[发明专利]可多方位连接的座载模块化机械臂

说明书

所属技术领域

本发明属于机械臂技术领域，具体涉及一种可多方位连接的座载模块化机械臂。

背景技术

近年来，机器人技术取得了长足的进展，机械臂在机器人领域中得到最广泛实际的应用，已应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等各种生产领域中，它的应用加快了生产的自动化和现代化，大幅度的提高了生产效率。

现阶段的机械臂通常具有多个转动的关节，每个关节的转动均是通过步进电机或伺服电机实现，由于步进电机或伺服电机的体积通常较大，这就需要机械臂每个关节部分具有较大的体积，以便于安装步进电机或伺服电机，而且机械臂自由度越多，其结构也越复杂，因而常规的工业机械臂存在以下缺点：结构臃肿、占用空间大、功能单一。由于这些缺点，使得普通工业机械臂不能或者不适于对机械臂体积和功能有严格控制的场合比如教学实验、娱乐及家庭服务等特殊行业，造成上述缺陷的基本原因是：其机械臂没有采用模块化设计思想、机械臂的机械机构没有进行优化设计、驱动和位置检测单元是相互独立的，机械臂机械结构相似，不同功能的实现严重依赖软件，为了解决上述问题，本发明提出了一种模块化机械臂，它采用模块化的设计思想，具有将机械臂的伸缩运动和旋转运动集成在一个关节中的集成关节以及旋转关节、俯仰关节，可以根据任务的需要灵活选择关节模块，并可以选择不同的方位进行连接，增加了机械臂通用性与灵活性，机械臂体积小、质量小适合与其他平台结合。

发明内容

本发明提出的可多方位连接的座载模块化机械臂采用模块化设计思想，将各个关节进行分离，设计成具有不同功能的模块，模块间可以以不同的方位任意组装，得到可实现不同功能的机械臂，具有适应性强、易于实现和维护、体积小、质量小与运动灵活等特点。

本发明的技术方案：

可多方位连接的座载模块化机械臂包括底座模块、俯仰模块、连接法兰、集成关节模块与旋转模块。底座模块为一旋转关节，可带动安装在其上的模块做旋转运动；俯仰模块采用同步带进行传动，减小了模块质量；连接法兰为各模块间的连接件，各模块根据其尺寸大小，在不同的安装面上设计有尺寸不同的安装孔，利用连接法兰可方便的将各模块连接拆卸；集成关节模块将旋转运动和伸缩运动两个自由度巧妙结合在一起，利用构成伸缩自由度的导轨作为旋转自由度的传动装置，提高了模块的集成程度与灵活性；旋转模块的结构与底座模块内部结构相似，可带动安装在其上的结构转动，不同于底座模块，为了方便多方位连接，旋转模块箱体设计为方形。

所述底座模块包括底座、底座驱动控制器、底座驱动控制连接线、底座电路外接端、底座直驱电机连接线、底座直驱电机、底座箱体、底座轴承与底座法兰，底座直驱电机安装在底座箱体上，底座箱体的上端安装有底座轴承，底座轴承内圈固定有底座法兰，底座直驱电机的电机轴与底座法兰连接，在底座轴承的支撑下，底座法兰可随底座直驱电机的电机轴转动，底座直驱电机连接线连接到安装在底座上的底座驱动控制器上，底座驱动控制器的信号由底座驱动控制连接线连接到底座电路外接端，用以和其他模块通信，底座安装到底座箱体上，其可与外界装置连接用以固定机械臂。

进一步，所述俯仰模块包括俯仰支撑座、俯仰驱动控制器、俯仰第一同步轮、俯仰同步带、俯仰轴、俯仰第二同步轮、俯仰连接法兰、俯仰轴支撑轴承、俯仰直驱电机、俯仰箱体底盖、俯仰连接线、俯仰电路外接端与俯仰同步轮盖。俯仰直驱电机安装在俯仰支撑座上，其电机轴上安装有俯仰第一同步轮。俯仰连接线分别连接俯仰直驱电机与安装在俯仰支撑座上的俯仰驱动控制器、俯仰驱动控制器与俯仰电路外接端，俯仰电路外接端安装在俯仰箱体底盖上，俯仰箱体底盖安装在俯仰支撑座上。俯仰轴支撑轴承安装俯仰支撑座上端的两侧，俯仰轴穿过俯仰连接法兰右侧支架、右端俯仰轴支撑轴承支撑在左侧俯仰轴支撑轴承上并穿过俯仰连接法兰左侧支架，俯仰第二同步轮安装在俯仰轴上，O型俯仰同步带安装在俯仰第一同步轮与俯仰第二同步轮上，俯仰同步轮盖安装在俯仰支撑座上。

进一步所述俯仰模块同步带的选取步骤为：

a、根据设计的尺寸初步确定同步轮的传动比，传动比由俯仰模块的整体尺寸及可选同步轮标准件尺寸确定；

b、根据设计尺寸初步选定两同步轮的中心距a₀；