本發(fā)明涉及一種機器人臂，屬于機器人
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：隨著人力成本的逐步提高，機器人代替人類作業(yè)成為一種趨勢。機器人臂是機器人完成作業(yè)的關(guān)鍵部分，機器人臂的設(shè)計直接決定了機器人能否適用于某一特定的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)場景，它直接決定機器人能否順利完成預(yù)定的的作業(yè)計劃。因此，合理的設(shè)計機器人臂是機器人設(shè)計的一個重要部分。目前市場上的自動化生產(chǎn)場景所使用的串聯(lián)或者并聯(lián)機器人，可作為搬運，焊接，噴涂，裝配等使用，但是對一些復(fù)雜的操作，不僅要求機器人臂能夠完成高速直線運動與回轉(zhuǎn)運動的復(fù)合運動，還要求機器人臂能夠提供較大的沖擊力，同時機器人臂還需要使用一些針對特殊工藝設(shè)計的工具，針對此類復(fù)雜的工藝生產(chǎn)現(xiàn)場，目前尚沒有合適的機器人臂能夠完成這些復(fù)雜操作。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，進而提供二自由度機器人臂。本發(fā)明的技術(shù)方案：二自由度機器人臂，它具有兩個自由度，包括移動驅(qū)動電機、回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機、移動回轉(zhuǎn)組件、導(dǎo)向輪、移動回轉(zhuǎn)組件轉(zhuǎn)子組件、夾爪氣缸、旋轉(zhuǎn)運動-直線運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)、夾爪、工具座、導(dǎo)軌和小臂支架，所述移動驅(qū)動電機固定在小臂支架后端側(cè)面，小臂支架上設(shè)有移動回轉(zhuǎn)組件，移動回轉(zhuǎn)組件的兩側(cè)與旋轉(zhuǎn)運動-直線運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)聯(lián)接，旋轉(zhuǎn)運動-直線運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)與移動驅(qū)動電機鉸接，小臂支架上設(shè)有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌為兩條且平行布置，移動回轉(zhuǎn)組件的下端四個底角處均設(shè)有導(dǎo)向輪，動回轉(zhuǎn)組件通過導(dǎo)向輪在導(dǎo)軌上做往復(fù)直線運動，回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機與移動回轉(zhuǎn)組件并列上下布置，移動回轉(zhuǎn)組件的轉(zhuǎn)子組件通過回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機做±180°回轉(zhuǎn)運動；移動回轉(zhuǎn)組件轉(zhuǎn)子組件的前端固定有夾爪氣缸，工具座固定在夾爪氣缸的缸體前端，工具座的前端內(nèi)部為外喇叭口形錐孔結(jié)構(gòu)，工具座上還設(shè)有夾爪，夾爪的后端與夾爪氣缸的氣缸活塞桿鉸接。優(yōu)選的：所述的旋轉(zhuǎn)運動-直線運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)包括鏈條和鏈輪，鏈條為兩條平行布置，鏈條的前端通過前部鏈輪軸安裝在小臂支架上，鏈條的后端通過后部鏈輪軸安裝在小臂支架上，兩條鏈條布置在小臂支架外側(cè)，后部鏈輪軸上安裝有主動鏈輪ⅰ，前部鏈輪軸上安裝有從動鏈輪ⅰ，移動驅(qū)動電機1通過減速機與主動鏈輪ⅰ連接。優(yōu)選的：所述回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機與移動回轉(zhuǎn)組件上下并列布置，回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機與移動回轉(zhuǎn)組件的軸線平行，回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機通過減速機安裝在安裝架上，安裝架安裝在移動回轉(zhuǎn)組件上，減速機的輸出端安裝有主動鏈輪ⅱ，移動回轉(zhuǎn)組件的轉(zhuǎn)子組件的輸出端安裝有傳動鏈輪ⅱ，主動鏈輪ⅱ通過鏈傳動帶動傳動鏈輪ⅱ及移動回轉(zhuǎn)組件轉(zhuǎn)子組件做±180°回轉(zhuǎn)運動。優(yōu)選的：所述的移動回轉(zhuǎn)組件的上端面安裝有調(diào)整螺栓安裝座，調(diào)整螺栓安裝座上安裝有調(diào)整螺栓，所述的調(diào)整螺栓頂靠在安裝架上。優(yōu)選的：所述的移動回轉(zhuǎn)組件的轉(zhuǎn)子組件內(nèi)部采用兩端支撐的安裝方式，移動回轉(zhuǎn)組件的轉(zhuǎn)子組件的軸承室為可拆卸結(jié)構(gòu)，所述的移動回轉(zhuǎn)組件的轉(zhuǎn)子組件的軸承室的兩側(cè)分別安裝有軸承室套，所述的軸承室套通過螺栓固定安裝在軸承室兩側(cè)，軸承室套內(nèi)安裝有支撐軸承，移動回轉(zhuǎn)組件的轉(zhuǎn)子組件的轉(zhuǎn)動軸設(shè)置在軸承室內(nèi)并通過軸承室套內(nèi)的支撐軸承支撐安裝。優(yōu)選的：所述的移動回轉(zhuǎn)組件每個底角處的導(dǎo)向輪分為上下兩部分，上部的導(dǎo)向輪與導(dǎo)軌的上面貼合，下部的導(dǎo)向輪與小臂支架的下端面貼合。本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明具有兩個自由度，移動回轉(zhuǎn)組件轉(zhuǎn)子、工具座及夾爪氣缸可沿機器人臂軸線方向做±180°回轉(zhuǎn)運動，通過控制回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機可控制移動回轉(zhuǎn)組件的輸出轉(zhuǎn)矩，其轉(zhuǎn)矩大小參見表1；旋轉(zhuǎn)運動-直線運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)將移動驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)運動最終轉(zhuǎn)化為移動回轉(zhuǎn)組件的直線運動，可以控制移動驅(qū)動電機的速度和轉(zhuǎn)矩從而控制移動回轉(zhuǎn)組件的直線運動速度和在運動方向的沖擊力，在需要沖擊力的時候移動回轉(zhuǎn)組件高速運動，通過驅(qū)動電機提供的轉(zhuǎn)矩和移動回轉(zhuǎn)組件本身的慣性力在運動方向上提供一個需要的沖擊力。實現(xiàn)了機器人臂結(jié)構(gòu)緊湊、運動靈活的優(yōu)點，同時在某一軸方向上又具有較高的直線運動速度并可同時實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動，此外還可以提供較高的沖擊力，參見表2。表1：機器人臂輸出轉(zhuǎn)矩表電機轉(zhuǎn)速rpm電機轉(zhuǎn)矩(nm)輸出轉(zhuǎn)矩(nm)額定轉(zhuǎn)速15008.34292最高轉(zhuǎn)速30004.74167瞬時最大轉(zhuǎn)矩—20.85730表2：機器人沖擊力數(shù)據(jù)表電機轉(zhuǎn)速rpm沖擊力(kgf)9002298.111002626.413002954.7附圖說明圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)立體圖；圖2是移動回轉(zhuǎn)組件立體圖；圖3是移動回轉(zhuǎn)組件局部主剖視圖；圖4是前部鏈條傳動示意圖；圖5是后部鏈條傳動示意圖；圖6是導(dǎo)向輪在移動回轉(zhuǎn)組件的下端底角處的布置圖；圖7是軸承室剖視圖；圖8是二自由度機器人臂在運動方向的沖擊實驗效果圖；圖中1-移動驅(qū)動電機，2-回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機，3-移動回轉(zhuǎn)組件，4-導(dǎo)向輪，5-移動回轉(zhuǎn)組件轉(zhuǎn)子組件，6-夾爪氣缸，7-旋轉(zhuǎn)運動-直線運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)，8-夾爪，9-工具座，10-導(dǎo)軌，11-小臂支架，12-減速機，13-安裝架，14-主動鏈輪ⅱ，15-傳動鏈輪ⅱ，16-軸承室，17-調(diào)整螺栓，18-前部鏈輪軸，19-后部鏈輪軸，20-主動鏈輪ⅰ，21-從動鏈輪ⅰ，22-軸承室套，23-調(diào)整螺栓安裝座。具體實施方式在下文中將結(jié)合附圖對本發(fā)明的示范性實施例進行描述。為了清楚和簡明起見，在說明書中并未描述實際實施方式的所有特征。然而，應(yīng)該了解，在開發(fā)任何這種實際實施例的過程中必須做出很多特定于實施方式的決定，以便實現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標，例如，符合與系統(tǒng)及業(yè)務(wù)相關(guān)的那些限制條件，并且這些限制條件可能會隨著實施方式的不同而有所改變。此外，還應(yīng)該了解，雖然開發(fā)工作有可能是非常復(fù)雜和費時的，但對得益于本發(fā)明公開內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，這種開發(fā)工作僅僅是例行的任務(wù)。在此，還需要說明的一點是，為了避免因不必要的細節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的裝置結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細節(jié)。具體實施方式一：結(jié)合圖1-圖7說明本實施方式，本實施方式的二自由度機器人臂，它具有兩個自由度，包括移動驅(qū)動電機1、回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機2、移動回轉(zhuǎn)組件3、導(dǎo)向輪4、移動回轉(zhuǎn)組件轉(zhuǎn)子組件5、夾爪氣缸6、旋轉(zhuǎn)運動-直線運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)7、夾爪8、工具座9、導(dǎo)軌10和小臂支架11，所述移動驅(qū)動電機1固定在小臂支架11后端側(cè)面，小臂支架11上設(shè)有移動回轉(zhuǎn)組件3，移動回轉(zhuǎn)組件3的兩側(cè)與旋轉(zhuǎn)運動-直線運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)7聯(lián)接，旋轉(zhuǎn)運動-直線運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)7與移動驅(qū)動電機1鉸接，小臂支架11上設(shè)有導(dǎo)軌10，導(dǎo)軌10為兩條且平行布置，移動回轉(zhuǎn)組件3的下端四個底角處均設(shè)有導(dǎo)向輪4，移動回轉(zhuǎn)組件3通過導(dǎo)向輪4在導(dǎo)軌10上做往復(fù)直線運動，回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機2與移動回轉(zhuǎn)組件3并列上下布置，移動回轉(zhuǎn)組件的轉(zhuǎn)子組件5通過回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機2做±180°回轉(zhuǎn)運動；移動回轉(zhuǎn)組件轉(zhuǎn)子組件5的前端固定有夾爪氣缸6，工具座9固定在夾爪氣缸6的缸體前端，工具座9的前端內(nèi)部為外喇叭口形錐孔結(jié)構(gòu)，工具座9上還設(shè)有夾爪8，夾爪8的后端與夾爪氣缸6的氣缸活塞桿鉸接。如此設(shè)置，此種將驅(qū)動電機1固定在小臂支架11后端側(cè)面的布置方式，其驅(qū)動電機1的輸出端輸出的動力直接作用于旋轉(zhuǎn)運動-直線運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)7，這種方式在提高傳動效率的同時也大大提高了移動回轉(zhuǎn)組件3所提供的最大沖擊力，同時移動回轉(zhuǎn)組件3上端并列布置有回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機2，回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機2驅(qū)動移動回轉(zhuǎn)組件的轉(zhuǎn)子組件5轉(zhuǎn)動，使得安裝在轉(zhuǎn)子組件5前端的夾爪氣缸6軸向轉(zhuǎn)動，這樣在驅(qū)動電機1和回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機2的作用下，機器人在運動方向的沖擊包括移動回轉(zhuǎn)組件本身的慣性力和回轉(zhuǎn)組件本身的轉(zhuǎn)動力，這種方式達到的沖擊效率更高，通過試驗證明此結(jié)論，試驗方案如下：方案1：利用驅(qū)動電機1帶動移動回轉(zhuǎn)組件3在試驗對象上進行沖擊效果模擬；方案2：利用驅(qū)動電機1和回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機2共同作業(yè)下產(chǎn)生的直線+回轉(zhuǎn)的復(fù)合運動在試驗對象上進行沖擊效果模擬；使用方案1和方案2分別在相同硬度、相同厚度的試驗對象上以相同的速度進行數(shù)次沖擊試驗，獲得數(shù)次完成擊穿試驗對象的時間，試驗結(jié)果如圖8：從擊穿時間曲線可以看出，方案2的最大擊穿時間小于方案1的最小擊穿時間，且方案2的擊穿時間基本保持平穩(wěn)，說明方案2的擊穿效率遠遠高于方案1。方案1由于在擊穿過程中其工具會出現(xiàn)卡在試驗對象中的情況，導(dǎo)致其擊穿時間變化較大，難以保證其擊穿效率。因此本發(fā)明方式除了大大提高了沖擊力外，其擊穿效率(也就是工作效率)也得到了明顯的提升，能夠保證其工作的穩(wěn)定性。本發(fā)明的導(dǎo)軌10為兩條且平行布置，可以承受更加復(fù)雜的受力情況，工具座9固定在夾爪氣缸6的缸體前端，此種氣缸前置的布置方式易于布線，且線纜與移動回轉(zhuǎn)組件隨動，整個結(jié)構(gòu)簡單有效。具體實施方式二：結(jié)合圖1-圖7說明本實施方式，本實施方式的二自由度機器人臂所述的旋轉(zhuǎn)運動-直線運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)7包括鏈條和鏈輪，鏈條為兩條平行布置，鏈條的前端通過前部鏈輪軸18安裝在小臂支架11上，鏈條的后端通過后部鏈輪軸19安裝在小臂支架11上，兩條鏈條布置在小臂支架11外側(cè)，后部鏈輪軸19上安裝有主動鏈輪ⅰ20，前部鏈輪軸18上安裝有從動鏈輪ⅰ21，移動驅(qū)動電機1通過減速機12與主動鏈輪ⅰ20連接。如此設(shè)置，移動驅(qū)動電機1的旋轉(zhuǎn)運動最終轉(zhuǎn)化為移動回轉(zhuǎn)組件3的往復(fù)直線運動，可以控制移動驅(qū)動電機1的速度和轉(zhuǎn)矩從而控制移動回轉(zhuǎn)組件3的直線運動速度和在直線運動方向的沖擊力，在需要沖擊力的時候移動回轉(zhuǎn)組件3高速運動，通過移動驅(qū)動電機1提供的轉(zhuǎn)矩和移動組件本身的慣性力在運動方向上提供一個需要的沖擊力。具體實施方式三：結(jié)合圖1-圖7說明本實施方式，本實施方式的二自由度機器人臂所述回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機2與移動回轉(zhuǎn)組件3上下并列布置，回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機2與移動回轉(zhuǎn)組件3的軸線平行，回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機2通過減速機12安裝在安裝架13上，安裝架13安裝在移動回轉(zhuǎn)組件3上，減速機12的輸出端安裝有主動鏈輪ⅱ14，移動回轉(zhuǎn)組件轉(zhuǎn)子組件5的輸出端安裝有傳動鏈輪ⅱ15，主動鏈輪ⅱ14通過鏈傳動帶動傳動鏈輪ⅱ15及移動回轉(zhuǎn)組件的轉(zhuǎn)子組件5做±180°回轉(zhuǎn)運動。具體實施方式四：結(jié)合圖1-圖7說明本實施方式，本實施方式的二自由度機器人臂所述的移動回轉(zhuǎn)組件3的上端面安裝有調(diào)整螺栓安裝座23，調(diào)整螺栓安裝座23上安裝有調(diào)整螺栓17，所述的調(diào)整螺栓17頂靠在安裝架13上。如此設(shè)置，所述的安裝架13通過長圓孔的固定方式安裝在回轉(zhuǎn)組件3的上端面上，通頂靠在安裝架13上的調(diào)整螺栓17，能夠保證減速機12輸出端主動鏈輪ⅱ14和移動回轉(zhuǎn)組件轉(zhuǎn)子組件5的輸出端傳動鏈輪ⅱ15的工作間距，保證鏈條始終處于張緊狀態(tài)。具體實施方式五：結(jié)合圖1-圖7說明本實施方式，本實施方式的二自由度機器人臂所述的移動回轉(zhuǎn)組件轉(zhuǎn)子組件5內(nèi)部采用兩端支撐的安裝方式，移動回轉(zhuǎn)組件轉(zhuǎn)子組件5的軸承室16為可拆卸結(jié)構(gòu)，所述的轉(zhuǎn)子組件5的軸承室16的兩側(cè)分別安裝有軸承室套22，所述的軸承室套22通過螺栓固定安裝在軸承室16兩側(cè)，軸承室套22內(nèi)安裝有支撐軸承，轉(zhuǎn)子組件5的轉(zhuǎn)動軸設(shè)置在軸承室16內(nèi)并通過軸承室套22內(nèi)的支撐軸承支撐安裝。如此設(shè)置，轉(zhuǎn)子組件采用兩端支撐方式，其軸承室為可拆卸結(jié)構(gòu)，這種可拆卸結(jié)構(gòu)更便于轉(zhuǎn)子組件在長時間使用后進行維修養(yǎng)護過程的拆裝，其結(jié)構(gòu)拆卸簡單方便，節(jié)省了維修和養(yǎng)護時間。具體實施方式六：結(jié)合圖1-圖7說明本實施方式，本實施方式的二自由度機器人臂所述的移動回轉(zhuǎn)組件3每個底角處的導(dǎo)向輪4分為上下兩部分，上部的導(dǎo)向輪4與導(dǎo)軌10的上面貼合，下部的導(dǎo)向輪4與小臂支架11的下端面貼合。上部的導(dǎo)向輪4主要起到導(dǎo)向作用，下部的導(dǎo)向輪4起到平衡扭轉(zhuǎn)力矩的作用。進一步地，根據(jù)一種實現(xiàn)方式，所述導(dǎo)軌10為半圓形長導(dǎo)軌。進一步地，根據(jù)一種實現(xiàn)方式，所述移動驅(qū)動電機1和回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機2為伺服電機，由運動控制器與伺服驅(qū)動器控制。具有機器人的運動學(xué)和動力學(xué)特征，動作靈活，重復(fù)定位精度和運動軌跡精度控制精準，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，易于維護，便于操作。進一步地，根據(jù)一種實現(xiàn)方式，所述的旋轉(zhuǎn)運動-直線運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)7還可以為電動推桿、螺紋絲杠或皮帶。進一步地，根據(jù)一種實現(xiàn)方式，所述的移動回轉(zhuǎn)組件3的鏈傳動還可以為齒輪傳動、帶傳動等傳動方式。進一步地，根據(jù)一種實現(xiàn)方式，軸承室17可根據(jù)實際情況設(shè)置為可拆卸及不可拆卸兩種方式。本發(fā)明的工作原理：機器人臂一軸電機驅(qū)動減速機帶動旋轉(zhuǎn)運動-直線運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)7，旋轉(zhuǎn)運動-直線運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)7帶動移動回轉(zhuǎn)組件3沿導(dǎo)軌10做往復(fù)直線運動，二軸電機驅(qū)動鏈傳動機構(gòu)帶動移動回轉(zhuǎn)組件3做回轉(zhuǎn)運動。夾爪氣缸6的伸縮運動，可以帶動夾爪8抓緊或松開工具座9中的工具，機器人所使用的電機均為伺服電機，由運動控制器與伺服驅(qū)動器控制，具有機器人的運動學(xué)和動力學(xué)特征，動作靈活，重復(fù)定位精度和運動軌跡精度控制精準，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，易于維護，便于操作，一軸電機的旋轉(zhuǎn)運動最終轉(zhuǎn)化為移動回轉(zhuǎn)組件4的直線運動，電機驅(qū)動移動回轉(zhuǎn)組件3做回轉(zhuǎn)運動同時提供一定的輸出轉(zhuǎn)矩，可以控制伺服電機的速度和轉(zhuǎn)矩從而控制移動回轉(zhuǎn)組件3的輸出轉(zhuǎn)矩及直線運動速度和在運動方向的沖擊力，在需要沖擊力的時候移動回轉(zhuǎn)組件3高速運動，通過電機提供的轉(zhuǎn)矩和移動回轉(zhuǎn)組件3本身的慣性力在運動方向上提供一個需要的沖擊力，同時監(jiān)控沖擊力的大小反饋，當沖擊力達到設(shè)定允許值上限值時沖擊停止，電機反轉(zhuǎn)回退，指令和反饋采用高速通訊模式，保證接收反饋和發(fā)送控制指令的實時性。機器人臂所用rv減速機具有抗沖擊力強、扭矩大、體積小、重量輕、傳動比范圍大、減速比大、壽命長、定位精度高、精度保持穩(wěn)定、效率高、振動小、傳動平穩(wěn)等諸多優(yōu)點，較機器人中常用的諧波減速機具有高得多的疲勞強度、剛度和壽命，而且回差精度穩(wěn)定。本實施方式只是對本專利的示例性說明，并不限定它的保護范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以對其局部進行改變，只要沒有超出本專利的精神實質(zhì)，都在本專利的保護范圍內(nèi)。當前第1頁12