本发明涉及的自动化的技术领域，尤其涉及平面多关节机器人的末端减速结构。
背景技术：
平面多关节机器人(scara机器人)是自动化领域中一种常见的机械人结构，其一般具有竖直设置的底座，在底座上安装有有多个首位依次铰接的关节臂(一般为两个：直接安装在底座上的大臂和安装在大臂末端的小臂)，各关节臂能够在平面上摆动。平面多关节机器人最后一节关节臂的上设置有执行端，执行端能够在纵向移动，实现空间定位，提供自动夹持、铣床、3d打印、手术等多种功能。平面多关节机器人具有结构成熟、自动化程度高、控制容易等特点，越来越多的在各种领域中替代人手进行机械化的工作。
由于平面多关节机器人的执行端需要为执行部件提供水平转矩，现有技术中一般在执行端处安装电机，由减速机对电机输出进行减速后输出转矩，减速机作为一集成度较高的装置，具有以下缺点：(1)由于减速机一般为纵向结构而电机本身即需要一定的纵向空间，导致二者相互安装后整体纵向尺寸大，占据了较大的空间；(2)减速机位于机械臂的末端，该处重量较大会使得平面过多关节机器人的重心偏向外侧，增加了整体的静负载；(3)减速机只能输出固定的减速比，提供一种输出转速，无法改变转速；(4)减速机还具有成本高、难以维护、等缺点。上述的这些缺点，使得采用减速机作为执行端减速结构，会最终影响平面多关节机器人的产品力和性价比。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供偏心减速装置和平面多关节机器人，旨在现有技术中的平面多关节机器人存在关节臂占据纵向空间大、整体静载荷高、只能输出固定转速以及成本高等缺点的问题。
本发明是这样实现的，提供偏心减速装置，进一步地，多个所述传动轴包括第一传动轴和第二传动轴，所述变速装置包括设置于所述第一传动轴上的第一皮带轮和第二皮带轮、设置于所述第二传动轴上的第三皮带轮、安装在所述转轴上的主动皮带轮以及对应安装的多根同步带。
进一步地，所述第一皮带轮通过所述同步带连接至所述主动皮带轮，所述第二皮带轮通过所述同步带连接至所述第三皮带轮。
进一步地，在所述第一传动轴上，所述第一皮带轮位于所述第二皮带轮上方，所述第二皮带轮下方安装有所述安装座。
进一步地，多个所述传动轴包括第一传动轴和第二传动轴，所述变速装置包括设置于所述第一传动轴上的第一传动齿轮、设置于所述第二传动轴上的第二传动齿轮以及设置于所述转轴上的主动齿轮，所述主动齿轮、所述第一传动齿轮、所述第二传动齿轮之间直接和/或间接啮合传动。
进一步地，所述变速装置还包括同时与所述主动齿轮、所述第一传动齿轮啮合的第一中间齿轮，以及同时与所述主动齿轮、所述第二传动齿轮啮合的第二中间齿轮。
进一步地，多根所述传动轴和所述转轴沿所述小臂呈直线依次布置。
进一步地，多根所述传动轴沿所述小臂呈直线依次布置，所述转轴位于任意相邻两所述传动轴之间的位置。
进一步地，所述安装座具有可供所述输出轴插入构成过盈配合的内孔，所述输出轴上设有用于限制插入所述内孔位置的限位结构，所述限位结构包括套设安装于所述输出轴外的限位环，所述限位环与所述输出轴之间设有能够解锁或锁紧的锁定结构。
本发明还提供了平面多关节机器人，包括上述的偏心减速装置。
进一步地，还包括扣设在所述小臂外的壳体，所述壳体下端对应各所述安装座的位置开设有可供输出轴穿过的通孔。
与现有技术相比，本发明中的偏心减速装置本身为扁平化的结构，其占据的纵向空间较小，而且改变了小臂的重心位置，使得平面多关节机器人具有更低的静载荷，其所具有的传动轴结合电机的转轴还能够提供多种转速的输出以供选择。此外，相较于减速机，偏心减速装置还具有更低的使用成本和维护成本，因此采用偏心减速装置的平面多关节机器人无疑具有更高的性价比和更强的产品力。
附图说明
图1为本发明实施例一和实施例二提供的平面多关节机器人的小臂结构示意图；
图2为本发明实施例一中的转轴、各传动轴的结构示意图；
图3和图4为本发明实施例一中两个方向上的输出轴安装结构示意图；
图5为本发明实施例二中的转轴、各传动轴的仰视示意图；
图6为本发明实施例二中的转轴、各传动轴的内部剖视示意图
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合具体附图对本实施例的实现进行详细的描述，在附图中，以箭头的形式标识出小臂的延伸方向，箭头所指方向即为各图中执行端所在的方向。
实施例一
如图1至图4所示，本实施中提供偏心减速装置，其具有传动和变速的功能，具有能够改变安装位置的输出轴152。在其他的实施例中，偏心减速装置可选择性安装在平面多关节机器人2的任意关节臂上，为相关的电机提供减速，例如安装在平面多关节机器人2的大臂3上，对应的电机相应可为驱动大臂3摆动的驱动电机，相应的输出轴即应该固定安装在大臂3的一端；或者对应的电机为大臂3上用于驱动小臂1摆动的驱动电机，相应的输出轴即应该固定安装在小臂1的一端。
具体地，本实施例中的偏心减速装置安装在小臂1的执行端处，在该处设有的电机113具有直接输出转矩的转轴111，用于向外部的执行部件提供转矩动力，那么相对应的，输出轴152可供外部的执行部件安装固定，直接对外输出转矩。
偏心减速装置具体包括一个或多个分布安装于小臂1上的传动轴，在各传动轴之间，以及传动轴和转轴11之间，均设有变速装置。变速装置能够将转矩从转轴11传递至合适的传动轴，或者将转矩在几个传动轴之间传递，并且能够根据需要加速或者减速，使得各个传动轴具有不同的转速。
在各传动轴末端和转轴11末端均设有安装座151，输出轴152选择合适的安装座151安装，即可向外输出转矩。在其他的实施例中，也可以采用多个输出轴152，选择安装在多个安装座151上，使用时选择合适的输出轴152安装执行部件即可。
由于变速装置的存在，能够将电机113输出的转矩传递至各个传动轴上，使得各个传动轴具有不同的转速，在使用时根据执行部件的转速要求，选择合适的安装座151安装输出轴152即可输出指定的转速。更改输出轴152安装的位置即可更改输出的转速，换言之，偏心减速装置实际上提供了多种转速输出以供选择。需要理解得是，虽然名为偏心减速装置，实际上在本领域常识中，减速机构不仅仅只能提供减速，也能通过改变传动比的选择实现加速的效果。
另外，多个传动轴分布在小臂1上不同的位置处，无需与电机113同轴安装，不仅不会增加纵向占据的空间，而且将重心分散，与末端设置有减速机的小臂相比，本实施例中的小臂1重心更加靠近平面多关节机器人2的底座21方向，有助于减少整体的静负载。
与封闭集成的减速机相比，本实施中的偏心减速装置为半开放结构，能够方便的对内部各部件进行维护，在使用成本上远低于减速机。结合上文中提到的其他技术优点，可以看出采用本实施中提供的偏心减速装置不仅能提供多种转速输出，而且能够减少小臂1占据的纵向空间和平面多关节机器人2的静载荷，最终使得平面多关节机器人2具有更高的性价比和更强的产品力。
如图2、图3和图4所示，在本实施例中，偏心减速装置具体包括第一传动轴12和第二传动轴13，变速装置包括安装在电机113的转轴11上的主动皮带轮111、安装在第一传动轴12上的第一皮带轮121和第二皮带轮122、安装在第二传动轴13上的第三皮带轮131，以及对应安装在皮带轮之间传递转矩的多根同步带14。其中同步带14能够在主动皮带轮111和第一皮带轮121之间，第二皮带轮122和第三皮带轮131之间传递转矩
在本实施例中，第一皮带轮121的直径大于主动皮带轮111，二者之间通过同步带14连接后保持相同的线速度，第一皮带轮121和第二皮带轮122同时固定在第一传动轴12上使得二者具有相同的角速度。第二皮带轮122的直径小于第三皮带轮131，二者之间通过同步带14连接后保持相同的线速度。
为了便于叙述，设电机113的转轴11输出的速度为v1，该速度传递至第一皮带轮121后由于直径的差别导致减速，第一传动轴12输出的速度为v2，同理，再次传递减速后，第三传动轴输出的速度为v3，其中v1>v2>v3。因此采用偏心减速装置的执行端，能够输出三个依次减小速度以供选择。在其他的实施例中，改变主动皮带轮111、第一皮带轮121、第二皮带轮122、第三皮带轮131的直径关系，也可以输出其他的转速选择，例如在第一传动轴12处加速，输出比v1更大的v2等等。
第一传动轴12和第二传动轴13的布置方式可以有多种，例如与电机113的转轴11直线依次排布。具体的，本实施例中如图3和图4所示，第二传动轴13安装于靠近小臂1末端的位置(如图中箭头所指方向)，电机113安装于第一传动轴12和第二传动轴13之间的位置，这种布置方式使得偏心减速装置在小臂1长度方向占据的空间较小，而且能使三个安装座151都能尽可能的集中，减少改变输出轴152在小臂1轴向位置所带来的控制误差。
在本实施例中，在第一传动轴12上，第一皮带轮121和第二皮带轮122纵向上下设置，第二皮带轮位于竖直方向下方，在其下端面上安装有安装座151。
在其他的实施例中，传动轴可以有更多的数量，依次包括第一传动轴12、第二传动轴13……第n1传动轴，其中n1为大于2的自然数，例如3、4、5等；皮带轮也具有更多的数量，依次安装在各传动轴上的第一皮带轮121、第二皮带轮122……第n2皮带轮，n2为大于n1的自然数，例如4、5、6等；总计能够提供n1+1种转速的输出。传动结构在相应的皮带轮之间或皮带轮和主动皮带轮111之间提供传动，如果传动结构采用同步带14的结构，也相对应具有至少(n1-1)条同步带14。多根传动轴和转轴11可以沿小臂1呈直线依次布置，也可以多根传动轴沿小臂1呈直线依次布置，转轴11插入在相邻的两传动轴之间，近似本实施例中的方案。
在其他的实施例中，也可以只设置一个传动轴，只有一个皮带轮，提供两种转速的输出。
如图3和图4所示，在本实施例中，安装座151具有可供输出轴152插入构成过盈配合的内孔1511。在使用时先确定需要的转速，然后选择合适的安装座151，再将输出轴152插入该安装座151的内孔1511即可。容易理解的是，为了提高传动稳定性、转矩输出率，输出轴152插入内孔1511后应该保证输出轴与相应的传动轴、转轴11保持同轴线。
优选的，在输出轴152上设有用于限制插入内孔1511位置的限位结构，当输出轴152插入至限位结构与安装座151抵接的时候，表明已经安装到位，避免插入过深或者插入不足。而且在向外输出转矩的时候，限位结构还能避免受到外部冲击导致输出轴152缩回内孔1511的情况。
优选的，本实施例中的限位结构包括套设安装于输出轴152外的限位环153，限位环153与输出轴152之间设有锁定结构，锁定结构解锁后限位环153能够在输出轴152上滑动，滑动至需要的位置后，锁紧锁定结构固定限位环153在输出轴152上的轴向位置。由于电机113的转轴11、第一传动轴12和第二传动轴13的结构存在差异，其安装的安装座151纵向位置未必处于同一高度，因此可通过改变限位环153的位置从而改变固定输出轴152插入内孔1511的深度，也即改变其伸出在内孔1511外的长度，以适应执行部件的要求。锁定结构的具体实现方式可以有多种，例如能够开合的弹性锁扣，通过压紧的方式抵接在输出轴152上，或者在输出轴152上沿着轴线打孔，选择合适的孔位通过螺栓将限位环153固定，本实施例中对锁定结构不做具体限制。
本实施例中还提供了平面多关节机器人2，包括多个关节臂和上述的偏心减速装置。根据上文可知，采用了偏心减速装置的平面多关节机器人2能提供多种转速输出，而且小臂1占据的较小的纵向空间，整体的静载荷较低，使用和维护成本都低于采用减速机的同类产品，因此具有更高的性价比和更强的产品力。
如图1和图3所示，平面多关节机器人2还包括扣设在小臂1外的壳体16，在壳体16下端对应各安装座151的位置开设有可供输出轴152穿过的通孔，用户选择指定的安装座151后，将输出轴152从壳体16的外部穿过通过插入安装座151，即可输出指定的转速。拆下输出轴152时，从壳体16的外部将输出轴152从安装座151抽出，穿出通孔即可，无需拆卸壳体16。
实施例二：
如图1、图5和图6所示，本实施例中提供了另外一种偏心减速装置，其偏心减速装置采用齿轮传动实现。
具体地，偏心减速装置包括第一传动轴12和第二传动轴13，在第一传动轴12上安装有第一传动齿轮121a，在第二传动轴13上安装有第二传动齿轮131a，在转轴11上安装有主动齿轮111a，通过间接和/或直接啮合的方式传动，将各个齿轮设置成合适的齿比实现传动减速或者加速，即可输出多种转速。
在本实施例中，在第一传动齿轮121a和主动齿轮111a之间还设有第一中间齿轮141，在第二传动齿轮131a和主动齿轮111a之间设有第二中间齿轮142，能够根据需要改变中间齿轮的齿比，实现其他更多的转速调节。在其他的实施例中，第一传动齿轮121a也可以与主动齿轮111a之间直接啮合，第二传动齿轮131a也可以主动齿轮111a之间直接啮合；或者第一传动齿轮121a与主动齿轮111a之间直接啮合，第二传动齿轮121a和第一传动齿轮121a之间直接啮合。
在使用时，电机113输出转矩至转轴11上，主动齿轮111a获得转速v5，通过第一中间齿轮141传递转速至第一传动齿轮121a，第一传动齿轮121a可以向其安装座151输出转速v6，主动齿轮111a通过第二中间齿轮142传递转速至第二传动齿轮131a，第二传动齿轮131a可以向其安装座151输出转速v7。其中v5、v6、v7三者的大小可以根据需要设置相应的齿轮比，例如依次减小、v6最大等等多种方式。
在第一传动齿轮121a、主动齿轮111a、第二传动齿轮131a的下端均安装有安装座151，其结构原理与实施例一相同，同样具有内孔1511以供输出轴152插入安装，也需要保持同轴输出。输出轴152安装至其中某个安装座151后，获得其对应的转速。
输出轴152和安装座151之间同样依靠限位环153限制位置，具体工作方式不再做赘述。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。