重载荷机械臂以及重载荷机器人的制作方法

本发明涉及机器人领域，具体是一种重载荷机械臂以及重载荷机器人。

背景技术：

石材如大理石和花岗岩等在建筑中被广泛用作外部、内部装饰材料或地板材料。这种石材开采后都是不规则形状，需要经过多次加工过程才能达到理想的使用效果。石材加工是一项传统、历史悠久的行业。从未来发展看，从事石材搬运、切割、打磨抛光工作的人将会越来越少，甚至以后没有人愿意去从事这种职业。石材生产企业必须寻找一条可替代人工的机器去完成石材产品的加工，所以诞生了各种石材加工机械，实现对石材初形进行切割、打磨、抛光、仿形等工序。

现有技术中，石材加工过程载荷比较大，一般要携带上百公斤工作头，并且工作时产生的大的冲击，要求结构臂有很大的负载能力，所以现有的自动加工设备都是采用龙门式结构。但是这种龙门式机械机械臂比较长，体积庞大，占用较大空间，结构复杂，成本高，运转不灵活，功能也单一，很难实现圆弧加工和异形加工。摆臂式机器人技术比较成熟，能够实现平面内的直线、圆弧、异形等各种轨迹，但是摆臂机器人是通过关节臂连接减速机再连接关节臂的结构形式，即串联结构。工作头的载荷完全靠关节臂与减速机之间传递，对于要承载数百公斤的石材机械来说，这就要求减速机性能非常高，既要承载工作台上百公斤的自重，又要承载上百公斤工作时的冲击载荷。工业机器人一般使用rv减速机或谐波减速机，当前的减速机很难满足要求，并且工作头加工过程中的冲击力都会传递到减速机上，容易造成减速机损坏。减速机是机器人的核心部件，高精度减速机主要靠进口，大型减速机价格非常昂贵，受减速机的价格和性能双重因素的决定，决定了当前的摆臂机器人结构不能适合石材加工机械。目前市场上有一种人工推动的摆臂式机械臂，没有减速机和电机，通过人的推力摆臂前端的机头平面摆动，实现弧形切割、打磨等动作，工人劳动强度大，效率低，比较原始。

为解决以上问题，需要一种臂展较长，能够大幅度提高石材机械的工作范围，并且避免减速机发生破坏的新型结构的重载荷机械臂和机器人。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种重载荷机械臂和重载荷机器人该机械臂和机器人末端的载荷力矩主要靠转轴承担，电机和减速机只承受旋转扭矩，使同等扭矩的电机和减速机提高了数倍的载重能力，该结构的机械臂和机器人比现有同尺寸的摆臂机器人的承载能力提高数倍。可以大幅度提高臂展和承载能能力，并且避免减速机损坏。

本发明的重载荷机器人，包括底座、臂和减速机；所述臂通过转轴以可摆动的方式设置于所述底座；所述减速机以可拆卸的方式固定于所述底座并用于驱动所述臂摆动；

进一步，所述减速机为盘输出式减速机；所述臂与驱动电机对应处设有用于与减速机的输出盘配合进行定位的定位凸环；

进一步，所述减速机以与所述转轴同轴的方式靠近转轴端部设置；

进一步，所述减速机的输出盘通过紧固件与臂固定连接，所述臂表面形成用于在安装时对所述紧固件进行让位的让位空间；

进一步，所述臂通过径向轴承与所述转轴转动配合，并通过推力轴承可转动支承在所述底座上；

进一步，所述底座设有用于安装所述推力轴承的轴承座；所述臂底部设有外套于所述轴承座并与该轴承座共同形成迷宫式密封的密封凸环；

进一步，所述转轴下端固定于所述底座，其上端向上伸出底座形成悬臂结构；所述臂转轴与底座固定配合的长度大于其总长度的1/3；

本发明还公开了一种应用所述的重载荷机械臂的重载荷机器人，包括大臂组件和小臂组件以及通过所述小臂组件带动的工作装置；所述大臂组件包括可形成所述重载荷机械臂的大臂、大臂支座、大臂转轴和大臂减速机；所述大臂、大臂支座、大臂转轴、大臂减速机分别作为重载荷机械臂的臂、底座、转轴和减速机；所述小臂组件包括以大臂为底座形成所述重载机械臂的小臂、小臂转轴和小臂减速机，所述小臂、小臂转轴、小臂减速机分别作为重载机械臂的臂、转轴和减速机；

进一步，所述工作装置以可沿竖直方向升降并可绕水平方向转动的方式设置于所述小臂；

进一步，所述小臂外端沿竖直方向滑动配合有升降座，所述升降座通过丝杆螺母机构驱动其沿竖直方向进行升降，所述升降座上设有可绕水平方向转动并锁定位置的旋转座，所述工作装置固定于该旋转座；

本发明的有益效果为：本发明的重载荷机械臂，臂通过转轴以可摆动的方式设置于底座上，其中，转轴与臂之间可为转动配合或者相互固定，当转轴与臂之间相互固定时，转轴应与底座转动配合，保证臂能够相对于底座摆动，本发明中，臂所受的载荷力矩主要靠转轴承受，减速机的输出端只提供臂摆动的旋转力矩，因此，本重载荷机械臂可以采用体积、自重和成本较低的小功率减速机，从而大幅度降低本机械臂的体积、自重和生产成本，同时，保证该重载荷机械臂具有足够的载重能力；另外，减速机和用于驱动减速机的驱动电机均可拆卸式固定在底座上，当驱动电机和减速器拆卸后，可通过人力驱动臂转动，因此，本机械臂既能通过电机驱动也能通过人力驱动，其通用性较高，另一方面，本机械臂在拆卸驱动装置进行维护时，无需同时拆除臂，进而提高了本机械臂检修维护的便利性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的重载荷机械臂的结构示意图；

图2为本发明的重载荷机器人的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明的重载荷机械臂的结构示意图，如图所示，本实施例中重载荷机器人，包括底座1、臂11和减速机10；所述臂11通过转轴2以可摆动的方式设置于所述底座1；所述减速机10以可拆卸的方式固定于所述底座1并用于驱动所述臂11摆动，当然，本实施例的减速机10通过一驱动电机9带动转动，驱动电机9的动力通过减速机10减速后输出至臂11，本实施例的重载荷机械臂，臂11可转动安装在设置于底座1的转轴2上，因此，臂11所受的载荷力矩主要靠转轴2承受，减速机10的输出端只提供臂11摆动的旋转力矩，因此，本重载荷机械臂可以采用体积、自重和成本较低的小功率减速机，从而大幅度降低本机械臂的体积、自重和生产成本，同时，保证该重载荷机械臂具有足够的载重能力；本实施例中的所述底座1包括同轴设置的转轴2支座和减速机支座10以及固定连接于所述转轴2支座和电机支座10之间的连接臂11；所述转轴2支座和减速机支座10分别对应用于安装所述转轴2和减速机10；其中转轴2支座的转轴2安装孔与减速机支座10的减速机安装孔一次性加工形成；保证转轴2和减速机输出轴的同轴度；另外，减速机10可拆卸式固定在底座1上，当减速机10拆卸后，可通过人力驱动臂11摆动，因此，本机械臂既能通过电机驱动也能通过人力驱动，其通用性较高，另外，本机械臂在拆卸电机维护时，无需同时拆除臂11，进而提高了本机械臂检修维护的便利性。

本实施例中，所述减速机10为谐波减速机或者rv减速机，且均为盘输出式减速机；所述臂11与减速机10对应处设有用于与减速机10的输出盘8配合进行定位的定位凸环7，安装减速机时，减速机的输出盘8可配合于定位凸环7内圆内，确保减速机与臂11的相对位置精度，保证减速机与转轴2的同轴度。

本实施例中，所述减速机10以与转轴2同轴的方式靠近所述转轴2端部设置；因此，减速机10的输出盘8可直接通过螺栓等紧固件传动连接于臂11从而对应驱动臂11摆动，本实施例的这种布置方式能够有效缩短传动链，提高机械臂整体的紧凑性和可靠性。

本实施例中，所述减速机10的输出盘8通过紧固件与臂11固定连接，所述臂11表面内凹形成用于在安装时对所述紧固件进行让位的让位空间6；安装减速机10时，减速机的输出盘8与定位凸环7相互配合进行定位，臂11的内端(本文中，臂11靠近底座1的一端为“内端”，远离底座1的一端为“外端”)外壁向内凹陷形成让位空间6，让位空间6内壁沿竖直方向设有螺栓安装孔，利用螺栓穿过该安装孔使臂11与减速机的输出盘8固定连接。

本实施例中，所述臂11通过径向轴承与所述转轴2转动配合，并通过推力轴承3可转动支承在所述底座1上，本实施例中，径向轴承采用深沟球轴承和滚针轴承5共同对臂11进行支承，可靠性较高，臂11产生的弯矩通过深沟球轴承和滚针轴承5通过承载，而臂11沿竖直方向的分力由推力轴承3承载，臂11形成用于安装轴承的轴承座孔，深沟球轴承和滚针轴承5安装于轴承座孔与转轴2之间。

本实施例中，所述底座1设有用于安装所述推力轴承3的轴承座；所述臂11底部设有外套于所述轴承座并与该轴承座共同形成迷宫式密封的密封凸环4；密封凸环4与推力轴承3的轴承座同轴相互配合后形成迷宫通道，并通过迷宫式通道对推力轴承3进行密封，避免杂质进入到轴承内；另外，当臂11所受的载荷过大时，密封凸环4将向下抵住底座1并对臂11形成支撑作用，避免臂11进一步发生变形。

本实施例中，所述转轴2下端固定于所述底座1，其上端向上伸出底座1形成悬臂11结构；所述转轴2与底座1固定配合的长度大于其总长度的1/3；本实施例中，由于机械臂所受的载荷均由转轴2所承载，而转轴2为一端固定的悬臂11结构，因此，为保证转轴2的刚度，需要确保其固定配合的长度，避免工作中过度变形甚至断裂。

如图2所示为本发明的重载荷机器人的结构示意图，为本发明的重载荷机器人，包括大臂15组件和小臂20组件以及通过所述小臂20组件带动的工作装置；所述大臂15组件包括可形成所述重载荷机械臂的大臂15、大臂15支座12、大臂转轴13、大臂减速机26和大臂驱动电机14；所述大臂15、大臂15支座12、大臂转轴13、大臂减速机26和大臂驱动电机14分别作为重载荷机械臂的臂、底座、转轴、减速机和驱动电机；所述小臂20组件包括以大臂15为底座形成所述重载机械臂的小臂20、小臂转轴16、小臂减速机26和小臂驱动电机17，所述小臂20、小臂转轴16、小臂减速机27和小臂驱动电机17分别作为重载机械臂的臂、转轴、减速机和驱动电机，本实施例中的机器人的大臂15组件和小臂20组件均形成所述重载机械臂结构，小臂20组件进一步增加机械臂的臂展和自由度，另外，小臂20组件利用大臂15作为底座，因此，本实施例的大臂15外端沿纵向延伸出小臂转轴支座18和小臂减速机支座19，分别对应用于安装小臂转轴16和小臂减速机27，本重载荷机机器人可以采用体积、自重和成本较低的小功率减速电机驱动大臂15或小臂20摆动，从而大幅度降低本机器人的体积、自重和生产成本。

本实施例中，所述工作装置以可沿竖直方向升降并绕水平方向转动的方式设置于所述小臂20外端，图2所示的工作装置为切割机24，切割机24包括一电机和固定在电机输出轴上的切割刀盘；当切割机24用于切割时，电机应转动至水平姿态，当需要利用工作装置进行钻孔或磨削平面时，可将该电机绕水平方向转动至使其输出轴竖直设置，然后再输出轴上安装钻头或磨削刀具进行相应的钻孔或磨削。

本实施例中，所述底座、大臂15和小臂20均为空心结构，三者的内部均形成有空腔，三者均为一体式的结构，采用这种结构的底座、大臂15和小臂20；有利于减小三者的自重，增加机械臂的臂长，减小大臂15和小臂20自重所产生的弯矩。

本实施例中，所述重载荷机械臂沿竖直方向滑动配合有升降座22，所述升降座22通过丝杆21螺母23机构驱动其沿竖直方向往复滑动，所述升降座22上设有可绕水平方向转动并锁定位置的旋转座25，所述工作装置固定于该旋转座25；所述升降座22沿竖直方向设有与小臂20外端滑动配合的滑轨；其中，丝杆21螺母23机构的丝杆21设置于升降座22，螺母23设置于小臂20外端，升降座22上的电机驱动丝杆21转动使整个升降座22升降，本实施例中，工作装置固定在旋转座25上，旋转座25绕水平方向连接于升降座22，通过旋转座25可以调节工作装置使其绕水平方向转动以调节其姿态，调节完毕后，通过螺栓等紧固件将旋转座25与升降座22相互固定。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。