一种工业机械臂的制作方法

本实用新型涉及工业机器人的制造领域，尤其涉及一种工业机械臂。

背景技术：

工业机械臂是拟人手臂、手腕和手功能的机械电子装置。拟人手臂、手腕和手功能的机械电子装置；它可把任一物件或工具按空间位姿(位置和姿态) 的时变要求进行移动，从而完成某一工业生产的作业要求。如夹持焊钳或焊枪、对汽车或摩托车车体进行了点焊或弧焊、搬运压铸或冲压成型的零件或构件、进行激光切割、喷涂、装配机械零部件等等。

随着工业自动化的发展，市面上已经出现各种各样的机械臂，但是大部分机械臂机构复杂，且加工精度难以保证。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种工业机械臂，通过优化机械臂结构，使机械臂制造工艺简单且运行精度提高。

基于此，本实用新型提供的一种工业机械臂，包括底座、第一臂杆、第二臂杆、第三臂杆、第四臂杆以及第五臂杆，所述第一臂杆一端与所述底座铰接形成第一关节，所述第二臂杆一端与所述第一臂杆另一端铰接形成第二关节，所述第三臂杆一端与所述第二臂杆另一端铰接形成第三关节，所述第四臂杆一端与所述第三臂杆另一端铰接形成第四关节，所述第五臂杆一端与所述第四臂杆另一端铰接形成第五关节，所述关节处的相应臂杆的外壁上分别设置有凸缘，两个相邻臂杆的所述凸缘上分别设有能够使关节转动到唯一位置时可用销钉串连重合的销钉孔。

可选的，所述机械臂内部设有传输能源和信号的配套线，所述配套线为高柔性电缆。

可选的，所述第一臂杆用高强度铝合金一次精铸成型。

可选的，所述第二臂杆用高强度铝合金一次压铸成型，所述第二臂杆包括筒状横梁和两个薄壁侧板，所述筒状横梁的两端分别连接于两个所述薄壁侧板的中部，所述筒状横梁径向面积由中间向两端增大。

可选的，在所述第二臂杆的薄壁侧板外部还设有用于保护和隐藏所述第二臂杆内部结构的保护罩。

可选的，所述第三臂杆用高强度铝合金一次压铸成型，且所述第三臂杆包括第一圆筒和第二圆筒，所述第一圆筒侧面设有与其内部连通的第一抽芯孔，所述第二圆筒与所述第一圆筒以“T”型的结构相接驳，且所述第二圆筒连接于所述第一圆筒上的部位与所述第一抽芯孔相对，所述第二圆筒与所述第一圆筒相连通。

可选的，所述第四臂杆包括第一圆形连接环、第二圆形连接环和第三圆形连接环，所述第一圆形连接环的中心轴线和所述第二圆形连接环的中心轴线在同一轴线上，所述第三圆形连接环的中心轴线与所述第一圆形连接环或所述第二圆形连接环的中心轴线相交，且所述第一圆形连接环和所述第二圆形连接环分别设于所述第三圆形连接环的中心轴线的相对两侧，所述第一圆形连接环和所述第二圆形连接环分别通过支撑杆与所述第三圆形连接环相连接，相邻的所述支撑杆之间通过至少两个连接杆相连接。

可选的，所述第五臂杆用高强度铝合金一次压铸成型，且所述第五臂杆包括第三圆筒和第四圆筒，所述第三圆筒侧面设有与其内部连通的第二抽芯孔，所述第四圆筒与所述第三圆筒以“T”型的结构相接驳，且所述第四圆筒连接于所述第三圆筒上的部位与所述第二抽芯孔相对，所述第四圆筒与所述第三圆筒相连通，并在所述第四圆筒侧面外设有与所述第四圆筒内部相连通的附件安装部。

可选的，所述第五臂杆末端设有第一固定法兰、末端执行器法兰、第一电机以及第一谐波减速器上的第一波发生器、第一钢轮和第一柔轮，所述第一电机固定在所述第一固定法兰上，所述第一波发生器固定在所述第一电机输出轴上，所述第一钢轮固定在所述第一固定法兰上，所述末端执行器法兰固定在所述第一柔轮上。

可选的，每个所述关节上安装有传动装置，所述传动装置与形成所述关节的两个相邻臂杆均相连接，所述传动装置包括第二电机、第二固定法兰、输出法兰以及第二谐波减速器上的第二波发生器、第二钢轮和第二柔轮，所述第二波发生器固定在所述第二电机输出轴上，所述第二柔轮固定在所述输出法兰上，将两个相邻臂杆中处于下一连接位的臂杆记为下一臂杆，所述输出法兰固定在所述下一臂杆上，所述第二电机和所述第二钢轮均固定在所述第二固定法兰上，将两个相邻臂杆中处于上一连接位的臂杆记为上一臂杆，且所述第二固定法兰固定在所述上一臂杆上。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：

通过本实用新型提供的工业机械臂，可以通过各个关节驱动机械臂在三维空间内运动，本实用新型通过优化机械臂结构，增强了机械臂的运行精度，同时使机械臂结构大大简化。

另外，本实用新型通过提升机械臂的部件的一体化程度，简化了制造工艺。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例的结构示意图。

图2是本实用新型优选实施例所述的第一臂杆的结构示意图。

图3是本实用新型优选实施例所述的第二臂杆的结构示意图。

图4是本实用新型优选实施例所述的第三臂杆的结构示意图。

图5是本实用新型优选实施例所述的第四臂杆的结构示意图。

图6是本实用新型优选实施例所述的第五臂杆的结构示意图。

图7是本实用新型优选实施例所述的第五臂杆及其末端结构示意图。

图8是本实用新型优选实施例所述的传动装置的结构示意图。

附图标记说明：

1、第一臂杆，2、第二臂杆，3、第三臂杆，4、第四臂杆，5、第五臂杆， 6、末端执行器法兰，7、底座，8、第一关节，9、第二关节，10、第三关节， 11、第四关节，12、第五关节，13、保护罩，14、第二电机，15、第二波发生器，16、第二柔轮，17、第二钢轮，18、第二固定法兰，19、输出法兰，20、第一电机，21、第一固定法兰，22、第一柔轮，23、第一波发生器，24、第一刚轮，201、筒状横梁，202、薄壁侧板，203、销钉孔，301、第一圆筒，302、第二圆筒，303、第一抽芯孔，401、第一圆形连接环，402、第二圆形连接环， 403、第三圆形连接环，404、支撑杆，405、连接杆，501、第三圆筒，502、第四圆筒，503、第二抽芯孔，504、附件安装部。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提出一种工业机械臂，如图1至图8所示，其包括第一臂杆1一端与底座7铰接形成第一关节8，第二臂杆2一端与第一臂杆1另一端铰接形成第二关节9，第三臂杆3一端与第二臂杆2另一端铰接形成第三关节 10，第四臂杆4一端与第三臂杆3另一端铰接形成第四关节11，第五臂杆5一端与第四臂杆4另一端铰接形成第五关节12。此外，机械臂内部设有传输能源和信号的配套线，配套线为高柔性电缆，高柔性电缆可以保证电缆随机械臂动作的同时拥有较高寿命。而配套线设置在内部一方面可以美化机械臂的整体外观，更显简洁，一方面可以保护配套线不受外部环境的侵蚀，提高寿命。

需要提出的是，机械臂底座7用灰铸铁铸造而成，具备牢固、抗震的特性，在第一关节8处选用角接触轴承作为运动支撑，可以承受来自机械臂除底座7 以上部分的轴向力，同时有利于消除运动过程中的间隙，提高运动精度。此外，每个关节都可以通过铰接的结构进行相邻臂杆之间的相对旋转，同时经过机械臂内部的配套线提供能源和信号输入，从而实现机械臂在三维空间内的各种动作。

另外，在关节处的相应臂杆的外壁上分别设有凸缘，在两个相邻的臂杆的凸缘上分别设有能够使关节转动到唯一位置时可用销钉串连重合的销钉孔203。由于受环境、重力、损耗等各种因素影响，机械臂在无数次动作后的重复定位精度会有所下降。因此，在关节转动处设置唯一一个位置作为机械零点，即上述臂杆厨电销钉孔203，在机械臂若干次动作后，用专用销钉插进相邻两机械臂的销钉孔203作为机械零点定位校准，可以大大提高机械臂的运算精度。此外，用专用销钉插进相邻两机械臂的销钉孔203后再进行运输，可以防止由于运输过程中重力、震动等因数造成的两相邻机械臂之间的相对位移，进而保护电机和机械臂不受损伤。

第一臂杆1的结构如图2所示。第一臂杆1用高强度铝合金一次精铸成型。需要强调的是,本实用新型中提及的高强度铝合金,其强度不弱于同等条件下的 35号钢的强度。高强度铝合金精铸工艺可以保证复杂结构加工的可行性，同时使臂杆的刚性和精度达到要求，此外，该臂杆成型加工还包括在臂杆外壳和关节连接处设置辐射型加强筋，确保臂杆轻量化的同时强度得到保障，而且，辐射型的加强筋使得该处的受力均匀，防止因受力不均造成局部破裂。

第二臂杆2的结构如图3所示。第二臂杆2用高强度铝合金一次压铸成型，第二臂杆2包括筒状横梁201和两个薄壁侧板202，筒状横梁201的两端分别连接于两个薄壁侧板202的中部，筒状横梁201径向面积由中间向两端增大。此臂杆采用了薄壁的设计结构，而一次压铸成型的加工工艺使得成型时材料结合更加紧密，可排除沙眼，气孔等缺陷，保证了第二臂杆2轻量化的同时强度达到设计要求。此外，在筒状横梁201与薄壁侧板202连接处设置大圆弧加强筋，并在筒状横梁201的两端与薄壁侧板202的关节连接处之间设置辐射型加强筋，进一步加强第二臂杆2的强度并消除机械臂在运动过程中所产生的形变和应力集中问题。需要说明的是，在第二臂杆2的薄壁侧板202外部安装用于保护和隐藏第二臂杆2内部结构的保护罩13，该保护罩13为塑料材质，相对于金属材质更有塑造性而且重量大大减轻。

第三臂杆3的结构如图4所示。第三臂杆3用高强度铝合金一次压铸成型，且第三臂杆3包括第一圆筒301和第二圆筒302，第一圆筒301侧面设有与其内部连通的第一抽芯孔303，第二圆筒302与第一圆筒301以“T”型的结构相接驳，且第二圆筒302连接于第一圆筒301上的部位与第一抽芯孔303相对，第二圆筒302与第一圆筒301相连通。此臂杆3同样采用了薄壁的设计结构，而一次压铸成型的加工工艺使得成型时材料结合更加紧密，排除沙眼，气孔等缺陷，保证了第三臂杆3实现轻量化的同时机械强度达到设计要求。此外，在第三臂杆3上设置第一抽芯孔303一方面可以便于一次压铸成型时模具抽芯结构的抽离，一方面降低了臂杆自重，需要说明的是第一抽芯孔303圆周距设计在第一圆筒301闭环圆的三分之一以内，另外还需要在第一抽芯孔303上设置大斜角加强筋，进一步加强第三臂杆3自身的强度。

第四臂杆4的结构如图5所示。第四臂杆包括第一圆形连接环401、第二圆形连接环402和第三圆形连接环403，第一圆形连接环401的中心轴线和第二圆形连接环402的中心轴线在同一轴线上，第三圆形连接环403的中心轴线与第一圆形连接环401或第二圆形连接环402的中心轴线相交，且第一圆形连接环 401和第二圆形连接环402分别设于第三圆形连接环403的中心轴线的相对两侧，第一圆形连接环401和第二圆形连接环402分别通过支撑杆404与第三圆形连接环403相连接，两个相邻的支撑杆404之间通过连接杆405相连接。如上述，该臂杆采用的是“骨架”型的结构，关键部位的连接主要用杆状结构连接，大大地减轻了该臂杆本体重量的同时保证了强度，此外，杆状连接处适当设置加强筋，可以进一步增加臂杆4的强度。

第五臂杆5的结构如图6所示。第五臂杆5用高强度铝合金一次压铸成型，且第五臂杆5包括第三圆筒501和第四圆筒502，第三圆筒501侧面设有与其内部连通的第二抽芯孔503，第四圆筒502与第三圆筒501以“T”型的结构相接驳，且第四圆筒502连接于第三圆筒501上的部位与第二抽芯孔503相对，第四圆筒502与第三圆筒501相连通，并在第四圆筒502侧面外设有与第四圆筒 502内部相连通的附件安装部。此外，在第五臂杆5上设置第二抽芯孔503一方面可以便于一次压铸成型时模具抽芯结构的抽离，一方面降低了臂杆5自重，需要说明的是第二抽芯孔503圆周距设计在第三圆筒501闭环圆的三分之一以内，另外还需要在第二抽芯孔503上设置大斜角加强筋，进一步加强臂杆5自身的强度。

进一步地，所述第五臂杆末端设有第一固定法兰21、末端执行器法兰6、第一电机20以及第一谐波减速器上的第一波发生器23、第一钢轮24和第一柔轮22，所述第一电机20固定在所述第一固定法兰21上，所述第一波发生器23 固定在所述第一电机20输出轴上，所述第一钢轮24固定在所述第一固定法兰 21上，所述末端执行器法兰6固定在所述第一柔轮22上。末端执行器法兰6上可按不同工作情景需要安装执行机构实现抓、吸、拿或放等操作。

需要说明的是，在每个关节上安装有传动装置，所述传动装置与形成所述关节的两个相邻臂杆均相连接，所述传动装置包括第二电机14、第二固定法兰 18、输出法兰19以及第二谐波减速器上的第二波发生器15、第二钢轮17和第二柔轮16，所述第二波发生器15固定在所述第二电机14输出轴上，所述第二柔轮16固定在所述输出法兰19上，将两个相邻臂杆中处于下一连接位的臂杆记为下一臂杆，所述输出法兰19固定在所述下一臂杆上，所述第二电机14和所述第二钢轮17均固定在所述第二固定法兰18上，将两个相邻臂杆中处于上一连接位的臂杆记为上一臂杆，且所述第二固定法兰18固定在所述上一臂杆上。上述臂杆记法需要说明的是，如第二关节中上一臂杆指第一臂杆，下一臂杆指第二臂杆，而第三关节中，上一臂杆指第二臂杆，下一臂杆指第三臂杆，以此类推。传动装置的减速器选用谐波减速器可使传动装置的体积小、重量轻、传动平稳、无噪音和运动精度高，此外，输出法兰19和第二固定法兰18的辅助装配保证了关节转动的同心度，提升机械臂的运行精度和寿命。传动装置的结构如图8所示。

综上，本实施例通过优化机械臂结构，提升了机械臂的部件的一体化程度，简化了制造工艺，并增强了机械臂的运行精度。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本实用新型的保护范围。