本發明涉及一種關節型的工業機器人，具體涉及一種改進機器人手臂運動的靈活性的結構。

背景技術：

過去在組裝工廠和貨物裝卸場，阻礙物品有時分布在工件被存放和傳輸的目的地周邊，在這種情況下，手臂組件和工件受到被轉移目的地周圍阻礙物品的干擾，應用于這種工作場的工業機器人很難移動機器人手臂。由于這種工業機器人的手臂組件僅僅是繞著連接軸搖擺，導致其手臂的運動靈敏度低。通過移走周邊物品或將機器人手臂移動到不被周邊物品干擾的位置上述問題可以被解決。然而，由于工件存放和被轉移目的地的工作場的空間位置原因，這種方法有時很難應用。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題提高機器人手臂運動靈活性，使其不用移走周邊障礙物品，或不用將機器人手臂移動到不被周邊物品干擾的位置就可以將工件順利轉移到目的地。

為了解決上述技術問題，本發明采用技術方案是：一種改進機器人手臂運動的靈活性的結構。

一種關節型的工業機器人，包括：基座、機器人手臂和機器人控制器，基座固定在地面上，機器人手臂連接到基座上，機器人手臂包括基部手臂組件、中間手臂組件和頂端手臂組件，通過連接軸彼此可搖擺地連接。頂端手臂組件有一手腕，中間手臂組件被分為基部部件和頂端部件，具有一旋轉裝置，用于相對于基部部件繞著臂軸旋轉頂端部件，旋轉裝置包括一主動軸、一移動裝置和一螺紋構件，移動裝置被固定在基部部件或頂端部件其一上，而螺紋構件被固定在另一個上。

本發明要解決的優點和有益效果是：一種關節型的工業機器人，特別是一種改進機器人手臂運動的靈活性的結構，無需再移走障礙物或無需將機器人手臂移動到不被障礙物干擾的位置就可以將工件順利轉移到目的地。

附圖說明

附圖1：一個實例工業機器人的側視圖；

附圖2：工業機器人后視放大圖；

附圖3：圖1的A-A剖視圖；

附圖4：圖3的B-B剖視圖；

附圖5：工業機器人的框圖；

附圖6：工業機器人的示意圖；

附圖7：圖1的插圖，顯示中間手臂組件的頂端部件繞臂軸旋轉；

附圖8：工業機器人的后視圖，顯示中間手臂組件的頂端部件繞臂軸旋轉；

附圖9：圖3的插圖，顯示在中間手臂組件的基部部件和頂端部件之間的連接器；

附圖10：圖9的C-C剖視圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步說明：一種關節型工業機器人包括基座(2)、機器人手臂(3)和機器人控制器(4)，基座(2)固定在地面上，機器人手臂(3)連接到基座(2)上，機器人手臂(3)包括基部手臂組件(11)、中間手臂組件(12)和頂端手臂組件(13)，通過連接軸彼此可搖擺地連接。頂端手臂組件(13)有一手腕(14)，中間手臂組件(12)被分為基部部件(20)和頂端部件(21)，具有一旋轉裝置(22)，用于相對于基部部件(20)繞著臂軸旋轉頂端部件(21)，旋轉裝置(22)包括一主動軸(30)、一移動裝置(31)和一螺紋構件(32)，移動裝置(31)被固定在基部部件(20)或頂端部件(21)其一上，而螺紋構件(32)被固定在另一個上。

根據附圖詳細說明一種關節型機器人，改進機器人手臂運動靈活性的結構特征：機器人(1)用于在汽車組裝工廠或裝卸場等搬運工件W（僅在圖1中顯示），機器人(1)是由固定在地面上的基座(2)、機器人手臂(3)和機器人控制器(4)（圖5所示）構成的，基座(2)是由主體部件(5)、旋轉平臺(6)和一對機器人手臂支撐元件(7)構成。旋轉平臺(6)通過一中樞軸支承在主體部件(5)上面，其通過平臺驅動器(8)使其繞中樞軸旋轉，平臺驅動器(8)由電機、減速器等構成。如圖2所示，每個機器人手臂支撐元件(7)都有一個板狀，其從旋轉平臺(6)的上表面向上延伸，支撐元件(7)彼此相對，下端被固定在旋轉平臺(6)上。機器人手臂(3)包括一基部手臂組件(11)、一中間手臂組件(12)和一頂端手臂組件(13)，從基座(2)到頂端依次排列。頂端手臂組件(13)的端部有一個手腕(14)連接著材料手M，手臂組件(11)~(13)都是有空心桿構成的。

按圖2和圖8所示，緊挨著基座(2)的基部手臂組件(11)的末端有一對基部連接器(11a)，由手臂縱軸方向伸出。基部連接器(11a)在一定間隔范圍內彼此相對，基部手臂組件(11)位于機器人手臂支撐元件(7)之間的基部連接件(11a)處，且在與支撐元件(7)的平行方向延伸。采用這種結構，由第一連接軸(16)將基部連接器(11a)可搖擺地與支撐元件(7)的上端鄰近位置連接在一起，第一連接軸(16)穿過機器人手臂支撐元件(7)和基部連接件(11a)。第一連接軸(16)的兩端設有可拆卸的制動器(17)用于防止第一連接軸(16)脫出。在機器人手臂支撐元件(7)和基部連接器(11a)之間還設有圓柱間隔器(18)，第一連接軸(16)通過圓柱間隔器(18)插入。鄰近基座(2)的基部手臂組件(11)的端部外表面設有一對第一板元件(19)，如圖1所示，第一板元件(19)在手臂組件徑向伸出。如圖2所示，第一板元件(19)形狀相同且都是以一定間隔彼此平行伸出。參考圖1，每個第一板元件(19)的凸出尖端都有一個彎曲頭部(19 a)。參考圖8，基部手臂組件(11)的頂端部設有一對頂端連接器(11 b)，其在手臂軸向伸出。頂端連接器(11 b)之間以一定間隔彼此相對。

如圖1所示，中間手臂組件(12)在軸向中間位置分為基部部件(20)和頂端部件(21)，如圖9和圖10所示，基部部件(20)和頂端部件(21)通過一連接件(85)被連接，為的是繞著臂軸旋轉時不被分離。且有一手臂旋轉裝置(22)用于相對于基部部件(20)繞臂軸旋轉頂端部件(21)， 如圖3所示，基部部件(20)在鄰近頂端部件(21)的末端有一內壁(20a)，頂端部件(21)在鄰近基部部件(20)的末端有一內壁(21a)。內壁(20a)和內壁(21a)由連接裝置連在一起，為的是在繞著臂軸旋轉時以免在臂軸方向彼此分開。旋轉裝置(22)包括一主動軸(30)、一移動裝置(31)和一螺紋構件(32)。主動軸(30)由一梯形螺桿軸形成，在其外表面有一螺紋槽(30a)，螺紋構件(32)與主動軸(30)的螺紋槽(30a)嚙合。主動軸(30)的外表面有2個軸向延伸的線性導向槽(30b)，其在180度上圓周均布。移動裝置(31)被包含在頂端部件(21)的中空區域，其包括一電機(33)、一減速機構(34)和一螺母(35) ，用于軸向移動主動軸(30)。減速機構(34)和螺母(35)被包含在一個圓柱殼體(36)里。主動軸(30)通過電機(33)的輸出軸(37)被插入，輸出軸延伸到殼體(36)里，殼體(36)被固定在基部部件(20)上。減速機構(34)由行星齒輪系構成，減速機構(34)的一內部齒輪(38)在電機(33)一側有一較小直徑部件(38a)，在螺母(35)一側有一較大直徑部件(38b)。較小直徑部件(38a)和較大直徑部件(38b)是一個整體結構。較小直徑部件(38a)通過螺栓(40)被固定在輸出軸(37)上以便與輸出軸(37)一體旋轉，較大直徑部件(38b)的內表面具有內齒(38c)。殼體(36)的軸向中間部件的內表面有一環形連接部分(41)，支撐軸(43)被固定在連接部分(41)上。支撐軸(43)可旋轉底支撐與內部齒輪(38)的內齒(38c)嚙合的行星齒輪(42)。沿著內部齒輪(38)的外周具有多個行星齒輪(42)和支撐軸(43)。在殼體(36)里，一圓柱輸出旋轉器(44)可旋轉地支撐在兩個齒輪(45)，輸出旋轉器(44)在電機(33)一側有一個較小直徑部件(44a)，在另一側有一較大直徑部件(44b)。較小直徑部件(44a)和較大直徑部件(44b)是一整體結構。較小直徑部件(44a)的外表面有與行星齒輪(42)嚙合的齒(44c)。軸承(45)被固定在輸出旋轉器(44)的較大直徑部件(44b)的外表面上，螺母(35)是配合在較大直徑部件(44b)的內表面。螺母(35)由螺栓(47)被固定在輸出旋轉器(44)上。螺母(35)的內表面有一凸緣與圓棒(61a)的螺紋槽(61c)嚙合。殼體(36)用于限制主動軸(30)旋轉的固定裝置，具體地，閉合件(48)用螺栓(49)固定在殼體(36)上，閉合件(48)上設有一在殼體(36)向外伸出的連接部分(48a)，如圖4所示，連接部分(48a)上設有兩個固定板(50)用于固定，固定板(50)與主動軸(30)的導向槽(30b)匹配。螺紋構件(32)被固定在頂端部件(21)上，其上有個孔(32a)與主動軸(30)嚙合。

如圖8所示，鄰近基座(2)的基部部件(20)的端部上設有基部連接器(12a)作為基部手臂組件(11)。中間手臂組件(12)被定位于基部連接器(12a)在頂端連接器(11b)之間的位置且平行于頂端連接器(11b)延伸。采用這種結構，基部連接器(12a)通過第二連接軸(24)可搖擺地與基部手臂組件(11)連接，第二連接軸(24)的結構與第一連接軸(16)相同。第二連接軸(24)的兩端設有制動器(25)，在基部手臂組件(11)的頂端連接器(11b)和中間手臂組件(12)的基部連接器(12a)之間設有圓柱間隔器(26)。

如圖7所示，中間手臂組件(12)的頂端部件(21)的頂部設有一對頂端連接器(12b)沿臂軸向伸出，頂端連接器(12b)以一定間隔彼此相對，如圖8所示，頂端部件(21)的外表面和基部部件(20)的外表面設有第二板元件(27)，每個第二板元件(27)都有一個彎曲頭部(27a)。

如圖7所示，鄰近基座(2)的頂端手臂組件(13)的端部設有基部連接器(13a)，頂端手臂組件(13)定位基部連接器(13a)平行于中間手臂組件(12)的頂端連接器(12b)。采用這種結構，基部連接器(13a)通過第三連接軸(55)可搖擺地與中間手臂組件(12)連接，第三連接軸(55)結構與第一連接軸(16)相同，其兩端設有制動器(56)，在中間手臂組件(12)的頂端連接器(12b)和頂端手臂組件(13)的基部連接器(13a)之間設有圓柱間隔器(59)，如圖1所示，鄰近基座(2)的頂端手臂組件(13)的外表面設有第三板元件(60)，每個元件都有一個彎曲頭部(60a)。

基部手臂組件(11)是由基部手臂驅動裝置(61)驅動，基部手臂驅動裝置(61)包括一拉桿(61a)和一用于軸向移動拉桿(61a)的主要部件(61b)。拉桿(61a)和主要部件(61b)的結構分別與主動軸(30)和移動裝置(31)相同，主要部件(61b)的外表面通過平行于第一連接軸(16)的軸(64)可旋轉地與機器人手臂支撐單體(7)連接。如圖2所示，垂直于拉桿(61a)方向延伸的連接桿(65)被固定在拉桿(61a)的端部，連接桿(65)被定位在第一板元件(19)的彎曲頭部(19a)之間，通過軸(66)可旋轉地與彎曲頭部(19a)連接，連接桿(65)和彎曲頭部(19a)之間設有間隔器(67)。

如圖1所示，中間手臂組件(12)由中間手臂驅動裝置(62)驅動，中間手臂驅動裝置(62)有一拉桿(62a)和一主要部件(62b)，主要部件(62b)通過軸(68)可旋轉地與第一板元件(19)連接，如圖8所示，拉桿(62a)的端部的連接桿(70)與基部部件(20)的第二板元件(27)的彎曲頭部(27a)通過軸(69)連接。標號(71)代表間隔器。

頂端手臂組件(13)由頂端手臂驅動裝置(63)驅動，頂端手臂驅動裝置(63)有一拉桿(63a)和一主要部件(63b)。主要部件(63b)通過軸(75)可旋轉地與頂端部件(21)的第二板元件(21)連接。如圖7所示，拉桿(63a)的端部的連接桿(79)通過軸(76)與第三板元件(60)的彎曲部分(60a)連接，標號(80)表示的是間隔器。頂端手臂組件(13)的頂端設有一手腕驅動裝置(78)用于在臂軸方向往復手腕(14)，手腕驅動裝置(78)包括一拉桿(78a)和一用于在臂軸方向移動拉桿(78a)的主要部件(78b)。拉桿(78a)和主要部件(78b)分別與主動軸(30)和移動裝置(31)結構相同。

基部手臂驅動裝置(61)、中間手臂驅動裝置(62)和頂端手臂驅動裝置(63)構成了本發明的手臂驅動裝置。

如圖5所示，平臺驅動裝置(8)、基部手臂驅動裝置(61)、中間手臂驅動裝置(62)，頂端手臂驅動裝置(63)、手臂旋轉器(22)和手腕驅動裝置(78)與機器人控制器(4)連接，根據機器人控制器(4)的指令彼此獨立工作。

如圖3，在上述結構的工業機器人(1)，當機器人控制器(4)啟動手臂旋轉器(22)的電機(33)時，輸出軸(37)旋轉內部齒輪(38)，內部齒輪(38)旋轉行星齒輪(42)，使得輸出旋轉器(44)和螺母(35)在相反內部齒輪(38)的旋轉方向旋轉。螺母(35)的旋轉速度由減速機構(34)降低到預定速度，使得螺母(35)的扭矩增加。同時，主動軸(30)由導向件(50)防止其旋轉，且沿著導向件(50)軸向行進（如圖3箭頭X向所示）。由于主動軸(30)軸向行進，與主動軸(30)嚙合的螺紋構件(32)繞主動軸(30)旋轉（如圖3箭頭Y向所示）。因此，如圖6所示，中間手臂組件(12)的頂端部件(21)相對于基部部件(20)繞手臂軸向旋轉，頂端部件(21)的扭矩由主動軸的推力實現。主動軸(30)的推力是高度安全的，因為減速機構(34)增加了螺母(35)的扭矩，因此，頂端部件(21)的扭矩充分獲得。頂端部件(21)的旋轉方向由電機(33)的旋轉方向改變而改變（正向或反向），頂端部件(21)的旋轉角度通過改變電機(33)的運行周期而設置。

當機器人控制器正向或反向觸發基部手臂驅動裝置(61)的電機時，拉桿(61a)軸向前行以便伸出主要部件(61b)的拉桿(61a)的長度被改變。相應的，如圖6箭頭S所示，基部手臂組件(11)繞第一連接軸(16)擺動，同樣，中間手臂組件(12)和頂端手臂組件(13)也分別由中間手臂驅動裝置(62)和頂端手臂驅動裝置(63)驅動繞第二連接軸(24)和第三連接軸(55)擺動，如圖6中箭頭T和箭頭U所示。此外，當平臺驅動器(8)被觸發時，整個機器人手臂(3)繞垂直軸旋轉。

如圖1所示狀態下，當中間手臂組件(12)的頂端部件(21)由手臂旋轉器(22)旋轉大約90度（圖7和圖8所示狀態）時，頂端手臂組件(13)、第三連接軸(55)和頂端手臂驅動裝置(63)以相同旋轉角度在相同方向旋轉。通過旋轉連同第三連接軸(55)的旋轉頂端手臂組件(13)和頂端手臂驅動裝置(63)，頂端手臂組件(13)的搖擺方向可以被改變。因此，機器人手臂(3)獲得改進移動靈活性。

工件W僅僅通過手腕驅動裝置(78)的電機就可以在臂軸方向移動，沒有旋轉旋轉平臺(6)或搖擺手臂組件(11)或(12)。手腕(14)的移動方向通過改變手腕驅動器(78)的電機的旋轉方向（正向或反向）而改變。

綜上所述，這種工業機器人(1)，中間手臂組件(12)被分為基部部件(20)和頂端部件(21)，頂端部件(21)相對于基部部件(20)旋轉，因此，頂端手臂組件(13)的搖擺方向可以被改變，機器人手臂(3)的靈活性移動可以被提高。機器人手臂(3)可以被移動，這樣的話，不用移走工件存放或轉移目的地周邊的障礙物，手臂組件和工件W就不會被周圍障礙物所干擾就可以被轉移到目的地。因此，機器人手臂(3)可以安穩地轉移工件W。