重載荷機械臂以及重載荷機器人的制作方法

本發(fā)明涉及機器人領(lǐng)域，具體是一種重載荷機械臂以及重載荷機器人。

背景技術(shù)：

石材如大理石和花崗巖等在建筑中被廣泛用作外部、內(nèi)部裝飾材料或地板材料。這種石材開采后都是不規(guī)則形狀，需要經(jīng)過多次加工過程才能達到理想的使用效果。石材加工是一項傳統(tǒng)、歷史悠久的行業(yè)。從未來發(fā)展看，從事石材搬運、切割、打磨拋光工作的人將會越來越少，甚至以后沒有人愿意去從事這種職業(yè)。石材生產(chǎn)企業(yè)必須尋找一條可替代人工的機器去完成石材產(chǎn)品的加工，所以誕生了各種石材加工機械，實現(xiàn)對石材初形進行切割、打磨、拋光、仿形等工序。

現(xiàn)有技術(shù)中，石材加工過程載荷比較大，一般要攜帶上百公斤工作頭，并且工作時產(chǎn)生的大的沖擊，要求結(jié)構(gòu)臂有很大的負載能力，所以現(xiàn)有的自動加工設(shè)備都是采用龍門式結(jié)構(gòu)。但是這種龍門式機械機械臂比較長，體積龐大，占用較大空間，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，運轉(zhuǎn)不靈活，功能也單一，很難實現(xiàn)圓弧加工和異形加工。擺臂式機器人技術(shù)比較成熟，能夠?qū)崿F(xiàn)平面內(nèi)的直線、圓弧、異形等各種軌跡，但是擺臂機器人是通過關(guān)節(jié)臂連接減速機再連接關(guān)節(jié)臂的結(jié)構(gòu)形式，即串聯(lián)結(jié)構(gòu)。工作頭的載荷完全靠關(guān)節(jié)臂與減速機之間傳遞，對于要承載數(shù)百公斤的石材機械來說，這就要求減速機性能非常高，既要承載工作臺上百公斤的自重，又要承載上百公斤工作時的沖擊載荷。工業(yè)機器人一般使用rv減速機或諧波減速機，當(dāng)前的減速機很難滿足要求，并且工作頭加工過程中的沖擊力都會傳遞到減速機上，容易造成減速機損壞。減速機是機器人的核心部件，高精度減速機主要靠進口，大型減速機價格非常昂貴，受減速機的價格和性能雙重因素的決定，決定了當(dāng)前的擺臂機器人結(jié)構(gòu)不能適合石材加工機械。目前市場上有一種人工推動的擺臂式機械臂，沒有減速機和電機，通過人的推力擺臂前端的機頭平面擺動，實現(xiàn)弧形切割、打磨等動作，工人勞動強度大，效率低，比較原始。

為解決以上問題，需要一種臂展較長，能夠大幅度提高石材機械的工作范圍，并且避免減速機發(fā)生破壞的新型結(jié)構(gòu)的重載荷機械臂和機器人。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種重載荷機械臂和重載荷機器人該機械臂和機器人末端的載荷力矩主要靠轉(zhuǎn)軸承擔(dān)，電機和減速機只承受旋轉(zhuǎn)扭矩，使同等扭矩的電機和減速機提高了數(shù)倍的載重能力，該結(jié)構(gòu)的機械臂和機器人比現(xiàn)有同尺寸的擺臂機器人的承載能力提高數(shù)倍?？梢源蠓忍岣弑壅购统休d能能力，并且避免減速機損壞。

本發(fā)明的重載荷機器人，包括底座、臂和減速機；所述臂通過轉(zhuǎn)軸以可擺動的方式設(shè)置于所述底座；所述減速機以可拆卸的方式固定于所述底座并用于驅(qū)動所述臂擺動；

進一步，所述減速機為盤輸出式減速機；所述臂與驅(qū)動電機對應(yīng)處設(shè)有用于與減速機的輸出盤配合進行定位的定位凸環(huán)；

進一步，所述減速機以與所述轉(zhuǎn)軸同軸的方式靠近轉(zhuǎn)軸端部設(shè)置；

進一步，所述減速機的輸出盤通過緊固件與臂固定連接，所述臂表面形成用于在安裝時對所述緊固件進行讓位的讓位空間；

進一步，所述臂通過徑向軸承與所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動配合，并通過推力軸承可轉(zhuǎn)動支承在所述底座上；

進一步，所述底座設(shè)有用于安裝所述推力軸承的軸承座；所述臂底部設(shè)有外套于所述軸承座并與該軸承座共同形成迷宮式密封的密封凸環(huán)；

進一步，所述轉(zhuǎn)軸下端固定于所述底座，其上端向上伸出底座形成懸臂結(jié)構(gòu)；所述臂轉(zhuǎn)軸與底座固定配合的長度大于其總長度的1/3；

本發(fā)明還公開了一種應(yīng)用所述的重載荷機械臂的重載荷機器人，包括大臂組件和小臂組件以及通過所述小臂組件帶動的工作裝置；所述大臂組件包括可形成所述重載荷機械臂的大臂、大臂支座、大臂轉(zhuǎn)軸和大臂減速機；所述大臂、大臂支座、大臂轉(zhuǎn)軸、大臂減速機分別作為重載荷機械臂的臂、底座、轉(zhuǎn)軸和減速機；所述小臂組件包括以大臂為底座形成所述重載機械臂的小臂、小臂轉(zhuǎn)軸和小臂減速機，所述小臂、小臂轉(zhuǎn)軸、小臂減速機分別作為重載機械臂的臂、轉(zhuǎn)軸和減速機；

進一步，所述工作裝置以可沿豎直方向升降并可繞水平方向轉(zhuǎn)動的方式設(shè)置于所述小臂；

進一步，所述小臂外端沿豎直方向滑動配合有升降座，所述升降座通過絲桿螺母機構(gòu)驅(qū)動其沿豎直方向進行升降，所述升降座上設(shè)有可繞水平方向轉(zhuǎn)動并鎖定位置的旋轉(zhuǎn)座，所述工作裝置固定于該旋轉(zhuǎn)座；

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明的重載荷機械臂，臂通過轉(zhuǎn)軸以可擺動的方式設(shè)置于底座上，其中，轉(zhuǎn)軸與臂之間可為轉(zhuǎn)動配合或者相互固定，當(dāng)轉(zhuǎn)軸與臂之間相互固定時，轉(zhuǎn)軸應(yīng)與底座轉(zhuǎn)動配合，保證臂能夠相對于底座擺動，本發(fā)明中，臂所受的載荷力矩主要靠轉(zhuǎn)軸承受，減速機的輸出端只提供臂擺動的旋轉(zhuǎn)力矩，因此，本重載荷機械臂可以采用體積、自重和成本較低的小功率減速機，從而大幅度降低本機械臂的體積、自重和生產(chǎn)成本，同時，保證該重載荷機械臂具有足夠的載重能力；另外，減速機和用于驅(qū)動減速機的驅(qū)動電機均可拆卸式固定在底座上，當(dāng)驅(qū)動電機和減速器拆卸后，可通過人力驅(qū)動臂轉(zhuǎn)動，因此，本機械臂既能通過電機驅(qū)動也能通過人力驅(qū)動，其通用性較高，另一方面，本機械臂在拆卸驅(qū)動裝置進行維護時，無需同時拆除臂，進而提高了本機械臂檢修維護的便利性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述：

圖1為本發(fā)明的重載荷機械臂的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的重載荷機器人的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

圖1為本發(fā)明的重載荷機械臂的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，本實施例中重載荷機器人，包括底座1、臂11和減速機10；所述臂11通過轉(zhuǎn)軸2以可擺動的方式設(shè)置于所述底座1；所述減速機10以可拆卸的方式固定于所述底座1并用于驅(qū)動所述臂11擺動，當(dāng)然，本實施例的減速機10通過一驅(qū)動電機9帶動轉(zhuǎn)動，驅(qū)動電機9的動力通過減速機10減速后輸出至臂11，本實施例的重載荷機械臂，臂11可轉(zhuǎn)動安裝在設(shè)置于底座1的轉(zhuǎn)軸2上，因此，臂11所受的載荷力矩主要靠轉(zhuǎn)軸2承受，減速機10的輸出端只提供臂11擺動的旋轉(zhuǎn)力矩，因此，本重載荷機械臂可以采用體積、自重和成本較低的小功率減速機，從而大幅度降低本機械臂的體積、自重和生產(chǎn)成本，同時，保證該重載荷機械臂具有足夠的載重能力；本實施例中的所述底座1包括同軸設(shè)置的轉(zhuǎn)軸2支座和減速機支座10以及固定連接于所述轉(zhuǎn)軸2支座和電機支座10之間的連接臂11；所述轉(zhuǎn)軸2支座和減速機支座10分別對應(yīng)用于安裝所述轉(zhuǎn)軸2和減速機10；其中轉(zhuǎn)軸2支座的轉(zhuǎn)軸2安裝孔與減速機支座10的減速機安裝孔一次性加工形成；保證轉(zhuǎn)軸2和減速機輸出軸的同軸度；另外，減速機10可拆卸式固定在底座1上，當(dāng)減速機10拆卸后，可通過人力驅(qū)動臂11擺動，因此，本機械臂既能通過電機驅(qū)動也能通過人力驅(qū)動，其通用性較高，另外，本機械臂在拆卸電機維護時，無需同時拆除臂11，進而提高了本機械臂檢修維護的便利性。

本實施例中，所述減速機10為諧波減速機或者rv減速機，且均為盤輸出式減速機；所述臂11與減速機10對應(yīng)處設(shè)有用于與減速機10的輸出盤8配合進行定位的定位凸環(huán)7，安裝減速機時，減速機的輸出盤8可配合于定位凸環(huán)7內(nèi)圓內(nèi)，確保減速機與臂11的相對位置精度，保證減速機與轉(zhuǎn)軸2的同軸度。

本實施例中，所述減速機10以與轉(zhuǎn)軸2同軸的方式靠近所述轉(zhuǎn)軸2端部設(shè)置；因此，減速機10的輸出盤8可直接通過螺栓等緊固件傳動連接于臂11從而對應(yīng)驅(qū)動臂11擺動，本實施例的這種布置方式能夠有效縮短傳動鏈，提高機械臂整體的緊湊性和可靠性。

本實施例中，所述減速機10的輸出盤8通過緊固件與臂11固定連接，所述臂11表面內(nèi)凹形成用于在安裝時對所述緊固件進行讓位的讓位空間6；安裝減速機10時，減速機的輸出盤8與定位凸環(huán)7相互配合進行定位，臂11的內(nèi)端(本文中，臂11靠近底座1的一端為“內(nèi)端”，遠離底座1的一端為“外端”)外壁向內(nèi)凹陷形成讓位空間6，讓位空間6內(nèi)壁沿豎直方向設(shè)有螺栓安裝孔，利用螺栓穿過該安裝孔使臂11與減速機的輸出盤8固定連接。

本實施例中，所述臂11通過徑向軸承與所述轉(zhuǎn)軸2轉(zhuǎn)動配合，并通過推力軸承3可轉(zhuǎn)動支承在所述底座1上，本實施例中，徑向軸承采用深溝球軸承和滾針軸承5共同對臂11進行支承，可靠性較高，臂11產(chǎn)生的彎矩通過深溝球軸承和滾針軸承5通過承載，而臂11沿豎直方向的分力由推力軸承3承載，臂11形成用于安裝軸承的軸承座孔，深溝球軸承和滾針軸承5安裝于軸承座孔與轉(zhuǎn)軸2之間。

本實施例中，所述底座1設(shè)有用于安裝所述推力軸承3的軸承座；所述臂11底部設(shè)有外套于所述軸承座并與該軸承座共同形成迷宮式密封的密封凸環(huán)4；密封凸環(huán)4與推力軸承3的軸承座同軸相互配合后形成迷宮通道，并通過迷宮式通道對推力軸承3進行密封，避免雜質(zhì)進入到軸承內(nèi)；另外，當(dāng)臂11所受的載荷過大時，密封凸環(huán)4將向下抵住底座1并對臂11形成支撐作用，避免臂11進一步發(fā)生變形。

本實施例中，所述轉(zhuǎn)軸2下端固定于所述底座1，其上端向上伸出底座1形成懸臂11結(jié)構(gòu)；所述轉(zhuǎn)軸2與底座1固定配合的長度大于其總長度的1/3；本實施例中，由于機械臂所受的載荷均由轉(zhuǎn)軸2所承載，而轉(zhuǎn)軸2為一端固定的懸臂11結(jié)構(gòu)，因此，為保證轉(zhuǎn)軸2的剛度，需要確保其固定配合的長度，避免工作中過度變形甚至斷裂。

如圖2所示為本發(fā)明的重載荷機器人的結(jié)構(gòu)示意圖，為本發(fā)明的重載荷機器人，包括大臂15組件和小臂20組件以及通過所述小臂20組件帶動的工作裝置；所述大臂15組件包括可形成所述重載荷機械臂的大臂15、大臂15支座12、大臂轉(zhuǎn)軸13、大臂減速機26和大臂驅(qū)動電機14；所述大臂15、大臂15支座12、大臂轉(zhuǎn)軸13、大臂減速機26和大臂驅(qū)動電機14分別作為重載荷機械臂的臂、底座、轉(zhuǎn)軸、減速機和驅(qū)動電機；所述小臂20組件包括以大臂15為底座形成所述重載機械臂的小臂20、小臂轉(zhuǎn)軸16、小臂減速機26和小臂驅(qū)動電機17，所述小臂20、小臂轉(zhuǎn)軸16、小臂減速機27和小臂驅(qū)動電機17分別作為重載機械臂的臂、轉(zhuǎn)軸、減速機和驅(qū)動電機，本實施例中的機器人的大臂15組件和小臂20組件均形成所述重載機械臂結(jié)構(gòu)，小臂20組件進一步增加機械臂的臂展和自由度，另外，小臂20組件利用大臂15作為底座，因此，本實施例的大臂15外端沿縱向延伸出小臂轉(zhuǎn)軸支座18和小臂減速機支座19，分別對應(yīng)用于安裝小臂轉(zhuǎn)軸16和小臂減速機27，本重載荷機機器人可以采用體積、自重和成本較低的小功率減速電機驅(qū)動大臂15或小臂20擺動，從而大幅度降低本機器人的體積、自重和生產(chǎn)成本。

本實施例中，所述工作裝置以可沿豎直方向升降并繞水平方向轉(zhuǎn)動的方式設(shè)置于所述小臂20外端，圖2所示的工作裝置為切割機24，切割機24包括一電機和固定在電機輸出軸上的切割刀盤；當(dāng)切割機24用于切割時，電機應(yīng)轉(zhuǎn)動至水平姿態(tài)，當(dāng)需要利用工作裝置進行鉆孔或磨削平面時，可將該電機繞水平方向轉(zhuǎn)動至使其輸出軸豎直設(shè)置，然后再輸出軸上安裝鉆頭或磨削刀具進行相應(yīng)的鉆孔或磨削。

本實施例中，所述底座、大臂15和小臂20均為空心結(jié)構(gòu)，三者的內(nèi)部均形成有空腔，三者均為一體式的結(jié)構(gòu)，采用這種結(jié)構(gòu)的底座、大臂15和小臂20；有利于減小三者的自重，增加機械臂的臂長，減小大臂15和小臂20自重所產(chǎn)生的彎矩。

本實施例中，所述重載荷機械臂沿豎直方向滑動配合有升降座22，所述升降座22通過絲桿21螺母23機構(gòu)驅(qū)動其沿豎直方向往復(fù)滑動，所述升降座22上設(shè)有可繞水平方向轉(zhuǎn)動并鎖定位置的旋轉(zhuǎn)座25，所述工作裝置固定于該旋轉(zhuǎn)座25；所述升降座22沿豎直方向設(shè)有與小臂20外端滑動配合的滑軌；其中，絲桿21螺母23機構(gòu)的絲桿21設(shè)置于升降座22，螺母23設(shè)置于小臂20外端，升降座22上的電機驅(qū)動絲桿21轉(zhuǎn)動使整個升降座22升降，本實施例中，工作裝置固定在旋轉(zhuǎn)座25上，旋轉(zhuǎn)座25繞水平方向連接于升降座22，通過旋轉(zhuǎn)座25可以調(diào)節(jié)工作裝置使其繞水平方向轉(zhuǎn)動以調(diào)節(jié)其姿態(tài)，調(diào)節(jié)完畢后，通過螺栓等緊固件將旋轉(zhuǎn)座25與升降座22相互固定。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。