一种多关节桌面机械臂的制作方法

本发明属于工业机械臂技术领域，具体涉及一种二自由度轻质桌面机械臂。

背景技术：

随着科技的发展和劳动力成本的不断提高，机器人在各行各业的应用越来越广泛，机器人的应用降低了人们的劳动强度，提高了生产效率，增强了企业的核心竞争力。

目前的机械臂在结构上还存在一些可商榷之处。第一，目前大部分机械臂有3个及以上的自由度，但是并不是每个自由度均能够不受限制的360度转动，各关节有工作范围的限制。这个限制对机械臂的运动路径规划造成严重的影响，使得机械臂可能无法按最优的路径进行运动操作，降低了机械臂的灵活性。

因此有些方案中提出了各关节不受限制转动的机械臂结构设计，在这些设计中均把关节电机放在各臂的末端，相邻关节的旋转轴作垂直布置，从基座到末端杆各级连杆的长度逐级缩短，这种结构是可以实现各关节不受限制转动。但关节电机放在各臂末端，这大大增加了各臂的重量和转动惯量，导致对前面各级电机的功率和扭矩需求快速上升；反过来，各级电机体积和重量的增加又使得各臂重量上升；同时，转动惯量的增大使得机械臂运动性能下降，导致有效荷载下降。

技术实现要素：

针对目前机械臂存在的上述不足，本发明旨在提供二自由度轻质桌面机械臂，该机械臂二个关节均可以360°不受限制转动，并且二个旋转动力部件均接近旋转中心，大大降低各臂的转动惯量，提高机械臂的有效荷载。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种多关节桌面机械臂，包括基座、安装在基座上的基座动力部件；其特征在于：该机械臂还包括由基座动力部件驱动的弓形架、安装在弓形架上且出轴轴线垂直于基座动力部件出轴轴线的大臂旋转动力部件、由大臂旋转动力部件驱动的大臂臂体、通过大小臂连接轴可转动地定位在大臂臂体一端的小臂臂体、安装在大臂臂体另一端的小臂旋转动力部件以及可转动地定位在小臂臂体上且将小臂旋转动力部件的动力传递至小臂臂体的传动组件。

所述大臂旋转动力部件的出轴与大臂臂体固定连接，且该固定连接部位位于大小臂连接轴与小臂臂体之间部位。

所述传动组件为传动带组件或链条链轮组件。

所述传动带组件包括固定在小臂旋转动力部件出轴上的前同步轮、固定在大小臂连接轴上的后同步轮以及同时与前同步轮及后同步轮啮合的同步带。

所述大小臂连接轴与小臂臂体及后同步轮固定连接，并且可转动地连接在大臂臂体上。

进一步地，前同步轮和后同步轮采用不同的齿数，以使得在小臂动力传动的过程中可以嵌入减速或提速设计。

根据上述技术方案可知，本发明具有以下有益效果：每个自由度均可以360°无约束转动，为优化机械臂终端的运动轨迹提供最大便利；相比常规的旋转动力部件固定在臂体末端的方案，本发明提出的方案可大大减少各臂的转动惯量，提高机械臂的运动性能；小臂旋转动力部件布置方案可补偿臂体自身重量，提高机械臂有效荷载；采用同步轮、同步带的传动方式有较高的传动效率，并且可在传动中嵌入减速或提速；本发明提出的方案对大臂和小臂长度关系没有限制，大臂和小臂长度不影响各自由度的无约束转动。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是本发明实施例中的大臂无制约转动至另一状态的示意图。

图3是本发明实施例中的大臂与小臂臂体连接部位的结构示意图。

附图标记说明：

1—基座；2—基座动力部件；3—弓形架；4—大臂旋转动力部件；5—小臂旋转动力部件；6—大臂臂体；7—小臂臂体；8—大小臂连接轴；9—前同步轮；10—后同步轮；11—同步带。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例，对本发明作进一步详细描述。

本实施例中，旋转动力部件均采用电机，前链轮和后链轮采用同步轮，链带采用同步带。

参照图1，图2，图3所示，除基座、基座电机(即基座动力部件)之外，本实施例提供的关节机械臂主要还包括弓形架、大臂电机、小臂电机、大臂臂体、小臂臂体、大小臂连接轴、前同步轮、后同步轮、同步轮带。

基座电机固定在基座上，基座电机出轴轴线竖直布置并且连接弓形架底部(作为优选，弓形架底垂直面于基座动力部件出轴轴线)；基座电机出轴转动时，带动弓形架绕竖直轴线同速转动，构成基座平面上的自由度，这个自由度没有任何的转动约束。

弓形架安装有大臂电机(即大臂旋转动力部件)，在弓形架的带动下，大臂电机也将在基座电机出轴的法平面上转动(作为优选，大臂旋转动力部件固定在弓形架顶面)。

大臂臂体固定连接在大臂电机的出轴上；当大臂电机出轴转动时，大臂臂体也随之转动，构成大臂自由度。

小臂电机(即小臂旋转动力部件)固定在大臂臂体上。弓形架中的弓形空隙应大于小臂电机；并且小臂电机中心至大臂电机出轴之间的距离，约等于弓形空隙中心至大臂电机出轴之间的距离。因此，当大臂转动时小臂电机也随之转动，小臂电机可顺利通过弓形架的弓形空隙(如图2所示)，使得大臂臂体的转动不受约束。

同时，小臂电机固定在大臂臂体上的大臂电机出轴附近(位于大臂臂体的一端)，而小臂臂体可转动地连接(铰接)在大臂臂体的另一端(大臂电机出轴位于小臂电机与小臂臂体的之间)；相比常规的布置方式(旋转动力部件固定在臂体末端)，大臂的转动惯量得到有效控制，提高了机械臂的运动性能。

并且，以大臂电机出轴为中心，小臂电机布置在与大小臂连接轴相反的一侧，以小臂电机的重量来平衡补偿大臂、小臂和荷载的重量，可有效提高机械臂的静扭矩和有效荷载。

小臂电机的出轴上固定有前同步轮，大小臂连接轴上固定有后同步轮，前后链轮上配合有同步带；因此，小臂电机启动则带动前同步轮转动，前同步轮带动同步带转动，同步带带动后同步轮转动，同步带传动方式(或者是链条链轮传动方式)有较高的传动效率。

本实施例中，前同步轮和后同步轮采用相同的齿数，不再在动力传动中嵌入减速或提速设计。

大小臂连接轴与后同步轮及小臂臂体固定连接，并且通过轴承可转动地定位在大臂臂体上(如图3所示，小臂臂体固定连接在大小臂连接轴的左侧，大小臂连接轴的右侧定位在大臂臂体上，后同步轮也位于大小臂连接轴的右侧)；后同步轮转动时带动大小臂连接轴转动，大小臂连接轴带动小臂臂体转动。

作为推荐，大臂电机出轴轴线垂直于基座电机出轴轴线，同时平行于小臂电机出轴轴线；而由于大臂臂体和小臂臂体分别位于大小臂连接轴的两个不同的法平面，使得小臂臂体可无约束地任意转动。

技术特征：

1.一种多关节桌面机械臂，包括基座(1)、安装在基座上的基座动力部件(2)；其特征在于：该机械臂还包括由基座动力部件驱动的弓形架(3)、安装在弓形架上且出轴轴线垂直于基座动力部件出轴轴线的大臂旋转动力部件(4)、由大臂旋转动力部件驱动的大臂臂体(6)、通过大小臂连接轴(8)可转动地定位在大臂臂体一端的小臂臂体(7)、安装在大臂臂体另一端的小臂旋转动力部件(5)以及可转动地定位在小臂臂体上且将小臂旋转动力部件的动力传递至小臂臂体的传动组件。

2.根据权利要求1所述的多关节桌面机械臂，其特征在于：所述大臂旋转动力部件的出轴与大臂臂体固定连接，且该固定连接部位位于大小臂连接轴与小臂臂体之间部位。

3.根据权利要求2所述的多关节桌面机械臂，其特征在于：所述传动组件为传动带组件或链条链轮组件。

4.根据权利要求3所述的多关节桌面机械臂，其特征在于：所述传动带组件包括固定在小臂旋转动力部件出轴上的前同步轮(9)、固定在大小臂连接轴上的后同步轮(10)以及同时与前同步轮及后同步轮啮合的同步带(11)。

5.根据权利要求4所述的多关节桌面机械臂，其特征在于：所述大小臂连接轴与小臂臂体及后同步轮固定连接，并且可转动地连接在大臂臂体上。

6.根据权利要求5所述的多关节桌面机械臂，其特征在于：前同步轮和后同步轮采用不同的齿数，以使得在小臂动力传动的过程中可以嵌入减速或提速设计。

技术总结
本发明属于工业机械臂技术领域。目的是提供二自由度轻质桌面机械臂，该机械臂二个关节均可以360°不受限制转动，并且二个旋转动力部件均接近旋转中心，大大降低各臂的转动惯量，提高机械臂的有效荷载。技术方案是：一种多关节桌面机械臂，包括基座、安装在基座上的基座动力部件；其特征在于：该机械臂还包括由基座动力部件驱动的弓形架、安装在弓形架上且出轴轴线垂直于基座动力部件出轴轴线的大臂旋转动力部件、由大臂旋转动力部件驱动的大臂臂体、通过大小臂连接轴可转动地定位在大臂臂体一端的小臂臂体、安装在大臂臂体另一端的小臂旋转动力部件以及可转动地定位在小臂臂体上且将小臂旋转动力部件的动力传递至小臂臂体的传动组件。

技术研发人员：喻依茗
受保护的技术使用者：杭州捷铭智能装备有限公司
技术研发日：2020.08.18
技术公布日：2020.11.27