一种具备转向过载保护的弹性缓冲式机械臂手腕部搬运结构的制作方法

本发明涉及机械臂，具体为一种具备转向过载保护的弹性缓冲式机械臂手腕部搬运结构。

背景技术：

1、机械臂手腕部作为末端执行器（如搬运夹手）与主体关节之间的关键连接环节，其结构设计的优劣直接影响搬运精度、作业安全及设备寿命，在现有的机械臂搬运结构中，普遍存在以下技术问题：

2、第一，搬运夹手在高速抓取、释放或意外碰撞工件及障碍物时，产生的瞬时冲击力和高频振动会通过刚性传动链直接传递至机械臂的减速机、伺服电机及关节结构，长期使用或偶发碰撞易导致关节精度下降、齿轮磨损甚至驱动元件损坏，严重影响设备可靠性；

3、第二，传动元件在过载时易受损，为此，部分机械臂在传动链中设置了安全保护元件，但多采用剪切销、断裂式联轴器等一次性保护装置，当过载发生时，保护元件损坏需停机更换，不仅增加维护成本，还导致生产线长时间中断，此外，此类保护装置响应速度较慢；

4、第三，动力传递与灵活性难以兼顾，机械臂手腕部空间有限，传统设计往往在保证传动刚性与紧凑性时牺牲了末端灵活度，或在追求多自由度时削弱了保护功能；

5、因此，现提出一种具备转向过载保护的弹性缓冲式机械臂手腕部搬运结构。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具备转向过载保护的弹性缓冲式机械臂手腕部搬运结构，本机械臂手腕部搬运结构通过在机械臂手腕部集成弹性缓冲传动组件与过载保护传动模组形成双重安全体系，利用伞齿轮间的摩擦保护机构实现可复位式刚性限扭，并配合多向传动模块在缓冲保护前提下扩展夹手灵活性，从而同时实现冲击吸收、过载打滑、紧凑传动及多自由度适应。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具备转向过载保护的弹性缓冲式机械臂手腕部搬运结构，包括：机械臂主体座，以及与机械臂主体座执行端连接的驱动组件，所述驱动组件执行端部连接有过载保护传动模组；所述过载保护传动模组包括主动伞齿轮、从动伞齿轮和摩擦保护机构，所述摩擦保护机构传动设于主动伞齿轮、从动伞齿轮之间；以及与从动伞齿轮执行端连接的多向传动模块；还包括与所述多向传动模块执行端连接的弹性缓冲传动组件，所述弹性缓冲传动组件端部连接有搬运夹手，当驱动搬运夹手工作并发生碰撞时，所述弹性缓冲传动组件用于吸收搬运过程中的冲击动能，若工作扭矩超过设定阈值时，所述过载保护传动模组发生摩擦打滑以保护机械臂。

3、优选的，所述主动伞齿轮包括矩形框，所述矩形框内部横向安装有可转动的第一转轴，与所述第一转轴两端固定的安装件；以及套设在所述第一转轴外周并置于两个安装件之间的第一伞齿轮；还包括设置在所述矩形框后侧的第一电机，且所述第一电机的输出轴通过联轴器与第一转轴固定。

4、优选的，所述摩擦保护机构包括套设在所述第一转轴外周的第一弹簧、摩擦片，其中，所述第一弹簧设置在其中一个第一转轴与第一伞齿轮之间并将第一伞齿轮向另一个安装件方向抵紧，所述摩擦片连接在第一伞齿轮与另一个第一转轴之间。

5、优选的，所述从动伞齿轮包括转动安装在所述矩形框一侧的第二转轴，且所述第二转轴一端固定的第二伞齿轮与第一伞齿轮相啮合，其另一端与多向传动模块装配。

6、优选的，所述多向传动模块包括与所述第二转轴垂直固定的连接件，所述连接件前端固定有凵形框，所述凵形框两端安装有呈相对分布的第一连接轴、第二连接轴；以及内置于凵形框的三通管，且所述三通管置于水平端的两端与第一连接轴、第二连接轴相对端转动安装，其置于垂直段的一端转动安装有支轴，所述支轴上固定有第一传动齿轮；以及对称固定在第一连接轴、第二连接轴相对端的第二传动齿轮，且两个第二传动齿轮与第一传动齿轮相啮合；所述第一连接轴、第二连接轴相背端还分别固定有传动轮；所述凵形框内部对称设置有第二电机，每个所述第二电机通过其输出端设置的联轴器固定有驱动轮，每个所述驱动轮与其同侧分布的传动轮之间套设有传动皮带。

7、优选的，所述弹性缓冲传动组件包括滑轨滑块组件、曲柄连杆组件以及偏心驱动机构，其中，所述曲柄连杆组件设置在滑轨滑块组件、偏心驱动机构之间并利用偏心驱动机构提供的动力，带动与滑轨滑块组件连接的搬运夹手伸缩，同时吸收搬运过程中的冲击动能；所述滑轨滑块组件包括与所述支轴远离三通管一端固定的延伸架，所述延伸架上安装有l形架，与所述l形架水平段固定的滑轨本体；以及内设于所述滑轨本体的滑块本体，且所述滑块本体一端前伸与搬运夹手装配，其另一端向后固定有支杆，所述支杆上固定有第一凵形架。

8、优选的，所述曲柄连杆组件包括通过第一销轴与第一凵形架转动安装的曲柄本体，所述曲柄本体一端通过第二销轴转动安装有第二凵形架，其另一端设置有第三销轴；固定在所述第二凵形架上的光杆，所述光杆外周活动套设有滑套，以及由内向外依次转动安装在所述滑套上的第二双连杆、第一双连杆，且所述第二双连杆、第一双连杆远离滑套的一端分别与偏心驱动机构、第三销轴转动安装；设置在所述光杆远离第二凵形架一端的外螺纹，以及与所述外螺纹螺纹连接的螺套，且所述螺套与滑套之间光杆外周设置有第二弹簧。

9、优选的，所述偏心驱动机构包括转动安装在所述l形架水平段上的第三转轴，与所述第三转轴偏心固定的偏心轮；以及套设在所述偏心轮外周的传动套，且所述传动套一侧设置的第一凸起与第二销轴转动安装，其另一侧设置的第二凸起与第二双连杆转动安装；所述l形架水平段上还设置有第三电机，所述第三电机输出端通过联轴器与第三转轴固定。

10、优选的，所述驱动组件包括与机械臂主体座执行端连接的驱动电机，所述驱动电机的输出轴通过联轴器连接有安装轴，以及与所述安装轴连接的两个安装条，且两个安装条中部通过第一连轴转动安装有中心轮，其两端均通过第二连轴转动安装有边轮，且两个边轮置于中心轮两端并与其啮合；与所述驱动电机外壳固定并置于驱动电机输出轴外周的轴承套，所述轴承套前端转动安装有安装架，以及固定在所述安装架上的内齿轮，且所述内齿轮置于两个边轮外周并与二者啮合；所述内齿轮前侧还固定有装配套，所述装配套上设置有装配架；还包括止锁块组件，当搬运夹手工作扭矩在正常范围内时，所述驱动电机带动内齿轮及其上的主动伞齿轮正常周转；当搬运夹手的工作扭矩超过设定阈值时，内齿轮被动抱死而中心轮、两个边轮跟随驱动电机自由转动，以保护驱动电机。

11、优选的，所述止锁块组件包括固定在所述轴承套外壁的立柱，与所述立柱端部固定的横板；以及固定在所述横板前端底部的固定夹块；所述立柱对应横板的底部还设置有电动伸缩杆，所述电动伸缩杆伸缩端固定有活动夹块，当搬运夹手的工作扭矩超过设定阈值时，所述电动伸缩杆伸长并使得活动夹块、固定夹块作用在内齿轮两侧，以抱死内齿轮。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

13、本发明通过在机械臂手腕部集成弹性缓冲传动组件与过载保护传动模组，形成“柔性缓冲+刚性限扭”的双重安全体系，当搬运过程中发生轻微碰撞或振动时，弹性缓冲组件率先吸收冲击动能，避免刚性冲击传递至机械臂主体；而当工作扭矩或外力超过设定阈值时，过载保护传动模组内的摩擦保护机构自主打滑，切断动力传递，二者协同作用，既保证了正常作业的稳定性，又从根本上防止了因碰撞、卡滞或过载导致的机械臂关节、驱动组件的结构损坏，配合设于过载保护模组与弹性缓冲组件之间的多向传动模块，可改变动力传递方向或实现多自由度输出，使搬运夹手具备更灵活的姿态调节能力，该设计在不牺牲安全保护性能的前提下，扩展了机械臂末端执行器的作业空间与角度适应性。