CN110154081A - 一种3c工业用四轴机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3C工业用四轴机械臂，其特征在于，包括一轴底座、二轴组件、三轴组件和四轴组件组成的串联型机器结构，所述二轴组件竖直设置在所述一轴底座上，所述三轴组件水平设置，其一端转动连接在所述二轴组件上，所述四轴组件水平设置，其一端转动连接在所述三轴组件远离所述二轴组件的一端上，所述三轴组件内设置有所述第三电机和所述第四电机，所述第三电机控制所述四轴组件在水平方向上转动，所述第四电机通过二级传动控制所述四轴组件上的输出轴的转动。本发明的有益效果是：将四轴的电机后置与三轴的电机组合模块化安装，较大程度缩小臂端空间尺寸，结构更加紧凑。

Description

一种3C工业用四轴机械臂

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，具体的说，是一种3C工业用四轴机械臂。

背景技术

3C市场是一个庞大的市场，机器人使用率很高，目前在该领域已经使用大量机器人，机器人主要使用scara机器人，其中scara机器人具有较高占有率。该款机器人目标旨在替换scara机器人，在常规3C领域中，对于小型工件的冲压成型，压机模具的开合空间很小，所以对机器人的末端以及臂展均会有空间尺寸要求，其次当需要机器人倒挂使用时，也会体现出scara 机器人的空间局限性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种将四轴的电机后置与三轴的电机组合模块化安装，较大程度缩小臂端空间尺寸，使结构更加紧凑的3C工业用四轴机械臂。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：包括一轴底座、二轴组件、三轴组件和四轴组件组成的串联型机器结构，所述二轴组件竖直设置在所述一轴底座上，所述一轴底座带动所述二轴组件上下滑动，所述三轴组件水平设置，其一端转动连接在所述二轴组件上，所述四轴组件水平设置，其一端转动连接在所述三轴组件远离所述二轴组件的一端上；

所述三轴组件包括大臂、第三电机、第四电机、传动轴和第二减速器，所述大臂中空设置，所述大臂的一端与所述第一减速器的输出端固定连接，所述大臂的另一端设置有第二减速器，所述大臂内设置有所述第三电机和所述第四电机，所述第三电机的输出端与所述第二减速器通过第二同步带轮传动机构传动连接，所述传动轴通过支撑架固定连接在所述大臂内，所述传动轴的底端依次穿过所述第二同步带轮传动机构和所述第二减速器后伸出所述大臂，所述第四电机的输出端和所述传动轴的一端通过第三同步带轮传动机构连接；

本发明的有益效果是：将四轴的电机后置与三轴的电机组合模块化安装，较大程度缩小臂端空间尺寸，结构更加紧凑。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述一轴底座包括基座壳体、第一电机、丝杠和导轨，所述第一电机固定在所述基座壳体内的底面上，所述丝杠和所述导轨均竖直设置，所述丝杠的两端通过转动轴承设在所述基座壳体的内壁上，所述丝杠上螺纹连接有滑块，所述滑块和所述导轨滑动连接，所述导轨采用力偶式对称设置，所述第一电机的输出端通过第一同步带轮传动机构传动连接所述丝杠，用于带动所述丝杠轴向转动；

采用上述进一步方案的有益效果是：基座壳体内腔设计安装丝杆导轨滑动模组，实现Z轴上下移动，导轨采用力偶式对称安装，可有效抵消臂端运动所产生的负载力矩，从而提升整机刚性，减少运动过程中振动。

进一步，所述二轴组件包括升降桶、第二电机和第一减速机，所述升降桶的底端设置在所述滑块上，所述升降桶的顶端设置有升降桶法兰，所述升降桶法兰的顶端设置有所述第一减速器，所述第二电机设在所述升降筒内且固定在所述升降桶法兰的底端，所述第二电机的输出端与所述第一减速机传动连接，所述第二电机和所述第一减速器的连接处设置有二轴定位块。

采用上述进一步方案的有益效果是：实现Z轴的转动，同时能够防止减速机与电机轴连接部位之间产生窜动。

进一步，所述四轴组件包括小臂、第三减速器、输入轴，所述小臂的一端与所述第二减速器的输出端固定连接，所述小臂的另一端设置有输入轴，所述传动轴的底端伸入设在所述小臂内，所述输入轴的一端与所述传动轴的底端通过第四同步带轮传动机构传动连接，所述输入轴的另一端传动连接有所述第三减速器，所述第三减速器的输出端连接有法兰，所述小臂上设置有张紧轮，所述第四同步带轮传动机构上的同步带绕在所述张紧轮上。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过二级传动带动输出轴的转动，缩小臂端空间尺寸，通过张紧轮机构调节同步带轮张紧力，使二级同步带轮传动机构达到最佳传动效果。

进一步，所述第一电机通过电机安装板固定在所述电机支撑板上，所述电机支撑板固定在所述底座的底面上；所述第三电机和所述第四电机均通过电机安装板固定在所述大臂上。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过电机支撑板对电机进行支撑，保证电机安装位置的精确度。

进一步，所述传动轴靠近小臂的一端设置有输出支撑板，所述传动轴与所述支撑架和所述输出支撑板之间均通过轴承连接，所述输出支撑板固定在所述小臂内，所述输入轴通过轴承固定在所述小臂内。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过支撑架和输出支撑板对传动轴进行支撑，避免了传动轴在传动过程中晃动。

进一步，所述第一减速器、所述第二减速器和所述第三减速器均采用谐波传动减速器。

采用上述进一步方案的有益效果是：减速比高、齿隙小、精度高、效率高。

进一步，所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机和所述第四电机均采用伺服电机。

采用上述进一步方案的有益效果是：精度高、转速快、过载能力强、低速运行平稳、电机加减速的动态相应时间短、发热和噪音小。

附图说明

图1为本发明装配总成图；

图2为本发明俯视图；

图3为本发明一轴基座壳体总成图；

图4为本发明二轴装配总成图；

图5为本发明三轴装配总成图；

图6为本发明四轴装配总成图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、一轴底座，2、二轴组件，3、三轴组件，4、四轴组件，11、基座壳体，12、第一电机，13、丝杠，14、导轨，15、滑块，16、第一同步带轮传动机构，17、电机支撑板，21、升降桶，22、第二电机，23、第一减速机， 24、升降桶法兰，25、二轴定位块，31、大臂，32、第三电机，33、第四电机，34、传动轴，35、第二减速器，36、第二同步带轮传动机构，37、支撑架，38、第三同步带轮传动机构，39、输出支撑板，41、小臂，42、第三减速器，43、输入轴，44、第四同步带轮传动机构，45、法兰，46、张紧轮。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，也可以是电路连接；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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。

实施例1：

如图1-6所示，本实施例中，一种3C工业用四轴机械臂，包括一轴底座1、二轴组件2、三轴组件3和四轴组件4组成的串联型机器结构，二轴组件2竖直设置在一轴底座1上，二轴组件2上的升降桶21与一轴组件1 之间采用O型密封圈与Y型密封圈组合多重密封设置，一轴底座1带动二轴组件2整体实现Z轴方向上的上下移动。三轴组件3水平设置，其一端转动连接在二轴组件2上，四轴组件4水平设置，其一端转动连接在三轴组件3 远离二轴组件2的一端上，三轴组件3上的大臂31和四轴组件4上的小臂 41的连接处采用迷宫密封设置，机械臂其余连接处均采用0型密封圈密封，整机密封性能较好，防护等级可达到IP67。

一轴底座1包括基座壳体11、第一电机12、丝杠13和导轨14，第一电机12的输出端穿过电机安装板并通过电机安装板固定在电机支撑板16上，电机支撑板16固定在基座壳体11的底面上，既保证了第一电机12安装位置的精确度，又为第一电机12的运转提供了足够的空间。丝杠13和导轨14 均竖直设置，丝杠13的两端通过转动轴承固定在所述基座壳体11的内壁上，丝杠13上螺纹连接有滑块15，滑块15和导轨14滑动连接，滑块15能够在丝杠13的作用下，沿导轨14在竖直方向上上下滑动。导轨14为双导轨，双导轨采用力偶式对称设置，该方式可大大减少、抵消由机器人整个臂端运动所向基座壳体11产生的反作用力矩。第一电机12的输出端通过第一同步带轮传动机构16传动连接所述丝杠13，用于带动所述丝杠13轴向转动，第一同步带轮传动机构16包括第一主动同步带轮、第一从动同步带轮和第一同步带，第一主动同步带轮安装在第一电机12的输出端，第一从动同步带轮安装在丝杠13靠近基座壳体11底面的一端，第一从动同步带轮和第一主动同步带轮通过第一同步带连接。

二轴组件2包括升降桶21、第二电机22和第一减速机23，升降桶21 的底端通过连接板固定连接在导轨14的滑块上，升降桶法兰24通过螺栓固定在升降桶21的顶端。升降桶法兰24的上表面上与第一减速器23连接，第二电机22通过螺栓固定在升降桶法兰24的下表面上，第二电机22的主体置于升降桶法兰24的内部空腔中，第二电机22的输出端穿过升降桶法兰 24并与第一减速器23的工作机构连接，第二电机22和第一减速器23的连接处设置有二轴定位块25，防止第一减速器23与第二电机22轴连接部位之间产生窜动，以此来固定第一减速器23与第二电机22之间的传动关系。

三轴组件3包括大臂31、第三电机32、第四电机33、传动轴34和第二减速器35，大臂31中空设置，第一减速器23的输出端固定连接在大臂31 靠近二轴组件2的一端内，第二减速器35安装固定在大臂31远离二轴组件 2的一端内，且第二减速器35的输出端伸出大臂31。第三电机32和第四电机33均通过电机安装板固定到大臂31内的电机安装面上，最大程度的减小了四轴组件4小臂41的占用空间。第三电机32的输出端与第二减速器35 之间通过第二同步带轮传动机构36传动连接，第二同步带轮传动机构36包括第二主动同步带轮、第二从动同步带轮和第二同步带，第二主动同步带轮安装在第三电机32的输出端，第二从动同步带轮安装在第二减速器35的输入端，第二主动同步带轮和第二从动同步带轮通过第二同步带连接。

传动轴34通过支撑架37固定连接在大臂31上，传动轴34与支撑架37 之间通过轴承连接。传动轴34的底端依次竖直穿过第二同步带轮传动机构 36上的第二从动同步带轮和第二减速器35后伸出大臂31。第四电机33的输出端和传动轴34的一端通过第三同步带轮传动机构38连接，第三同步带轮传动机构38包括第三主动同步带轮、第三从动同步带轮和第三同步带，第三主动同步带轮固定安装在第四电机33的输出端，第三从动同步带轮固定安装在传动轴34的顶端，第三主动同步带轮和第三从动同步带轮通过第三同步带连接。

四轴组件4包括小臂41、第三减速器42、输入轴43，小臂41采用内旋设计，可使运动范围最大化，小臂41可内向旋转，快速执行程序动作，减少运行时间。第二减速器35的输出端固定安装在小臂41靠近三轴组件3得一端上，传动轴34的底端伸入小臂41内并通过轴承连接在小臂41内的输出支撑板39上，输出支撑板39固定安装在小臂41内，避免了传动轴34在传动过程中晃动。小臂41的远离三轴组件3得一端内竖直设置有输入轴43，输出轴43通过轴承固定安装在小臂41上，输入轴43的顶端与传动轴34的底端通过第四同步带轮传动机构44连接，第四同步带轮传动机构44包括第四主动同步带轮、第四从动同步带轮和第四同步带，第四主动同步带轮第二减速器35和输出支撑板39之间，第四从动同步带轮固定安装在输入轴43 得顶端，第四主动同步带轮和第四从动同步带轮通过第四同步带连接，第四主动同步带轮和第四从动同步带轮之间设置有张紧轮46，第四同步带绕在张紧轮46上，张紧轮46设置在小臂41上，通过张紧轮46调节第四同步带轮传动机构45的张紧力，使第四同步带轮传动机构达到最佳传动效果。输入轴43的底端连接在第三减速器42的输入端上，第三减速器42的输出端连接有法兰45。第四电机33和输入轴43之间通过第三同步带轮传动机构38、第四同步带轮传动机构44和传动轴34组合形成二级传动，最大程度减少了四轴组件4小臂41的占用空间。

优选的，第一减速器23、第二减速器35和第三减速器42均采用谐波减速器，减速比高、齿隙小、精度高、效率高。

优选的，第一电机12、第二电机22、第三电机32和第四电机33均采用伺服电机，精度高、转速快、过载能力强、低速运行平稳、电机加减速的动态相应时间短、发热和噪音小。

优选的，机器人臂展采用整体顶升设计，臂展运动避免与本体干涉，因此可实现整个臂展360度旋转，可达行程范围实现全覆盖。

优选的，外部线缆采用动力线与编码线合并为一根电缆及采用单重载模式适配，内部线缆同样采用单一线缆配置，减少机器人在运动过程中对线缆的损伤，同时也大大提高装配人员对整机线缆装配效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种3C工业用四轴机械臂，其特征在于，包括一轴底座(1)、二轴组件(2)、三轴组件(3)和四轴组件(4)组成的串联型机器结构，所述二轴组件(2)竖直设置在所述一轴底座(1)上，所述一轴底座(1)带动所述二轴组件(2)上下滑动，所述三轴组件(3)水平设置，其一端转动连接在所述二轴组件(2)上，所述四轴组件(4)水平设置，其一端转动连接在所述三轴组件(3)远离所述二轴组件(2)的一端上；

所述三轴组件(3)包括大臂(31)、第三电机(32)、第四电机(33)、传动轴(34)和第二减速器(35)，所述大臂(31)中空设置，所述大臂(31)的一端与所述第一减速器(23)的输出端固定连接，所述大臂(31)的另一端设置有第二减速器(35)，所述大臂(31)内设置有所述第三电机(32)和所述第四电机(33)，所述第三电机(32)的输出端与所述第二减速器(35)通过第二同步带轮传动机构(36)传动连接，所述传动轴(34)通过支撑架(37)固定连接在所述大臂(31)内，所述传动轴(34)的底端依次穿过所述第二同步带轮传动机构(36)和所述第二减速器(35)后伸出所述大臂(31)，所述第四电机(33)的输出端和所述传动轴(34)的一端通过第三同步带轮传动机构(38)连接。

2.根据权利要求1所述的3C工业用四轴机械臂，其特征在于，所述一轴底座(1)包括基座壳体(11)、第一电机(12)、丝杠(13)和导轨(14)，所述第一电机(12)固定在所述基座壳体(11)内的底面上，所述丝杠(13)和所述导轨(14)均竖直设置，所述丝杠(13)的两端通过转动轴承设在所述基座壳体(11)的内壁上，所述丝杠(13)上螺纹连接有滑块(15)，所述滑块(15)和所述导轨(14)滑动连接，所述导轨(14)采用力偶式对称设置，所述第一电机(12)的输出端通过第一同步带轮传动机构(16)传动连接所述丝杠(13)，用于带动所述丝杠(13)轴向转动。

3.根据权利要求1所述的3C工业用四轴机械臂，其特征在于，所述二轴组件(2)包括升降桶(21)、第二电机(22)和第一减速机(23)，所述升降桶(21)的底端设置在所述滑块(15)上，所述升降桶(21)的顶端设置有升降桶法兰(24)，所述升降桶法兰(24)的顶端设置有所述第一减速器(23)，所述第二电机(22)设在所述升降筒(21)内且固定在所述升降桶法兰(24)的底端，所述第二电机(22)的输出端与所述第一减速机(23)传动连接，所述第二电机(22)和所述第一减速器(23)的连接处设置有二轴定位块(25)。

4.根据权利要求1所述的3C工业用四轴机械臂，其特征在于，所述四轴组件(4)包括小臂(41)、第三减速器(42)、输入轴(43)，所述小臂(41)的一端与所述第二减速器(35)的输出端固定连接，所述小臂(41)的另一端设置有输入轴(43)，所述传动轴(34)的底端伸入设在所述小臂(41)内，所述输入轴(43)的一端与所述传动轴(34)的底端通过第四同步带轮传动机构(44)传动连接，所述输入轴(43)的另一端传动连接有所述第三减速器(42)，所述第三减速器(42)的输出端连接有法兰(45)，所述小臂(41)上设置有张紧轮(46)，所述第四同步带轮传动机构(44)上的同步带绕在所述张紧轮(46)上。

5.根据权利要求2所述的3C工业用四轴机械臂，其特征在于，所述第一电机(12)通过电机安装板固定在所述电机支撑板(17)上，所述电机支撑板(17)固定在所述基座壳体(11)的内壁上；所述第三电机(32)和所述第四电机(33)均通过电机安装板固定在所述大臂(31)内。

6.根据权利要求4所述的3C工业用四轴机械臂，其特征在于，所述传动轴(34)的底端设置有输出支撑板(39)，所述传动轴(34)与所述支撑架(37)和所述输出支撑板(39)之间均通过轴承连接，所述输出支撑板(39)固定在所述小臂(41)内，所述输入轴(43)通过轴承固定在所述小臂(41)内。

7.根据权利要求1至6任一项所述的3C工业用四轴机械臂，其特征在于，所述第一减速器(23)、所述第二减速器(35)和所述第三减速器(42)均采用谐波减速器。

8.根据权利要求1至6任一项所述的3C工业用四轴机械臂，其特征在于，所述第一电机(12)、所述第二电机(22)、所述第三电机(32)和所述第四电机(33)均采用伺服电机。