本發(fā)明涉及一種關(guān)節(jié)型的工業(yè)機(jī)器人，具體涉及一種改進(jìn)機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)的靈活性的結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

過去在組裝工廠和貨物裝卸場(chǎng)，阻礙物品有時(shí)分布在工件被存放和傳輸?shù)哪康牡刂苓?，在這種情況下，手臂組件和工件受到被轉(zhuǎn)移目的地周圍阻礙物品的干擾，應(yīng)用于這種工作場(chǎng)的工業(yè)機(jī)器人很難移動(dòng)機(jī)器人手臂。由于這種工業(yè)機(jī)器人的手臂組件僅僅是繞著連接軸搖擺，導(dǎo)致其手臂的運(yùn)動(dòng)靈敏度低。通過移走周邊物品或?qū)C(jī)器人手臂移動(dòng)到不被周邊物品干擾的位置上述問題可以被解決。然而，由于工件存放和被轉(zhuǎn)移目的地的工作場(chǎng)的空間位置原因，這種方法有時(shí)很難應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題提高機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)靈活性，使其不用移走周邊障礙物品，或不用將機(jī)器人手臂移動(dòng)到不被周邊物品干擾的位置就可以將工件順利轉(zhuǎn)移到目的地。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用技術(shù)方案是：一種改進(jìn)機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)的靈活性的結(jié)構(gòu)。

一種關(guān)節(jié)型的工業(yè)機(jī)器人，包括：基座、機(jī)器人手臂和機(jī)器人控制器，基座固定在地面上，機(jī)器人手臂連接到基座上，機(jī)器人手臂包括基部手臂組件、中間手臂組件和頂端手臂組件，通過連接軸彼此可搖擺地連接。頂端手臂組件有一手腕，中間手臂組件被分為基部部件和頂端部件，具有一旋轉(zhuǎn)裝置，用于相對(duì)于基部部件繞著臂軸旋轉(zhuǎn)頂端部件，旋轉(zhuǎn)裝置包括一主動(dòng)軸、一移動(dòng)裝置和一螺紋構(gòu)件，移動(dòng)裝置被固定在基部部件或頂端部件其一上，而螺紋構(gòu)件被固定在另一個(gè)上。

本發(fā)明要解決的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是：一種關(guān)節(jié)型的工業(yè)機(jī)器人，特別是一種改進(jìn)機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)的靈活性的結(jié)構(gòu)，無(wú)需再移走障礙物或無(wú)需將機(jī)器人手臂移動(dòng)到不被障礙物干擾的位置就可以將工件順利轉(zhuǎn)移到目的地。

附圖說明

附圖1：一個(gè)實(shí)例工業(yè)機(jī)器人的側(cè)視圖；

附圖2：工業(yè)機(jī)器人后視放大圖；

附圖3：圖1的A-A剖視圖；

附圖4：圖3的B-B剖視圖；

附圖5：工業(yè)機(jī)器人的框圖；

附圖6：工業(yè)機(jī)器人的示意圖；

附圖7：圖1的插圖，顯示中間手臂組件的頂端部件繞臂軸旋轉(zhuǎn)；

附圖8：工業(yè)機(jī)器人的后視圖，顯示中間手臂組件的頂端部件繞臂軸旋轉(zhuǎn)；

附圖9：圖3的插圖，顯示在中間手臂組件的基部部件和頂端部件之間的連接器；

附圖10：圖9的C-C剖視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明：一種關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人包括基座(2)、機(jī)器人手臂(3)和機(jī)器人控制器(4)，基座(2)固定在地面上，機(jī)器人手臂(3)連接到基座(2)上，機(jī)器人手臂(3)包括基部手臂組件(11)、中間手臂組件(12)和頂端手臂組件(13)，通過連接軸彼此可搖擺地連接。頂端手臂組件(13)有一手腕(14)，中間手臂組件(12)被分為基部部件(20)和頂端部件(21)，具有一旋轉(zhuǎn)裝置(22)，用于相對(duì)于基部部件(20)繞著臂軸旋轉(zhuǎn)頂端部件(21)，旋轉(zhuǎn)裝置(22)包括一主動(dòng)軸(30)、一移動(dòng)裝置(31)和一螺紋構(gòu)件(32)，移動(dòng)裝置(31)被固定在基部部件(20)或頂端部件(21)其一上，而螺紋構(gòu)件(32)被固定在另一個(gè)上。

根據(jù)附圖詳細(xì)說明一種關(guān)節(jié)型機(jī)器人，改進(jìn)機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)靈活性的結(jié)構(gòu)特征：機(jī)器人(1)用于在汽車組裝工廠或裝卸場(chǎng)等搬運(yùn)工件W（僅在圖1中顯示），機(jī)器人(1)是由固定在地面上的基座(2)、機(jī)器人手臂(3)和機(jī)器人控制器(4)（圖5所示）構(gòu)成的，基座(2)是由主體部件(5)、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(6)和一對(duì)機(jī)器人手臂支撐元件(7)構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(6)通過一中樞軸支承在主體部件(5)上面，其通過平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器(8)使其繞中樞軸旋轉(zhuǎn)，平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器(8)由電機(jī)、減速器等構(gòu)成。如圖2所示，每個(gè)機(jī)器人手臂支撐元件(7)都有一個(gè)板狀，其從旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(6)的上表面向上延伸，支撐元件(7)彼此相對(duì)，下端被固定在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(6)上。機(jī)器人手臂(3)包括一基部手臂組件(11)、一中間手臂組件(12)和一頂端手臂組件(13)，從基座(2)到頂端依次排列。頂端手臂組件(13)的端部有一個(gè)手腕(14)連接著材料手M，手臂組件(11)~(13)都是有空心桿構(gòu)成的。

按圖2和圖8所示，緊挨著基座(2)的基部手臂組件(11)的末端有一對(duì)基部連接器(11a)，由手臂縱軸方向伸出。基部連接器(11a)在一定間隔范圍內(nèi)彼此相對(duì)，基部手臂組件(11)位于機(jī)器人手臂支撐元件(7)之間的基部連接件(11a)處，且在與支撐元件(7)的平行方向延伸。采用這種結(jié)構(gòu)，由第一連接軸(16)將基部連接器(11a)可搖擺地與支撐元件(7)的上端鄰近位置連接在一起，第一連接軸(16)穿過機(jī)器人手臂支撐元件(7)和基部連接件(11a)。第一連接軸(16)的兩端設(shè)有可拆卸的制動(dòng)器(17)用于防止第一連接軸(16)脫出。在機(jī)器人手臂支撐元件(7)和基部連接器(11a)之間還設(shè)有圓柱間隔器(18)，第一連接軸(16)通過圓柱間隔器(18)插入。鄰近基座(2)的基部手臂組件(11)的端部外表面設(shè)有一對(duì)第一板元件(19)，如圖1所示，第一板元件(19)在手臂組件徑向伸出。如圖2所示，第一板元件(19)形狀相同且都是以一定間隔彼此平行伸出。參考圖1，每個(gè)第一板元件(19)的凸出尖端都有一個(gè)彎曲頭部(19 a)。參考圖8，基部手臂組件(11)的頂端部設(shè)有一對(duì)頂端連接器(11 b)，其在手臂軸向伸出。頂端連接器(11 b)之間以一定間隔彼此相對(duì)。

如圖1所示，中間手臂組件(12)在軸向中間位置分為基部部件(20)和頂端部件(21)，如圖9和圖10所示，基部部件(20)和頂端部件(21)通過一連接件(85)被連接，為的是繞著臂軸旋轉(zhuǎn)時(shí)不被分離。且有一手臂旋轉(zhuǎn)裝置(22)用于相對(duì)于基部部件(20)繞臂軸旋轉(zhuǎn)頂端部件(21)， 如圖3所示，基部部件(20)在鄰近頂端部件(21)的末端有一內(nèi)壁(20a)，頂端部件(21)在鄰近基部部件(20)的末端有一內(nèi)壁(21a)。內(nèi)壁(20a)和內(nèi)壁(21a)由連接裝置連在一起，為的是在繞著臂軸旋轉(zhuǎn)時(shí)以免在臂軸方向彼此分開。旋轉(zhuǎn)裝置(22)包括一主動(dòng)軸(30)、一移動(dòng)裝置(31)和一螺紋構(gòu)件(32)。主動(dòng)軸(30)由一梯形螺桿軸形成，在其外表面有一螺紋槽(30a)，螺紋構(gòu)件(32)與主動(dòng)軸(30)的螺紋槽(30a)嚙合。主動(dòng)軸(30)的外表面有2個(gè)軸向延伸的線性導(dǎo)向槽(30b)，其在180度上圓周均布。移動(dòng)裝置(31)被包含在頂端部件(21)的中空區(qū)域，其包括一電機(jī)(33)、一減速機(jī)構(gòu)(34)和一螺母(35) ，用于軸向移動(dòng)主動(dòng)軸(30)。減速機(jī)構(gòu)(34)和螺母(35)被包含在一個(gè)圓柱殼體(36)里。主動(dòng)軸(30)通過電機(jī)(33)的輸出軸(37)被插入，輸出軸延伸到殼體(36)里，殼體(36)被固定在基部部件(20)上。減速機(jī)構(gòu)(34)由行星齒輪系構(gòu)成，減速機(jī)構(gòu)(34)的一內(nèi)部齒輪(38)在電機(jī)(33)一側(cè)有一較小直徑部件(38a)，在螺母(35)一側(cè)有一較大直徑部件(38b)。較小直徑部件(38a)和較大直徑部件(38b)是一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。較小直徑部件(38a)通過螺栓(40)被固定在輸出軸(37)上以便與輸出軸(37)一體旋轉(zhuǎn)，較大直徑部件(38b)的內(nèi)表面具有內(nèi)齒(38c)。殼體(36)的軸向中間部件的內(nèi)表面有一環(huán)形連接部分(41)，支撐軸(43)被固定在連接部分(41)上。支撐軸(43)可旋轉(zhuǎn)底支撐與內(nèi)部齒輪(38)的內(nèi)齒(38c)嚙合的行星齒輪(42)。沿著內(nèi)部齒輪(38)的外周具有多個(gè)行星齒輪(42)和支撐軸(43)。在殼體(36)里，一圓柱輸出旋轉(zhuǎn)器(44)可旋轉(zhuǎn)地支撐在兩個(gè)齒輪(45)，輸出旋轉(zhuǎn)器(44)在電機(jī)(33)一側(cè)有一個(gè)較小直徑部件(44a)，在另一側(cè)有一較大直徑部件(44b)。較小直徑部件(44a)和較大直徑部件(44b)是一整體結(jié)構(gòu)。較小直徑部件(44a)的外表面有與行星齒輪(42)嚙合的齒(44c)。軸承(45)被固定在輸出旋轉(zhuǎn)器(44)的較大直徑部件(44b)的外表面上，螺母(35)是配合在較大直徑部件(44b)的內(nèi)表面。螺母(35)由螺栓(47)被固定在輸出旋轉(zhuǎn)器(44)上。螺母(35)的內(nèi)表面有一凸緣與圓棒(61a)的螺紋槽(61c)嚙合。殼體(36)用于限制主動(dòng)軸(30)旋轉(zhuǎn)的固定裝置，具體地，閉合件(48)用螺栓(49)固定在殼體(36)上，閉合件(48)上設(shè)有一在殼體(36)向外伸出的連接部分(48a)，如圖4所示，連接部分(48a)上設(shè)有兩個(gè)固定板(50)用于固定，固定板(50)與主動(dòng)軸(30)的導(dǎo)向槽(30b)匹配。螺紋構(gòu)件(32)被固定在頂端部件(21)上，其上有個(gè)孔(32a)與主動(dòng)軸(30)嚙合。

如圖8所示，鄰近基座(2)的基部部件(20)的端部上設(shè)有基部連接器(12a)作為基部手臂組件(11)。中間手臂組件(12)被定位于基部連接器(12a)在頂端連接器(11b)之間的位置且平行于頂端連接器(11b)延伸。采用這種結(jié)構(gòu)，基部連接器(12a)通過第二連接軸(24)可搖擺地與基部手臂組件(11)連接，第二連接軸(24)的結(jié)構(gòu)與第一連接軸(16)相同。第二連接軸(24)的兩端設(shè)有制動(dòng)器(25)，在基部手臂組件(11)的頂端連接器(11b)和中間手臂組件(12)的基部連接器(12a)之間設(shè)有圓柱間隔器(26)。

如圖7所示，中間手臂組件(12)的頂端部件(21)的頂部設(shè)有一對(duì)頂端連接器(12b)沿臂軸向伸出，頂端連接器(12b)以一定間隔彼此相對(duì)，如圖8所示，頂端部件(21)的外表面和基部部件(20)的外表面設(shè)有第二板元件(27)，每個(gè)第二板元件(27)都有一個(gè)彎曲頭部(27a)。

如圖7所示，鄰近基座(2)的頂端手臂組件(13)的端部設(shè)有基部連接器(13a)，頂端手臂組件(13)定位基部連接器(13a)平行于中間手臂組件(12)的頂端連接器(12b)。采用這種結(jié)構(gòu)，基部連接器(13a)通過第三連接軸(55)可搖擺地與中間手臂組件(12)連接，第三連接軸(55)結(jié)構(gòu)與第一連接軸(16)相同，其兩端設(shè)有制動(dòng)器(56)，在中間手臂組件(12)的頂端連接器(12b)和頂端手臂組件(13)的基部連接器(13a)之間設(shè)有圓柱間隔器(59)，如圖1所示，鄰近基座(2)的頂端手臂組件(13)的外表面設(shè)有第三板元件(60)，每個(gè)元件都有一個(gè)彎曲頭部(60a)。

基部手臂組件(11)是由基部手臂驅(qū)動(dòng)裝置(61)驅(qū)動(dòng)，基部手臂驅(qū)動(dòng)裝置(61)包括一拉桿(61a)和一用于軸向移動(dòng)拉桿(61a)的主要部件(61b)。拉桿(61a)和主要部件(61b)的結(jié)構(gòu)分別與主動(dòng)軸(30)和移動(dòng)裝置(31)相同，主要部件(61b)的外表面通過平行于第一連接軸(16)的軸(64)可旋轉(zhuǎn)地與機(jī)器人手臂支撐單體(7)連接。如圖2所示，垂直于拉桿(61a)方向延伸的連接桿(65)被固定在拉桿(61a)的端部，連接桿(65)被定位在第一板元件(19)的彎曲頭部(19a)之間，通過軸(66)可旋轉(zhuǎn)地與彎曲頭部(19a)連接，連接桿(65)和彎曲頭部(19a)之間設(shè)有間隔器(67)。

如圖1所示，中間手臂組件(12)由中間手臂驅(qū)動(dòng)裝置(62)驅(qū)動(dòng)，中間手臂驅(qū)動(dòng)裝置(62)有一拉桿(62a)和一主要部件(62b)，主要部件(62b)通過軸(68)可旋轉(zhuǎn)地與第一板元件(19)連接，如圖8所示，拉桿(62a)的端部的連接桿(70)與基部部件(20)的第二板元件(27)的彎曲頭部(27a)通過軸(69)連接。標(biāo)號(hào)(71)代表間隔器。

頂端手臂組件(13)由頂端手臂驅(qū)動(dòng)裝置(63)驅(qū)動(dòng)，頂端手臂驅(qū)動(dòng)裝置(63)有一拉桿(63a)和一主要部件(63b)。主要部件(63b)通過軸(75)可旋轉(zhuǎn)地與頂端部件(21)的第二板元件(21)連接。如圖7所示，拉桿(63a)的端部的連接桿(79)通過軸(76)與第三板元件(60)的彎曲部分(60a)連接，標(biāo)號(hào)(80)表示的是間隔器。頂端手臂組件(13)的頂端設(shè)有一手腕驅(qū)動(dòng)裝置(78)用于在臂軸方向往復(fù)手腕(14)，手腕驅(qū)動(dòng)裝置(78)包括一拉桿(78a)和一用于在臂軸方向移動(dòng)拉桿(78a)的主要部件(78b)。拉桿(78a)和主要部件(78b)分別與主動(dòng)軸(30)和移動(dòng)裝置(31)結(jié)構(gòu)相同。

基部手臂驅(qū)動(dòng)裝置(61)、中間手臂驅(qū)動(dòng)裝置(62)和頂端手臂驅(qū)動(dòng)裝置(63)構(gòu)成了本發(fā)明的手臂驅(qū)動(dòng)裝置。

如圖5所示，平臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置(8)、基部手臂驅(qū)動(dòng)裝置(61)、中間手臂驅(qū)動(dòng)裝置(62)，頂端手臂驅(qū)動(dòng)裝置(63)、手臂旋轉(zhuǎn)器(22)和手腕驅(qū)動(dòng)裝置(78)與機(jī)器人控制器(4)連接，根據(jù)機(jī)器人控制器(4)的指令彼此獨(dú)立工作。

如圖3，在上述結(jié)構(gòu)的工業(yè)機(jī)器人(1)，當(dāng)機(jī)器人控制器(4)啟動(dòng)手臂旋轉(zhuǎn)器(22)的電機(jī)(33)時(shí)，輸出軸(37)旋轉(zhuǎn)內(nèi)部齒輪(38)，內(nèi)部齒輪(38)旋轉(zhuǎn)行星齒輪(42)，使得輸出旋轉(zhuǎn)器(44)和螺母(35)在相反內(nèi)部齒輪(38)的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)。螺母(35)的旋轉(zhuǎn)速度由減速機(jī)構(gòu)(34)降低到預(yù)定速度，使得螺母(35)的扭矩增加。同時(shí)，主動(dòng)軸(30)由導(dǎo)向件(50)防止其旋轉(zhuǎn)，且沿著導(dǎo)向件(50)軸向行進(jìn)（如圖3箭頭X向所示）。由于主動(dòng)軸(30)軸向行進(jìn)，與主動(dòng)軸(30)嚙合的螺紋構(gòu)件(32)繞主動(dòng)軸(30)旋轉(zhuǎn)（如圖3箭頭Y向所示）。因此，如圖6所示，中間手臂組件(12)的頂端部件(21)相對(duì)于基部部件(20)繞手臂軸向旋轉(zhuǎn)，頂端部件(21)的扭矩由主動(dòng)軸的推力實(shí)現(xiàn)。主動(dòng)軸(30)的推力是高度安全的，因?yàn)闇p速機(jī)構(gòu)(34)增加了螺母(35)的扭矩，因此，頂端部件(21)的扭矩充分獲得。頂端部件(21)的旋轉(zhuǎn)方向由電機(jī)(33)的旋轉(zhuǎn)方向改變而改變（正向或反向），頂端部件(21)的旋轉(zhuǎn)角度通過改變電機(jī)(33)的運(yùn)行周期而設(shè)置。

當(dāng)機(jī)器人控制器正向或反向觸發(fā)基部手臂驅(qū)動(dòng)裝置(61)的電機(jī)時(shí)，拉桿(61a)軸向前行以便伸出主要部件(61b)的拉桿(61a)的長(zhǎng)度被改變。相應(yīng)的，如圖6箭頭S所示，基部手臂組件(11)繞第一連接軸(16)擺動(dòng)，同樣，中間手臂組件(12)和頂端手臂組件(13)也分別由中間手臂驅(qū)動(dòng)裝置(62)和頂端手臂驅(qū)動(dòng)裝置(63)驅(qū)動(dòng)繞第二連接軸(24)和第三連接軸(55)擺動(dòng)，如圖6中箭頭T和箭頭U所示。此外，當(dāng)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)器(8)被觸發(fā)時(shí)，整個(gè)機(jī)器人手臂(3)繞垂直軸旋轉(zhuǎn)。

如圖1所示狀態(tài)下，當(dāng)中間手臂組件(12)的頂端部件(21)由手臂旋轉(zhuǎn)器(22)旋轉(zhuǎn)大約90度（圖7和圖8所示狀態(tài)）時(shí)，頂端手臂組件(13)、第三連接軸(55)和頂端手臂驅(qū)動(dòng)裝置(63)以相同旋轉(zhuǎn)角度在相同方向旋轉(zhuǎn)。通過旋轉(zhuǎn)連同第三連接軸(55)的旋轉(zhuǎn)頂端手臂組件(13)和頂端手臂驅(qū)動(dòng)裝置(63)，頂端手臂組件(13)的搖擺方向可以被改變。因此，機(jī)器人手臂(3)獲得改進(jìn)移動(dòng)靈活性。

工件W僅僅通過手腕驅(qū)動(dòng)裝置(78)的電機(jī)就可以在臂軸方向移動(dòng)，沒有旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)(6)或搖擺手臂組件(11)或(12)。手腕(14)的移動(dòng)方向通過改變手腕驅(qū)動(dòng)器(78)的電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向（正向或反向）而改變。

綜上所述，這種工業(yè)機(jī)器人(1)，中間手臂組件(12)被分為基部部件(20)和頂端部件(21)，頂端部件(21)相對(duì)于基部部件(20)旋轉(zhuǎn)，因此，頂端手臂組件(13)的搖擺方向可以被改變，機(jī)器人手臂(3)的靈活性移動(dòng)可以被提高。機(jī)器人手臂(3)可以被移動(dòng)，這樣的話，不用移走工件存放或轉(zhuǎn)移目的地周邊的障礙物，手臂組件和工件W就不會(huì)被周圍障礙物所干擾就可以被轉(zhuǎn)移到目的地。因此，機(jī)器人手臂(3)可以安穩(wěn)地轉(zhuǎn)移工件W。