机器人连接臂及具有其的机器人的制作方法

本发明涉及工业流水线领域，具体而言，涉及一种机器人连接臂及具有其的机器人。

背景技术

在目前的工业领域，包括汽车行业、电子电器行业以及工程机械行业等，都已使用大量工业机器人自动化生产线。工业机器人是集精密化、柔性化、智能化以及软件应用开发等先进制造技术于一体，通过对过程实施检测、控制、优化、调度、管理和决策，实现增加产量、提高质量、降低成本、减少资源消耗和环境污染，是工业自动化水平的最高体现。

scara机器人是一种水平多关节机器人，大臂是scara机器人中一个重要组成零件，现有大臂只考虑强度、刚度，而忽略了转动惯量。现有大臂大多采用平板结构或者薄壁结构支撑，其中，平板结构虽然强度大、刚度高，能够有效地起到支撑作用，但其重量大、相对于旋转轴的转动惯量大，对旋转轴造成了较大的负荷。薄壁结构虽然减轻了大臂的重量、降低了相对于旋转轴的转动惯量，但牺牲了结构强度与刚度，容易变形。相关技术中也有在薄壁结构中增设加强筋的形式提高强度与刚度，但依旧无法有效地平衡大臂整体的强度、刚度以及转动惯量。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种机器人连接臂及具有其的机器人，以解决现有技术中机器人的大臂不能平衡强度、刚度以及转动惯量的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种机器人连接臂，包括：第一连接部、第二连接部和连接部，连接部连接在第一连接部和第二连接部之间，连接部包括：基体，设置在第一连接部和第二连接部之间；多个第一加强筋，设置在基体上并以第一连接部的中心为中心呈放射状分布，多个第一加强筋的第一端均与第一连接部连接；多个第二加强筋，设置在基体上并以第二连接部的中心为中心呈放射状分布，多个第二加强筋的第一端均与第二连接部连接。

进一步地，基体包括两个相对设置的侧板，两个侧板设置在第一连接部和第二连接部之间，至少部分第一加强筋的第二端与两个侧板之一连接，至少部分第二加强筋的第二端与两个侧板之一连接。

进一步地，至少一个第一加强筋的第二端与至少一个第二加强筋的第二端连接于侧板上的同一位置。

进一步地，侧板呈圆弧状，侧板的外表面分别与第一连接部的外表面和第二连接部的外表面相切。

进一步地，侧板的半径r满足：i4＝l/r≤0.6，其中，l为第一连接部的圆心和第二连接部的圆心之间的距离。

进一步地，侧板的壁厚t3满足：54≤i3＝l/t3≤82，其中，l为第一连接部的圆心和第二连接部的圆心之间的距离。

进一步地，经过第一连接部的圆心和第二连接部的圆心的直线为中心线，一个第一加强筋和一个第二加强筋沿中心线布置并相互连接形成中心加强筋。

进一步地，连接部还包括第三加强筋，第三加强筋连接在中心加强筋和侧板之间。

进一步地，第三加强筋的第一端连接在中心加强筋上，一个第一加强筋的第二端与一个第二加强筋连接于侧板上的同一位置，第三加强筋的第二端也连接在该位置上。

进一步地，第一连接部的半径大于第二连接部的半径，第三加强筋在侧板上的连接点位于第三加强筋在中心加强筋上的连接点和第二连接部的圆心之间。

进一步地，第一连接部、第二连接部和连接部以中心线为轴对称地布置。

进一步地，基体还包括底板，底板设置在两个侧板之间，底板的第一端与第一连接部相连，底板的第二端与第二连接部相连，侧板和底板之间形成凹槽，第一加强筋和第二加强筋设置在凹槽中。

进一步地，第一连接部的壁厚t1满足：32≤i1＝l/t1≤82，其中，l为第一连接部的圆心和第二连接部的圆心之间的距离，和/或，第二连接部的壁厚t2满足：54≤i2＝l/t2≤82，其中，l为第一连接部的圆心和第二连接部的圆心之间的距离。

根据本发明的另一方面，提供了一种机器人，包括机器人连接臂，机器人连接臂为上述机器人连接臂。

在机器人运转时，第一连接部的中心或第二连接部的中心即为机器人连接臂的转动中心，即在第一连接部和第二连接部中的一个上施加转动力矩进而使第一连接部和第二连接部中的一个转动。应用本发明的技术方案，第一加强筋以第一连接部的中心为中心呈放射状分布，使第一加强筋结构在靠近第一连接部的一侧密度较大、在远离第一加强筋的一侧密度较小。同理，第二加强筋结构在靠近第二连接部的一侧密度较大、在远离第二加强筋的一侧密度较小。这样，相比于利用三角形或矩形等形式均匀布置加强筋的方案而言，在加强筋支撑效果相同的前提下，本发明的机器人连接臂的重量向第一连接部和第二连接部集中。根据转动惯量的大小随重心位置改变的变化趋势，本发明的机器人连接臂利用相同质量的加强筋结构能够产生较小的转动惯量，有效地平衡了机器人连接臂的强度、刚度以及转动惯量等因素。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的机器人连接臂的实施例的结构示意图；

图2示出了图1的机器人连接臂的俯视结构示意图；

图3示出了图1的机器人连接臂的仰视结构示意图；以及

图4示出了不同参数下本发明的机器人连接臂的实施例的转动惯量变化曲线示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、第一连接部；20、第二连接部；30、连接部；31、第一加强筋；31a、加强筋；31b、加强筋；31c、加强筋；32、第二加强筋；32a、加强筋；32b、加强筋；33、第三加强筋；34、底板；35、侧板；36、中心加强筋。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1至图3所示，本实施例提供的机器人连接臂包括第一连接部10、第二连接部20和连接部30，其中，连接部30连接在第一连接部10和第二连接部20之间。具体地，连接部30包括基体、多个第一加强筋31以及多个第二加强筋32。其中，基体设置在第一连接部10和第二连接部20之间，第一加强筋31设置在基体上并以第一连接部10的中心为中心呈放射状分布，第一加强筋31的第一端均与第一连接部10连接；第二加强筋32设置在基体上并以第二连接部20的中心为中心呈放射状分布，第二加强筋32的第一端均与第二连接部20连接。

在机器人运转时，第一连接部10的中心即为机器人连接臂的转动中心，即在第一连接部10和第二连接部20中的一个上施加转动力矩进而使第一连接部10和第二连接部20中的一个转动。应用本实施例的技术方案，第一加强筋31以第一连接部10的中心为中心呈放射状分布，使第一加强筋31结构在靠近第一连接部10的一侧分布相对密集、在远离第一加强筋31的一侧密度较小。同理，第二加强筋32结构在靠近第二连接部20的一侧密度较大、在远离第二加强筋32的一侧密度较小。这样，相比于利用三角形或矩形等形式均匀布置加强筋的方案而言，在加强筋支撑效果相同的前提下，本实施例的机器人连接臂的重量向第一连接部10和第二连接部20集中。根据转动惯量的大小随重心位置改变的变化趋势，本实施例的机器人连接臂利用相同质量的加强筋结构能够产生较小的转动惯量，有效地平衡了机器人连接臂的强度、刚度以及转动惯量等因素。

如图1和图2所示，本实施例的第一加强筋31包括加强筋31a、加强筋31b、加强筋31c，第二加强筋32包括加强筋32a、加强筋32b。基体包括底板34和两个相对设置的侧板35，两个侧板35设置在第一连接部10和第二连接部20之间，底板34设置在两个侧板35之间，侧板35和底板34之间形成凹槽，第一加强筋31和第二加强筋32设置在凹槽中。上述第一加强筋31中加强筋31a的第二端和加强筋31b的第二端与与之对应的一侧的侧板35连接，上述第二加强筋32中加强筋32a的第二端与与之对应的一侧的侧板35连接。

如图2所示，在本实施例中，加强筋31b的第二端与加强筋32a的第二端连接于侧板35上的同一位置。经过第一连接部10的圆心和第二连接部20的圆心的直线为中心线，加强筋31c和加强筋32b沿该中心线布置并相互连接形成中心加强筋36。

优选地，如图2所示，本实施例的第一连接部10、第二连接部20和连接部30以上述中心线为轴对称地布置。

如图1和图2所示，本实施例的连接部30还包括第三加强筋33，第三加强筋33连接在中心加强筋36和侧板35之间。优选地，本实施例的第三加强筋33的第一端连接在中心加强筋36上，第三加强筋33的第二端与加强筋31a的第二端和加强筋31b的第二端连接在同一位置。

具体地，本实施例的第一连接部10可以与减速器连接，其半径大于第二连接部20的半径，因此优选地，本实施例的第三加强筋33在侧板35上的连接点位于第三加强筋33在中心加强筋36上的连接点和第二连接部20的圆心之间。本实施例的机器人连接臂的重心偏向第一连接部10一侧，本实施例的第三加强筋33可以针对重心偏移的方向布置，有效地提高了机器人连接臂的刚度、强度，并且结构简单、不会对转动惯量产生较大影响。

其中，本实施例的侧板35呈圆弧状，侧板35的外表面分别与第一连接部10的外表面和第二连接部20的外表面相切使本实施例的机器人连接臂的周向外表面圆滑过渡。

优选地，本申请对机器人连接臂的长度和各部分壁厚提供了优选范围，以将机器人连接臂的转动惯量限定在一个优选的范围内。具体地，如图2和图3所示：

本实施例的第一连接部10的壁厚t1满足：32≤i1＝l/t1≤82；

第二连接部20的壁厚t2满足：54≤i2＝l/t2≤82；

侧板35的壁厚t3满足：54≤i3＝l/t3≤82；

侧板35的半径r满足：i4＝l/r≤0.6。

其中，上述l均为第一连接部10的圆心和第二连接部20的圆心之间的距离。

如图4所示，对于各指标i1、i2和i3，在l的长度一定时，机器人连接臂的各部分的壁厚越大则指标越小，出于对机器人连接臂整体重量的考虑，i1、i2和i3均不宜小于32。出于对机器人连接臂工作时刚度和强度的需要，i1、i2和i3均不宜大于82。图4示意性地指出了i1、i2以及i3对转动惯量的影响规律，其中，横轴为i1的大小，纵轴为机器人连接臂相对于第一连接部10的中心的转动惯量，其单位为kg·mm^2。根据图4中的各线条可以看出：i2和i3越小机器人连接臂相对于第一连接部10的中心的转动惯量越大，转动惯量大将导致电机的负载升高，不利于机器人的快速响应。i2和i3过小又会增加机器人连接臂本身的重量，也会增加减速器的负载，并且在一定程度上造成材料的浪费。因此，根据图4的内容，本实施例机器人连接臂的i2和i3优选范围在54以上。综上所述，本实施例的机器人连接臂各部分满足：

第一连接部10的壁厚t1满足：32≤i1＝l/t1≤82；

第二连接部20的壁厚t2满足：54≤i2＝l/t2≤82；

侧板35的壁厚t3满足：54≤i3＝l/t3≤82；

侧板35的半径r满足：i4＝l/r≤0.6。

本申请还提供了一种机器人，根据本实施例的机器人(图中未示出)包括机器人连接臂，机器人连接臂为应用上述全部或部分技术结构的机器人连接臂。本实施例的机器人具有机器人连接臂负载低、惯量比小、响应快的优点。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

第一加强筋以第一连接部的中心为中心呈放射状分布，使第一加强筋结构在靠近第一连接部的一侧密度较大、在远离第一加强筋的一侧密度较小。同理，第二加强筋结构在靠近第二连接部的一侧密度较大、在远离第二加强筋的一侧密度较小。这样，相比于利用三角形或矩形等形式均匀布置加强筋的方案而言，在加强筋支撑效果相同的前提下，本实施例的机器人连接臂的重量向第一连接部和第二连接部集中。根据转动惯量的大小随重心位置改变的变化趋势，本实施例的机器人连接臂利用相同质量的加强筋结构能够产生较小的转动惯量，有效地平衡了机器人连接臂的强度、刚度以及转动惯量等因素。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。