协作机械臂的制作方法

1.本发明涉及机械臂结构技术领域，特别是涉及一种协作机械臂。


背景技术：

2.协作机器臂一般用于对部署空间尺寸要求紧凑、使用工况灵活度高的场景，多见于新兴灵活的工业、医疗与商业应用场合，因此协作机械臂在本体设计上有如下的特征与要求：1）关节中空走线，相关电气线束需中空穿过各轴关节，机械臂本体无外挂电气走线，设计紧凑简洁，有益于在使用工况灵活度高，环境结构复杂多变的情况中使用；2）无外置控制柜设计，各轴伺服模组的驱动器排布在机械臂本体内部，无额外外置的控制柜，整体系统设计紧凑，布局占地面积小，有益于在紧凑空间中快速展开机器人部署。
3.基于以上两点的设计要求也衍生出相应的本体设计难点：1）关节中空走线对各轴伺服关节提出了中空设计的要求，同时由于线束穿轴而带来相应的旋转运动关系，这即要求穿轴线束的两侧需做好相应的动端支撑固定，以避免因旋转运动关系而造成线束接插件脱落甚至线束本体损坏；2）无外置控制柜设计对驱动器向机械臂本体集成提出了很高的紧凑化设计要求，集成到机械臂本体内部的驱动器如何提高相应的可安装性、可维护性与可靠性将是整个排布设计的重中之重。
4.而针对目前市面上常见的协作机器人的关节线束走线及驱动器排布设计方式，仍然存在如下的不足之处：1）关节中空走线缺乏良好的路径设计与穿轴双动端的固定设计，易造成在多次扭转后接插件脱落及线束本体损坏的问题，不利于整机可靠性的提升；2）驱动器集成至机械臂本体内部后未充分考虑后期的可维护性，易造成驱动器安装进本体内部的盲盒问题，不利于后期的维护调试与产品的大规模生产。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是提供一种能够提升整机稳定性、安装方便、有利于设备维护的协作机械臂。
6.本发明协作机械臂，包括腰身连杆和大臂连杆，腰身连杆内部设置有腰部伺服关节，腰部伺服关节的内部安装有腰部的中空走线套筒，腰部的中空走线套筒的出线一端安装有腰部的关节尾线束固定单元，从腰部的关节尾线束固定单元穿出的线束连接腰部伺服驱动器，腰部伺服驱动器与大臂伺服关节之间设置有浮动绑线板，大臂伺服关节安装在大臂连杆内部，大臂伺服关节内部安装有大臂的中空走线套筒和关节尾线束固定单元，从大臂的关节尾线束固定单元穿出的线束连接大臂伺服驱动器。
7.本发明协作机械臂，其中所述关节尾线束固定单元包括关节尾线束固定件和关节
尾线束固定压板。
8.本发明协作机械臂，其中所述关节尾线束固定件的端面上加工有走线圆槽。
9.本发明协作机械臂，其中所述关节尾线束固定压板安装在关节尾线束固定件上，关节尾线束固定压板上加工有拱形半圆，线束从拱形半圆下部穿过。
10.本发明协作机械臂，其中所述腰部伺服驱动器安装在腰部驱动器安装板上，大臂伺服驱动器安装在大臂驱动器安装板上，腰部驱动器安装板固定安装在腰身连杆上，大臂驱动器安装板固定安装在大臂连杆上。
11.本发明协作机械臂，其中所述浮动绑线板在径向方向的刚度大于轴向刚度。
12.本发明协作机械臂，其中所述腰身连杆和大臂连杆上分别设置有腰身开盖和大臂开盖，腰身开盖和大臂开盖的位置与腰部伺服驱动器和大臂伺服驱动器的位置相对。
13.本发明协作机械臂与现有技术不同之处在于，本发明协作机械臂提供了一种基于协作机械臂的关节间线束走线及驱动器排布设计方式，为了提高电气穿轴线束在关节旋转工况下的可靠性，通过设计中空走线套筒、关节尾线束固定单元和浮动绑线板，约束线束的路径并在旋转端前固定相应线束，使整体线束内部的应力均匀分布，同时有效降低线束在接插件连接处的脱落可能性。
14.本发明协作机械臂为了提高整体伺服驱动器的可维护性、可拆装性与可靠性，通过设计腰部驱动器安装板和大臂驱动器安装板，将相应的伺服驱动器组成伺服驱动器单元，避免板间连接器的多次插拔，同时通过腰身连杆和大臂连杆的开盖设计，解决掉驱动器向连杆中安装的盲盒问题，全面提升相应的可维护性、可拆装性与可靠性。
15.下面结合附图对本发明的协作机械臂作进一步说明。
附图说明
16.图1为本发明协作机械臂的侧视图；图2为图1中a-a向剖视图；图3为本发明协作机械臂的结构示意图；图4为本发明协作机械臂中中空走线套筒的结构示意图；图5为本发明协作机械臂中关节尾线束固定压板的结构示意图；图6为本发明协作机械臂中腰部驱动器安装板的结构示意图；图7为本发明协作机械臂中浮动绑线板的结构示意图；图8为本发明协作机械臂中大臂驱动器安装板的结构示意图；图9为本发明协作机械臂中关节尾线束固定件俯视角度的结构示意图；图10为本发明协作机械臂中关节尾线束固定件仰视角度的结构示意图；图中标记示意为：1-中空走线套筒；2-关节尾线束固定件；3-关节尾线束固定压板；4-腰部伺服驱动器；5-腰部驱动器安装板；6-浮动绑线板；7-大臂驱动器安装板；8-大臂伺服关节；9-腰部伺服关节；10-腰身连杆；11-大臂连杆；12-腰身开盖；13-大臂开盖；14-线束；15-大臂伺服驱动器。
具体实施方式
17.以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
18.如图1-图3所示，本发明协作机械臂包括腰身连杆10和大臂连杆11，腰身连杆10内部设置有腰部伺服关节9，大臂连杆11内部设置有大臂伺服关节8。腰部伺服关节9和大臂伺服关节8用于带动腰身连杆10和大臂连杆11进行转动。
19.在腰身连杆10内部，腰部伺服关节9沿竖直方向安装在腰身连杆10的下部，腰部伺服关节9的底部配合机器人底座的顶部进行安装。腰部伺服关节9的内部安装有如图4所示的中空走线套筒1。腰部的中空走线套筒1用于装载从机器人底座输出的电气线束。腰部的中空走线套筒1与腰部伺服关节9旋转的低速端连接，能够保证线束14在关节旋转的过程中，不受电机端高速中空轴带来的磨损影响，提高线束的可靠性。
20.腰部的伺服关节9的电机静端安装有关节尾线束固定单元，可将腰部的中空走线套筒1内的线束固定。关节尾线束固定单元包括关节尾线束固定件2和关节尾线束固定压板3。腰部的关节尾线束固定件2安装在腰部伺服关节9端部，如图9和图10所示，关节尾线束固定件2上加工有走线圆槽。走线圆槽设置在关节尾线束固定件2的端面上，用于约束线束14的走向。走线圆槽的半径设计值为线束直径的6倍，以避免由于过小的弯折半径而带来可能损坏线束的应力集中，提高线束整体的可靠性。关节尾线束固定压板3安装在关节尾线束固定件2上，如图5所示，关节尾线束固定压板3上加工有拱形半圆，线束从拱形半圆下部穿过。拱形半圆用于具体固定线束的位置，以避免线束在机械臂机身内处于无序的非固定状态，降低线束因为被运动元件勾碰，造成线束损坏或相应接插件脱落的情况，提高线束的可靠性。
21.从腰部的关节尾线束固定单元中穿出的线束连接到腰部伺服驱动器4上，腰部伺服驱动器4用于驱动腰部伺服关节9。由于整体线束已由关节尾线束固定单元完成压紧固定，因此由腰部伺服关节9带来的动端旋转是无法传递到腰部伺服驱动器4的各接插件上，以此来确保电气线束和腰部伺服驱动器4上的接插件无应力存在，避免接插件可能的脱落现象，提高电气线束连接的稳定性。腰部伺服驱动器4安装在如图6所示的腰部驱动器安装板5上。
22.腰部伺服驱动器4与大臂伺服关节8之间设置有浮动绑线板6。如图7所示，浮动绑线板6在径向方向的刚度远大于轴向刚度，因此将限制线束在径向上的自由度，但同时仍提供一定轴向方向的自由度，以提升线束在可能的轴向抽拉运动下的可靠性。
23.线束从腰部伺服驱动器4经浮动绑线板6后进入大臂伺服关节8。大臂伺服关节8上与腰部伺服关节9一致，安装有中空走线套筒1和关节尾线束固定单元。线束经大臂的中空走线套筒1、关节尾线束固定单元后连接大臂伺服驱动器15。大臂伺服驱动器15安装在如图8所示的大臂驱动器安装板7上，用于驱动大臂伺服关节8转动。
24.腰部驱动器安装板5固定安装在腰身连杆10上，大臂驱动器安装板7固定安装在大臂连杆11上。在拆装相应驱动器时，操作人员无需拆卸驱动器中的控制板或驱动板，只需通过拆开腰部驱动器安装板5与腰身连杆10的螺钉，大臂驱动器安装板7与大臂连杆11连接的螺钉，即可直接取下两个伺服驱动器单元。
25.腰身连杆10和大臂连杆11上分别设置有腰身开盖12和大臂开盖13。腰身开盖12和大臂开盖13分别与腰部伺服驱动器4和大臂伺服驱动器15的位置相对。操作人员打开对应位置的开盖，即可对伺服驱动器单元进行结构和线束维护操作，无需再拆装关节与连杆，提高整体机械臂的可维护性与可靠性。
26.本发明协作机械臂为了提高电气穿轴线束在关节旋转工况下的可靠性，通过设计中空走线套筒、关节尾线束固定单元和浮动绑线板，约束线束的路径并在旋转端前固定相应线束，使整体线束内部的应力均匀分布，同时有效降低线束在接插件连接处的脱落可能性。
27.本发明协作机械臂为了提高整体伺服驱动器的可维护性、可拆装性与可靠性，通过设计腰部驱动器安装板和大臂驱动器安装板，将相应的伺服驱动器组成伺服驱动器单元，避免板间连接器的多次插拔，同时通过腰身连杆和大臂连杆的开盖设计，解决掉驱动器向连杆中安装的盲盒问题，全面提升相应的可维护性、可拆装性与可靠性。
28.当协作机械臂采用本发明的结构后，中空穿轴线束的可靠性得到了较大提升，关节旋转运动下的弯折寿命可达200万次以上，整体综合寿命提升20%；伺服驱动器的可维护性得到了极大提升，更换相应线束接插件与伺服驱动板的时间缩短至3分钟以内，整体效率综合提升80%以上。
29.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。