[发明专利]多自由度中空协作机械臂

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种由关节模块和连接臂构建的多自由度中空串联协作机械臂。

背景技术

目前，协作机械臂在各行业不断普及。随着人们对机械臂的能力要求以及工作场合的要求越来越高，协作机械臂的模块化、轻量化要求也逐步提高。现有协作机械臂往往较为笨重，人机协同程度低，组装、操作都受到极大影响。而小型化设计后，机械臂的负载能力大幅下降，如何提高轻量化协作机械臂的负载/自重比，提高结构紧凑性成为急需解决的问题。协作机械臂装配后结构固定，关节模块不能独立工作，设计独立工作、功能通用的机械臂成为问题。另外，现有机械臂关节多采用失电制动器，发热量大，在封闭的关节模块中难以将热量传导至外空间，极大影响关节模块性能与寿命。

申请号为201510530984.9的中国专利公开了“可多方位连接的座载模块化机械臂”包含多个关节模块，分为底座模块、俯仰模块、旋转模块等，采用连接法兰相串联。整个机械臂结构较为复杂，模块化程度低，关节模块采用直驱电机、谐波减速器等机构，采用联轴器连接，紧凑性差，自重较大，缺乏散热。

申请号为201210363694.6的中国专利公开了“一种仿人型七自由度机械臂”包含两个肩关节、两个肘关节和三个腕关节。每个关节内部采用机电一体化设计，结构包含失电制动器、旋转摩擦片、传动装置、驱动板、控制板、电机构成。缺点是结构较为复杂，仿人设计使机械臂有一定局限性，工作范围小，外部走线，影响美观和寿命，缺少外壳，人机协作受影响。

申请号为201510181151.6的中国专利公开了“一种可变自由度的模块化机械臂”采用模块化关节结构，每个关节包含中空电机、谐波减速器、刹车装置、双码盘定位装置等结构。谐波减速器和输出法兰固定，同时与电机中空轴固定，刹车装置采用刹车片和摩擦挡片制动。整体结构精度较高，模块化程度好，但没有冗余自由度，缺乏灵活性，中空电机成本高，不利于大批量生产，且性能受到影响，刹车装置较复杂。

申请号为201410392360.0的中国专利公开了“中空串联机械臂”包含模块化关节和基座结构，模块化关节内部采用制动器、电机、谐波减速器结构，依靠同步带传递力矩。缺点是自重较高，同步带需要张紧，使结构更加复杂，内部空间有一定空余，缺乏散热。整个机械臂没有冗余自由度，缺乏灵活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多自由度中空协作机械臂，其关节模块采用碟刹制动方式，可以更好的构建协作机械臂，实现更高的负载/自重比，更好的运动性能和精度。

本发明的技术方案是：

多自由度中空协作机械臂，包括七个结构相同的关节模块，七个关节模块分别为第一关节模块、第二关节模块、第三关节模块、第四关节模块、第五关节模块、第六关节模块和第七关节模块，每一个关节模块均包括外壳，在所述的外壳顶部安装有端盖，在所述的外壳内上部固定有金属支架，在所述的金属支架上分别开有轴线沿竖直方向设置的套筒安装孔、电机长孔以及安装有导线护套的中心穿线孔，所述的导线护套为耐磨非金属材质，伺服电机通过电机长孔固定在所述的金属支架的顶面上，在所述的金属支架的底壁上开有凹槽并且在所述的凹槽内设置有滑块，所述的滑块与电机外壳通过穿过支架长孔的连接螺钉固定相连，两个拉紧螺钉沿水平方向穿过外壳和金属支架连接在滑块上；

在所述的套筒安装孔内固定有套筒，在所述的套筒内放置有电磁铁，在所述的套筒的顶面上盖有电磁铁端盖，所述的电磁铁和电磁铁端盖固定相连，一个制动轴的上部设置在电磁铁底部的套筒内并且下部穿过套筒底壁上的开孔可以上下滑移，制动体固定连接在所述的制动轴下部，在所述的套筒和在制动体之间的制动轴的轴段上套有弹簧,弹簧始终处于压缩状态，所述的弹簧顶部和底部始终分别顶在套筒底壁和制动体顶壁，在所述的制动体底壁以及外壳内腔底壁上分别附着有摩擦材料，非制动状态下，电磁铁带电，电磁铁吸附制动轴上移；制动状态下，电磁铁失电，制动轴下移，减速器固定在金属支架下方的外壳底部，所述的减速器采用组装式中空谐波减速器，所述的减速器具有柔轮输出旋转端，所述的减速器的柔轮输出旋转端为关节模块的旋转端，在所述的柔轮底面开有多个通过螺栓连接另一关节模块用的螺纹孔；

在所述的减速器的波发生器上固定有减速器带轮和刹车片，减速器带轮和刹车片彼此固定相连以实现同步运转，所述的刹车片的外缘设置在制动体底壁以及外壳内腔底壁上的摩擦材料之间，非制动状态下，制动体底壁以及外壳内腔底壁上的摩擦材料和摩擦片留有空隙，制动状态下，制动体底壁以及外壳内腔底壁上的摩擦材料与刹车片接触挤压；