一种机械手臂的制作方法

本发明涉及机器人设备技术领域，尤其是指一种机械手臂。

背景技术：

scara机器人是工业机器人领域应用范围最广的四轴工业机器人。该机器人在平面方向运动平稳，在垂直方向有较大的刚性，可广泛应用于需要高效率的装配、焊接、搬运、密封等众多场合。它的使用大大提高了机器人对复杂任务的适应性，同时也降低了成本，提高了工作空间利用率，对现代化工业生产线的多种工作场合实现机器人换人有重要意义。近年来，国内外的scara机器人产品种类越发多样化，已成为机器人领域的研究热点之一。

但是，现有的scara机器人末端的转动轴是采用伺服电机直接驱动的，在负载大、转速高的情况下，伺服电机的传动不平稳，传动效率低，且轴的转动会产生工作精度低，承载载荷的能力差，进而使得机械手运行不稳定和精度较差。该问题的缺陷十分明显，亟需一种解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种结构简单紧凑，运行稳定，工作精度高的机械手臂。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供的一种机械手臂，包括驱动底座、第一转动臂、第二转动臂以及滚珠花键丝杆，所述第一转动臂与驱动底座转动设置，所述第二转动臂与第一转动臂转动设置，所述滚珠花键丝杆活动设置于第二转动臂；所述第二转动臂设置有用于驱动滚珠花键丝杆转动的第一驱动装置，所述第一驱动装置包括与滚珠花键丝杆的键槽连接的第一带轮、减速装置和第一伺服电机，所述第一伺服电机经由减速装置与第一带轮驱动连接。

其中的，所述减速装置包括减速电机、设置于减速电机的输出轴的第二带轮和设置于减速电机的输出轴的第三带轮，所述第一伺服电机的输出轴连接有第四带轮，所述第四带轮经由第一传动带与第二带轮连接，所述第三带轮经由第二传动带与第一带轮连接。

进一步的，所述第三带轮位于第二带轮的下方，所述第三带轮的齿数小于第一带轮的齿数，所述第二带轮的齿数大于第四带轮的齿数。

其中的，所述第二转动臂设置有用于驱动滚珠花键丝杆上下移动的第二驱动装置，所述第二驱动装置包括与滚珠花键丝杆的螺旋槽连接的第五带轮、第二伺服电机、设置于第二伺服电机的输出轴的第六带轮以及绕设于第五带轮与第六带轮的第三传动带。

其中的，所述机械手臂还包括设置于滚珠花键丝杆的下端并用于吸取外界零件的吸取装置；所述吸取装置包括轴连接件、均与轴连接件连接并相互交错设置的四个支撑杆、滑动设置于支撑杆的吸嘴以及用于驱动吸嘴移动的移动驱动机构。

进一步的，每个支撑杆对应设置有一个移动驱动机构，所述移动驱动机构包括滑动块、主动带轮、从动带轮、第四传动带以及用于驱动主动带轮转动的转动驱动装置；所述支撑杆设置有滑动槽，所述滑动块滑动设置于滑动槽内，所述主动带轮转动设置于滑动槽靠近轴连接件的一端，所述从动带轮转动设置于滑动槽远离轴连接件的另一端；所述第四传动带绕设于主动带轮与从动带轮，所述第四传动带的一边带与滑动块的一端连接，所述滑动块的另一端设有通孔，第四传动带的另一边带贯穿于通孔；所述吸嘴装设于滑动块上。

进一步的，所述转动驱动装置包括分别转动设置于四个支撑杆的四个第一传动齿、转动设置于轴连接件并与四个第一传动齿啮合的第二传动齿、转动设置于其中一个支撑杆并与设置于该支撑杆的第一传动齿啮合的主动齿以及用于驱动主动齿转动的转动驱动电机，所述第一传动齿经由传动轴与主动带轮连接。

其中的，所述第二转动臂的长度为600mm。

其中的，所述驱动底座设置有用于驱动第一转动臂转动的第三驱动装置，所述第二转动臂与第一转动臂的转动端设置有用于驱动第二转动臂转动的第四驱动装置；所述第三驱动装置包括第三伺服电机和第一谐波减速器，所述第一转动臂经由第一谐波减速器与驱动底座转动连接，所述第三伺服电机与第一谐波减速器驱动连接。

其中的，所述第二转动臂上设置有固定座，所述固定座上设置有第二谐波减速器，所述滚珠花键丝杆经由第二谐波减速器转动设置于固定座上。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种机械手臂，本机械手臂的滚珠花键丝杆在第一伺服电机与减速装置的配合驱动下实现稳定可靠地转动，减速装置的存在使第一伺服电机在一个合适的速度下运转，并精确地将转速降到滚珠花键丝杆在高负载下所需要的速度，进而提高机械体刚性的同时输出更大的力矩，从而确保整个机械手臂能够更加精确、可靠地运行。

附图说明

图1为本发明的机械手臂的立体结构示意图；

图2为本发明的第二传动臂的内部立体结构示意图；

图3为本发明的第二传动臂的另一视角的内部立体结构示意图；

图4为本发明的第二传动臂内部结构的俯视图；

图5为图4中沿a-a线的剖视图；

图6为图4中沿b-b线的剖视图；

图7为本发明的吸取装置的立体结构示意图；

图8为本发明的吸取装置的剖视图；

图9为图7中a处的放大结构示意图；

图10为本发明的吸取装置的反面的立体结构示意图；

图11为本发明的吸取装置与机械手臂装配后的结构示意图。

附图标记说明

1、驱动底座；11、第一谐波减速器；2、第一转动臂；3、第二转动臂；31、第四驱动装置；321、第五带轮；322、第一带轮；323、第二伺服电机；324、第一伺服电机；325、第六带轮；326、第四带轮；331、第三传动带；332、第一传动带；333、第二传动带；341、减速电机；342、第三带轮；343、第二带轮；35、固定座；351、第二谐波减速器；4、滚珠花键丝杆；5-吸取装置；51-轴连接件；52-支撑杆；521-滑动槽；53-吸嘴；541-滑动块；5411-通孔；542-主动带轮；543-从动带轮；544-第四传动带；551-第一传动齿；552-第二传动齿；553-主动齿；554-传动轴；555-转动驱动电机。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。

如图1至图11所示，本发明提供的包括驱动底座1、第一转动臂2、第二转动臂3以及滚珠花键丝杆4，所述第一转动臂2与驱动底座1转动设置，所述第二转动臂3与第一转动臂2转动设置，所述滚珠花键丝杆4活动设置于第二转动臂3；所述第二转动臂3设置有用于驱动滚珠花键丝杆4转动的第一驱动装置，所述第一驱动装置包括与滚珠花键丝杆4的键槽连接的第一带轮322、减速装置和第一伺服电机324，所述第一伺服电机324经由减速装置与第一带轮322驱动连接；所述滚珠花键丝杆4的下端设置有用于吸取外界物料的吸取装置5。具体地，第一带轮322套设在滚珠花键丝杆4的外侧。

在实际应用中，本机械手臂的滚珠花键丝杆4在第一伺服电机324与减速装置的配合驱动下实现稳定可靠地转动，减速装置的存在使第一伺服电机324在一个合适的速度下运转，并精确地将转速降到滚珠花键丝杆4在高负载下所需要的速度，进而提高机械体刚性的同时输出更大的力矩，从而确保整个机械手臂能够更加精确、可靠地运行。

在本技术方案中，所述减速装置包括减速电机341、设置于减速电机341的输出轴的第二带轮343和设置于减速电机341的输出轴的第三带轮342，所述第一伺服电机324的输出轴连接有第四带轮326，所述第四带轮326经由第一传动带332与第二带轮343连接，所述第三带轮342经由第二传动带333与第一带轮322连接。

在实际应用中，通过第一伺服电机324驱动第四带轮326转动，第四带轮326的转动带动第一传动带332转动，第一传动带332的转动便带动第二带轮343转动，第二带轮343的转动带动减速电机341的输出轴转动，在减速电机341的配合作用下带动第三带轮342转动，第三带轮342的转动经由第二传动带333带动第一带轮322转动，第一带轮322的转动带动滚珠花键丝杆4转动。第一伺服电机324经由减速电机341、传动带和带轮的作用下将动力传输至第一带轮322以驱动滚珠花键丝杆4稳定地转动，该结构传动平稳、传动比精确、工作可靠、传动效率和使用寿命都比较高，进一步提高了本发明的工作稳定性和工作精度。

在本技术方案中，参见图6，所述第三带轮342位于第二带轮343的下方，所述第三带轮342的齿数小于第一带轮322的齿数，所述第二带轮343的齿数大于第四带轮326的齿数。具体地，第四带轮326与第二带轮343的传动比为1:4,第三带轮342与第一带轮322的传动比为1:4，这样用于驱动滚珠花键丝杆4转动的传动机构总传动比为1:16。由此实现滚珠花键丝杆4在较大的负载下，也能够稳定和精确地转动，从而提高本发明的工作精度。

在本技术方案中，所述第二转动臂3设置有用于驱动滚珠花键丝杆4上下移动的第二驱动装置，所述第二驱动装置包括与滚珠花键丝杆4的螺旋槽连接的第五带轮321、第二伺服电机323、设置于第二伺服电机323的输出轴的第六带轮325以及绕设于第五带轮321与第六带轮325的第三传动带331。具体地，第五带轮321套设在滚珠花键丝杆4的外侧。在工作时，第二伺服电机323驱动第六带轮325转动，第六带轮325的转动经由第三传动带331带动第六带轮325的转动，第六带轮325的转动带动滚珠花键丝杆4上下移动。该结构的设计简单紧凑，同步带传动平稳，无噪音，传动精确。

在本技术方案中，参见图11，所述机械手臂还包括设置于滚珠花键丝杆4的下端并用于吸取外界零件的吸取装置5。在实际应用中，本机械手臂用吸取外界的取零件并移送至装配生产线上进行装配，为了满足生产需求，本机械手臂的第二转动臂3的长度为600mm。

在本技术方案中，参见图7，所述吸取装置5包括轴连接件51、均与轴连接件51连接并相互交错设置的四个支撑杆52、滑动设置于支撑杆52的吸嘴53以及用于驱动吸嘴53移动的移动驱动机构。

现有的吸取装置5都是采用将吸嘴53装设在吸盘，再将吸盘与本机械手臂的滚珠花键丝杆4连接，但是，传统的吸盘的位置及间距是固定连接在吸盘上，每次吸取也只能用于指定的一种尺寸的零件；当需要吸取其它尺寸的零件时，则需要人工更换另一个吸盘或者人工重新安装吸嘴53的位置，该人工调整的方式费时费力，大大降低了工作效率。而本发明在实际应用中，如图7所示，四个支撑杆52呈x形，通过移动驱动机构驱动吸嘴53在支撑杆52上移动，便可以实现各个吸嘴53之间的间距及位置的调整，从而使得本吸取装置5无需人工拆装，便可以实现自动化调整吸嘴53的位置，以提高本机械手臂的使用灵活性和工作效率。

在本技术方案中，参见图7至图10，每个支撑杆52对应设置有一个移动驱动机构，所述移动驱动机构包括滑动块541、主动带轮542、从动带轮543、第四传动带544以及用于驱动主动带轮542转动的转动驱动装置；所述支撑杆52设置有滑动槽521，所述滑动块541滑动设置于滑动槽521内，所述主动带轮542转动设置于滑动槽521靠近轴连接件51的一端，所述从动带轮543转动设置于滑动槽521远离轴连接件51的另一端；所述第四传动带544绕设于主动带轮542与从动带轮543，所述第四传动带544的一边带与滑动块541的一端连接，所述滑动块541的另一端设有通孔5411，第四传动带544的另一边带贯穿于通孔5411；所述吸嘴53装设于滑动块541上。

在实际应用中，转动驱动装置同时驱动四个支撑杆52的主动带轮542转动，主动带轮542的转动带动第四传动带544绕着主动带轮542个从动带轮543在滑动槽521内移动，第四传动带544的移动便带动滑动块541在滑动槽521内移动，滑动块541的移动便带动吸嘴53沿着滑动槽521移动，由此实现吸嘴53的位置自动调整。作为优选的，所述转动驱动装置包括分别转动设置于四个支撑杆52的四个第一传动齿551、转动设置于轴连接件51并与四个第一传动齿551啮合的第二传动齿552、转动设置于其中一个支撑杆52并与设置于该支撑杆52的第一传动齿551啮合的主动齿553以及用于驱动主动齿553转动的转动驱动电机555，所述第一传动齿551经由传动轴554与主动带轮542连接。具体地，所述转动驱动电机555为伺服电机；。在工作时，转动驱动电机555驱动主动齿553转动，主动齿553的转动带动第一传动齿551转动，第一传动齿551的转动带动主动带轮542转动，主动带轮542的转动进而带动吸嘴53移动；主动齿553带动其中一个第一传动齿551转动的同时，第一传动齿551的转动带动第二传动齿552转动，第二传动齿552的转动便带动其余的三个第一传动齿551转动，进而驱动其余三个吸嘴53同时移动。该移动驱动机构的结构设计简单巧妙且紧凑，传动稳定，传动精度高，吸嘴53移动无噪音，在伺服电机、齿轮和传动带的配合作用下，吸嘴53移动的精度可达到0.1mm,由此使本机械手臂适用于更加精密的零件加工。

在本技术方案中，所述驱动底座1设置有用于驱动第一转动臂2转动的第三驱动装置，所述第二转动臂3与第一转动臂2的转动端设置有用于驱动第二转动臂3转动的第四驱动装置31。

作为优选的，所述第三驱动装置包括第三伺服电机(图中未标示)和第一谐波减速器11，所述第一转动臂2经由第一谐波减速器11与驱动底座1转动连接，所述第三伺服电机与第一谐波减速器11驱动连接。具体地，所述第四驱动装置31的结构与第三驱动装置的结构相同。第一转动臂2和第二转动臂3在谐波减速器的作用下，可以精准地使机械手臂减速，提高其传动精度，进而实现机械手臂准确无误的定位。

在本技术方案中，参见图2和图3，所述第二转动臂33上设置有固定座35，所述固定座35上设置有第二谐波减速器351，所述滚珠花键丝杆4贯穿第二谐波减速器351及固定座35，滚珠花键丝杆4分别与第二谐波减速器351、固定座35滑动配合。该第二谐波减速器351的作用与第一谐波减速器11的作用相同，在这里不再赘述。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。