转台结构、驱动组件、轻量级工业桌面机械臂及机器人的制作方法

1.本技术涉及轻量级工业桌面机械臂技术领域，尤其涉及一种轻量级工业桌面机械臂的转台结构、驱动组件、桌面机械臂以及机器人。


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
4.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。
5.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，公开的工业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。
6.在近年来，市场上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。
7.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数码领域生产的零件通常比较轻巧，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合。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。
8.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。
9.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。
10.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。
11.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)。
12.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。


技术实现要素：

13.本技术的目的在于提供一种新结构的轻量级工业桌面机械臂的转台结构、机械臂及机器人，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.第一方面，本技术提供一种轻量级工业桌面机械臂的转台结构，包括：大臂驱动电机、小臂驱动电机、大臂同步带轮组件、小臂同步带轮组件及小臂二级同步带轮组件；
15.所述大臂驱动电机连接有大臂减速器，所述小臂驱动电机连接有小臂减速器；
16.所述大臂同步带轮组件传动连接所述大臂减速器，所述大臂同步带轮组件用于驱动桌面机械臂的大臂；
17.所述小臂同步带轮组件传动连接所述小臂减速器及所述小臂二级同步带轮组件，所述小臂二级同步带轮组件用于驱动桌面机械臂的小臂；
18.其中，所述大臂同步带轮组件、所述小臂同步带轮组件及所述小臂二级同步带轮组件的减速比大于1。
19.本技术实施例中，所述大臂减速器固定安装于所述大臂驱动电机的输出轴；以及/或者，所述小臂减速器固定安装于所述小臂驱动电机的输出轴。
20.本技术实施例中，所述小臂同步带轮组件包括小臂同步带主动轮、小臂同步带及小臂同步带从动轮；
21.所述小臂同步带主动轮安装于所述小臂减速器的输出轴，所述小臂同步带一端套在所述小臂同步带主动轮外，所述小臂同步带另一端套在所述小臂同步带从动轮外，以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，
22.所述小臂二级同步带轮组件包括小臂二级同步带主动轮、小臂二级同步带及小臂二级同步带从动轮；
23.所述小臂二级同步带主动轮与所述小臂同步带从动轮同轴连接，所述小臂二级同步带的一端套在所述小臂二级同步带主动轮，另一端套在所述小臂二级同步带从动轮，所述小臂二级同步带从动轮传动连接小臂驱动轴。
24.本技术实施例中，所述大臂同步带轮组件包括大臂同步带主动轮、大臂同步带以及大臂同步带从动轮；
25.所述大臂同步带主动轮安装于所述大臂减速器的输出轴，所述大臂同步带一端套在所述大臂同步带主动轮外，所述大臂同步带另一端套在所述大臂同步带从动轮外，以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。
26.本技术实施例中，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、大臂二级同步带以及大臂二级同步带从动轮；
27.所述大臂二级同步带主动轮与所述大臂同步带从动轮同轴连接，所述大臂二级同步带一端套在所述大臂二级同步带主动轮外，所述大臂二级同步带另一端套在所述大臂二级同步带从动轮外，所述大臂二级同步带从动轮传动连接于大臂驱动轴；
28.其中，所述大臂二级同步带轮组件的减速比大于1。
29.本技术实施例中，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；以及/或者，
30.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。
31.本技术实施例中，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；以及/或者，
32.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。
33.本技术实施例中，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；以及/或者，
34.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。
35.第二方面，本技术提供一种轻量级工业桌面机械臂的驱动组件，包括上述轻量级工业桌面机械臂的转台结构；驱动组件还包括：
36.底座，以及
37.转台，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。
38.本技术实施例中，所述转台包括第一侧板、第二侧板以及底板，所述第一侧板与所述第二侧板相互间隔设置于所述底板。
39.本技术实施例中，所述第一侧板设有用于安装电机的安装座，所述第二侧板设有用于安装电机的安装座，所述第一侧板与所述第二侧板的安装座上下错开或前后错开。
40.本技术实施例中，所述第一侧板包括第一驱动轴孔，所述第一驱动轴孔位于所述第一侧板远离所述安装座的一侧；所述第二侧板包括第二驱动轴孔，所述第二驱动轴孔位于所述第二侧板远离所述安装座的一侧。
41.本技术实施例中，所述大臂驱动电机和所述小臂驱动电机分别位于所述基座的前侧与后侧，所述大臂同步带轮组件和所述小臂同步带轮组件分别位于所述基座的左右两外侧面；所述小臂二级同步带轮组件与所述小臂同步带轮组件位于所述基座的同侧，或者，
42.所述大臂驱动电机和所述小臂驱动电机均设于所述基座前侧或后侧，所述大臂同步带轮组件和所述小臂同步带轮组件分别位于所述基座的左右两外侧面，所述小臂二级同步带轮组件与所述小臂同步带轮组件位于所述基座的同侧。
43.第三方面，本技术提供一种轻量级工业桌面机械臂，包括上述轻量级工业桌面机械臂的驱动组件。
44.本技术实施例中，还包括与所述驱动组件的基座枢接的大臂，以及与大臂另一端枢接的小臂，以及与所述小臂连接的末端执行器，所述大臂与所述小臂配置为平行四边形组合臂架。
45.第四方面，本技术提供一种机器人，包括上述桌面机械臂。
46.本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
47.本技术实施例提供的小型工业用桌面级机械臂方案中，利用电机 减速器 同步带
的动力方案，克服了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。
48.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，可以使得负载惯量比减小，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。
49.大臂驱动电机连接大臂减速器，小臂驱动电机连接小臂减速器，使减速器集成于电机，同步带与减速器组合更有利标准减速产品的应用，提供更高的减速比，进一步的，小臂驱动电机与小臂之间采用二级同步带结构，小臂同步带轮组件传动连接小臂减速器及小臂二级同步带轮组件，以小臂二级同步带轮组件驱动桌面机械臂的小臂，提高小臂的负载能力。
附图说明
50.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。
51.为了更清楚地说明本技术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。
52.图1为第一种现有机械臂实施例的结构示意图；
53.图2为第二种现有机械臂实施例的结构示意图；
54.图3为第三种现有桌面机械臂实施例的结构示意图；
55.图4为第四种现有桌面机械臂实施例的结构示意图；
56.图5为第五种现有桌面机械臂实施例的结构示意图；
57.图6为第六种现有桌面机械臂实施例的结构示意图；
58.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的立体结构示意图；
59.图8为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的侧视结构示意图；
60.图9为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的后视结构示意图；
61.图10为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的俯视结构示意图；
62.图11为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的装配结构示意图；
63.图12为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的拆下第一侧板的结构示意图；
64.图13为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的驱动组件的分解示意图一；
65.图14为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的驱动组件的分解示意图二；
66.图15为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的立体结构示意图；
67.图16为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的侧视结构示意图；
68.图17为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的后视结构示意图；
69.图18为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的俯视结构示意图；
70.图19为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的拆下第一侧板的结构示意图；
71.图20为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的驱动组件的分解示意图一；
72.图21为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的驱动组件的分解示意图二。
73.附图说明：
74.第一部分实施例的附图标记说明：
75.11、底座；111、转轴；
76.12、转台；121、基座；
77.122、第一侧板；1221、第一驱动轴孔；
78.123、第二侧板；1231、第二驱动轴孔
79.124、底板；
80.13、大臂驱动电机；131、大臂同步带轮组件；1311、大臂同步带主动轮；
81.1312、大臂同步带；
82.1313、大臂同步带从动轮；
83.134、大臂驱动轴；
84.14、小臂驱动电机；141、小臂同步带轮组件；1411、小臂同步带主动轮；
85.1412、小臂同步带；
86.1413、小臂同步带从动轮；
87.142、小臂二级同步带轮组件；1421、小臂二级同步带主动轮；1422、小臂二级同步带；1423、小臂二级同步带从动轮；
88.144、小臂驱动轴；
89.15、大臂减速器；
90.16、小臂减速器；
91.17、大臂；171、大臂主杆；172、大臂副杆；178、连接件；
92.18、小臂；181、小臂主杆；182、小臂副杆；
93.19、末端执行器。
94.第二部分实施例的附图标记说明：
95.21、底座211、转轴；
96.22、转台；221、基座；
97.222、第一侧板；
98.223、第二侧板；
99.224、底板；
100.23、大臂驱动电机；231、大臂同步带轮组件；2311、大臂同步带主动轮；
101.2312、大臂同步带；
102.2313、大臂同步带从动轮；
103.232、大臂二级同步带轮组件；2321、大臂二级同步带主动轮；
104.2322、二级同步带；
105.2323、大臂二级同步带从动轮；
106.234、大臂驱动轴；
107.24、小臂驱动电机；241、小臂同步带轮组件；2411、小臂同步带主动轮；
108.2412、小臂同步带；
109.2413、小臂同步带从动轮；
110.242、小臂二级同步带轮组件；2421、小臂二级同步带主动轮；2422、小臂二级同步带；2423、小臂二级同步带从动轮；
111.244、小臂驱动轴；
112.25、大臂减速器；
113.26、小臂减速器；
114.27、大臂；271、大臂主杆；272、大臂副杆；278、连接件；
115.28、小臂；281、小臂主杆；282、小臂副杆；
116.29、末端执行器。
具体实施方式
117.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围，因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
118.为了解决现有桌面机械臂转台结构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。
119.本技术实施例中主要技术思路在于，本技术实施例提供一种轻量级工业桌面机械臂的驱动组件，大臂驱动电机、小臂驱动电机、大臂同步带轮组件、小臂同步带轮组件及小臂二级同步带轮组件；大臂驱动电机连接有大臂减速器，小臂驱动电机连接有小臂减速器；大臂同步带轮组件传动连接大臂减速器，大臂同步带轮组件用于驱动桌面机械臂的大臂；小臂同步带轮组件传动连接小臂减速器及小臂二级同步带轮组件，小臂二级同步带轮组件用于驱动桌面机械臂的小臂，大臂同步带轮组件、小臂同步带轮组件及小臂二级同步带轮组件的减速比大于1。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，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。
120.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(也就是电机侧)与被驱动侧(负载侧)之间会降低“间隙”或/和“弹性”效应，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电机的“扰动”，控制
系统更加容易对电机进行控制，机器人运行更平稳。并且电机均与减速器同轴配置，不仅便于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轮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电机或者认为实现了重量更轻、控制精度更高的动力组合。小臂同步带轮组件传动连接小臂减速器及小臂二级同步带轮组件，以小臂二级同步带轮组件驱动桌面机械臂的小臂，提高小臂的负载能力。
121.为便于更形象地理解本技术解决技术问题的技术思路，以下结合附图对本技术示例性实施例介绍如下：
122.图7为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的立体结构示意图，本申实施例提供一种桌面机械臂，主要包括底座11、转台12、大臂驱动电机13、小臂驱动电机14、大臂减速器15、小臂减速器16、大臂17、小臂18以及末端执行器19。其中动力部分的大臂驱动电机13与大臂减速器15同轴配置，小臂驱动电机14与小臂减速器16同轴配置；大臂减速器15传动连接有大臂同步带轮组件131，大臂同步带轮组件131传动连接于桌面机械臂的大臂；小臂减速器16传动连接有小臂同步带轮组件141，小臂同步带轮组件传动连接有小臂二级同步带轮组件，以小臂二级同步带轮组件传动连接于桌面机械臂的小臂，具体地可连接于小臂的拉杆，从而带动小臂转动。
123.其中，大臂以及小臂的动力采用电机 减速器 同步带的动力配置，如此，能大幅提升电机减速比；相同负载情况下，减速比增大，可以使得负载惯量比减小，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。并且电机均与减速器同轴配置，不仅便于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轮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电机或者认为实现了重量更轻精度更高的动力组合。小臂采用二级同步带结构，提升小臂的减速比，使小臂运行更平稳，进一步提高小臂的负载能力。
124.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17、小臂18以及末端执行器19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。
125.本实施例中，底座11可选择为长方体箱体状，箱体状的底座11内构造有容置腔，容置腔用于安装转台驱动电机和配套的减速或传动部件，底座11顶部设置有向上凸出设置的转轴，底座11内的驱动电机和配套的减速或传动部件通过转轴带动转台12转动。转台12包括基座121，基座121的前侧设有用于抓取物品的大臂17和小臂18，基座121的后侧设有大臂驱动电机13以及小臂驱动电机14，且两个电机前后并列，同时两个电机的输出端的朝向相反。可以理解的是，底座11转台驱动电机和配套的减速或传动部件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底座11转台驱动结构，在此不再展开赘述。
126.根据本实施例，大臂减速器15固定安装于大臂驱动电机13的输出轴；以及/或者，小臂减速器16固定安装于小臂驱动电机14的输出轴。由于大臂减速器15安装于大臂驱动电
机13的输出轴，小臂减速器16固定安装于小臂驱动电机14的输出轴，电机与减速器之间传动稳定，且结构紧凑占用空间小；减速器一端接电机轴，另一端则为输出轴，典型的同轴传动布置，便可以采用成熟的行星减速器。根据本领域技术常识，一般电机前端为电机输出轴伸出端(轴伸端)，而电机后端为非轴伸端。
127.图8为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的侧视结构示意图，如本实施例所示意，底座11作为安装基座可以位于整机的底部，且底座11顶面配置有一个转轴111，转轴111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12下部的底板124，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111向转台12连接。而转台12上侧供大臂17可转动地连接，转台12的转轴较大臂17、小臂18以及末端执行器19的整体重心偏向后侧一些，且大臂驱动电机13以及小臂驱动电机14也可选择配置在转台12的后侧，以此形成重心的配平。
128.图9为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的后视结构示意图，如本实施例所示意，并且本实施例中大臂减速器15与大臂驱动电机13组成的大臂动力组合安装在左侧第一侧板122的内侧，且位于下部；小臂减速器16与小臂驱动电机14组成的小臂动力组合安装在右侧第二侧板123的内侧，且位于下部，两个动力组合前后并列设置，且从俯视角度看在左右方向上相互错开，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，进而方便动力组合的安装与拆换维修。
129.图10为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的俯视结构示意图，如本实施例所示意，大臂17、小臂18以及末端执行器19组成的臂体由转台12的前侧中部向前伸出，而大臂17的根部可转动地安装于转台12的两个侧板之间，而大臂同步带轮组件131位于第一侧板122的外侧，且大臂同步带轮组件131平行于第一侧板122方向布置，小臂同步带轮组件141、小臂二级同步带轮组件位于第二侧板123的外侧，且小臂同步带轮组件141、小臂二级同步带轮组件平行于第二侧板123方向布置，大臂同步带轮组件131与小臂同步带轮组件141对称地配置在转台的两侧。而大臂减速器15与大臂驱动电机13组成的大臂动力组合安装在转台12的前侧；同时小臂减速器16与小臂驱动电机14组成的小臂动力组合安装在转台12的后侧。可以看出，大臂动力组合与大臂同步带轮组件131呈l形配置排列，小臂动力组合与小臂同步带轮组件141也呈l形配置排列，大臂同步带轮组件131与小臂二级同步带轮组件左右互为对称的配置，以此在转台12上形成相互平衡的配置。
130.图11为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的装配结构示意图，大臂同步带轮组件131还包括大臂同步带主动轮1311、大臂同步带1312以及大臂同步带从动轮1313，大臂同步带主动轮1311安装于大臂减速器15的输出轴，大臂同步带1312一端套在大臂同步带主动轮1311外，大臂同步带1312另一端套在大臂同步带从动轮1313外，以大臂同步带1312在大臂同步带主动轮1311与大臂同步带从动轮1313之间建立同步传动。可以理解的是，由于减速器输出轴连接外径小的大臂同步带主动轮1311，通过同步带连接外径更大的大臂同步带从动轮1313，大臂同步带从动轮1313设置的在远离电机且靠近大臂的位置，也就是说可以在靠近大臂根部空间较大的区域配置外径更大的同步带轮，因此具有结构紧凑的效果。
131.小臂同步带轮组件141还包括小臂同步带主动轮1411、小臂同步带1412以及小臂同步带从动轮1413，小臂同步带主动轮1411安装于小臂减速器16的输出轴，小臂同步带
1412一端套在小臂同步带主动轮1411外，小臂同步带1412另一端套在小臂同步带从动轮1413外，以小臂同步带1412在小臂同步带主动轮1411与小臂同步带从动轮1413之间建立同步传动。
132.小臂二级同步带轮组件包括小臂二级同步带主动轮1421、小臂二级同步带1422及小臂二级同步带从动轮1423；小臂二级同步带主动轮1421与小臂同步带从动轮1413同轴连接，小臂二级同步带1422的一端套在小臂二级同步带主动轮1421，另一端套在小臂二级同步带从动轮1423，小臂二级同步带从动轮1423传动连接小臂驱动轴144，可以理解的是，由于小臂同步带从动轮1413连接外径小的小臂二级同步带主动轮1421，通过同步带连接外径更大的小臂二级同步带从动轮1423，小臂二同步带从动轮1423设置的在远离电机且靠近大臂的位置，也就是说可以在靠近大臂根部空间较大的区域配置外径更大的同步带轮，因此具有结构紧凑的效果。
133.图12为本技术一实施例提供的一种轻量级工业机械臂的拆下第一侧板的结构示意图，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的分解示意图一；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的分解示意图二；根据本实施例，大臂同步带从动轮1313还具有大臂内轴连部，以大臂内轴连部套接连接于大臂驱动轴134，大臂驱动轴134传动连接于桌面机械臂的大臂17；小臂二级同步带从动轮1423还具有小臂内轴连部，以小臂内轴连部传动连接于小臂驱动轴144，小臂驱动轴144传动连接于桌面机械臂的小臂。根据本实施例，其中的，大臂减速器15以及小臂减速器16均选择为行星减速器，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％)、高的扭矩、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。
134.该桌面机械臂包括大臂17、小臂18和设于大臂17与小18之间的连接件178，大臂17包括相对设置的大臂主杆171和大臂副杆172，小臂18包括相对设置的小臂主杆181和小臂副杆182，大臂主杆171的第一端设有两左右相对间隔布置的第一铰接部，连接件178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181的第一端设有第二铰接部，第二铰接部位于两连接件178之间，两第一铰接部、两连接件178以及第二铰接部通过第一铰接轴连接，大臂副杆172的第一端和小臂副杆182的第一端分别与两连接件178的相对两侧相铰接。大臂作为臂体关节结构基础，其通过采用大臂主杆171和大臂副杆172的双杆体的结构设计，以实现双杆联合支撑，与目前大臂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17的大臂副杆172与小臂18的小臂副杆182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171、小臂主杆181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。
135.具体本实施例中，大臂减速器15的减速比选择在3-25之间，大臂同步带轮组件131的减速比选择在1.5-6之间；小臂减速器16的减速比选择在3-25之间，小臂同步带轮组件141的减速比选择在1.5-6之间，小臂二级同步带轮组件142的减速比选择在1.5-6之间。如此，大臂的动力的减速比均可在4.5-150之间选择，小臂的动力的减速比均可在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。
[0136][0137]
表1本实施例整机减速比调节范围及示例
[0138]
根据本技术更具体实施例，大臂减速器15的减速比选择在5-15之间，大臂同步带轮组件131的减速比选择在3-5之间；小臂减速器16的减速比选择在5-15之间，小臂同步带轮组件141的减速比选择在3-5之间，小臂二级同步带轮组件142的减速比选择在3-5之间。如此，大臂的动力的减速比均可在15-75之间选择，小臂的动力的减速比均可在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。
[0139][0140]
表2本实施例整机减速比调节范围及示例
[0141]
根据本技术更具体实施例，大臂减速器15的减速比选择在5-10之间，大臂同步带轮组件131的减速比选择在3-5之间；小臂减速器16的减速比选择在5-10之间，小臂同步带轮组件141的减速比选择在3-5之间，小臂二级同步带轮组件142的减速比选择在3-5之间。
如此，大臂的动力的减速比均可在15-50之间选择，小臂的动力的减速比均可在45-250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。
[0142][0143]
表3本实施例整机减速比调节范围及示例
[0144]
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。
[0145]
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％。
[0146]
根据本实施例，大臂同步带从动轮1313的外径与大臂同步带主动轮1311的外径之比为第一同步变速比；小臂同步带从动轮1413的外径与小臂同步带主动轮1411的外径之比为第二同步变速比，小臂二级同步带主动轮1421的外径与小臂二级同步带从动轮1423的外径之比为第三同步变速比。
[0147]
参考图7和图8，其中转台12可通过底部的转轴总成或驱动转轴总成可转动地装配于底座11，转台12主要包括基座121，基座121主要包括第一侧板122、第二侧板123以及底板124。基座121上设置大臂驱动电机13以及小臂驱动电机14，大臂驱动电机13与小臂驱动电机14可以设置于基座121的前侧与后侧。大臂同步带轮组件131和小臂同步带轮组件141分别位于基座121的左右两外侧面。
[0148]
由于两个电机的安装位置也可以分别配置在基座121的前侧与后侧，可使得两个
电机以自身重量形成在基座121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基座121的前侧与后侧也便于分别进行装配与维修。
[0149]
根据本实施例，第一侧板122设有用于安装电机的安装座，第二侧板123设有用于安装电机的安装座，第一侧板122与第二侧板123的安装座上下错开或前后错开，两电机位于基座后侧且上下叠放，输出轴朝向相反，大臂同步带轮组件131和小臂同步带轮组件141分别位于基座左右两侧，或者，两电机位于基座前侧且上下叠放，输出轴朝向相反，大臂同步带轮组件131和小臂同步带轮组件141分别位于基座两侧，或者，两电机位于基座后侧且水平前后放置，输出轴朝向左右且反向，大臂同步带轮组件131和小臂同步带轮组件141分别位于基座两侧，或者，两电机位于基座前侧且水平前后放置，输出轴朝向左右且反向，大臂同步带轮组件131和小臂同步带轮组件141分别位于基座两侧。
[0150]
第一侧板122包括第一驱动轴孔1221，第一驱动轴孔1221位于第一侧板122远离安装座的一侧，据此以配置电机与被驱动轴之间的相对距离和相对方位，便于根据空间和传动距离灵活的配置各动力部件。第二侧板123包括第二驱动轴孔1231，第二驱动轴孔1231位于第二侧板123远离安装座的一侧，据此以配置电机与被驱动轴之间的相对距离和相对方位，便于根据空间和传动距离灵活的配置各动力部件。
[0151]
图15为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的立体结构示意图；本申实施例提供一种桌面机械臂，主要包括底座21、转台22、大臂驱动电机23、小臂驱动电机24、大臂减速器25、小臂减速器26、大臂27、小臂28以及末端执行器29。其中动力部分的大臂驱动电机23与大臂减速器25同轴配置，小臂驱动电机24与小臂减速器26同轴配置；大臂减速器25传动连接有大臂同步带轮组件231，大臂同步带轮组件231传动连接于桌面机械臂的大臂；小臂减速器26传动连接有小臂同步带轮组件241，小臂同步带轮组件传动连接有小臂二级同步带轮组件，以小臂二级同步带轮组件传动连接于桌面机械臂的小臂。
[0152]
图16为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的侧视结构示意图；如本实施例所示意，底座21作为安装基座可以位于整机的底部，且底座21顶面配置有一个转轴211，转轴211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22下部的底板224，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211向转台22连接。而转台22上侧供大臂27可转动地连接，转台22的转轴较大臂27、小臂28以及末端执行器29的整体重心偏向后侧一些，且大臂驱动电机23以及小臂驱动电机24也可选择配置在转台22的前后两侧，以此形成重心的配平。
[0153]
图17为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的后视结构示意图；如本实施例所示意，其中大臂减速器25固定安装于大臂驱动电机23的输出轴；小臂减速器26固定安装于小臂驱动电机24的输出轴。由于大臂减速器25安装于大臂驱动电机23的输出轴，小臂减速器26固定安装于小臂驱动电机24的输出轴，电机与减速器之间传动稳定，且结构紧凑占用空间小。并且本实施例中大臂减速器25与大臂驱动电机23组成的大臂动力组合安装在左侧侧板的内侧，且位于下部；小臂减速器26与小臂驱动电机24组成的小臂动力组合安装在右侧侧板的内侧，且位于下部，两个动力组合前后错位且左右错开，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办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。
[0154]
图18为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的俯视结构示意图；如本实施例所示意，大臂27、小臂28以及末端执行器29组成的臂体由转台22的前侧中部向前伸出，而大臂27的根部可转动地安装于转台22的两个侧板之间，而大臂同步带轮组件231位于第一侧板222的外侧，且大臂同步带轮组件231平行于第一侧板222方向布置，小臂同步带轮组件241位于第二侧板223的外侧，且小臂同步带轮组件241平行于第二侧板223方向布置，大臂同步带轮组件231与小臂二级同步带轮组件对称地配置在转台的两侧。而大臂减速器25与大臂驱动电机23组成的大臂动力组合安装在转台22的后侧；同时小臂减速器26与小臂驱动电机24组成的小臂动力组合安装在转台22的前后两侧。可以看出，大臂动力组合与大臂同步带轮组件231呈l形配置排列，小臂动力组合与小臂同步带轮组件241也呈l形配置排列，且两个l形的排列是左右互为对称的配置，以此在转台22上形成相互平衡的配置。
[0155]
图19为本技术一实施例提供的一种桌面机械臂的拆下第一侧板的结构示意图；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的分解示意图一；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的分解示意图二。根据本实施例，大臂同步带轮组件231还包括大臂同步带主动轮2311、大臂同步带2312以及大臂同步带从动轮2313，大臂同步带主动轮2311安装于大臂减速器25的输出轴，大臂同步带2312一端套在大臂同步带主动轮2311外，大臂同步带2312另一端套在大臂同步带从动轮2313外，以大臂同步带2312在大臂同步带主动轮2311与大臂同步带从动轮2313之间建立同步传动。可以理解的是，由于电机输出轴连接外径小的大臂同步带主动轮2311，通过同步带连接外径更大的大臂同步带从动轮2313，可以在靠近大臂根部空间较大的区域配置外径更大的同步带轮，因此具有结构紧凑的效果。
[0156]
该桌面机械臂包括大臂27、小臂28和设于大臂27与小28之间的连接件278，大臂27包括相对设置的大臂主杆271和大臂副杆272，小臂28包括相对设置的小臂主杆281和小臂副杆282，大臂主杆271的第一端设有两左右相对间隔布置的第一铰接部，连接件278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281的第一端设有第二铰接部，第二铰接部位于两连接件278之间，两第一铰接部、两连接件278以及第二铰接部通过第一铰接轴连接，大臂副杆272的第一端和小臂副杆282的第一端分别与两连接件278的相对两侧相铰接。大臂作为臂体关节结构基础，其通过采用大臂主杆271和大臂副杆272的双杆体的结构设计，以实现双杆联合支撑，与目前大臂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27的大臂副杆272与小臂28的小臂副杆272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271、小臂主杆281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。
[0157]
小臂同步带轮组件241还包括小臂同步带主动轮2411、小臂同步带2412以及小臂同步带从动轮2413，小臂同步带主动轮2411安装于小臂减速器26的输出轴，小臂同步带2412一端套在小臂同步带主动轮2411外，小臂同步带2412另一端套在小臂同步带从动轮2413外，以小臂同步带2412在小臂同步带主动轮2411与小臂同步带从动轮2413之间建立同步传动。可以理解的是，由于电机输出轴连接外径小的小臂同步带主动轮2411，通过同步带连接外径更大的小臂同步带从动轮2413，小臂同步带从动轮2413设置的在远离电机且靠近
大臂的位置，也就是说可以在靠近大臂根部空间较大的区域配置外径更大的同步带轮，因此具有结构紧凑的效果。
[0158]
大臂动力部分还具有大臂二级同步带轮组件232，大臂二级同步带轮组件232包括大臂二级同步带主动轮2321、二级同步带2322以及大臂二级同步带从动轮2323，其中大臂二级同步带主动轮2321安装于大臂同步带从动轮2313的输出轴，二级同步带2322一端套在大臂二级同步带主动轮2321外，二级同步带2322另一端套在大臂二级同步带从动轮2323外，以大臂二级同步带从动轮2323传动连接于大臂驱动轴234。本实施例中，大臂二级同步带轮组件232位于第一侧板222内侧，也就是说，大臂同步带轮组件231与大臂二级同步带轮组件232分别位于第一侧板222两侧，从而便于进行配置与安装，且占用空间较小。
[0159]
并且，可以理解的是，大臂二级同步带轮组件232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配置二级同步带轮组件232，以便于将大臂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，大臂电机的整体减速比可在6.75-900之间，或者，大臂电机的整体减速比可在45-375之间，或者，大臂电机的整体减速比可在45-250之间，这样，所需要配置的电机功率还可以进一步降低。
[0160][0161]
表4第一种实施例整机减速比调节范围
[0162][0163]
表5第二种实施例整机减速比调节范围
[0164][0165]
表6第三种实施例整机减速比调节范围
[0166][0167]
表7第一种实施例整机减速比调节示例
[0168][0169]
表8第二种实施例整机减速比调节示例
[0170][0171]
表9第三种实施例整机减速比调节示例
[0172]
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。
[0173]
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％。
[0174]
再一方面，本技术提供一种桌面机械臂，包括前的桌面机械臂的驱动组件。
[0175]
根据本技术实施例，还包括与驱动组件的基座枢接的大臂，以及与大臂另一端枢接的小臂，以及与小臂连接的末端执行器。
[0176]
又一方面，本技术还可以认为提供一种小型工业用桌面级机械臂，包括如前的桌面机械臂的驱动组件。
[0177]
最后一方面本技术还认为是提供一种机器人，包括前的桌面机械臂，或者包括如前的小型工业用桌面级机械臂。
[0178]
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，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0179]
以上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总的发明构思的情况下，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。