径向错位以增大机械臂臂体间活动范围的方法及其机械臂技术

本发明专利技术公开了一种径向错位以增大机械臂臂体间活动范围的方法，涉及两个处同一水平面的机械臂臂体，其中第一臂体连接有一上关节支撑板，第二臂体连接有下关节支撑板，上关节支撑板与下关节支撑板各自设有关节连接点，通过关节连接轴的串接层叠在一起，由于上关节支撑板与下关节支撑板处于不同平面，故可以凭借两板之间错位分布，沿关节连接轴使各自连接的第一臂体和第二臂体能做出更大的活动范围；上关节支撑板和下关节支撑板中，两者至少有一块支撑板其关节点不位于板体的中轴线上，使得关节结构改变后的上、下关节支撑板通过关节连接轴带动各自所连接的臂体，可将顺时针工作方向活动范围增加到0°～‑177°。本发明专利技术还提供了根据该方法所实现的机械臂。

Radial displacement method for increasing the range of motion of the arm of the robot arm and its mechanical arm

The invention discloses a method to increase the mechanical arm radial misalignment between the scope of activity, involving two at the same level of the mechanical arm body, wherein the first arm body is connected with a joint support plate, second arm body is connected with a lower joint support plate, joint support plate and a lower support plate joint with their joint connection point through laminated joints connecting shaft together, the joint support plate and a lower support plate joint in different plane, so it can be with two plates along the joint dislocation distribution, their connecting shaft connected to the first arm and the second arm can make a greater range of activities; joint the support plate and a lower joint support plate, a support plate with at least two of its joints not located on the axis of the plate body, the joint structural change after the upper and lower support plate through the connecting shaft joint joint Drive arm body each connected, the range of activities along the clockwise direction increased to 0 DEG to 177 deg. The invention also provides a mechanical arm according to the method.

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及机械臂设计与制造，特别涉及一种径向错位以增大机械臂臂体间活动范围的方法，以及根据该方法所实现的一种机械臂结构。
技术介绍
：众所周知，机械臂每个关节的极限角度直接影响它的工作范围。即机械臂每节关节可以转动的角度越大，机械臂臂体活动范围越大，随之机械臂末端的工作范围就越大。如图1所示，现有技术中采取普通重合式结构的机械臂自然伸直状态的两关节间沿箭头方向旋转+90°～-90°之间都毫无压力。如图2所示，但如果机械臂的工作范围需要如该图所示沿箭头方向继续转动，那么相邻两臂体间结构必定会产生干涉，而干涉部位分布的是机械臂最重要的动力单元，且该部分机械结构强度直接影响机械臂整体强度。所以即要保证机械臂主要动力单元间不产生干涉、结构强度不受影响，又想通过机械臂的灵活转动来实现更大工作范围活动是一个比较复杂的问题。当然，为了增加机械臂臂体的转动角度，国内现有的多自由度机械臂在关节处主要有两种结构形式方法。一、内嵌式铰链连接结构形式方法：如图3所示，相连两关节通过逐节变小的内嵌式铰链连接结构形式。这种连环的内嵌式铰链结构方法只能沿内嵌式铰链前后方向进行转动，且外形结构形式单一，内部结构复杂，故机械臂的活动方向在本结构方式上受到了很大的限制，而且实现增大臂体角度活动范围的方式是切除上一关节的臂体本体中会产生干涉的部分，整体的结构强度受到一定的影响，综合上述，该结构通用性不强，只能使用在特定的场合，不适合用在对方向角度有较多要求的场合。二、空间交错的结构形式方法：如图4所示，相连两臂体间采取空间交错的结构形式方法。这种空间交错的结构方法在关节连接轴和连接螺栓处会产生很大的拉应力，结构稳定性不强；且这种空间交错的结构，虽然单个关节间可以实现360°无障碍的旋转，但是在实际使用过程中，旋转空间会受到臂长和反复空间交错的结构本身的影响，即每段臂长的长短会限制下一节的转动的角度，另外反复的空间交错的结构在多轴多自由度的机械臂转动中易产生干涉，也就是第N个臂体和第N+2个臂体之间会产生干涉。
技术实现思路
：鉴于上述技术问题，在现有重合式结构形式方法的基础之上，为了扩大机械臂转动角度的范围，同时为获取多自由度工业机械臂更大的工作范围以适应市场多样化的需求，本专利技术提供了一种径向错位以增大机械臂臂体间活动范围的方法。该方法通过对机械臂结构力学性能和结构性能进行优化设计，可将原有角度盲区变为工作区域。另外，本专利技术还根据该方法提供了一种结构优化的机械臂。本专利技术的具体技术方案如下：径向错位以增大机械臂臂体间活动范围的方法，该方法涉及两个处同一水平面的机械臂臂体，即第一臂体和第二臂体；所述第一臂体连接有一上关节支撑板，第二臂体连接有下关节支撑板，上关节支撑板与下关节支撑板各自设有关节连接点，通过关节连接轴的串接层叠在一起，由于上关节支撑板与下关节支撑板处于不同平面，故可以凭借两板之间错位分布，沿关节连接轴使各自连接的第一臂体和第二臂体能做出更大的活动范围；所述上关节支撑板和下关节支撑板中，两者至少有一块支撑板其关节点不位于板体的中轴线上，使得关节结构改变后的上、下关节支撑板通过关节连接轴带动各自所连接的臂体，可将顺时针工作方向原本0°～-90°的活动范围增加到0°～-177°。上述方案中，所述两个臂体与其自身所连接的关节支撑板可由模具注塑成一体。根据上述方法实现径向错位以增大臂体间活动范围的机械臂，该机械臂的具体结构下：它包括下关节支撑板(第一谐波减速机背盖板)、上关节支撑板(第一谐波减速机面盖板)、第一直流无刷电机、第一电机盖板、第一谐波减速机柔轮、第一谐波减速机波发生器、第一谐波减速机刚轮以及第一谐波减速机面盖板侧板；其特征在于，所述下关节支撑板和上关节支撑板的关节点两个至少有一个不位于板体的中轴线上；所述第一直流无刷电机与第一电机盖板采用轴肩定位以及螺栓连接，且通过第一油封来实现润滑油的密封；所述下关节支撑板与第一电机盖板之间采用螺栓连接且用第四O型圈来实现密封作用；所述下关节支撑板与第一谐波减速机柔轮之间采用螺栓连接；所述第一直流无刷电机与第一谐波减速机波发生器之间采用定位螺钉来定位；所述上关节支撑板与第一谐波减速机刚轮之间采用螺栓连接，且用第一O型圈来实现密封作用；所述上关节支撑板与第一谐波减速机面盖板侧板之间采用螺栓连接。上述方案中，所述上关节支撑板连接第二关节部，所述第二关节部包括第二直流无刷电机、第二电机盖板、第二谐波减速机柔轮、第二谐波减速机波发生器、第二谐波减速机刚轮、第二谐波减速机面盖板以及第二谐波减速机背盖板；所述上关节支撑板通过螺栓连接第二谐波减速机面盖板；所述第二谐波减速机面盖板与第二谐波减速机刚轮之间采用螺栓连接，且用第三O型圈来实现密封作用；所述第二谐波减速机柔轮与第二谐波减速机背盖板采用螺栓连接；所述第二谐波减速机背盖板与第二电机盖板之间采用螺栓连接，且用第二O型圈来实现密封作用；所述第二谐波减速机波发生器与第二直流无刷电机之间采用定位螺钉来实现定位作用；所述第二电机盖板与第二直流无刷电机之间采用轴肩定位及螺栓连接，且用第二油封来实现润滑油密封作用。上述方案中，所述下关节支撑板通过第一连接螺栓垂直固定在第一支撑板上；所述第一支撑板通过两个第二连接螺栓固定在第一臂体内。上述方案中，所述第二谐波减速机背盖板与第二臂体之间采用螺栓连接固定。本专利技术的有益效果如下：采用新结构形式的机械臂关节，可以避免现有普通重合式结构转动角度的不足造成工作范围受到限制的情况；方便组合其他结构实现多角度转动，不受自身结构影响，且不用牺牲臂体结构强度来实现更大角度转动；第N个臂体和第N+2个臂体之间不会产生干涉，关节处螺栓连接拉应力小，通用性较强。机械臂臂体可在同一轴线上，这样的结构美观、结构简单、易于加工制造、布局紧凑、占空比小、结构稳定性强，而且随着机械臂臂体转动角度的增加，将臂体下的工作盲区变为有效工作区域，能有效减少工序节拍时间，提高生产效率，降低生产成本。能实现客户群体多样化，客户选择多样化，应用场合会更广，从而提高了产品的市场竞争力。通过本方案，使得本专利关节结构形式也可以成为主流多自由度机械臂关节组件结构设计方案之一；另外也可以给其它企业(以新关节组件结构形式方法作为设计思路)的机械臂提供新的设计思路。附图说明：以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本专利技术。图1为现有机械臂关节采用普通重合式结构方法时转动极限状态示意图。图2为现有机械臂关节采用普通重合式结构方法时旋转干涉状态示意图。图3为现有机械臂关节采用内嵌式铰链连接结构形式方法的结构图。图4为现有机械臂关节采用空间交错的结构形式方法的结构图。图5-1a为本专利技术方法中实施例一所涉及的自由状态下机械臂关节结构图。图5-1b为本专利技术方法中实施例一所涉及的顺时针转动极限状态下机械臂关节结构图。图5-2a为本专利技术方法中实施例二所涉及的自由状态下机械臂关节结构图。图5-2b为本专利技术方法中实施例二所涉及的顺时针转动极限状态下机械臂关节结构图。图5-3a为本专利技术方法中实施例三所涉及的自由状态下机械臂关节结构图。图5-3b为本专利技术方法中实施例三所涉及的顺时针转动极限状态下机械臂关节结构图。图6为本专利技术所涉及的机械臂外形图。图7为本专利技术所涉及的机械臂剖视图。图8a为本文档来自技高网...

【技术保护点】
径向错位以增大机械臂臂体间活动范围的方法，该方法涉及两个处同一水平面的机械臂臂体，即第一臂体和第二臂体；所述第一臂体连接有一上关节支撑板，第二臂体连接有下关节支撑板，上关节支撑板与下关节支撑板各自设有关节连接点，通过关节连接轴的串接层叠在一起，由于上关节支撑板与下关节支撑板处于不同平面，故可以凭借两板之间错位分布，沿关节连接轴使各自连接的第一臂体和第二臂体能做出更大的活动范围；所述上关节支撑板和下关节支撑板中，两者至少有一块支撑板其关节点不位于板体的中轴线上，使得关节结构改变后的上、下关节支撑板通过关节连接轴带动各自所连接的臂体，可将顺时针工作方向原本0°～‑90°的活动范围增加到0°～‑177°。

【技术特征摘要】
1.径向错位以增大机械臂臂体间活动范围的方法，该方法涉及两个处同一水平面的机械臂臂体，即第一臂体和第二臂体；所述第一臂体连接有一上关节支撑板，第二臂体连接有下关节支撑板，上关节支撑板与下关节支撑板各自设有关节连接点，通过关节连接轴的串接层叠在一起，由于上关节支撑板与下关节支撑板处于不同平面，故可以凭借两板之间错位分布，沿关节连接轴使各自连接的第一臂体和第二臂体能做出更大的活动范围；所述上关节支撑板和下关节支撑板中，两者至少有一块支撑板其关节点不位于板体的中轴线上，使得关节结构改变后的上、下关节支撑板通过关节连接轴带动各自所连接的臂体，可将顺时针工作方向原本0°～-90°的活动范围增加到0°～-177°。2.根据权利要求1所述的径向错位以增大机械臂臂体间活动范围的方法，其特征在于，所述两个臂体与其自身所连接的关节支撑板可由模具注塑成一体。3.根据权利要求1的方法所实现的机械臂，包括下关节支撑板、上关节支撑板、第一直流无刷电机、第一电机盖板、第一谐波减速机柔轮、第一谐波减速机波发生器、第一谐波减速机刚轮以及第一谐波减速机面盖板侧板；其特征在于，所述下关节支撑板和上关节支撑板的关节点两个至少有一个不位于板体的中轴线上；所述第一直流无刷电机与第一电机盖板采用轴肩定位以及螺栓连接，且通过第一油封来实现润滑油的密封；所述下关节支撑板与第一电机盖板之间采用螺栓连接且用第四O型圈来实现密封作用；所述下...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄磊，
申请(专利权)人：常州高思科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32