一种高强度的工业机器人联动臂腕及其使用方法

1.本发明涉及工业机器人相关领域，具体为一种高强度的工业机器人联动臂腕及其使用方法。


背景技术：

2.工业机器人是现代工业化发展非常重要的机械设备，可以按照预定程序完成各种加工作业，可代替人工以实现生产的机械化和自动化。其中工业机器人的主要组件包括臂腕驱动机构、行走机构和夹持机构，并根据不同加工作用进行不同结构调整。
3.例如公告号为cn 205614656 u的中国授权专利(伸缩臂式工业机器人)：包括回转基座和手臂总成，手臂总成包括下臂总成、上臂总成和机械爪安装总成；所述上臂总成包括上臂体和上臂驱动机构，上臂体包括沿其自身长向滑动连接的上臂体前段和上臂体后段；上臂体后段的后端设有用于驱动上臂体前段滑动的丝杠螺母副和用于驱动丝杠转动的驱动装置，本实用新型的伸缩臂式工业机器人，机械臂体的整体重量较轻、体积较小，机械臂体的转动灵活性和彼此间的转动适应性大大提高，制造和维护成本得到降低。
4.上述现有技术虽然具备驱动动作的功能，但是联动臂腕位置处与夹持机构端连接的组件为了保证多角度的转动，一般设置有电机和驱动盘实现单个平面的转动，再设置有一系列联动构件实现多平面的调节；需要多套结构配合动作，完成联动臂腕与夹持机构的安装面贴合，才能正常进行安装，且操作精度较低，难以进行小角度调节。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种高强度的工业机器人联动臂腕及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的目前联动臂腕位置处与夹持机构端连接的组件为了保证多角度的转动，一般设置有电机和驱动盘实现单个平面的转动，再设置有一系列联动构件实现多平面的调节；需要多套结构配合动作，完成联动臂腕与夹持机构的安装面贴合，才能正常进行安装，且操作精度较低，难以进行小角度调节的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高强度的工业机器人联动臂腕，包括固定底板和辅转动臂，所述辅转动臂的一侧安装有角度调节组件，所述角度调节组件包括固定板，固定板与辅转动臂固定连接，所述固定板的一侧焊接固定有两个支撑板，前端所述支撑板的前端安装有第四驱动电机，后端所述支撑板的后端安装有第五驱动电机，两个所述支撑板之间通过轴承转动连接有连接蜗杆，第四驱动电机的输出轴端连接有连接蜗杆，所述第四驱动电机的输出轴端连接有支撑架，所述支撑架包括第一固定环、第二固定环和第三固定环，第三固定环与第四驱动电机的输出轴端通过键槽固定，第二固定环和第三固定环固定连接，第一固定环设置于连接蜗杆上轴外部沿前端所述支撑板的前端，第二固定环和第三固定环设置于连接蜗杆上轴外部沿后端所述支撑板的后端，第一固定环、第二固定环和第三固定环与连接蜗杆上轴通过轴承转动连接，所述第一固定环和第二固定环一端的中间焊接固定有连接板，所述连接板的另一端焊接固定有连接框架，所述连接框架两
侧面的中间一体连接有第四固定环，所述第四固定环的外侧通过轴固定连接有侧杆，两个所述第四固定环之间通过轴转动连接有调节齿轮，调节齿轮与连接蜗杆啮合，所述侧杆的另一端通过螺栓连接有连接块，所述连接块的另一端固定连接有安装板。
7.优选的，所述固定底板的上端焊接固定有固定底座，固定底座设置为空心结构，所述固定底座的内部安装有转动电机，所述固定底座上端的中间沿转动电机的输出轴端安装有竖向蜗杆，所述固定底座的上端设置有升降调节单元，所述升降调节单元包括第二支撑座，第二支撑座焊接于固定底座上，第二支撑座环形排列于竖向蜗杆外侧，所述第二支撑座内通过轴转动连接有第一固定c形件，所述第一固定c形件内固定连接有转动齿轮，转动齿轮与竖向蜗杆啮合，所述第一固定c形件的外端焊接固定有固定杆，所述固定杆的另一端焊接固定有第二固定c形件，所述第二固定c形件上通过轴转动连接有连接杆，所述连接杆的另一端通过轴转动连接有第三支撑座。
8.优选的，所述升降调节单元的上端设置有支撑台，第三支撑座焊接固定于支撑台下端，所述支撑台上端的一侧设置有第一支撑座，所述第一支撑座上端设置有主转动臂，主转动臂与辅转动臂远离角度调节组件的一侧安装有辅助拉动单元。
9.优选的，所述第一支撑座与主转动臂之间通过驱动转动轴连接，驱动转动轴与主转动臂固定连接，所述第一支撑座的前端安装有第二驱动电机，第二驱动电机的输出轴端与驱动转动轴通过联轴器固定，所述第一支撑座的后端安装有第三驱动电机，所述第一支撑座内部下端沿第三驱动电机的输出轴端安装有驱动齿轮，所述辅助拉动单元包括下转动组件，所述下转动组件包括下转动盘，下转动盘与驱动转动轴通过轴承转动连接，所述下转动盘的外部设置有从动齿部，从动齿部与驱动齿轮啮合。
10.优选的，所述下转动盘的上端焊接固定有下l形连接杆，所述下l形连接杆上端面贯穿开设有镂空部，所述下l形连接杆的另一端焊接固定有下转动片，所述辅助拉动单元还包括上转动组件，所述上转动组件包括上转动盘，上转动盘的直径与下转动盘的直径相同，所述上转动盘的上端焊接固定有上l形连接杆，辅转动臂靠近上l形连接杆一侧开设有槽，上l形连接杆嵌入槽内并与辅转动臂焊接固定，上l形连接杆与下l形连接杆的截面尺寸相同，所述上l形连接杆的另一端的前后两端焊接固定有上转动片，所述下转动组件与上转动组件之间设置有联动杆和固定盘，联动杆位于上下两个所述固定盘之间，联动杆和固定盘焊接固定，上端所述固定盘与上转动片通过轴转动连接，下端所述固定盘与下转动片通过轴转动连接。
11.优选的，所述主转动臂与辅转动臂之间设置有辅助支撑组件，所述辅助支撑组件包括弹簧杆，所述弹簧杆与主转动臂通过第一转动件连接，所述弹簧杆与辅转动臂通过第二转动件连接，第一转动件焊接于主转动臂上，第二转动件焊接于辅转动臂上，第一转动件和第二转动件与弹簧杆通过轴转动连接。
12.优选的，所述支撑台上端面的一侧转动连接有转动盘，第一支撑座焊接固定于转动盘上端，所述支撑台内部沿转动盘下端通过轴连接有从动转动齿轮，所述支撑台内部沿从动转动齿轮的一侧设置有驱动转动齿轮，驱动转动齿轮与从动转动齿轮啮合，所述支撑台上端的另一侧安装有第一驱动电机，第一驱动电机的输出轴端穿过支撑台上端面与驱动转动齿轮通过键槽固定。
13.一种使用方法，包括如下步骤：
14.步骤一：第一驱动电机驱动驱动转动齿轮转动，在驱动转动齿轮和从动转动齿轮的啮合作用下，从动转动齿轮带动转动盘转动，角度调节组件朝向安装位置；
15.步骤二：第二驱动电机带动驱动转动轴转动，直接带动主转动臂转动，第三驱动电机带动驱动齿轮转动，通过驱动齿轮与下转动盘上从动齿部的啮合关系带动下转动组件转动，下转动组件上下转动片与联动杆上固定盘通过轴转动，拉动联动杆向下或推动联动杆向上，带动上转动组件转动向下或向上，调节主转动臂和辅转动臂角度；
16.步骤三：固定底座内转动电机驱动竖向蜗杆转动，通过竖向蜗杆与转动齿轮的啮合连接关系，带动与转动齿轮固定的第一固定c形件转动，与第一固定c形件固定的固定杆和第二固定c形件同步转动，拉动连接杆向下或推动连接杆向上，支撑台带动其上部结构整体向下或向上，角度调节组件的安装板基本与安装结构的安装部贴合；
17.步骤四：第五驱动电机驱动支撑架转动，支撑架、调节齿轮、侧杆、连接块和安装板同步转动，安装板绕连接蜗杆转动，由于调节齿轮绕轴转动时与连接蜗杆啮合而以调节齿轮中心为圆心转动，因此同时驱动第四驱动电机带动连接蜗杆转动，保持调节齿轮仅绕连接蜗杆转动，进行单一平面的小角度调节；
18.步骤五：第四驱动电机带动连接蜗杆转动，在连接蜗杆与调节齿轮的啮合作用下，调节齿轮以调节齿轮中心为圆心转动，配合步骤四的绕连接蜗杆转动方案，实现多平面的小角度调节。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
20.1、该发明中，第五驱动电机驱动支撑架转动，支撑架、调节齿轮、侧杆、连接块和安装板同步转动，安装板绕连接蜗杆转动，由于调节齿轮绕轴转动时与连接蜗杆啮合而以调节齿轮中心为圆心转动，因此同时驱动第四驱动电机带动连接蜗杆转动，保持调节齿轮仅绕连接蜗杆转动，进行单一平面的小角度调节；而需要多平面的小角度调节时，第四驱动电机带动连接蜗杆转动，超过保持调节齿轮仅绕连接蜗杆转动的速度，此时在连接蜗杆与调节齿轮的啮合作用下，调节齿轮以调节齿轮中心为圆心转动，配合绕连接蜗杆转动方案，实现多平面的小角度调节。整套结构不同于传统的电机驱动转动以及联动拉动的方案，整个调节位于同一装置上，不需要两套结构配合，操作更简单，解决了目前联动臂腕位置处与夹持机构端连接的组件为了保证多角度的转动，一般设置有电机和驱动盘实现单个平面的转动，再设置有一系列联动构件实现多平面的调节；需要多套结构配合动作，完成联动臂腕与夹持机构的安装面贴合，才能正常进行安装，且操作精度较低，难以进行小角度调节的问题。且整套结构配合作用可以实现小角度的调节，使安装位置更精准，在后续加工时操作精度更高。
21.2、该发明中，固定底座内转动电机驱动竖向蜗杆转动，通过竖向蜗杆与转动齿轮的啮合连接关系，带动与转动齿轮固定的第一固定c形件转动，与第一固定c形件固定的固定杆和第二固定c形件同步转动，拉动连接杆向下或推动连接杆向上，支撑台带动其上部结构整体向下或向上。不需要来回调节主转动臂和辅转动臂的角度使高度适中。当加工件需要垂直上下动作时，能够减小中间调节过程，操作更简便。
22.3、该发明中，第二驱动电机带动驱动转动轴转动，直接带动主转动臂转动，第三驱动电机带动驱动齿轮转动，通过驱动齿轮与下转动盘上从动齿部的啮合关系带动下转动组件转动，下转动组件上下转动片与联动杆上固定盘通过轴转动，拉动联动杆向下或推动联
动杆向上，带动上转动组件转动向下或向上，从而调节主转动臂和辅转动臂角度。辅转动臂的调节不是电机直接驱动的，而是通过齿部啮合关系而调节的，调节精度更高，在主转动臂被电机直接驱动，角度调节精度不够的情况下，辅转动臂有利于控制最终调节的角度与目标角度的误差低，更有利于后续的生产工作。
附图说明
23.图1为本发明的一种高强度的工业机器人联动臂腕的主视图；
24.图2为本发明的一种高强度的工业机器人联动臂腕的第一支撑座、主转动臂、辅助拉动单元、第二驱动电机、驱动转动轴、第三驱动电机和驱动齿轮的侧视连接结构示意图；
25.图3为本发明的一种高强度的工业机器人联动臂腕的辅助拉动单元的立体结构示意图；
26.图4为本发明的一种高强度的工业机器人联动臂腕的转动盘、第一驱动电机、从动转动齿轮和驱动转动齿轮的连接结构示意图；
27.图5为本发明的一种高强度的工业机器人联动臂腕的升降调节单元的俯视结构示意图；
28.图6为本发明的一种高强度的工业机器人联动臂腕的角度调节组件的侧视结构示意图；
29.图7为本发明的一种高强度的工业机器人联动臂腕的支撑架的立体结构示意图。
30.图中：1、固定底板；2、固定底座；3、升降调节单元；4、支撑台；5、转动盘；6、第一驱动电机；7、第一支撑座；8、主转动臂；9、辅助拉动单元；10、辅转动臂；11、角度调节组件；12、辅助支撑组件；13、第一转动件；14、第二转动件；15、弹簧杆；16、第二驱动电机；17、驱动转动轴；18、第三驱动电机；19、驱动齿轮；20、下转动组件；21、上转动组件；22、下转动盘；23、从动齿部；24、下l形连接杆；25、镂空部；26、下转动片；27、联动杆；28、固定盘；29、上转动盘；30、上l形连接杆；31、上转动片；32、从动转动齿轮；33、驱动转动齿轮；34、竖向蜗杆；35、第二支撑座；36、转动齿轮；37、第一固定c形件；38、固定杆；39、第二固定c形件；40、连接杆；41、第三支撑座；42、固定板；43、第四驱动电机；44、第五驱动电机；45、支撑板；46、连接蜗杆；47、支撑架；48、调节齿轮；49、侧杆；50、连接块；51、安装板；52、第一固定环；53、第二固定环；54、第三固定环；55、连接板；56、连接框架；57、第四固定环。
具体实施方式
31.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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
32.请参阅图1-7，本发明提供的一种实施例：一种高强度的工业机器人联动臂腕，包括固定底板1和辅转动臂10，辅转动臂10的一侧安装有角度调节组件11，角度调节组件11包括固定板42，固定板42与辅转动臂10固定连接，固定板42的一侧焊接固定有两个支撑板45，前端支撑板45的前端安装有第四驱动电机43，后端支撑板45的后端安装有第五驱动电机44，两个支撑板45之间通过轴承转动连接有连接蜗杆46，第四驱动电机43的输出轴端连接有连接蜗杆46，第四驱动电机43的输出轴端连接有支撑架47，支撑架47包括第一固定环52、第二固定环53和第三固定环54，第三固定环54与第四驱动电机43的输出轴端通过键槽固
定，第二固定环53和第三固定环54固定连接，第一固定环52设置于连接蜗杆46上轴外部沿前端支撑板45的前端，第二固定环53和第三固定环54设置于连接蜗杆46上轴外部沿后端支撑板45的后端，第一固定环52、第二固定环53和第三固定环54与连接蜗杆46上轴通过轴承转动连接，第一固定环52和第二固定环53一端的中间焊接固定有连接板55，连接板55的另一端焊接固定有连接框架56，连接框架56两侧面的中间一体连接有第四固定环57，第四固定环57的外侧通过轴固定连接有侧杆49，两个第四固定环57之间通过轴转动连接有调节齿轮48，调节齿轮48与连接蜗杆46啮合，侧杆49的另一端通过螺栓连接有连接块50，连接块50的另一端固定连接有安装板51。
33.第五驱动电机44驱动支撑架47转动，支撑架47、调节齿轮48、侧杆49、连接块50和安装板51同步转动，安装板51绕连接蜗杆46转动时，由于调节齿轮48绕轴转动时与连接蜗杆46啮合而以调节齿轮48中心为圆心转动，因此同时驱动第四驱动电机43带动连接蜗杆46转动，保持调节齿轮48仅绕连接蜗杆46转动；而需要多平面的小角度调节时，第四驱动电机43带动连接蜗杆46转动，超过保持调节齿轮48仅绕连接蜗杆46转动的速度，此时在连接蜗杆46与调节齿轮48的啮合作用下，调节齿轮48以调节齿轮48中心为圆心转动，配合绕连接蜗杆46转动方案，实现多平面的小角度调节。整套结构不同于传统的电机驱动转动以及联动拉动来调节角度的方案，整个调节位于同一套操作单元上，不需要两套结构配合，操作更简单；且整套结构配合作用可以实现小角度的调节，使安装位置更精准，在后续加工时操作精度更高。
34.请参阅图1和图5，固定底板1的上端焊接固定有固定底座2，固定底座2设置为空心结构，固定底座2的内部安装有转动电机，固定底座2上端的中间沿转动电机的输出轴端安装有竖向蜗杆34，固定底座2的上端设置有升降调节单元3，主要在其他结构不动作的情况下调节产品上下高度；升降调节单元3包括第二支撑座35，第二支撑座35焊接于固定底座2上，第二支撑座35环形排列于竖向蜗杆34外侧，在图中，第二支撑座35及其相关连接结构均设置有三个，三个已经能够支撑稳定，但也能根据工业机器人的工作环境，适当增加数量，使其更加稳定。第二支撑座35内通过轴转动连接有第一固定c形件37，第一固定c形件37内固定连接有转动齿轮36，第一固定c形件37与转动齿轮36共同转动，转动齿轮36与竖向蜗杆34啮合，第一固定c形件的外端焊接固定有固定杆38，固定杆38的另一端焊接固定有第二固定c形件39，第二固定c形件39上通过轴转动连接有连接杆40，连接杆40的另一端通过轴转动连接有第三支撑座41。
35.固定底座2内转动电机驱动竖向蜗杆34转动，通过竖向蜗杆34与转动齿轮36的啮合连接关系，带动与转动齿轮36固定的第一固定c形件37转动，与第一固定c形件37固定的固定杆38和第二固定c形件39同步转动，拉动连接杆40向下或推动连接杆40向上，支撑台4带动其上部结构整体向下或向上。
36.不需要来回驱动驱动设备工作来进行调节使高度适中，当加工件需要垂直上下动作时，能够减小中间调节过程，操作更简便。
37.请参阅图1和图4，升降调节单元3的上端设置有支撑台4，第三支撑座41焊接固定于支撑台4下端，支撑台4上端的一侧设置有第一支撑座7，支撑台4上端面的一侧转动连接有转动盘5，第一支撑座7焊接固定于转动盘5上端，支撑台4内部沿转动盘5下端通过轴连接有从动转动齿轮32，支撑台4内部沿从动转动齿轮32的一侧设置有驱动转动齿轮33，驱动转
动齿轮33与从动转动齿轮32啮合，支撑台4上端的另一侧安装有第一驱动电机6，第一驱动电机6的输出轴端穿过支撑台4上端面与驱动转动齿轮33通过键槽固定，第一驱动电机6驱动驱动转动齿轮33转动，在驱动转动齿轮33和从动转动齿轮32的啮合作用下，从动转动齿轮32带动转动盘5转动，角度调节组件11朝向安装位置；第一支撑座7上端设置有主转动臂8，主转动臂8与辅转动臂10远离角度调节组件11的一侧安装有辅助拉动单元9。
38.请参阅图1、图2和图3，第一支撑座7与主转动臂8之间通过驱动转动轴17连接，驱动转动轴17与主转动臂8固定连接，第一支撑座7的前端安装有第二驱动电机16，第二驱动电机16的输出轴端与驱动转动轴17通过联轴器固定，第二驱动电机16带动驱动转动轴17转动，直接带动主转动臂8转动；第一支撑座7的后端安装有第三驱动电机18，第一支撑座7内部下端沿第三驱动电机18的输出轴端安装有驱动齿轮19，辅助拉动单元9包括下转动组件20，下转动组件20包括下转动盘22，下转动盘22与驱动转动轴17通过轴承转动连接，下转动盘22的外部设置有从动齿部23，从动齿部23与驱动齿轮19啮合，第三驱动电机18带动驱动齿轮19转动，通过驱动齿轮19与下转动盘22上从动齿部23的啮合关系带动下转动组件20转动；下转动盘22的上端焊接固定有下l形连接杆24，下l形连接杆24上端面贯穿开设有镂空部25，下l形连接杆24的另一端焊接固定有下转动片26，辅助拉动单元9还包括上转动组件21，上转动组件21包括上转动盘29，上转动盘29的直径与下转动盘22的直径相同，上转动盘29的上端焊接固定有上l形连接杆30，辅转动臂10靠近上l形连接杆30一侧开设有槽，上l形连接杆30嵌入槽内并与辅转动臂10焊接固定，上l形连接杆30与下l形连接杆24的截面尺寸相同，上l形连接杆30的另一端的前后两端焊接固定有上转动片31，下转动组件20与上转动组件21之间设置有联动杆27和固定盘28，联动杆27位于上下两个固定盘28之间，联动杆27和固定盘28焊接固定，上端固定盘28与上转动片31通过轴转动连接，下端固定盘28与下转动片26通过轴转动连接。镂空部25的设置是为了整个下转动组件20顺时针转动九十度时，依旧不阻碍联动杆27的运动，扩大调节角度。
39.下转动组件20上下转动片26与联动杆27上固定盘28通过轴转动，下转动组件20转动时会拉动联动杆27向下或推动联动杆27向上，带动上转动组件21转动向下或向上，从而调节主转动臂8和辅转动臂10角度。
40.由于辅转动臂10的调节不是电机直接驱动的，而是通过齿部啮合关系而调节的，调节精度更高，在主转动臂8被电机直接驱动，角度调节精度不够的情况下，辅转动臂10有利于控制最终调节的角度与目标角度的误差低。
41.请参阅图1，主转动臂8与辅转动臂10之间设置有辅助支撑组件12，辅助支撑组件12包括弹簧杆15，弹簧杆15与主转动臂8通过第一转动件13连接，弹簧杆15与辅转动臂10通过第二转动件14连接，第一转动件13焊接于主转动臂8上，第二转动件14焊接于辅转动臂10上，第一转动件13和第二转动件14与弹簧杆15通过轴转动连接。
42.弹簧杆15为套杆、中间杆、限位盘、缓冲弹簧等结构组成的，在辅转动臂10被带动动作时，由于固定点只有一点可能会不稳定，因此设置有弹簧杆15，形成三角稳定结构，使辅转动臂10能够稳定动作，不发生侧翻情况。
43.一种使用方法，包括如下步骤：
44.步骤一：第一驱动电机6驱动驱动转动齿轮33转动，在驱动转动齿轮33和从动转动齿轮32的啮合作用下，从动转动齿轮32带动转动盘5转动，角度调节组件11朝向安装位置；
45.步骤二：第二驱动电机16带动驱动转动轴17转动，直接带动主转动臂8转动，第三驱动电机18带动驱动齿轮19转动，通过驱动齿轮19与下转动盘22上从动齿部23的啮合关系带动下转动组件20转动，下转动组件20上下转动片26与联动杆27上固定盘28通过轴转动，拉动联动杆27向下或推动联动杆27向上，带动上转动组件21转动向下或向上，调节主转动臂8和辅转动臂10角度；
46.步骤三：固定底座2内转动电机驱动竖向蜗杆34转动，通过竖向蜗杆34与转动齿轮36的啮合连接关系，带动与转动齿轮36固定的第一固定c形件37转动，与第一固定c形件37固定的固定杆38和第二固定c形件39同步转动，拉动连接杆40向下或推动连接杆40向上，支撑台4带动其上部结构整体向下或向上，角度调节组件11的安装板51基本与安装结构的安装部贴合；
47.步骤四：第五驱动电机44驱动支撑架47转动，支撑架47、调节齿轮48、侧杆49、连接块50和安装板51同步转动，安装板51绕连接蜗杆46转动，由于调节齿轮48绕轴转动时与连接蜗杆46啮合而以调节齿轮48中心为圆心转动，因此同时驱动第四驱动电机43带动连接蜗杆46转动，保持调节齿轮48仅绕连接蜗杆46转动，进行单一平面的小角度调节；
48.步骤五：第四驱动电机43带动连接蜗杆46转动，在连接蜗杆46与调节齿轮48的啮合作用下，调节齿轮48以调节齿轮48中心为圆心转动，配合步骤四的绕连接蜗杆46转动方案，实现多平面的小角度调节。
49.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。