一种同步带传动的高效传动效率机械臂的制作方法

1.本发明涉及小规模作业的微型机械臂技术领域，具体涉及一种同步带传动的高效传动效率机械臂。


背景技术：

2.机械臂是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置，可代替人进行繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，被广泛的运用于自动生产线中可以更好地节约能源和提高效率，满足现代经济的发展要求。
3.现有的机械臂包括固定座以及与固定座连接的第一手臂、第二手臂和驱动件，通过驱动件驱动第一手臂与固定座之间的摆动及第一手臂或者第二手臂移动，实现两倍的速度和两倍的行程。另外，现阶段的机械臂通常具有多个转动的关节，每个关节的转动均是通过步进电机或伺服电机实现，在电机的末端常采用谐波减速机和摆线减速机，齿轮传动在反向运动时存在反向弧分，容易产生误差，并且制造复杂加工成本高，由于机械臂是一个复杂系统，存在着参数摄动、外界干扰及未建模动态等不确定性。因而机械臂的建模模型也存在着不确定性，对于不同的任务，需要规划机械臂关节空间的运动轨迹，从而级联构成末端位姿，故这会导致多级减速的机械臂由于自锁无法实现柔性的拖动示教建模，适应的工作环境对应的建模费时费力，适应生产线种类少，这需要多采购多台，这会导致成本较大，由于多级齿轮的摩擦，传动效率较低。此外，由于机械臂上电机的串联设置，导致机械臂的工位摆动空间受限，工件从一个工位搬运到另一个工位，搬运的效率降低。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种同步带传动的高效传动效率机械臂，为增强机械臂适应工作场景丰富、高效搬运率、低功率提供解决方法，使生产线能够进行多种不同工序布置的高效进行。
5.为解决以上技术问题，本发明提供一种同步带传动的高效传动效率机械臂，包括驱动机体，所述驱动机体下方转动连接有固定座，所述驱动机体上方输出端转动连接有多节手臂机械臂；
6.所述驱动机体至少设置有三个驱动件，所述驱动件包括主动部和从动部，所述主动部和所述从动部均具有一个转动自由度，并且分别对应第一转动轴线和第二转动轴线；
7.其中，至少两个所述驱动件的从动部的第二转动轴线同轴，该第二转动轴线与所述多节手臂机械臂所在的转动轴线同轴，用于驱动多节手臂机械臂的活动；至少一个所述驱动件的从动部的第二转动轴线与驱动机体自身的转动轴线同轴，用于驱动驱动机体相对所述固定座转动。
8.在一些优选的实施方式中，所述第一转动轴线与所述第二转动轴线相互平行，并且二者之间的最短距离小于所述驱动机体的最大长度。
9.在一些优选的实施方式中，两个从动部的第二转动轴线同轴的所述驱动件的主动
部的第一转动轴线重合或平行，另一个驱动件的第一转动轴线和第二转动轴线与另外两个所述驱动件的第一转动轴线和第二转动轴线均垂直。
10.在一些优选的实施方式中，两个从动部的第二转动轴线同轴的所述驱动件分别包括具有第一转动轴线的第一主动同步带轮、具有第一转动轴线的第二主动同步带轮、分别与第一主动同步带轮和第二主动同步带轮连接的第一伺服电机和第二伺服电机、具有第二转动轴线的第一从动同步带轮和第二从动带轮，具有从动部的第二转动轴线与驱动机体转动轴线同轴的所述驱动件包括第三主动同步带轮、与之连接的第三伺服电机、具有第二转动轴线的；所述驱动件还包括同步带，所述同步带与所述主动部和所述从动部连接，用于主动部通过摩擦力带动从动部；
11.在一些优选的实施方式中，所述多节手臂机械臂包括第一手臂、第二手臂和爪手，所述第一手臂与所述驱动机体转动连接，所述第一手臂、第二手臂和爪手依次首尾转动连接。
12.在一些优选的实施方式中，所述第一伺服电机和所述第二伺服电机设置于所述驱动机体的两侧；所述第三伺服电机设置于所述驱动机体的底板上方。
13.在一些优选的实施方式中，所述第一从动同步带轮为所述第一手臂的一部分，用于带动或者跟随第一手臂同步转动。
14.在一些优选的实施方式中，所述多节手臂机械臂还包括曲柄摇杆机构，所述曲柄摇杆机构包括转动安装并且与所述第一手臂同在一转动轴线上的曲柄及与曲柄和所述第二手臂摆动主动端转动连接的摇杆，所述第二从动同步带轮为所述曲柄的一部分，用于带动或者跟随曲柄同步转动。
15.在一些优选的实施方式中，所述多节手臂机械臂还包括一平衡连杆机构，所述平衡连杆机构包括第一承力摇杆、三角承力架和第二承力摇杆，所述三角承力架分别与所述第一承力摇杆、第二承力摇杆和第一手臂的关节转动连接，所述第一承力摇杆另一端与驱动机体侧面转动连接，所述第二承力摇杆与所述爪手铰接连接。
16.在一些优选的实施方式中，所述第三从动同步带轮为所述固定座的一部分。
17.在一些优选的实施方式中，所述固定座为圆台型空腔结构，在固定座内部铺设有数据线，所述固定座侧面设置有输入端dvi数据接口，所述输入端dvi数据接口通过导线与所述驱动件电联接。
18.在一些优选的实施方式中，本机械臂还包括一外设的控制柜，所述控制柜外侧设有输出端dvi数据接口、电源接口、开关，所述输出端dvi数据接口通过数据线与所述输入端dvi数据接口连接，所述电源接口用于连接电源线通电，所述开关用于即时通断；
19.在控制柜内部设置有主板、三个电机驱动器，cpu用于处理、储存、运行数据信息，所述电机驱动器用于分别驱动所述驱动件
20.与现有技术相比，本发明的有益效果具有：
21.本机械臂具有三个带传动的不同驱动功效的驱动件，每个驱动件具有两个自由度对应相互平行的第一转动轴线和第二转动轴线，即同步带的高效传动，使得机械臂的电机可以带动手臂进行高效、阻力小、可逆性的工作，从而机械臂可以根据任一生产线的场景做示教性建模，提高机械臂应用场景的丰富性，避免采购较多的机械臂而造成的成本较高的问题。所有驱动件均设置在驱动机体上，从而避免多关节机械臂串联式设置动力源而导致
负重较高的问题，使得工件在一个工位搬运至另一个工位时的效率较高，解除了关节同轴设置的驱动件转动角度受限进而导致摆动空间受限的问题。
附图说明
22.图1为本发明的实施例的机械臂的主视图；
23.图2为本发明的实施例的机械臂的一种视角的立体结构示意图；
24.图3为本发明的实施例的机械臂的另一种视角的立体结构示意图；
25.图4为本发明的实施例的机械臂的驱动机体和固定座的装配体的爆炸视图；
26.图5为图4中机械臂局部结构的另一种视图；
27.图6为本发明的实施例的机械臂的整装系统的应用场景图。
具体实施方式
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
29.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
30.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
31.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
32.此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
33.在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。
34.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。
35.本实施例提供一种同步带传动的高效传动效率机械臂，可直接快捷示教建模应用于不同的生产线，可提升产品生产线自动化和机械化的生产效率，如成品装箱、工件工位移
动等。
36.参见图1
‑
3，本实施例的机械臂包括固定座4、驱动机体6和多节手臂机械臂5，驱动机体6下方与固定座4转动连接，即驱动机体6可以在固定座4上方转动连接，实现多节手臂机械臂5的水平角度的调整，在驱动机体6的上方输出端转动连接有多节手臂机械臂5，多节手臂机械臂5可以跟随驱动机体6在固定座4上进行水平旋转，而多节手臂机械臂5具有第一手臂51、第二手臂52和爪手53，第一手臂51与驱动机体6转动连接，第一手臂51、第二手臂52和爪手53分别依次首尾转动连接，示例的，其还包括曲柄摇杆机构54，曲柄摇杆机构54具有转动安装并且与第一手臂51同在一转动轴线上的曲柄541及与曲柄541和第二手臂52摆动主动端转动连接的摇杆542，还包括一平衡连杆机构55，平衡连杆机构55具有第一承力摇杆551、三角承力架552和第二承力摇杆553，三角承力架552分别与第一承力摇杆551、第二承力摇杆553和第一手臂51的关节转动连接，第一承力摇杆551另一端与驱动机体6侧面转动连接，第二承力摇杆553与爪手53铰接连接，可以实现多节手臂机械臂5的自由伸展，为了能够在高传动效率、无自锁、低手臂符合下实现机械臂的驱动，在驱动机体6上设置有三个驱动件，三个驱动件的位置设置参见图2和3，为了便于陈述理解，将三个驱动件的结构归结为同一种类阐述，每个驱动件均具有主动部和从动部，主动部和从动部均具有一个转动自由度，并分别对应第一转动轴线m和第二转动轴线n，在同一个驱动件具有的第一转动轴线m和第二转动轴线n相互平行，并且二者之间的最短距离小于驱动机体6的最大长度，也即从动部和主动部之间为同转向的同步传动连接，并且二者之间的传动连接是建立在以驱动机体6为基座的基础上进行的，在通电时开起运行指令时，在驱动机体6上位置相对固定的主动部和从动部可相互实现同步的转动，从而带动驱动机体6和多节手臂机械臂5的各种角度切换、屈伸、抓取、搬运的工作，具体的，示例的，在本实施例中，其中两个驱动件的从动部的第二转动轴线n同轴，该第二转动轴线n与多节手臂机械臂5所在的转动轴线同轴，即两个驱动件设置在驱动机体6两侧，并且其从动部所在的第二转动轴线n此时所在的位置对应为第二转动轴线n1和第二转动轴线n2,同时，其主动部的第一转动轴线m1此位置对应为第一转动轴线m1和第一转动轴线m2，此时第二转动轴线n1和第二转动轴线n2与第一手臂51所在的转动轴线同轴，通过该两个驱动件可带动多节机械臂一系列的屈伸进行抓取、搬运等工作；另外一个驱动件的从动部的第二转动轴线n与驱动机体6自身的转动轴线同轴，此时，其从动部的第二转动轴线n在该安装位置对应为第二转动轴线n3，同时，其主动部的第一转动轴线m在该安装对应为第一转动轴线m3，即该安装位置的驱动件用于通过同轴转动的主动部和远离的从动部带动驱动机体6相对固定座4转动，实现驱动机体6在水平方向上的角度调整。需要说明的是，本实施例的三个驱动件的位置设置不限于本实施例。
37.值得说明的是，在本实施例中的三个驱动件安装位置中所对应的为主动部和从动部转动自由度对应的实时转动轴线，即保持主动部和从动部为同步传动连接，特别的，第二转动轴线n3与第二转动轴线n2和第二转动轴线n1均垂直，即具有第二转动轴线n3的驱动件用于驱动水平方向并且与另外两个驱动件完全相垂直方向的机械臂运动；具有第二转动轴线n2的驱动件和具有第二转动轴线n1的驱动件用于在同轴的驱动机体6上串联式的驱动机械臂，可降低机械臂的自身符合。另外，具有实时第一转动轴线m1和第一转动轴线m2重合或者平行，也即其对应的主动部可任意安装在驱动机体6的两侧。
38.参见图2
‑
5，在本实施例中，具有实时第一转动轴线m1的主动部具有第一主动同步
带轮13和第一伺服电机1，相对应的，具有实时第二转动轴线n1的从动部具有第一从动同步带轮11，而第一从动同步带轮11为第一手臂51的一部分，也即第一从动同步带轮11与第一手臂51侧面固定连接，第一从动同步带轮11与第一主动同步带轮13之间连接有第一同步带12，也即通过第一伺服电机1可带动第一主动同步带轮13转动，通过第一同步带12可带动第一从动同步带轮11转动，从而可带动第一手臂51的纵向摆动；具有实时第一转动轴线m2的主动部具有第二主动同步带轮22和第二伺服电机2，相对应的，具有实时第二转动轴线n2的从动部具有第二从动同步带轮21，第二从动同步带轮21为曲柄541的一部分，即第二从动同步带轮21与曲柄541侧面固定连接，而第二从动同步带轮21与第二主动同步带轮22之间连接有第二同步带23，也即通过第二伺服电机2可带动第二主动同步带轮22转动，通过第二同步带23带动第二从动同步带轮21转动，从而使曲柄541转动，进而推动摇杆542摆动，最终推动第二手臂52的纵向摆动，从而此位置的两个驱动件驱动多节手臂机械臂5的各关节摆动。具有实时第一转动轴线m3的主动部具有第三主动同步带轮32和第三伺服电机3，相对应的，具有实时第二转动轴线n3的从动部具有第三从动同步带轮31，该第三从动同步带轮31为固定座4的一部分，而第三主动同步带轮32与第三从动同步带轮31之间通过第三同步带33连接，也即通过第三伺服电机3可带动第三主动同步带轮32转动，通过第三同步带33可带动第三从动同步带轮31转动，使得相对位置固定在驱动机体6上的第三主动同步带轮32相对第三从动同步带轮31环绕，从而使驱动机体6产生转动，进而实现水平角度的调整。
39.参见图3和5，在本实施例中，固定座4具体为为圆台型空腔结构，在固定座4内部铺设有数据线，固定座4侧面设有凸出部41，在凸出部41上设置有输入端dvi数据接口411，输入端dvi数据接口411通过导线与驱动件电联接；也即将第一伺服电机1、第二伺服电机2和第三伺服电机3的电能输入和指令传输均通过内设的导线接引至输入端dvi数据接口411，可以通过输入端dvi数据接口411便利的连接。
40.参见图6，该机械臂还包括一外设的控制柜9，在控制柜9外侧设有输出端dvi数据接口92、电源接口93、开关91，输出端dvi数据接口92通过数据线与输入端dvi数据接口411连接，电源接口93用于连接电源线通电，开关91用于即时通断；在控制柜9内部设置有主板94、三个电机驱动器95，主板94用于处理、储存、运行数据信息，电机驱动器95用于分别驱动所述驱动件。
41.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围以权利要求所限定的范围为准，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内做出的若干改进和润饰，也应视为本发明的保护范围。