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专利号: 2015107501091
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 手动工具;轻便机动工具;手动器械的手柄;车间设备;机械手
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种模块化可折叠式机械臂单元,其特征在于,它包括:至少一个支撑套筒(4)、与支撑套筒(4)螺栓连接的观察套筒(5)、支撑套筒(4)两端的拐角套筒(1)、驱动两端拐角套筒(1)分别绕X轴和Y轴旋转的X轴旋转组件(7)与Y轴旋转组件(2)、提供转动力矩的动力组件(3)、连接机械臂单元与机器人机体的机械臂基座组件(6)以及与机械臂单元配套的机械手组件(8);

其中,相邻的支撑套筒(4)通过设置在两端拐角套筒(1)内的X轴旋转组件(7)与Y轴旋转组件(2)实现折叠和展开运动,从而克服机械臂体积对机器人工作范围的限制;

所述的X轴旋转组件(7)包括X轴内旋转连接件(7.4)、X轴外旋转连接件(7.2)、深沟球轴承一(7.5)、推力球轴承一(7.3)、动力轴轴向固定片(7.1)以及A型平键(7.6);

所述的X轴内旋转连接件(7.4)与支撑套筒(4)螺栓固定,X轴外旋转连接件(7.2)与拐角套筒(1)螺栓固定;深沟球轴承一(7.5)的内外圈分别与动力组件(3)的输出轴和X轴内旋转连接件(7.4)的沉孔过盈配合,推力球轴承一(7.3)的内外圈分别与X轴内旋转连接件(7.4)的凸台和X轴外旋转连接件(7.2)的沉孔过盈配合;

动力组件(3)的输出轴穿过X轴内旋转连接件(7.4)的中心孔之后与X轴外旋转连接件(7.2)通过A型平键(7.6)周向固定,螺钉穿过动力轴轴向固定片(7.1)与动力组件(3)的输出轴螺纹连接,实现X轴外旋转连接件(7.2)的轴向固定;动力组件(3)的输出轴通过X轴外旋转连接件(7.2)带动拐角套筒(1)绕X轴旋转;

所述的Y轴旋转组件(2)包括深沟球轴承四(2.1)、过渡连接件(2.2)、加长轴(2.3)、锥齿轮(2.4)、过渡拐角套筒(2.5)、独立轴(2.6)、深沟球轴承二(2.7)、Y轴内旋转连接件(2.8)、推力球轴承二(2.9)、Y轴外旋转连接件(2.10)以及独立轴轴向固定片(2.11);

所述的过渡连接件(2.2)两侧分别与支撑套筒(4)和过渡拐角套筒(2.5)螺栓固定,Y轴内旋转连接件(2.8)与过渡拐角套筒(2.5)螺栓固定,Y轴外旋转连接件(2.10)与拐角套筒(1)螺栓固定;

深沟球轴承四(2.1)的内外圈分别与加长轴(2.3)的轴段和过渡连接件(2.2)的沉孔过盈配合,深沟球轴承二(2.7)的内外圈分别与独立轴(2.6)的轴段和Y轴内旋转连接件(2.8)的沉孔过盈配合,推力球轴承二(2.9)的内外圈分别与Y轴内旋转连接件(2.8)的凸台和Y轴外旋转连接件(2.10)的沉孔过盈配合;

加长轴(2.3)的一端通过键和轴肩以及深沟球轴承四(2.1)实现与动力组件(3)输出轴的周向和轴向固定,另一端穿过过渡连接件(2.2)的内孔;独立轴(2.6)的一端通过键和轴肩以及独立轴轴向固定片(2.11)实现与Y轴外旋转连接件(2.10)的周向和轴向固定,另一侧穿过Y轴内旋转连接件(2.8)的内孔;

一对啮合的锥齿轮(2.4)分别与独立轴(2.6)和加长轴(2.3)的伸出端螺栓固定,动力组件(3)输出的转动力矩经锥齿轮对变向之后带动Y轴外旋转连接件(2.10)转动,从而带动拐角套筒(1)绕Y轴转动,在拐角套筒(1)运动受限时,通过反作用力带动过渡拐角套筒(2.5)、动力组件(3)、支撑套筒(4)以及观察套筒(5)绕Y轴反向旋转;

所述的机械臂基座组件(6)包括基座连接套筒(6.1)、动力组件(3)、X轴旋转组件(7)以及拐角套筒(1);

所述的基座连接套筒(6.1)一端与机器人车体固定,另一端通过动力组件(3)和X轴旋转组件(7)驱动拐角套筒(1)绕X轴旋转;该X轴旋转组件(7)驱动的拐角套筒(1)又是机械臂单元的Y轴旋转组件(2)中的拐角套筒(1),从而实现机械臂基座连接车体与机械臂单元并提供一个转动自由度的功能。

2.根据权利要求1所述的一种模块化可折叠式机械臂单元,其特征在于,所述的拐角套筒(1)、Y轴旋转组件(2)、动力组件(3)、机械臂基座组件(6)、X轴旋转组件(7)以及机械手组件(8)均为整体式模块化结构。

3.根据权利要求1或2所述的一种模块化可折叠式机械臂单元,其特征在于,所述的动力组件(3)包括伺服电机(3.4)、谐波减速器(3.1)、电机下卡板(3.2)以及电机上卡板(3.3);

所述的电机下卡板(3.2)与支撑套筒(4)螺栓连接,伺服电机(3.4)嵌入两个电机下卡板(3.2)的凹槽中,两个电机上卡板(3.3)分别与伺服电机(3.4)两侧的电机下卡板(3.2)配合,用螺钉拧紧,以使得伺服电机(3.4)与支撑套筒(4)轴向和周向固定;

谐波减速器(3.1)与过渡连接件(2.2)或X轴内旋转连接件(7.4)螺栓连接,使其与支撑套筒(4)保持周向和轴向固定;伺服电机(3.4)输出的扭矩经谐波减速器(3.1)放大之后,为X轴旋转组件(7)和Y轴旋转组件(2)提供旋转动力。

4.根据权利要求1或2所述的一种模块化可折叠式机械臂单元,其特征在于,所述的机械手组件(8)包括末端夹持组件(8.1)、末端旋转组件(8.2)、末端俯仰组件(8.3)以及机械手旋转组件(8.4);

所述的机械手旋转组件(8.4)与支撑套筒(4)螺栓固定,并为机械手提供一个绕X轴的旋转自由度;末端俯仰组件(8.3)为末端执行器提供一个绕A轴的旋转自由度;末端旋转组件(8.2)为末端执行器提供一个绕B轴的旋转自由度;末端夹持组件(8.1)为机械手提供一个沿C轴的移动自由度。

5.根据权利要求4所述的一种模块化可折叠式机械臂单元,其特征在于,所述的机械手旋转组件(8.4)包括减速器轴向固定片(8.4.1)、机械手外旋转连接件(8.4.2)、推力球轴承三(8.4.3)、机械手内旋转连接件(8.4.4)以及深沟球轴承三(8.4.5);

所述的机械手内旋转连接件(8.4.4)与支撑套筒(4)螺栓固定,深沟球轴承三(8.4.5)的内外圈分别与动力组件(3)的输出轴和机械手内旋转连接件(8.4.4)的沉孔过盈配合,推力球轴承三(8.4.3)的内外圈分别与机械手内旋转连接件(8.4.4)的凸台和机械手外旋转连接件(8.4.2)的沉孔过盈配合;动力组件(3)的输出轴穿过机械手内旋转连接件(8.4.4)的中心孔,并通过键和减速器轴向固定片(8.4.1)与机械手外旋转连接件(8.4.2)保持周向和轴向固定;动力组件(3)通过机械手外旋转连接件(8.4.2)为机械手提供绕X轴的转动自由度。

6.根据权利要求4所述的一种模块化可折叠式机械臂单元,其特征在于,所述的末端俯仰组件(8.3)包括旋转俯仰连接件(8.3.1)、俯仰舵机圆盘(8.3.2)、俯仰双轴舵机(8.3.3)、俯仰舵机侧板(8.3.4)以及旋转俯仰连接肋板(8.3.5);

所述的旋转俯仰连接件(8.3.1)两侧分别与旋转俯仰连接肋板(8.3.5)螺栓连接以增加其强度,旋转俯仰连接件(8.3.1)一端用螺栓固定在机械手外旋转连接件(8.4.2)上,另一端与俯仰舵机圆盘(8.3.2)螺栓连接;俯仰舵机侧板(8.3.4)与俯仰双轴舵机(8.3.3)螺栓连接;俯仰双轴舵机(8.3.3)通过自身的转动带动俯仰舵机侧板(8.3.4)绕垂直于X轴的A轴即俯仰双轴舵机(8.3.3)轴线旋转,从而带动末端旋转组件(8.2)绕A轴转动,进而带动末端夹持组件(8.1)绕A轴转动。

7.根据权利要求4所述的一种模块化可折叠式机械臂单元,其特征在于,所述的末端旋转组件(8.2)包括旋转舵机圆盘(8.2.1)、末端旋转舵机(8.2.2)以及旋转舵机连接板(8.2.3);

所述的旋转舵机圆盘(8.2.1)与俯仰舵机侧板(8.3.4)螺栓固定,旋转舵机连接板(8.2.3)与旋转舵机(8.2.2)螺栓固定,旋转舵机(8.2.2)通过自身的旋转带动旋转舵机连接板(8.2.3)绕垂直于A轴的B轴即旋转舵机(8.2.2)轴线旋转,从而带动末端夹持组件(8.1)绕B轴旋转。

8.根据权利要求4所述的一种模块化可折叠式机械臂单元,其特征在于,所述的末端夹持组件(8.1)包括旋转夹持连接件(8.1.1)、夹持舵机(8.1.2)、夹持舵机连接板(8.1.3)、摇杆(8.1.4)、舵机一字臂(8.1.5)、摇杆滑块连接板(8.1.6)、夹持手指(8.1.7)、手指肋板(8.1.8)、夹持滑块(8.1.9)、T型滑轨(8.1.10)以及U型滑轨连接件(8.1.11);

所述的旋转夹持连接件(8.1.1)呈L型,一端与旋转舵机连接板(8.2.3)螺栓固定,另一端与夹持舵机连接板(8.1.3)螺栓固定;夹持舵机(8.1.2)与夹持舵机连接板(8.1.3)螺栓固定;

摇杆(8.1.4)两端分别与舵机一字臂(8.1.5)和摇杆滑块连接板(8.1.6)的一端螺栓连接,摇杆滑块连接板(8.1.6)的另一端与夹持滑块(8.1.9)螺栓固定,组成曲柄滑块机构;

U型滑轨连接件(8.1.11)两侧分别与夹持舵机连接板(8.1.3)和T型滑轨(8.1.10)螺栓固定,两侧分别连接手指肋板(8.1.8)的夹持手指(8.1.7)通过螺栓固定在夹持滑块(8.1.9)上;夹持舵机(8.1.2)输出轴带动舵机一字臂(8.1.5)的旋转运动,经曲柄滑块机构转换为两个夹持滑块(8.1.9)沿垂直于B轴的C轴即T型滑轨(8.1.10)轴线的相向或背向运动,从而带动两个夹持手指(8.1.7)沿C轴的相向或背向运动,实现夹持或松开动作;

其中,所述的T型滑轨(8.1.10)两端有用来限制夹持滑块(8.1.9)最大行程的螺钉。