包含三轴运动机构的机器人手臂的制作方法

本发明涉及一种机器人手臂，具体用于组装执行部件完成机器人的喷漆过程。

背景技术：

机器人喷漆目前在木工制造领域逐渐普及，其能够保证喷漆质量，避免了人工操作对人体造成的危害；对于喷漆机器人来说，其包含驱动机器人手臂进行旋转和移动的工作位置调整机构，还包含用于驱动喷枪进行细节调整的末端组件；末端组件设置在手臂上；目前的末端组件中，其不同方向的轴向旋转运动均需要谐波减速器或者RV减速器来设计进行实现；谐波减速器和RV减速器的柔性差，技术由国外控制，成本高；同时包含谐波减速器和RV减速器的末端组件的体积较大。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种包含三轴运动机构的机器人手臂，其能够实现执行部件的不同方向的旋转，且动力传递过程为柔性较好，整体结构紧凑，成本低。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

包含三轴运动机构的机器人手臂，用于组装在机器人上；包含手臂管，手臂管内部中空，手臂管一端设置末端组件；末端组件包含安装在连接块上的执行部件；

所述连接块固定设置在喷枪轴上，喷枪轴转动安装在小转座上，小转座转动安装在中转座上，中转座转动安装在主座上；

所述喷枪轴的旋转中心轴与小转座的旋转中心轴相互垂直；所述小转座的旋转中心轴与所述中转座的旋转中心轴相互垂直；所述中转座的旋转中心轴与小转座的旋转中心轴相互垂直；

所述喷枪轴通过设置在主座内的小轴驱动旋转，所述小转座通过设置在主座内的大轴驱动旋转，所述中转座通过设置在主座的第三同步轮驱动旋转；所述主座内还与第三同步轮平行的设置有用于驱动大轴旋转的第二同步轮和用于驱动小轴旋转的第一同步轮；

所述手臂管中平行设置三个同步带，分别为第一同步带，第二同步带和第三同步带；第一同步带，第二同步带和第三同步带的一端分别啮合套装在所述第一同步轮，第二同步轮和第三同步轮上；第一同步带，第二同步带和第三同步带的另一端啮合套装在动力机构的驱动轮上。

本发明的优选实施方式和进一步改进点如下：

（1）所述执行部件为用于喷漆的喷枪；所述动力机构为电机，所述驱动轮为安装在电机输出轴上的同步带轮。

（2）所述主座内，所述小轴，大轴，第一同步轮，第二同步轮和第三同步轮的旋转中心轴重合。

进一步的是：所述大轴为空心轴，大轴与小轴之间安装有轴承；所述第三同步轮与所述中转座通过螺钉相对固定。

更进一步的是：所述小轴的顶端安装在固定设置于主座内部顶端的轴承上，所述小轴的底端设置锥齿轮，沿着与小转座旋转中心轴平行的方向设置有过渡轴，过渡轴相对小转座转动安装，过渡轴的旋转中心轴与小转座的旋转中心轴重合；过渡轴一端设置与小轴的底端锥齿轮啮合的锥齿轮，过渡轴的另一端设置与喷枪轴端部的锥齿轮啮合的锥齿轮。

进一步的是：所述大轴的底端固定套装有锥齿轮，所述过渡轴的外部套装有传动轴，传动轴与过渡轴之间设置轴承，传动轴靠近大轴一侧安装有与大轴底端锥齿轮啮合的锥齿轮；传动轴与小转座相互固定。

（3）所述主座顶端设置有防尘盖；所述手臂管内部管壁上组装有内套管，所述第一同步带，第二同步带和第三同步带沿着内套管内部贯穿设置；所述内套管与主座通过螺钉紧固连接。

本发明有益效果是：

本发明公开的包含三轴运动机构的机器人手臂，包含手臂管，手臂管内部中空，手臂管一端设置末端组件；末端组件包含安装在连接块上的执行部件；执行部件在本领域中一般为用于喷漆的喷枪；

本发明的连接块固定设置在喷枪轴上，喷枪轴转动安装在小转座上，小转座转动安装在中转座上，中转座转动安装在主座上；常见的转动安装形式为通过在两个相对转动件之间安装轴承来实现，如此就能够实现三个不同旋转轴的旋转，最终实现执行部件的多个角度的细节调整；

本发明中的所述喷枪轴的旋转中心轴与小转座的旋转中心轴相互垂直；所述小转座的旋转中心轴与所述中转座的旋转中心轴相互垂直；所述中转座的旋转中心轴与小转座的旋转中心轴相互垂直；三个旋转件的旋转中心轴方向完全不重合，实现了非常全面的角度调整；

本发明的所述喷枪轴通过设置在主座内的小轴驱动旋转，所述小转座通过设置在主座内的大轴驱动旋转，所述中转座通过设置在主座的第三同步轮驱动旋转；所述主座内还与第三同步轮平行的设置有用于驱动大轴旋转的第二同步轮和用于驱动小轴旋转的第一同步轮；该动力传递结构，将小轴大轴均设置在主座内，节省了空间，而且能够使得动力输入结构更加直接，维护也更加集中；

所述手臂管中平行设置三个同步带，分别为第一同步带，第二同步带和第三同步带；第一同步带，第二同步带和第三同步带的一端分别啮合套装在所述第一同步轮，第二同步轮和第三同步轮上；第一同步带，第二同步带和第三同步带的另一端啮合套装在动力机构的驱动轮上。本发明通过三个同步带进行动力输入，最终实现三个不同方向的旋转件旋转，最终使得执行部件（喷枪）的角度调整范围全面，且角度调整过程柔性较好；由于不采用谐波减速器和RV减速器，整体成本低，整体体积较小，结构紧凑。

附图说明

图1为本发明的一种具体实施方式的主视方向的结构示意图；

图2为本发明的一种具体实施方式的俯视方向的结构示意图；

图3为图1的B处结构示意图；

图4为图2的A处结构示意图；

图5为喷漆轴旋转中心轴、小转座旋转中心轴和中转座旋转中心轴的相互位置关系示意图。

附图标记说明：

1-小齿轮，2-大齿轮，3-连接块，4-喷枪轴，5-轴承，6-防尘盖，7-螺钉，8-螺钉，9-平垫圈，10-O型圈，11-手臂管，12-十字槽沉头螺钉，13-弹簧垫圈；

101-第一同步带，102-第二同步带，103-第三同步带，104-内套管，105-小轴，106-大轴；

201-第一同步轮，202-第二同步轮，203-第三同步轮，204-中转座，205-小转座，206-喷枪轴，207-主座，208-过渡轴；241-中转座旋转中心轴，251-小转座旋转中心轴，261-喷漆轴旋转中心轴。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：

如图1～5所示，其示出了本发明的具体实施方式，如图所示，本发明公开的包含三轴运动机构的机器人手臂，用于组装在机器人上；其包含手臂管11，手臂管11内部中空，手臂管11一端设置末端组件；末端组件包含安装在连接块3上的执行部件；

如图所示，所述连接块3固定设置在喷枪轴（4，206）上，喷枪轴（4，206）转动安装在小转座205上，小转座205转动安装在中转座204上，中转座204转动安装在主座207上；

如图所示，所述喷枪轴（4，206）的旋转中心轴与小转座205的旋转中心轴相互垂直；所述小转座205的旋转中心轴与所述中转座204的旋转中心轴相互垂直；所述中转座204的旋转中心轴与小转座205的旋转中心轴相互垂直；

如图所示，所述喷枪轴（4，206）通过设置在主座207内的小轴105驱动旋转，所述小转座205通过设置在主座207内的大轴106驱动旋转，所述中转座204通过设置在主座207的第三同步轮203驱动旋转；所述主座207内还与第三同步轮203平行的设置有用于驱动大轴106旋转的第二同步轮202和用于驱动小轴105旋转的第一同步轮201；

如图所示，所述手臂管11中平行设置三个同步带，分别为第一同步带101，第二同步带102和第三同步带103；第一同步带，第二同步带和第三同步带的一端分别啮合套装在所述第一同步轮201，第二同步轮202和第三同步轮203上；第一同步带，第二同步带和第三同步带的另一端啮合套装在动力机构的驱动轮上。

优选的，如图所示，所述执行部件为用于喷漆的喷枪；通过将喷枪组装在连接块上即可实现喷漆机器人的整个完整手臂结构；所述动力机构为电机，所述驱动轮为安装在电机输出轴上的同步带轮。每个同步带通过一个电机驱动，控制非常的精准，互不干涉。

优选的，如图所示，所述主座207内，所述小轴105，大轴106，第一同步轮201，第二同步轮202和第三同步轮203的旋转中心轴重合。相同的旋转中心轴使得主座内的结构非常紧凑，占用空间小，能够集中维护，集中组装同步带。

优选的，如图所示，所述大轴106为空心轴，大轴106与小轴105之间安装有轴承；所述第三同步轮203与所述中转座204通过螺钉相对固定。小轴相对大轴旋转，同心结构非常紧凑；第三同步轮直接驱动中转座转动。

优选的，如图所示，所述小轴105的顶端安装在固定设置于主座207内部顶端的轴承上，所述小轴105的底端设置锥齿轮，沿着与小转座旋转中心轴平行的方向设置有过渡轴208，过渡轴208相对小转座205转动安装，过渡轴208的旋转中心轴与小转座205的旋转中心轴重合；过渡轴208一端设置与小轴的底端锥齿轮啮合的锥齿轮，过渡轴208的另一端设置与喷枪轴端部的锥齿轮啮合的锥齿轮。如此一来，我们实现了喷枪轴的动力传递过程；我们以同步带为动力输入，通过锥齿轮啮合传动，可靠的实现了喷枪轴的旋转驱动过程。

优选的，如图所示，所述大轴106的底端固定套装有锥齿轮，所述过渡轴208的外部套装有传动轴，传动轴与过渡轴之间设置轴承，传动轴靠近大轴106一侧安装有与大轴106底端锥齿轮啮合的锥齿轮；传动轴与小转座205相互固定。本实施例中，我们通过传动轴的动力传递，将大轴的动力传递至小转座，传动轴与过渡轴同心，结构紧凑；可靠实现了同步带至小转座的动力传递。

至此，三个旋转件（喷枪轴、小转座和中转座）均通过同步带实现了动力传递，柔性较好，实现成本低，结构紧凑。

优选的，如图所示，所述主座207顶端设置有防尘盖6；所述手臂管11内部管壁上组装有内套管104，所述第一同步带101，第二同步带102和第三同步带103沿着内套管内部贯穿设置；所述内套管与主座通过螺钉紧固连接。本实施例中，防尘盖用于密封防尘；内套管能够通过实现整个组装结构的稳定；同时，如果我们通过后续设计将内套管设置为转动安在在手臂管内，将内套管通过动力机构驱动转动或者沿着手臂管内壁移动，又能增加末端组件的调整方向，实现更加全面的调整。

上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，这些变化涉及本领域技术人员所熟知的相关技术，这些都落入本发明专利的保护范围。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。