轻量级工业桌面机械臂及其转台结构和驱动组件、机器人的制作方法

1.本发明涉及机械臂领域，尤其涉及一种轻量级工业桌面机械臂及其转台结构和驱动组件、机器人。


背景技术：

2.1954年美国戴沃尔最早提出了工业机械臂的概念，工业机械臂要点是借助伺服技术控制机械臂的关节，利用人手对机械臂进行动作示教，机械臂能实现动作的记录和再现。这些工业机械臂主要由类似人的手和臂组成，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、等工业领域。
3.如cn204235546u所公开的一种工业型多关节机械臂，见图1所示，作为一种比较传统的工业机械臂，其在底座上配置有在转台上的大臂a1与小臂a2，由于关节轴数较多，通常为6至7轴，即需要6至7套电机及减速器、刹车、编码器等组件，虽然负载能力高，驱动控制精度高，但是存在体积大且制造成本高等问题。
4.基于上述工业机械臂存在的问题，发展出一种如jp2002021807所公开的采用平行四边形组合臂架的四轴工业机械臂，见图2所示，公开的桌面级机械臂主要是在固定台b1上可转动连接有转台b2，转台b2上配置有动力同时枢接有大臂b3，大臂b3的末端枢接有小臂b4，小臂b4末端为机械手b5，且明确指出其用于工业方向上的搬运，从附图结构看，其仍旧是电机 减速器直连的简单方案。这种工业机械臂一般用于不追求控制精度且用于平面-平面的码垛搬用工作，由于省掉了2个轴，降低了制造成本，这类机械臂一般采用大功率电机和大减速比减速器直连的动力方案，从而获得较大负载能力，相对如上述的传统的工业机械臂或us16/754874或cn111360787a公开的工业/协作机械臂而言，成本更低。us16/754874见图3所示，其在转台c1上配置功率电机和大减速比减速器直连，其大臂c2可转动地连接于转台c1，而小臂c3可转动地连接于大臂c2。cn111360787a见图4所示，包括第一关节d1、第二关节d2、第三关节d3、第四关节d4、第五关节d5、第六关节d6以及第七关节d7，每个关节均包括定制的具有减速器与电机的关节电机方案。
5.在近年来，市场上的出现一种轻量型桌面机械臂，与价格高昂、体型巨大的工业机械臂不同，桌面机械臂在保留传统机械臂特征的同时，又衍生出了许多自己的优点。比起工业机械臂几十千克甚至几百千克的重量，大部分桌面机械臂重量仅在10千克甚至3千克以内，占地面积可控制在不到一张a4纸大小，成年人完全可以直接用手搬运。整体上可以视为如cn204235546u所公开的一种工业型多关节机械臂的缩小简配版本，如cn205394539u、cn204868855u及cn110948470a公开的采用平行四边形组合臂架的轻量型桌面机械臂，一般此类机械臂由于精度不足和负载能力差，通常用于要求不高的教育培训场景，如编程教学、写字绘画、轻量级的抓取搬运等，其主要在小型化和降低成本方面有了长足的进展。此类机械臂见图5所示意的结构，但因此类轻量型桌面机械臂，主要采用低精度的齿轮箱或减速同步带进行减速，导致其负载比较小(一般负载在200至500克)，驱动控制精度不高，一般只能
适用于教育、教学编程等场景，在工业方向的应用上表现不尽人意。
6.而由于上述采用平行四边形组合臂架的轻量型桌面机械臂，具备体积小巧，成本低的特点，发现其在3c数码制造领域具备较好的应用前景，因为3c数码领域的生产零件通常比较轻巧，通常只有数克或数十克，而生产流程繁多，需要其自动化流水线搭建十分紧凑，而前述的工业机械臂虽然负载能力强、且精度高，但由于体积过大往往难以设置，反而这种轻量型机械臂更加适。同时，由于传统的工业/协作机械臂的价格/成本，是此类轻量型桌面机械臂的数倍，使此类轻量型桌面机械臂能够有效降低机械臂代替人工的成本，因此出现了此类轻量型桌面机械臂大规模应用于3c数码制造等轻工业领域的机会。
7.因此，发展出如cn112318547a、cn112454329b、cn112454326a、cn112454327a、cn112454328a、cn112454417a、cn112454346b所公开的轻量型桌面机械臂，见图6所示意的结构图，主要包括底座e1,可转动地安装于底座e1上的转台e2，转台e2上配置有电机与同步带减速器组成的动力部分，可转动连接于转台e2的大臂e3,大臂e3末端枢接有小臂e4。这类机械臂采用了电机 二级同步带轮作为传动及减速结构的方案，在保持体积小巧的形态下，进一步扩大了负载(约750克)及保持了较高的控制精度(重复定位精度约0.02mm)，另从cn112466568a案中可见，由于为了保持体积的小巧，在结构上已经逼近了生产工艺的极限，但此结构仍然存在运动系统刚性不佳及惯量比仍然较大的问题。
8.同时，随着上述轻量型桌面机械臂在利用3c数码制造领域中的不断应用，发现由于3c数码制造领域中的生产需要和提高生产效率的需要，往往需要采用复杂的治具或夹具，如为了同时吸放多个物料，需要采用有多组吸盘的吸盘治具，此时，此类治具或夹具的质量可能达到500克至1000克，甚至更高，再加工件重量等，此时上述如cn112318547a所公开的轻量型桌面机械臂的负载能力会存在不足，不能够适应此类对负载能力要求更高的应用场景。
9.若希望基于cn112318547a所公开的机械臂动力结构提高负载能力的话，首先需要提高减速比，但这种减速系统若再增加减速比，比如再增加一级同步带减速，会导致由于同步带级数越多，传动系统中低刚性传动环节增加，会导致传动系统刚性进一步降低，当传动系统刚性不佳时，在驱动侧(也就是电机侧)与被驱动侧(负载侧)之间会产生“间隙”或/和“弹性”效应，电机输出的驱动力传输到负载会有迟滞，并且在两侧之间会有相对位移，影响传动精度。另外，若采用扩大同步带的减速比的方式，需要加大同步带轮的中的大轮直径，因现有结构在保持体积紧凑的情况下大轮直径已逼近极限，不改变整体结构的话，没有大幅度增大同步带轮的中的大轮直径的空间，且加大同步带轮的减速比会导致对同步带的扭矩变大，降低同步带的寿命。
10.并且，本领域技术人员可以理解的是，电机的惯性矩为im，负载的惯性矩为ie，减速比为i，则惯量比＝ie/(im×
i2)。
11.而在机械臂运动控制方面，传动系统惯量比越大，机械臂动态性能越差，在非刚性的弹性运动系统的动态加减速运动过程中，由于间隙和弹性效应产生的电机侧与负载侧的“弹性碰撞”，会对惯量较小的电机的运行状态产生较大的“扰动”，这就直接增加了运动系统控制调整的难度，轻则影响控制精度，严重的可能造成机械臂的抖动甚至系统的振动和崩溃。而上面介绍的多关节机械臂，受传动方案的限制，在成本和空间的约束下，无法实现较大减速比，从而只能降低机械臂的负载能力来保证一定的动态性能，或者采用较大负载，
牺牲动态性能，在低精度低速的工况下运行。
12.综上，现有技术中存在的问题是：需要提供一种新结构的轻量级工业桌面机械臂传动方案，在保持体积和成本不大幅度提高的情况下，大幅度提高负载能力，同时保证高速、快速响应及平稳运行等动态性能。


技术实现要素：

13.本发明提供了一种轻量级工业桌面机械臂及其转台结构和驱动组件、机器人，其可以在保持体积和成本不大幅度提高的情况下，提高负载能力，同时保证高速、快速响应及平稳运行等动态性能。
14.本发明提供的轻量级工业桌面机械臂的转台结构，其包括大臂驱动电机、小臂驱动电机、大臂减速器、小臂减速器、大臂同步带轮组件、小臂同步带轮组件和小臂二级同步带轮组件；
15.所述小臂驱动电机和所述小臂同步带轮组件传动连接，所述小臂同步带轮组件和小臂二级同步带轮组件连接，所述小臂二级同步带轮组件和小臂减速器传动连接，所述小臂减速器用于驱动桌面机械臂的小臂组件；
16.所述大臂驱动电机与所述大臂同步带轮组件连接，所述大臂同步带轮组件与所述大臂减速器传动连接，所述大臂减速器用于驱动桌面机械臂的大臂组件；
17.所述大臂同步带轮组件、所述小臂同步带轮组件和所述小臂二级同步带轮组件的减速比大于1。
18.其中，所述大臂同步带轮组件包括大臂同步带主动轮、大臂同步带和大臂同步带从动轮，所述大臂同步带主动轮安装于大臂驱动电机的输出轴，所述大臂同步带一端套在所述大臂同步带主动轮之上，所述大臂同步带另一端套在所述大臂同步带从动轮之上，以使所述大臂同步带在所述大臂同步带主动轮与所述大臂同步带从动轮之间建立同步传动；和/或
19.所述小臂同步带轮组件包括小臂同步带主动轮、小臂同步带以及小臂同步带从动轮，所述小臂同步带主动轮安装于所述小臂驱动电机的输出轴，所述小臂同步带一端套在所述小臂同步带主动轮之上，所述小臂同步带另一端套在所述小臂同步带从动轮之上，以使所述小臂同步带在所述小臂同步带主动轮与所述小臂同步带从动轮之间建立同步传动；和/或
20.所述小臂二级同步带轮组件包括小臂二级同步带主动轮、小臂二级同步带以及小臂二级同步带从动轮，所述小臂二级同步带主动轮与所述小臂同步带从动轮连接，所述小臂二级同步带一端套在所述小臂二级同步带主动轮之上，所述小臂二级同步带另一端套在所述小臂二级同步带从动轮之上，以使所述小臂二级同步带在所述小臂二级同步带主动轮与所述小臂二级同步带从动轮之间建立同步传动。
21.其中，所述大臂减速器的减速比在3-25之间，所述大臂同步带轮组件的减速比在1.5-6之间；和/或，
22.所述小臂减速器的减速比在3-25之间，所述小臂同步带轮组件的减速比在1.5-6之间，所述小臂二级同步带轮组件的减速比在1.5-6之间。
23.其中，所述大臂减速器的减速比在5-15之间，所述大臂同步带轮组件的减速比在
3-5之间；和/或
24.所述小臂减速器的减速比在5-15之间，所述小臂同步带轮组件的减速比在3-5之间，所述小臂二级同步带轮组件的减速比在3-5之间。
25.其中，所述大臂减速器的减速比在5-10之间，所述大臂同步带轮组件的减速比在3-5之间；和/或
26.所述小臂减速器的减速比在5-10之间，所述小臂同步带轮组件的减速比在3-5之间，所述小臂二级同步带轮组件的减速比在3-5之间。
27.其中，所述转台结构还包括大臂二级同步带轮组件，所述大臂二级同步带轮组件包括大臂二级同步带主动轮、大臂二级同步带和大臂二级同步带从动轮；
28.所述大臂二级同步带主动轮与所述大臂同步带从动轮连接，所述大臂二级同步带的一端套在所述大臂二级同步带主动轮之上，所述大臂二级同步带的另一端套在所述大臂二级同步带从动轮之上，以使所述大臂二级同步带在所述大臂二级同步带主动轮与所述大臂二级同步带从动轮之间建立同步传动；所述大臂二级同步带从动轮传动连接于大臂减速器；
29.所述大臂二级同步带轮组件的减速比大于1。
30.其中，所述大臂二级同步带轮组件的减速比和所述大臂同步带轮组件的减速比等同。
31.本发明提供的轻量级工业桌面机械臂的驱动组件，其包括底座和转台，以及上述的转台结构；所述转台可转动地装配于所述底座；所述转台包括基座，所述基座用于安装所述轻量级工业桌面机械臂的转台结构。
32.其中，所述转台还包括平行设置的第一侧板和第二侧板，所述第一侧板和第二侧板设置在所述基座上。
33.其中，所述大臂驱动电机和小臂驱动电机设置在所述第一侧板和第二侧板之间，且所述大臂驱动电机和所述小臂驱动电机位于所述基座的前侧，或后侧，或分别位于所述基座的前侧和后侧；所述大臂驱动电机与所述小臂驱动电机相对上下布置或前后布置。
34.其中，所述大臂驱动电机的输出端朝向所述第二侧板，所述大臂减速器位于所述第二侧板的背向所述第一侧板的一侧；所述大臂同步带轮组件位于所述第二侧板的背向所述第一侧板的一侧。
35.其中，所述小臂驱动电机的输出端朝向所述第一侧板，所述小臂减速器位于所述第一侧板的背向所述第二侧板的一侧，所述小臂同步带轮组件和小臂二级同步带轮组件位于所述第一侧板的背向所述第二侧板的一侧。
36.其中，所述转台结构还包括大臂二级同步带轮组件，所述大臂二级同步带轮组件包括大臂二级同步带主动轮、大臂二级同步带和大臂二级同步带从动轮；所述大臂二级同步带轮组件位于所述第二侧板的背向所述第一侧板的一侧。
37.本发明提供的轻量级工业桌面机械臂，其包括上述的轻量级工业桌面机械臂的驱动组件。
38.其中，所述轻量级工业桌面机械臂还包括与所述转台结构枢接的大臂组件，以及与大臂组件另一端枢接的小臂组件，以及与所述小臂组件连接的末端执行器，所述大臂组件与所述小臂组件配置为平行四边形组合臂架。
39.本发明提供的机器人，其包括上述的轻量级工业桌面机械臂。
40.本发明实施例提供的轻量级工业桌面机械臂的转台结构和驱动组件、轻量级工业桌面机械臂、机器人与现有技术相比具有如下优点：
41.本发明实施例提供的轻量级工业桌面机械臂属于小型工业用桌面级机械臂，其利用电机 减速器 同步带的动力方案，克服了现有小型工业用桌面级机械臂的极限限制，从而可在体积、重量、运控性能以及成本几个方面上达到均衡，在保持体积小巧的形态下，进一步扩大了负载(约1000克以上)及保持了较高的控制精度(重复定位精度约0.02mm)。同时由于减速器与同步带均可以调节减速比，且可调节减速比范围较大，因此使动力架构具有更大更灵活的减速比调整范围，可以适用多种应用场景。
42.其中，大臂以及小臂的动力均采用电机 减速器 同步带的动力配置，如此，在桌面级机械臂的客观限制条件下，能大幅提升减速比，相同负载情况下，减速比增大，可以使得系统惯量比减小，控制系统更加容易对电机进行控制，机器人运行更平稳，启停加减速动态性能更好；同时对电机的转矩要求更低，能有效避免电机长期在较低速度下运行出现的速度波动大、效率低的问题。同时，可以选择规格更小、转子惯量更低的电机，体积小重量轻的电机，能减轻机器人的负载，符合轻量级工业桌面机械臂的定位。
附图说明
43.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
44.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
45.图1为第一种现有机械臂实施例的结构示意图；
46.图2为第二种现有机械臂实施例的结构示意图；
47.图3为第三种现有桌面机械臂实施例的结构示意图；
48.图4为第四种现有桌面机械臂实施例的结构示意图；
49.图5为第五种现有桌面机械臂实施例的结构示意图；
50.图6为第六种现有桌面机械臂实施例的结构示意图；
51.图7为本技术一实施例提供的一种轻量级工业桌面机械臂在第一视角方向上的结构示意图；
52.图8为本技术一实施例提供的一种轻量级工业桌面机械臂在第二视角方向上的结构示意图；
53.图9为本技术一实施例提供的一种轻量级工业桌面机械臂在第三视角方向上的结构示意图；
54.图10为本技术一实施例提供的一种轻量级工业桌面机械臂在第四视角方向上的结构示意图；
55.图11为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的转台结构在第一视角方向上的结构示意图；
56.图12为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的转台结构在第二视角方向上的
结构示意图；
57.图13为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的转台结构在第一视角方向上的分解示意图；
58.图14为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的转台结构在第二视角方向上的分解示意图；
59.图15为大臂驱动电机和小臂驱动电机在转台的前侧沿上下方向错开设置的示意图；
60.图16为大臂驱动电机和小臂驱动电机在转台的后侧沿上下方向错开设置的示意图；
61.图17为本技术一实施例提供的另一种桌面机械臂在第一视角方向上的结构示意图；
62.图18为本技术一实施例提供的另一种桌面机械臂在第二视角方向上的结构示意图；
63.图19为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的转台结构在第一视角方向上的结构示意图；
64.图20为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的转台结构在第二视角方向上的结构示意图；
65.图21为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的转台结构在第一视角方向上的分解示意图；
66.图22为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的转台结构在第二视角方向上的分解示意图。
67.图中：
68.110-大臂组件；
69.120-小臂组件；
70.130-小臂连接件；
71.140-末端执行器；
72.150-转台结构；
73.1510-小臂驱动电机；1511-小臂减速器；1512-小臂同步带轮组件；1513-小臂二级同步带轮组件；
74.15120-小臂同步带主动轮；15121-小臂同步带从动轮；15122-小臂同步带；
75.15130-小臂二级同步带主动轮；15131-小臂二级同步带从动轮；15132-小臂二级同步带；1520-大臂驱动电机；1521-大臂减速器；1522-大臂同步带轮组件；
76.15220-大臂同步带主动轮；15221-大臂同步带从动轮；15222-大臂同步带；
77.153-转台；
78.1530-第一侧板；1531-第二侧板；1532-基座；
79.15300、15310-枢接孔；
80.160-底座；
81.1601-转轴；
82.170-连接件；
83.210-大臂组件；
84.220-小臂组件；
85.230-小臂连接件；
86.240-末端执行器；
87.250-转台结构；
88.2510-小臂驱动电机；2511-小臂减速器；2512-小臂同步带轮组件；2513-小臂二级同步带轮组件；25120-小臂同步带主动轮；25121-小臂同步带从动轮；25122-小臂同步带；
89.25130-小臂二级同步带主动轮；25131-小臂二级同步带从动轮；25132-小臂二级同步带；
90.2520-大臂驱动电机；2521-大臂减速器；2522-大臂同步带轮组件；2523-大臂二级同步带轮组件；
91.25220-大臂同步带主动轮；25221-大臂同步带从动轮；25222-大臂同步带；
92.25230-大臂二级同步带主动轮；25231-大臂二级同步带从动轮；25232-大臂二级同步带；
93.253-转台；
94.2530-第一侧板；2531-第二侧板；2532-基座；
95.25300、25310-枢接孔；
96.260-底座；
97.2601-转轴；
98.270-连接件。
具体实施方式
99.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。
100.本发明旨在解决现有桌面机械臂动力组件在成本和空间的约束下，无法实现较大减速比，从而只能降低机械臂的负载能力来保证一定的动态性能，或者采用较大负载，牺牲动态性能，在低精度低速的工况下运行的技术问题。
101.本发明的主要技术思路在于，提供一种轻量级工业桌面机械臂的转台结构，其包括大臂驱动电机、小臂驱动电机、大臂减速器、小臂减速器、大臂同步带轮组件、和小臂同步带轮组件和小臂二级同步带轮组件；所述小臂驱动电机和所述小臂同步带轮组件传动连接，所述小臂同步带轮组件和小臂二级同步带轮组件连接，所述小臂二级同步带轮组件和小臂减速器传动连接，所述小臂减速器用于驱动桌面机械臂的小臂组件；所述大臂驱动电机与所述大臂同步带轮组件连接，所述大臂同步带轮组件与所述大臂减速器传动连接，所述大臂减速器和所述大臂同步带轮组件传动连接，所述大臂同步带轮组件用于驱动桌面机械臂的大臂组件；所述大臂同步带轮组件、和所述小臂同步带轮组件和所述小臂二级同步带轮组件的减速比大于1。其中，大臂组件以及小臂组件的动力均采用驱动电机 减速器 同步带的动力配置，如此，在桌面级机械臂的客观限制条件下，能大幅提升电机减速比，相同
负载情况下，减速比增大，可以使得系统惯量比减小，控制系统更加容易对电机进行控制，运行更平稳，启停加减速动态性能更好；同时对驱动电机的转矩要求更低，能有效避免驱动电机长期在较低速度下运行出现的速度波动大、效率低的问题。同时，可以选择规格更小、转子惯量更低的驱动电机，体积小重量轻的驱动电机，能减轻负载，符合轻量级工业桌面机械臂的定位。
102.同时由于采用了减速器，所以对整体刚性影响减小，当传动链整体刚性较高时，在驱动侧(也就是驱动电机侧)与被驱动侧(负载侧)之间会降低“间隙”或/和“弹性”效应，驱动电机输出的驱动力传输到负载迟滞减少，从而减少由负载传导到运行状态的驱动电机的“扰动”，控制系统更加容易对驱动电机进行控制，运行更平稳。并且驱动电机均与减速器同轴配置，不仅便于驱动电机与减速器的安装同时也能减少用于传动与装配的零件，从而减少整体重量。相较于同级普遍使用同步带组件进行减速的方案，采用本技术的思路显然可以选用更小的驱动电机或者认为实现了重量更轻、控制精度更高的动力组合。
103.为便于更形象地理解本技术解决技术问题的技术思路，以下结合附图对本发明示例性实施例进行介绍。
104.在本发明提供的轻量级工业桌面机械臂的转台结构的一个实施例中，参看图7-图10，转台结构用于轻量级工业桌面机械臂。一般地，如图7-10所示，轻量级工业桌面机械臂包括大臂组件110、小臂组件120、小臂连接件130、末端执行器140和转台结构150，其中，转台结构150与大臂组件110的一端枢接，大臂组件110的另一端和小臂组件120枢接；转台结构150还通过小臂连接件130与小臂组件120连接；末端执行器140连接在小臂组件120上，大臂组件110和小臂组件120配置为平行四边形组合臂架。
105.在本发明的一个实施例中，如图11-14所示，转台结构150包括大臂驱动电机1520、小臂驱动电机1510、大臂减速器1521、小臂减速器1511、大臂同步带轮组件1522、小臂同步带轮组件1512和小臂二级同步带轮组件1513。小臂驱动电机1510和小臂同步带轮组件1512传动连接，小臂同步带轮组件1512和小臂二级同步带轮组件1513连接，小臂二级同步带轮组件1513和小臂减速器1511传动连接，小臂减速器1511用于驱动桌面机械臂的小臂组件120。大臂驱动电机1520与大臂同步带轮组件1522连接，大臂同步带轮组件1522和大臂减速器1521传动连接，大臂减速器1521用于驱动桌面机械臂的大臂组件110。大臂同步带轮组件1522和小臂同步带轮组件1512的减速比大于1。
106.就图11-图14所示的转台结构150而言，大臂组件110以及小臂组件120的动力采用驱动电机 减速器 同步带的动力配置，如此，能大幅提升驱动电机减速比；相同负载情况下，减速比增大，可以使得系统惯量比减小，控制系统更加容易对驱动电机进行控制，运行更平稳，启停加减速动态性能更好；同时对驱动电机的转矩要求更低，能有效避免驱动电机长期在较低速度下运行出现的速度波动大、效率低的问题。相较于同级普遍使用同步带组件进行减速的方案，采用本发明的思路显然可以选用更小的驱动电机或者认为实现了重量更轻精度更高的动力组合。
107.应该理解的是，附图中示出而且在本说明书中描述的桌面机械臂仅仅是能够采用本技术技术思路原理的许多种桌面机械臂中的一个示例。应清楚地理解，本发明的原理绝非仅限于附图中示出或本说明书中描述的桌面机械臂的任何细节或桌面机械臂的任何部件。另一方面大臂组件110、小臂组件120以及末端执行器140的具体结构有各种现有结构可
供选择，本技术人在申请日前也有多个专利记载有可供选择的结构，因此在此不再展开赘述。
108.在本发明的一个实施例中，如图11-图14所示，并结合图7-图10，轻量级工业桌面机械臂的驱动组件包括底座160和转台153，以及转台结构150。转台153可转动地装配于底座160；转台153包括基座1532，基座1532用于安装轻量级工业桌面机械臂的转台结构150。转台153用于以枢接方式安装大臂组件110和小臂连接件130。对于枢接在转台153上的大臂组件110，将其与大臂驱动电机1520(通过大臂减速器1521和大臂同步带轮组件1522)连接，在大臂驱动电机1520的驱动下，可以以大臂组件110和转台153之间的枢接处为轴进行转动。对于枢接在转台153上的小臂连接件130，将其与小臂驱动电机1510(通过小臂减速器1511、小臂同步带轮组件1512和小臂二级同步带轮组件1513)连接，在小臂驱动电机1510的驱动下，可以以小臂连接件130和转台153之间的枢接处为轴进行转动；在小臂连接件130进行转动时，可以带动小臂组件120以小臂组件120的首端的与大臂组件110末端之间的连接处为轴相对于大臂组件110进行转动。
109.在本发明的一个实施例中，如图11-图14所示，小臂驱动电机1510的输出端和小臂同步带轮组件1512连接，小臂同步带轮组件1512的另一端与小臂二级同步带轮组件1513连接，小臂二级同步带轮组件1513和小臂减速器1511连接，小臂减速器1511的输出端和小臂连接件30连接，以带动小臂组件120旋转。也即是，小臂驱动电机1510输出的动力依次经小臂同步带轮组件1512、小臂二级同步带轮组件1513和小臂减速器1511传输到小臂组件120，从而驱动小臂组件120旋转。
110.在本发明的一个实施例中，如图11-图14所示，小臂同步带轮组件1512包括小臂同步带主动轮15120、小臂同步带从动轮15121和小臂同步带15122。小臂同步带主动轮15120安装于小臂驱动电机1510的输出轴，小臂同步带15122一端套在小臂同步带主动轮15120之上，小臂同步带15122另一端套在小臂同步带从动轮15121之上，以使小臂同步带15122在小臂同步带主动轮15120与小臂同步带从动轮15121之间建立同步传动。小臂同步带从动轮15121在靠近大臂组件110的根部的位置与小臂二级同步带主动轮15130连接。可以理解的是，由于小臂驱动电机1510连接外径小的小臂同步带主动轮15120，通过小臂同步带15122连接外径更大的小臂同步带从动轮15121，小臂同步带从动轮15121设置在远离小臂驱动电机1510且靠近大臂组件110的位置，也就是说可以在靠近大臂组件110的根部空间较大的区域配置外径更大的小臂同步带从动轮15121，因此具有结构紧凑的效果。
111.小臂二级同步带轮组件1513包括小臂二级同步带主动轮15130、小臂二级同步带15132以及小臂二级同步带从动轮15131，小臂二级同步带主动轮15130与小臂同步带从动轮15121连接，小臂二级同步带15132一端套在小臂二级同步带主动轮15130之上，小臂二级同步带15132另一端套在小臂二级同步带从动轮15131之上，以使小臂二级同步带15132在小臂二级同步带主动轮15130与小臂二级同步带从动轮15131之间建立同步传动。小臂二级同步带从动轮15131在靠近大臂组件110的根部的位置与小臂连接件130连接。同上述小臂同步带轮组件1512一致，小臂二级同步带轮组件1513同样具有结构紧凑的效果。
112.在本发明的一个实施例中，小臂减速器1511的减速比在3-25之间。在此基础上，优选小臂减速器1511的减速比在5-15之间。以及，还可以进一步优选，小臂减速器1511的减速比在5-10之间。
113.在本发明的一个实施例中，小臂同步带轮组件1512的减速比在1.5-6之间。在此基础上，优选小臂同步带轮组件1512的减速比在3-5之间。
114.在本发明的一个实施例中，小臂二级同步带轮组件1513的减速比在1.5-6之间。在此基础上，优选小臂二级同步带轮组件1513的减速比在3-5之间。在本发明的一个实施例中，如图11-图14所示，大臂同步带轮组件1522包括大臂同步带主动轮15220、大臂同步带15222和大臂同步带从动轮15221，大臂同步带主动轮15220安装于大臂驱动电机1520的输出轴，大臂同步带15222一端套在大臂同步带主动轮15220之上，大臂同步带15222另一端套在大臂同步带从动轮15221之上，以使大臂同步带15222在大臂同步带主动轮15220与大臂同步带从动轮15221之间建立同步传动。大臂同步带从动轮15221在靠近大臂组件110的根部位置与大臂减速器1521，并通过大臂减速器1521和大臂组件110连接。可以理解的是，由于大臂驱动电机1520的输出轴连接外径小的大臂同步带主动轮15220，通过大臂同步带15222连接外径更大的大臂同步带从动轮15221，大臂同步带从动轮15221设置的在远离大臂驱动电机1520且靠近大臂组件110的位置，也就是说可以在靠近大臂组件110的根部空间较大的区域配置外径更大的大臂同步带从动轮15221，因此具有结构紧凑的效果。
115.在本发明的一个实施例中，大臂减速器1521的减速比在3-25之间。在此基础上，优选大臂减速器1521的减速比在5-15之间。以及，还可以进一步优选，大臂减速器1521的减速比在5-10之间。
116.在本发明的一个实施例中，大臂同步带轮组件1522的减速比在1.5-6之间。在此基础上，优选大臂同步带轮组件1522的减速比在3-5之间。以及，还可以进一步优选，大臂同步带轮组件大臂同步带轮组件1522的减速比在3-5之间。
117.在本发明的实施例中，沿大臂驱动电机1520的动力输出方向，大臂驱动电机1520的输出端和大臂同步带轮组件1522连接，大臂同步带轮组件1522和大臂减速器1521的输入端连接，大臂减速器1521的输出端与大臂驱动轴连接，以带动大臂组件110旋转。也即是，大臂驱动电机1520输出的动力依次经大臂同步带轮组件1522、大臂减速器1521传输到大臂组件110，从而驱动大臂组件110旋转。
118.根据本实施例，其中的大臂减速器1521以及小臂减速器1511均可以选择为行星减速器，行星减速器相对其他减速器，具有高刚性、高精度(单级可做到1分以内)、高传动效率(单级在97％-98％)、高扭矩体积比、终身免维护等特点。可以理解的是，行星减速器单级减速一般最小为3，最大一般不超过10，常见减速比为：3/4/5/6/8/10，减速器级数一般不超过3。
119.在本发明的一个实施例中，如图7-10所示，轻量级工业桌面机械臂包括大臂组件110、小臂组件120和设于大臂组件110与小臂组件120之间的连接件170，大臂组件110包括相对设置的大臂主杆1101和大臂副杆1102，小臂组件120包括相对设置的小臂主杆1201和小臂副杆1202。大臂主杆1101的第一端设有左右相对且间隔布置的两第一铰接部，连接件170为左右并列设置的两个且均位于两第一铰接部之间。小臂主杆1201的第一端设有第二铰接部，第二铰接部位于两连接件170之间，两第一铰接部、两连接件170以及第二铰接部通过第一铰接轴连接，大臂副杆1102的第一端和小臂副杆1202的第一端分别与两连接件170的相对两侧相铰接。大臂组件110作为臂体关节结构基础，其通过采用大臂主杆1101和大臂副杆1102的双杆体的结构设计，以实现双杆联合支撑，与目前大臂组件所采用的单杆体的
结构设计相比，其加强了支撑强度，提高了安全性；并且，大臂组件110的大臂副杆1102与小臂组件120的小臂副杆1202之间通过采用双连接件铰接相连的结构设计，与目前采用单个三角连接件相比，其加强了臂体结构之间的连接强度，提高了配合稳定性以及驱动效果；此外，还通过将大臂主杆1101、小臂主杆1201和双连接件进行同轴多点铰接设置，以进一步加强臂体结构之间的连接强度。
120.具体在本实施例中，大臂减速器1521的减速比选择在3-25之间，大臂同步带轮组件1522的减速比选择在1.5-6之间；小臂减速器1511的减速比选择在3-25之间，小臂同步带轮组件1512的减速比选择在1.5-6之间，小臂二级同步带轮组件1513的减速比选择在1.5-6之间。如此，大臂组件的动力的减速比可在4.5-150之间选择，小臂组件的动力的减速比可在6.75-900之间选择，在此动力架构下，减速比的选择与提升空间巨大，同时并不会明显提升整体重量与体积。
121.根据本技术更具体实施例，在三个同步带轮组件还保持在减速比在3-5之间的情况下，两个减速器的减速比选择在5-15之间。如此，大臂组件的动力的减速比可在15-75之间选择，小臂组件的动力的减速比可在45-375之间选择，在此动力架构下，以较简化的减速组件便可以实现较高的减速比，减速比的选择与提升空间巨大，同时并不会提升整体重量与体积。
122.根据本技术更具体实施例，大臂减速器1521的减速比选择在5-10之间，大臂同步带轮组件1522的减速比选择在3-5之间；小臂减速器1511的减速比选择在5-10之间，小臂同步带轮组件1512的减速比选择在3-5之间，小臂二级同步带轮组件1513的减速比选择在3-5之间。如此，大臂动力整体减速比可在15-50之间，小臂动力整体减速比可在45-250之间，在此动力架构下，以较简化的减速组件便可以实现较高的减速比，减速比的选择与提升空间巨大，同时并不会提升整体重量与体积。
123.在发明的一实施例中，如图11-图14所示，转台153包括平行设置的第一侧板1530和第二侧板1531，第一侧板1530和第二侧板1531设置在基座1532上。第一侧板1530和第二侧板1531上均设置有枢接孔；第一侧板1530上的枢接孔15300和第二侧板1531上的枢接孔15310的圆心之间的连线垂直于第一侧板1530和第二侧板1531。其中，大臂组件110与转台153枢接于第一侧板1530上的枢接孔15300和第二侧板1531上的枢接孔15310，小臂连接件130与转台153枢接于第一侧板1530上的枢接孔15300，大臂组件110的与第一侧板1530上的枢接孔15300枢接的枢接端和小臂连接件130的与第一侧板1530上的枢接孔15300枢接的枢接端同轴设置且可相对转动。通过上述设置，枢接在第一侧板1530和第二侧板1531上的枢接孔15300、15310的大臂组件110的两个部分能够以一个共同的轴向为中心转动。枢接在第一侧板1530上的枢接孔15300的小臂连接件30，也可以与大臂组件110在一个共同的轴向上转动。小臂连接件130和大臂组件110均与第一侧板1530枢接，且枢接孔15300为同一个，在设置大臂组件110和小臂连接件130时，二者的枢接端的同轴设置且可相对转动的关系，具体可以是包裹和嵌套的关系，例如，小臂连接件130的枢接端为环形，大臂组件110的枢接端插入到小臂连接件130的环形枢接端内，或者，大臂组件110的枢接端为环形，小臂连接件130的枢接端插入到大臂组件110的环形枢接端内。上述结构下，在第一侧板1530上的枢接孔15300处，小臂减速器1511的输出端与小臂连接件130连接，带动小臂连接件130转动，小臂连接件130的该转动独立于大臂组件110。在第二侧板1531的枢接孔15310处，大臂减速器
1521与大臂组件110连接，带动大臂组件110转动；对于大臂组件110而言，其虽然和第一侧板1530、第二侧板1531均形成枢接的关系，但在大臂组件110转动时，其与第二侧板1531之间的枢接端为主动端，在该端，具有驱动大臂组件110转动的转动动力；而与第一侧板1530之间的枢接端为从动端，在该端，没有驱动大臂组件110转动的转动动力。在本发明的一实施例中，大臂驱动电机1520和小臂驱动电机1510设置在第一侧板1530和第二侧板1531之间。大臂驱动电机1520和小臂驱动电机1510分别位于转台153的前侧和后侧，在前后方向错开。
124.就转台153而言，其前侧是指桌面机械臂的大臂组件110和小臂组件120进行转动活动的方向，而后侧则是指前侧的背向方向。除了图11-14所示的大臂驱动电机1520和小臂驱动电机1510分别位于转台153的前侧和后侧的设置方式外，在其他的实施例中，大臂驱动电机1520和小臂驱动电机1510还可以均位于转台153的前侧或者均位于转台153的后侧，沿上下方向错开，分别如图15和图16所示。
125.在发明的一实施例中，如图11-14所示，小臂驱动电机1510的输出端朝向第一侧板1530，大臂驱动电机1520的输出端朝向第二侧板1531。小臂减速器1511、小臂同步带轮组件1512和小臂二级同步带轮组件1513位于所述第一侧板1530的背向所述第二侧板1531的一侧。大臂同步带轮组件1522和大臂减速器1521位于所述第二侧板1531的背向所述第一侧板1530的一侧。通过这样设置，基本地，将大臂驱动电机1520输出的动力在第二侧板1531一侧输出给大臂组件110，而小臂驱动电机1510则在第一侧板1530一侧将动力传递给小臂连接件130及小臂组件120。在此基础上，小臂同步带轮组件1512、小臂二级同步带轮组件1513和大臂同步带轮组件1522位于第一侧板1530和第二侧板1531的外侧，便于对小臂同步带轮组件1512、大臂同步带轮组件1522中的各部件进行维修和更换。
126.在本发明的一实施例中，基座1532可旋转。通过设置可旋转的基座1532，将转台结构150中除基座1532之外的其他大部分结构都设置在基座1532上，使转台153能够形成为一个转台。
127.如图7-10所示，在本发明的一实施例中，轻量级工业桌面机械臂包括底座160，转台153以及安装在转台153上的转台结构150的其他结构安装在底座160上。底座160可以位于整机的底部，在底座160顶面配置有一个转轴1601，转轴1601可以是一个轴承总成，且该轴承总成不仅可以转动地连接于转台153下部的基座1532，并且该轴承总成还可以为一个空心转轴总成，以供信号线、控制线或电源线穿过转轴1601向转台153连接。
128.在本发明的一实施例中，两个电机的安装位置也可以分别配置在转台153的前侧与后侧，可使得两个电机以自身重量形成在转台153前后方向上的重量平衡，可知的是，桌面机械臂中电机及减速器重量占整体重量较大比例，以电机行成的平衡具有更好的稳定性。两个电机的安装位置分别配置在转台153的前侧与后侧也便于分别进行装配与维修。同时，对应电机的尾端，两个侧板均开设有让位缺口，以便于电机尾端可以借此凸出于外。两个侧板上的让位缺口还可以认为是为两个动力组合提供了安装或维修通道，方而方便动力组合的安装与拆换维修。
129.在本发明的一实施例中，大臂组件110、小臂组件120以及末端执行器140组成的臂体由转台153的前侧中部向前伸出，而大臂组件110的根部可转动地安装于转台153的两个侧板之间，而大臂同步带轮组件1522位于第二侧板1531的外侧，且大臂同步带轮组件1522
平行于第二侧板1531方向布置，小臂同步带轮组件1512和小臂二级同步带轮组件1513位于第一侧板1530的外侧，且小臂同步带轮组件1512和小臂二级同步带轮组件1513平行于第一侧板1530方向布置，大臂同步带轮组件1522与小臂同步带轮组件1512、小臂二级同步带轮组件1513对称地配置在转台153的两侧。而大臂减速器1521连接在大臂同步带轮组件1522和大臂组件110之间，小臂减速器1511连接在小臂二级同步带轮组件1513和小臂连接件130之间。可以看出，大臂组件110的动力及传动系统和小臂组件120的动力及传动系统均呈“[”或“]”形，且二者基本的对称排布，这样可以在转台153上形成相互平衡的配置。
[0130]
在本发明的另一实施例中，如图17-22所示，图17和图18所示为轻量级工业桌面机械臂，图19-22为轻量级工业桌面机械臂的转台结构250。具体地，轻量级工业桌面机械臂的转台结构250包括小臂驱动电机2510、大臂驱动电机2520、小臂减速器2511、大臂减速器2521、小臂同步带轮组件2512、小臂二级同步带轮组件2513和大臂同步带轮组件2522。上述小臂驱动电机2510、大臂驱动电机2520、小臂减速器2511、大臂减速器2521、小臂同步带轮组件2512、小臂二级同步带轮组件2513和大臂同步带轮组件2522与前述实施例中的小臂驱动电机1510、大臂驱动电机1520、小臂减速器1511、大臂减速器1521、小臂同步带轮组件1512、小臂二级同步带轮组件1513和大臂同步带轮组件1522基本一致。
[0131]
如图19-22所示，转台结构250还包括大臂二级同步带轮组件2523，大臂二级同步带轮组件2523包括大臂二级同步带主动轮25230、大臂二级同步带25232和大臂二级同步带从动轮25231。大臂二级同步带主动轮25230安装于大臂同步带从动轮25231的输出轴，大臂二级同步带25232的一端套在大臂二级同步带主动轮25230之上，大臂二级同步带25232的另一端套在大臂二级同步带从动轮25231之上，大臂二级同步带从动轮25231传动连接于大臂减速器2521。大臂二级同步带轮组件的减速比大于1。
[0132]
在本发明的实施例中，转台结构250还包括大臂二级同步带轮组件2523，大臂二级同步带轮组件2523包括大臂二级同步带主动轮25230、大臂二级同步带25232和大臂二级同步带从动轮25231。大臂二级同步带主动轮25230安装于大臂同步带从动轮25231的输出轴，大臂二级同步带25232的一端套在大臂二级同步带主动轮25230之上，大臂二级同步带25232的另一端套在大臂二级同步带从动轮25231之上，大臂二级同步带从动轮25231传动连接于大臂减速器2521。本实施例中，大臂二级同步带轮组件2523位于第二侧板2531外侧，也就是说，大臂同步带轮组件2522与大臂二级同步带轮组件2523均位于第二侧板2531两侧，从而便于进行配置与安装，且占用空间较小。
[0133]
在本发明的一实施例中，大臂二级同步带轮组件2523的减速比在1.5-6之间。也就是说，本实施例中还可以对大臂组件210配置大臂二级同步带轮组件2523，以便于将大臂组件210的减速比进行进一步提升，比如与前一实施例中的三种减速组合搭配，大臂驱动电机的整体减速比可在6.75-900之间，或者，大臂驱动电机的整体减速比可在22.5-450之间，或者，大臂驱动电机的整体减速比可在22.5-300之间，这样，所需要配置的大臂驱动电机的功率还可以进一步降低。进一步地，大臂二级同步带轮组件2523的减速比在3-5之间，此时，与前一实施例中的三种减速组合搭配，大臂驱动电机的整体减速比可在13.5-750之间，或者，大臂驱动电机的整体减速比可在45-375之间，或者，大臂驱动电机的整体减速比可在45-250之间。
[0134]
在本发明的一实施例中，如图19-22所示，大臂减速器2521位于第二侧板2531的背
向第一侧板2530的一侧之间，小臂减速器2511位于第一侧板2530的背向第二侧板2531的一侧。大臂同步带轮组件2522和大臂二级同步带轮组件2523位于第二侧板2531的背向第一侧板2530的一侧，小臂同步带轮组件2512和小臂二级同步带轮组件2513位于第一侧板2530的背向第二侧板2531的一侧。
[0135]
可以理解的是，本技术前述实施例中减速器的单级减速比一般最小为3，最大一般到10，常见减速比为：3/4/5/6/7/8/9/10，减速器级数一般不超过3。
[0136]
本技术前述实施例中的同步带轮组件是由一根内周表面设有等间距齿的封闭环形胶带和相应的带轮所组成。运动时，带齿与带轮的齿槽相啮合传递运动和动力，是一种啮合传动，因而具有齿轮传动、链传动和平带传动的各种优点。同步带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，可精密传动，传动平稳，能吸震，噪音小，传动减速比范围大，一般可达1：10，比如本技术实施例中单级同步带轮组速比可以为：1.5/2/3.75/4/5/6，允许线速度可达50m/s，传动效率高，一般可达98％-99％。
[0137]
在本发明提供的轻量级工业桌面机械臂的实施例中，轻量级工业桌面机械臂包括上述实施例中所提供的转台结构150或转台结构250。
[0138]
在轻量级工业桌面机械臂的一实施例中，轻量级工业桌面机械臂还包括与转台结构150枢接的大臂组件110，以及与大臂组件110另一端枢接的小臂组件120，以及与小臂组件120连接的末端执行器140，所述大臂组件110与所述小臂组件120配置为平行四边形组合臂架。
[0139]
在轻量级工业桌面机械臂的一实施例中，轻量级工业桌面机械臂还包括与转台结构250枢接的大臂组件210，以及与大臂组件210另一端枢接的小臂组件220，以及与小臂组件220连接的末端执行器240，所述大臂组件210与所述小臂组件220配置为平行四边形组合臂架。
[0140]
在本发明提供的机器人的实施例中，机器人包括上述实施例中所提供的轻量级工业桌面机械臂。
[0141]
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0142]
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。