[实用新型]一种模块化的机器人操作臂

说明书

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体而言涉及一种用模块化方法构建的具有多个自由度的串联式关节型机器人操作臂。

背景技术

机器人操作臂已广泛用于工业，在自动化生产中用于焊接、喷涂、装配、搬运等作业。操作臂也可作为执行系统加装在其它载体例如传送带上以增大工作范围，或移动机器人上执行排爆任务。尽管机器人操作臂针对某种应用具有很大的灵活性和弹性，但现有的多数操作臂往往针对特定的使用目的和场合，只有一种主要功能，自由度和构型都固定不变，缺乏功能的扩展性和构型的重构性。此外，针对每一领域和每项应用都开发特定的机器人所花费的代价很大，严重制约机器人的推广应用。因此，易构建和低成本是机器人新系统开发中的重要目标。为此，模块化是个有效方法，是当前机器人研究和开发中的一个趋势和特点。模块化能简化设计制造和维护、缩短研制周期、降低研制成本，大大增强系统构建时的灵活性和弹性，正成为系统开发的重要设计方法。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有机器人操作臂构建复杂、构型固定不可改变等缺点，提供一种由若干独立模块组成的便于拆装、构型可改变的模块化的机器人操作臂。

为实现此目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种模块化的机器人操作臂，可以采用五个或六个自由度。相应地本模块化操作臂由五个或六个关节模块和一个末端功能模块组成，包括三个T型关节模块和两个或三个I型关节模块。各模块之间采用串联方式依次连接，从基座到末端顺序为：基座-I型关节模块-T型关节模块-T型关节模块-I型关节模块-T型关节(-I型关节)-末端功能模块。前两个T型关节模块的转轴互相平行，并与两端的I型关节模块的转轴互相垂直。

所述I型关节模块是指只有一个转动自由度且关节转轴与连杆轴线重合或平行的关节模块。关节由直流伺服电机驱动，电机的后端与用于检测转角位移和角速度的光电编码器直接相联，前端与谐波减速器相连，进行减速增力。谐波减速器通过一个轴输出到一个中心直齿轮，而中心直齿轮通过两个对称分布的过渡轮驱动一个内齿直齿轮作进一步减速增力并保持传动方向，内齿轮带动关节模块的另一部分作相对转动，最后驱动关节的输出件。

所述T型关节模块只有一个转动自由度且关节转轴与连杆轴线垂直的关节模块。关节由直流伺服电机驱动，电机的后端与用于检测转角位移和角速度的光电编码器直接相联，前端与谐波减速器相连，进行减速增力。谐波减速器通过一个轴进行输出，再通过一对锥齿轮作进一步减速与增力并改变传动方向。大锥齿轮通过一根关节轴带动关节模块的另一部分作相对转动，进行速度和力的输出。

上述模块化的关节型机器人操作臂中，所述末端功能模块是指装在机器人末端能满足任务需要、执行某种作业的专用设备，例如夹持器、焊枪、喷漆头和吸盘等。以夹持器为例，模块由电机驱动，通过减速机构和平行四边形机构驱动两只夹具进行开闭运动。电机前端与谐波减速器相连，进行减速增力。谐波减速器再通过一个轴输出到蜗杆，而蜗杆与蜗轮主动杆啮合，作进一步减速增力。夹持器壳体、蜗轮主动杆、从动杆和夹具一起构成平行四边形机构，将蜗轮主动杆的圆周运动变为夹具的平动并输出动力。

本实用新型的机器人操作臂具有如下特点：

1)模块化：由五个或六个单自由度的关节模块和一个末端功能模块构成，包括三个T型关节模块和两个或三个I型关节模块。模块之间通过卡环实现连接和紧固。机器人的构建和拆装简单、方便和快速。

2)串联结构：各模块采用串联方式依次连接。

本实用新型与现有技术相比，还具有如下优点和效果：

(1)采用模块化方法构建机器人操作臂，主体只由两种单自由度关节模块组成，构建容易，设计、制造和维护简单，成本较低；

(2)根据任务的需要，通过加减一个关节模块即可改变机器人的自由度数目(例如在五自由度操作臂的基础上，在末端功能模块和T型关节模块之间前加装一个I型关节模块即成为六自由度操作臂)。

附图说明

图1是本实用新型五自由度机器人外观图；

图2是本实用新型五自由度机器人机构示意图；

图3是本实用新型I型关节模块外观图；

图4是本实用新型I型关节模块剖面图；

图5是本实用新型T型关节模块外观图；

图6是本实用新型T型关节模块剖面图；

图7是本实用新型夹持器外观图；

图8是本实用新型夹持器剖面图。

具体实施方式