的安装固定和锁紧。

其中，旋转跨距传动机构包括一个固定在第二电机输出轴上整体呈圆盘状的动力输出元件16，还包括一个固定在小臂转轴上整体呈圆盘状的动力输入元件18，以及一个套接在动力输出元件16和动力输入元件18之间实现传动的整体呈柔性环形的传动元件19。

这样，可以更好地实现跨距传动。具体地说，所述动力输出元件和动力输入元件为链轮，所述传动元件为环形链条。可以保证传动比严格控制。

其中，整体呈柔性环形的传动元件中还设置有张紧调节结构，张紧调节结构包括螺纹旋接配合的至少一个调节螺母元件20和一个调节螺栓元件21，并依靠调节螺母元件和调节螺栓元件的螺纹配合实现张紧调节。

这样，是由于机械臂长期工作，旋转跨距传动机构往复传动后，柔性环形的传动元件容易被拉松，现有技术中，一般是靠包括张紧轮在内的张紧机构进行张紧，但该结构较为复杂且张紧调节麻烦。改为本张紧调节结构，具有结构简单，调节快捷，张紧可靠，且不影响小臂摆动所需的往复传动实现等优点。

其中，张紧调节结构包括位于传动元件上的两个调节端，还包括沿传动元件长度方向设置的一个调节螺母元件20和两个调节螺栓元件21，两个调节螺栓元件21的一端各自连接在一个调节端上，另一端为相互对称的螺柱结构，所述调节螺母元件20为筒状结构且内壁具有相互对称的两段螺纹，两个调节螺栓元件的螺柱各自配合在调节螺母元件内的一段螺纹上。

这样，只需要旋转调节螺母元件，即可改变两个调节端之间的距离，实现张紧调节，同时由于是两段螺纹配合形成两端同步收缩，实现双倍的调节距离，故调节反应更加灵敏可靠。调节螺栓元件各自和传动元件上的两个调节端固定连接，也可以避免传动过程中抖动导致调节螺栓自旋而影响张紧，保证张紧可靠。当然实施时，也可以采用一个调节螺栓元件和一个调节螺母元件相互旋接配合并各自连接在传动元件上的两个调节端上，只需其中一个和调节端为可转动连接即可，但这样就不具备上述优点。

其中，调节螺母元件一端外的调节螺栓元件上还螺纹旋接配合设置有一个锁紧螺母22。这样，调节到位后，可以旋转锁紧螺母使其端面和调节螺母元件端面抵紧，实现对调节螺母的锁定，防止在传动过程中调节螺母自旋而影响张紧。

其中，还包括小臂前端动作输出传动机构，小臂前端动作输出传动机构包括设置在第二电机座上的一个第三电机23，第三电机输出轴上安装有一个第一同步带轮24，大臂前端可转动地安装有一个第二同步带轮25并通过同步带和第一同步带轮24传动连接，第二同步带轮25上还同轴固定设置有一个第三同步带轮26，第三同步带轮26通过同步带（图中未显示）和安装在小臂前端的第四同步带轮27传动连接。

这样，可以依靠该小臂前端动作输出传动机构，通过对大臂后端的第三电机的操控，实现对小臂前端第四同步带轮的旋转控制，进而方便在小臂前端设置抓手等其他动作构件并实现动作控制。使其特别适合在特别适合在模仿动漫人物的娱乐用机器人领域应用，且具有结构简单，控制方便快捷可靠等优点。实施时，小臂前端动作输出传动机构中，也可以设置上述的张紧调节结构实现张紧调节。