一种食品级机器人手臂的制作方法

本实用新型涉及机器人领域，具体涉及一种食品级机器人手臂。

背景技术：

随着社会发展水平的不断提高，机器人在人们生产和生活中的应用越来越广泛。机器人发展的较早期是工业机器人占主导，而近年来各种各样面向不同需求的服务机器人从行业的边缘逐渐凸显出来，发展方兴未艾。

餐饮和食品加工行业一直以来是一个劳动密集型产业，但随着技术发展至今，从成本结构上来说存在被自动化改造的可能。机器人手臂作为自动化领域中适用性最广的一类设备，逐渐被应用到餐饮和食品加工行业，其发展自然受到开发者和从业者的重视。

餐饮和食品加工行业的应用环境不同于一般工业，对设备的洁净无害、耐酸碱等特性提出了较高的要求。一般的工业机器人手臂在洁净无害上达不到餐饮和食品加工行业的要求，表现在外观结构件的材质和表面处理达不到食品级，螺钉、轴承和密封件的材质达不到食品级，润滑脂的成分也不是食品级。一般的工业机器人手臂的外观结构件的材质和表面处理达不到耐酸碱的要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种食品级机器人手臂，具有防护等级高、密封性好，洁净无害的特点。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种食品级机器人手臂，包括底座和可以旋转的机械臂；所述底座中包括升降轴和第二旋转轴，所述第二旋转轴连接机械臂，所述升降轴带动第二旋转轴和机械臂做升降运动，所述第二旋转轴带动所述机械臂在食品陈列柜中旋转并夹取食物；

所述第二旋转轴包括输出圆筒，所述输出圆筒的底端与所述机械臂固定，并带动所述机械臂旋转；所述升降轴包括升降台和隔离圆筒，所述升降台带动隔离圆筒、第二旋转轴和机械臂做相对于底座的升降运动，所述输出圆筒和隔离圆筒为同轴中空圆筒，且所述输出圆筒位于所述隔离圆筒的内部；

所述输出圆筒和隔离圆筒之间通过旋转密封圈密封；所述隔离圆筒和底座通过伸缩罩密封，所述隔离圆筒的顶端连接所述升降台，底端连接伸缩罩的一端，所述伸缩罩的另一端连接所述底座。

进一步地，所述机械臂包括大臂和小臂，所述机器人手臂还包括位于底座中的第三旋转轴，所述大臂前端连接所述输出圆筒，所述第二旋转轴通过输出圆筒带动大臂进行旋转，所述小臂前端连接所述大臂末端；所述第三旋转轴带动小臂进行旋转。

进一步地，所述升降轴包括第一电机、第一同步带、滚珠丝杆、升降台、导轨和隔离圆筒；其中，所述第一电机固定在所述底座上，所述第一同步带连接所述第一电机和滚珠丝杆，所述滚珠丝杆连接所述升降台，所述第一电机通过第一同步带和滚珠丝杆带动所述升降台在导轨上进行升降运动；

所述第二旋转轴包括第二电机、第二同步带、第二减速机和输出圆筒，所述第二电机和第二减速机固定在升降台上；所述第二同步带连接所述第二电机和第二减速机，所述输出圆筒的一端连接所述第二减速机，另一端连接所述大臂，所述第二电机通过第二同步带、第二减速机和输出圆筒带动所述大臂进行旋转；

所述第三旋转轴包括第三电机、第三减速机、第三同步带ⅰ、第三同步带ⅱ和第三同步带轮轴，所述第三电机固定在升降台上，所述第三同步带ⅰ一端连接第三电机，另一端连接第三同步带轮轴的顶部，所述第三同步带ⅱ的一端连接所述第三同步带轮轴的底部，另一端连接第三减速机，所述第三减速机固定在小臂前端；所述第三电机通过第三同步带ⅰ、第三同步带轮轴、第三同步带ⅱ和第三减速机，带动所述小臂进行旋转。

进一步地，所述第三同步带轮轴、输出圆筒和隔离圆筒为同轴中空圆筒，且所述第三同步带轮轴位于所述输出圆筒的内部。

进一步地，所述机器人手臂还包括第四旋转轴，所述第四旋转轴包括第四电机、第四减速机和末端法兰，所述第四电机位于所述小臂的末端，所述第四减速机的一端和第四电机连接，另一端通过末端法兰连接抓手，所述第四电机通过第四减速机和末端法兰带动抓手在食品陈列柜中夹取食物。

进一步地，所述末端法兰采用不锈钢材质。

进一步地，所述底座和机械臂均为密封结构，且所述底座和机械臂采用不锈钢材质。

进一步地，所述底座和机械臂均为密封结构，且所述底座和机械臂采用涂覆食品级树脂或食品级聚合物的铝合金。

进一步地，所述伸缩罩采用食品级硅胶。

进一步地，所述旋转密封轴采用聚四氟乙烯材质。

本实用新型的有益效果为：本实用新型中通过将旋转轴和升降轴的电机、减速机集中设置，使得机器人手臂集成度高，占地面积小；同时通过对机器人手臂材质、表面处理的优化，使得机器人手臂达到食品级要求，且整个机器人手臂密封等级高，具有防护等级高、洁净无害的优点。

附图说明

附图1为本实用新型一种食品级机器人手臂的结构示意图；

附图2为本实用新型升降轴的结构示意图；

附图3为本实用新型第二旋转轴的结构示意图；

附图4为本实用新型第三旋转轴的结构示意图。

图中：1底座，2第一电机，3第一同步带，4滚珠丝杆，5导轨，6升降台，7隔离圆筒，8伸缩罩，9第二电机，10第二同步带，11第二减速机，12输出圆筒，13旋转密封圈，14大臂，15第三电机，16第三同步带ⅰ，17同步带轮轴，18第三同步带ⅱ，19同步带张紧轮，20第三减速机，21小臂，22第四电机，23第四减速机，24末端法兰。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的详细说明。

本实用新型中机器人手臂用于食品行业中，因此，需要确保机器人手臂的密封性良好，同时确保机器人手臂外表面(底座外表面以及机械臂外表面)均要达到洁净无害的程度，确保机器人手臂内部与外界的食品环境不会发生物质交换，即环境中颗粒不能进入机器人手臂内部，机器人手臂内部的物质不能进入食品环境中。具体的，本实用新型中机器人手臂采用全封闭结构，外表面结构材料可以采用不锈钢或者采用铝合金并在铝合金表面涂覆食品级树脂或食品级聚合物，例如涂覆符合fda21cfr175.300的树脂和聚合物涂层。本实用新型中机器人手臂末端法兰采用不锈钢。零部件选用方面，螺钉和轴承选用不锈钢材质，密封件选用聚四氟乙烯(ptfe)材质，机器人手臂内部所有减速机采用符合nsfh1食品级的润滑脂。由于本实用新型中机器人手臂需要应用在食品领域，需要确保机器人手臂中凡是会对外界环境造成影响的部件均采用食品级材质或者采用食品级材质进行保护。

对于机器人手臂的密封性主要体现在底座和机械臂的密封上，本实用新型中食品级机器人手臂包括底座和可以旋转的机械臂；底座中包括升降轴和第二旋转轴，第二旋转轴连接机械臂，升降轴带动第二旋转轴和机械臂做升降运动，第二旋转轴带动机械臂在食品陈列柜中旋转并夹取食物；第二旋转轴包括输出圆筒，输出圆筒的底端与机械臂固定，并带动机械臂旋转；升降轴包括升降台和隔离圆筒，升降台带动隔离圆筒、第二旋转轴和机械臂做相对于底座的升降运动，输出圆筒和隔离圆筒为同轴中空圆筒，且输出圆筒位于所述隔离圆筒的内部；输出圆筒和隔离圆筒之间通过旋转密封圈密封；隔离圆筒和底座通过伸缩罩密封，隔离圆筒的顶端连接升降台，底端连接伸缩罩的一端，伸缩罩的另一端连接所述底座。本实用新型通过伸缩罩和旋转密封轴对底座和机械臂的连接处进行密封，确保机器人手臂与外界环境的密封性良好。

请参阅附图1，本实用新型中机械臂包括大臂14和小臂21，机器人手臂还包括位于底座中的第三旋转轴，大臂14前端连接输出圆筒12，第二旋转轴通过输出圆筒12带动大臂14进行旋转，小臂21前端连接大臂14末端；第三旋转轴带动小臂21进行旋转。

请参阅附图1和2，本实用新型中升降轴固定在底座1内部，包括第一电机2、第一同步带3、滚珠丝杆4、升降台6、导轨5和隔离圆筒7；其中，第一电机2固定在底座1上，第一同步带3连接第一电机2和滚珠丝杆4，滚珠丝杆4连接升降台6，第一电机2通过第一同步带3带动滚珠丝杆4运动，滚动丝杆4带动升降台6在导轨5上进行升降运动，底座1通过伸缩罩8和隔离圆筒7连接，隔离圆筒7的顶部连接升降台6，底部连接伸缩罩8的一端，伸缩罩8的另外一端连接隔离圆筒7，隔离圆筒7随着升降台6一起做升降运动。伸缩罩选用食品级硅胶，且随着升降台的升降，可以压缩或者伸展，确保机器人手臂的密封性。

本实用新型中第二旋转轴、第三旋转轴均位于升降台上，或者与升降台固定连接，从而在升降台的带动下做升降运动。由于大臂与底座呈固定角度连接，一般为90°，在大臂和底座的连接部位，通过伸缩罩进行密封连接，伸缩罩能够随着升降台的升降进行压缩或者舒展，同时确保底座跟大臂密封连接。

请参阅附图1和3，本实用新型中第二旋转轴连接大臂14，用于控制大臂14进行旋转；包括第二电机9、第二同步带10、第二减速机11和输出圆筒12，第二电机9和第二减速机11固定在升降台6上，第二同步带10连接第二电机9和第二减速机11，输出圆筒12的一端连接第二减速机11，另一端连接大臂14，且输出圆筒12和大臂14固定连接，第二电机9通过第二同步带10、第二减速机11带动输出圆筒12旋转，输出圆筒12再带动大臂14进行旋转。第二旋转轴中第二电机、第二同步带、第二减速机和输出圆筒均固定在升降台上或者与升降台固定连接，即其同时随着升降台进行升降运动。由于本实用新型中大臂与底座呈90°，这里采用输出圆筒12连接大臂14和第二减速机11；输出圆筒12的顶部连接第二减速机11，输出圆筒12底部位于大臂14的前端，本实用新型中输出圆筒和隔离圆筒为中空的同轴中空圆筒，且输出圆筒位于隔离圆筒的内部，隔离圆筒和输出圆筒均随着升降台进行升降，只有输出圆筒在第二电机、第二同步带和第二减速机带动下旋转，为了确保本实用新型良好的密封性，隔离圆筒和输出圆筒之间通过旋转密封圈进行密封，旋转密封圈填充在隔离圆筒和输出圆筒之间的间隙内。旋转密封圈选用ptfe材质。

请参阅附图1和4，本实用新型第三旋转轴包括第三电机15、第三减速机20、第三同步带ⅰ16、第三同步带ⅱ18和第三同步带轮轴17，第三电机15固定在升降台6上，第三同步带ⅰ16一端连接第三电机15，另一端连接第三同步带轮轴17的顶部，第三同步带ⅱ18的一端连接第三同步带轮轴17的底部，另一端连接第三减速机20；由于底座1和小臂21呈一定的角度，第三同步带ⅰ16和第三同步带ⅱ18不在一个平面内，如附图4所示呈90度，通过第三同步带轮轴17连接；第三减速机20位于大臂14的末端，且连接小臂14；第三电机15通过第三同步带ⅰ16、第三同步带轮轴17、第三同步带ⅱ18带动第三减速机20的转动，第三减速机20带动小臂21进行旋转。第三旋转轴还包括同步带张紧轮19，同步带张紧轮位于第三同步带ⅱ18的一侧，用于对第三同步带ⅱ18进行张紧。第三同步带轮轴与输出圆筒、隔离圆筒同为同轴中空圆筒，且第三同步带轮轴位于输出圆筒的内部，中空结构的第三同步带轮轴内部可以进行布线，在三个同轴中空圆筒中，隔离圆筒、输出圆筒和第三同步带轮轴均随着升降台进行升降，隔离圆筒只升降，不发生旋转，第三同步带轮轴在第三电机和第三同步带ⅰ带动下旋转，输出圆筒在第二电机、第二同步带和第二减速机带动下旋转，三者属于独立分开的系统，因此，需要对其之间进行密封，即输出圆筒和隔离圆筒之间通过旋转密封圈密封；隔离圆筒和底座通过伸缩罩密封。附图中第三旋转轴在传动链上与第二旋转轴有耦合。

请参阅附图1，本实用新型机器人手臂还包括第四旋转轴，第四旋转轴包括第四电机22和第四减速机23，第四电机22和第四减速机23位于小臂21的末端，第四减速机23的一端和第四电机22连接，另一端通过末端法兰24连接抓手，第四电机通过第四减速机和末端法兰24带动抓手在食品陈列柜中夹取食物。由于抓手与末端法兰距离食物较近，末端法兰采用不锈钢，防止对食物造成污染。

本实用新型提供的机器人手臂具有良好的密封性，且与外界环境接触的部件均采用不锈钢或者采用铝合金并对铝合金表面采用符合fda21cfr175.300的树脂和聚合物涂层进行处理，能够达到洁净无害的要求。并且通过对电机和减速机的合理放置，能够节省机器人手臂的内部空间，减小机器人手臂的占地面积。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，所述实施例并非用于限制本实用新型的专利保护范围，因此凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型所附权利要求的保护范围内。