一种工业用智能模块化机械臂制造技术

本发明专利技术公开一种工业用智能模块化机械臂，包括固定底座、模块化关节、模块化关节连接件、手爪连接件和机械手爪；所述N个模块化关节与N‑1个模块化关节连接件组成一个模块化机械臂，所述模块化机械臂安装在固定底座的侧面；所述机械手爪安装在模块化机械臂的末端。该工业用智能模块化机械臂为冗余机构，自由度较高，可操作性强，在避障与路径规划方面具有很好的应用性，并且解决了外部走线易缠线等问题，外形美观，同时该工业用智能模块化机械臂模块化程度高，可实现任意零件的替换与连接，通用性强，有效的降低了维修与运营成本。

An Intelligent Modular Manipulator for Industry

The invention discloses an industrial intelligent modular manipulator, which comprises a fixed base, a modular joint, a modular joint connector, a gripper connector and a mechanical gripper; the N modular joints and a modular joint connector constitute a modular manipulator, the modular manipulator is installed on the side of the fixed base; the mechanical gripper is installed on the modular machinery. The end of the arm. The industrial intelligent modular manipulator is redundant mechanism with high degree of freedom and strong maneuverability. It has good applicability in obstacle avoidance and path planning. It also solves the problems of easy winding of external wiring and has beautiful appearance. At the same time, the industrial intelligent modular manipulator has high modularity, which can realize the replacement and connection of arbitrary parts, has strong versatility and effectively reduces the cost. Maintenance and operation costs.

【技术实现步骤摘要】
一种工业用智能模块化机械臂
本专利技术涉及工业机械臂
，具体来说是一种工业用智能模块化机械臂。
技术介绍
机械臂是一种仿人类手臂功能的可执行设备，具有与人交互，协调控制，环境感知等功能，可帮助及代替人们在危险环境下作业。随着机械臂在工业领域的迅猛发展，机械臂正逐步成为工业领域不可或缺的重要设备，但单一的机械臂所实现的功能非常有限，无法满足复杂的作业环境。伴随着机械双臂的兴起，扩大了机械臂的使用范围，使得机械臂在与人交互及其作业方面更加协调与便捷。但目前市场上的机械双臂多为一体化设备，模块化程度不高，往往某个模块的损坏影响到整个机械臂的使用，从而造成运行成本提高，使用寿命降低，而且市场上的机械双臂多以定制为主，种类繁多，造价太高，从而造成维修困难等问题。不仅如此，与之相连的传统机械手爪大都采用抓取的方式，效率低而且对于无规则或较重的物体难以进行抓取，通用性差。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种工业用智能模块化机械臂。该工业用智能模块化机械臂为冗余机构，自由度较高，可操作性强，在避障与路径规划方面具有很好的应用性，并且解决了外部走线易缠线等问题，外形美观，同时该工业用智能模块化机械臂模块化程度高，可实现任意零件的替换与连接，通用性强，有效的降低了维修与运营成本。且所设计的机械手爪，不仅能够完成抓取工作，更能针对无规则或较重的物体采用拖取或勾取的工作。为了实现上述专利技术目的，采用技术方案为：一种工业用智能模块化机械臂，其特征在于，包括固定底座、模块化关节、模块化关节连接件、手爪连接件和机械手爪；所述N个模块化关节与N-1个模块化关节连接件组成一个模块化机械臂(N为大于1的整数)，所述模块化机械臂安装在固定底座的侧面；所述机械手爪安装在模块化机械臂的末端；所述固定底座两侧设有统一化连接接口，接口为凹槽式，上面设置有若干个连接孔，从而与模块化关节连接时实现模块化关节的轴向与周向定位；所述固定底座采用筋板连接结构，中间采用镂空结构，底部和两侧均设有中空管道，用来进行走线；所述模块化关节包括左端端盖、右端端盖、外壳、关节驱动器、增量式编码器、绝对值编码器、制动器、谐波减速器、中空无框力矩电机、电机传动轴和输出法兰；所述增量式编码器包括增量式编码器电刷、增量式编码器码盘；所述谐波减速器包括谐波减速器柔轮、谐波减速器刚轮与波发生器；所述绝对值编码器包括绝对值编码器定子与绝对值编码器转子；所述制动器包括推移式电磁铁与制动盘；所述中空无框力矩电机包括电机定子、电机转子与霍尔传感器；所述外壳包括左端外壳与右端外壳；所述左端端盖、左端外壳、关节驱动器、增量式码器、中空无框力矩电机、制动器与电机传动轴组成输入端空间；所述谐波减速器、右端端盖、绝对值编码器、右端外壳与输出法兰组成输出端空间，所述外壳内具有壳内凸起；所述模块化关节内关节驱动器所在方位为左，谐波减速器所在方位为右；所述电机传动轴包括三级阶梯轴，从左往右依次为第一阶梯轴、第二阶梯轴和第三阶梯轴；所述输出法兰包括二级阶梯轴，从左往右依次为第四阶梯轴和第五阶梯轴；所述左端外壳上设有第一固定连接板与第一活动连接板，所述右端外壳上设有第二固定连接板和第二活动连接板，所述第一固定连接板、第二固定连接板通过螺钉安装在壳内凸起上；所述第一活动连接板、第二活动连接板和第二固定连接板是镂空的，可以减轻关节重量且能够进行内部走线；所述关节驱动器通过螺钉安装于第一活动连接板上的凹槽内；所述推移式电磁铁通过直角支撑架安装在第一活动连接板上，在通电时推移式电磁铁的铜柱处于缩回状态，在断电的情况下，推移式电磁铁的铜柱处于伸出状态，形成机械限位，从而达到制动效果；所述制动盘通过螺钉安装在第一阶梯轴上；所述电机传动轴左端通过滚动轴承支撑，滚动轴承安装在第二阶梯轴上，通过第一固定连接板与第二阶梯轴进行轴向与周向定位；所述增量式编码器的码盘通过顶丝安装在第一阶梯轴上，所述增量式编码器的电刷通过螺钉安装在第一固定连接板上；所述中空无框力矩电机位于输入端空间，中空无框力矩电机通过第一固定连接板以及第三阶梯轴固定，所述电机定子位于电机转子的内部，所述霍尔传感器安装于电机定子上，所述电机转子卡在第三阶梯轴与第一固定连接板之间；所述电机定子的一侧通过第一固定连接板进行轴向定位；所述谐波减速器刚轮通过螺钉连接在第二固定连接板上，所述谐波减速器柔轮通过螺钉直接与输出法兰相连接，有效的减少了输出间隙；所述右端端盖通过螺钉与输出法兰相连接；所述左端端盖、右端端盖均为阶梯式，与外壳相连时可实现轴向与周向定位；所述左端端盖、右端端盖上设有连接耳板，所述连接耳板为凹槽式，可有效对模块化关节连接件进行轴向与周向定位；所述模块化关节连接件通过连接耳板上的螺钉孔与左端端盖或右端端盖直接相连，提高了传动精度；所述绝对值编码器包括绝对值编码器定子、绝对值编码器转子，绝对值编码器设置在输出法兰上，绝对值编码器定子、绝对值编码器转子之间的距离通过第二活动连接板与输出法兰之间的距离调节；所述模块化关节连接件整体构型为S型，结构为中空薄壳式，所述模块化关节连接件两端为圆孔型接口，圆孔型接口上均匀设有多个凹槽，凹槽内设有凸起，凸起上设有螺钉孔；所述机械手爪为两个自由度，机械手爪通过手爪连接件连接在模块化机械臂末端的模块化关节的右端端盖上；所述机械手爪包括手爪支撑架、舵机、舵机支撑架、舵机连接件、蜗轮、蜗杆、步进电机、步进电机固定架、摇杆、摇杆固定架、夹块、力传感器、手爪驱动器以及挡板；所述手爪连接件为圆盘式，上面设有与模块化关节连接件结构相同的凹槽，凹槽内凸起上设有螺钉孔，用于与模块化关节的右端端盖相连，实现轴向与周向固定；所述手爪连接件上还设有螺栓孔，用以连接手爪支撑架；所述舵机安装在舵机支撑架上，舵机支撑架通过螺栓安装在手爪支撑架上；所述舵机连接件设计为“T”型，下端通过螺栓固定在舵机支撑架上，上端通过螺栓连接到步进电机固定架上，舵机连接件的上表面与中部之间设置有一个上端开口的步进电机盛放器，步进电机设置在步进电机盛放器内，步进电机盛放器的外周设置有散热与走线孔，用以步进电机的散热与走线；步进电机的上端与步进电机固定架连接，步进电机的轴向与周向固定通过舵机连接件上的步进电机盛放器与步进电机固定架来实现；所述步进电机固定架设计为U型，底端设有安装孔及通孔，安装孔用以安装舵机连接件，所述蜗杆与蜗轮安装在步进电机固定架上；蜗杆通过步进电机固定架底端的通孔与步进电机的输出轴连接；手爪驱动器固定在步进电机固定架上，并与舵机、步进电机、力传感器电连接；所述摇杆共有四个，分两组分别安装在步进电机固定架的两侧，同一组的两个摇杆并列且不接触；每一个摇杆的下端与步进电机固定架铰接，其上端横向两侧设置有安装孔；摇杆固定架为两侧面上均设置有安装孔的“n”型连接片，摇杆固定架开口朝下的安装在同一组的两个摇杆上，且其上的安装孔与两个摇杆上两侧的安装孔位置对齐；两个挡板分别安装在两组摇杆一面的同一侧，通过螺钉依次与摇杆固定架、摇杆紧固在一起；两个夹块分别安装在两组摇杆另一面的同一侧，通过螺钉依次与摇杆固定架、摇杆紧固在一起，其中一个夹块上安装有力传感器；摇杆的下端设置有凹槽，凹槽内部设置有连接孔，两组蜗轮的一端均与蜗杆连接，其另一端分别与两组摇杆下端凹槽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业用智能模块化机械臂，其特征在于，包括固定底座、模块化关节、模块化关节连接件、手爪连接件和机械手爪；所述N个模块化关节与N‑1个模块化关节连接件组成一个模块化机械臂，所述模块化机械臂安装在固定底座的侧面；所述机械手爪安装在模块化机械臂的末端；所述固定底座两侧设有统一化连接接口，接口为凹槽式，上面设置有若干个连接孔，从而与模块化关节连接时实现模块化关节的轴向与周向定位；所述固定底座采用筋板连接结构，中间采用镂空结构，底部和两侧均设有中空管道，用来进行走线；所述模块化关节包括左端端盖、右端端盖、外壳、关节驱动器、增量式编码器、绝对值编码器、制动器、谐波减速器、中空无框力矩电机、电机传动轴和输出法兰；所述增量式编码器包括增量式编码器电刷、增量式编码器码盘；所述谐波减速器包括谐波减速器柔轮、谐波减速器刚轮与波发生器；所述绝对值编码器包括绝对值编码器定子与绝对值编码器转子；所述制动器包括推移式电磁铁与制动盘；所述中空无框力矩电机包括电机定子、电机转子与霍尔传感器；所述外壳包括左端外壳与右端外壳；所述左端端盖、左端外壳、关节驱动器、增量式码器、中空无框力矩电机、制动器与电机传动轴组成输入端空间；所述谐波减速器、右端端盖、绝对值编码器、右端外壳与输出法兰组成输出端空间，所述外壳内具有壳内凸起；所述模块化关节内关节驱动器所在方位为左，谐波减速器所在方位为右；所述电机传动轴包括三级阶梯轴，从左往右依次为第一阶梯轴、第二阶梯轴和第三阶梯轴；所述输出法兰包括二级阶梯轴，从左往右依次为第四阶梯轴和第五阶梯轴；所述左端外壳上设有第一固定连接板与第一活动连接板，所述右端外壳上设有第二固定连接板和第二活动连接板，所述第一固定连接板、第二固定连接板通过螺钉安装在壳内凸起上；所述第一活动连接板、第二活动连接板和第二固定连接板是镂空的，可以减轻关节重量且能够进行内部走线；所述关节驱动器通过螺钉安装于第一活动连接板上的凹槽内；所述推移式电磁铁通过直角支撑架安装在第一活动连接板上，在通电时推移式电磁铁的铜柱处于缩回状态，在断电的情况下，推移式电磁铁的铜柱处于伸出状态，形成机械限位，从而达到制动效果；所述制动盘通过螺钉安装在第一阶梯轴上；所述电机传动轴左端通过滚动轴承支撑，滚动轴承安装在第二阶梯轴上，通过第一固定连接板与第二阶梯轴进行轴向与周向定位；所述增量式编码器的码盘通过顶丝安装在第一阶梯轴上，所述增量式编码器的电刷通过螺钉安装在第一固定连接板上；所述中空无框力矩电机位于输入端空间，中空无框力矩电机通过第一固定连接板以及第三阶梯轴固定，所述电机定子位于电机转子的内部，所述霍尔传感器安装于电机定子上，所述电机转子卡在第三阶梯轴与第一固定连接板之间；所述电机定子的一侧通过第一固定连接板进行轴向定位；所述谐波减速器刚轮通过螺钉连接在第二固定连接板上，所述谐波减速器柔轮通过螺钉直接与输出法兰相连接，有效的减少了输出间隙；所述右端端盖通过螺钉与输出法兰相连接；所述左端端盖、右端端盖均为阶梯式，与外壳相连时可实现轴向与周向定位；所述左端端盖、右端端盖上设有连接耳板，所述连接耳板为凹槽式，可有效对模块化关节连接件进行轴向与周向定位；所述模块化关节连接件通过连接耳板上的螺钉孔与左端端盖或右端端盖直接相连，提高了传动精度；所述绝对值编码器包括绝对值编码器定子、绝对值编码器转子，绝对值编码器设置在输出法兰上，绝对值编码器定子、绝对值编码器转子之间的距离通过第二活动连接板与输出法兰之间的距离调节；所述模块化关节连接件整体构型为S型，结构为中空薄壳式，所述模块化关节连接件两端为圆孔型接口，圆孔型接口上均匀设有多个凹槽，凹槽内设有凸起，凸起上设有螺钉孔；所述机械手爪为两个自由度，机械手爪通过手爪连接件连接在模块化机械臂末端的模块化关节的右端端盖上；所述机械手爪包括手爪支撑架、舵机、舵机支撑架、舵机连接件、蜗轮、蜗杆、步进电机、步进电机固定架、摇杆、摇杆固定架、夹块、力传感器、手爪驱动器以及挡板；所述手爪连接件为圆盘式，上面设有与模块化关节连接件结构相同的凹槽，凹槽内凸起上设有螺钉孔，用于与模块化关节的右端端盖相连，实现轴向与周向固定；所述手爪连接件上还设有螺栓孔，用以连接手爪支撑架；所述舵机安装在舵机支撑架上，舵机支撑架通过螺栓安装在手爪支撑架上；所述舵机连接件设计为“T”型，下端通过螺栓固定在舵机支撑架上，上端通过螺栓连接到步进电机固定架上，舵机连接件的上表面与中部之间设置有一个上端开口的步进电机盛放器，步进电机设置在步进电机盛放器内，步进电机盛放器的外周设置有散热与走线孔，用以步进电机的散热与走线；步进电机的上端与步进电机固定架连接，步进电机的轴向与周向固定通过舵机连接件上的步进电机盛放器与步进电机固定架来实现；所述步进电机固定架设计为U型，底端设有安装孔及通孔，安装孔用以安...

【技术特征摘要】
1.一种工业用智能模块化机械臂，其特征在于，包括固定底座、模块化关节、模块化关节连接件、手爪连接件和机械手爪；所述N个模块化关节与N-1个模块化关节连接件组成一个模块化机械臂，所述模块化机械臂安装在固定底座的侧面；所述机械手爪安装在模块化机械臂的末端；所述固定底座两侧设有统一化连接接口，接口为凹槽式，上面设置有若干个连接孔，从而与模块化关节连接时实现模块化关节的轴向与周向定位；所述固定底座采用筋板连接结构，中间采用镂空结构，底部和两侧均设有中空管道，用来进行走线；所述模块化关节包括左端端盖、右端端盖、外壳、关节驱动器、增量式编码器、绝对值编码器、制动器、谐波减速器、中空无框力矩电机、电机传动轴和输出法兰；所述增量式编码器包括增量式编码器电刷、增量式编码器码盘；所述谐波减速器包括谐波减速器柔轮、谐波减速器刚轮与波发生器；所述绝对值编码器包括绝对值编码器定子与绝对值编码器转子；所述制动器包括推移式电磁铁与制动盘；所述中空无框力矩电机包括电机定子、电机转子与霍尔传感器；所述外壳包括左端外壳与右端外壳；所述左端端盖、左端外壳、关节驱动器、增量式码器、中空无框力矩电机、制动器与电机传动轴组成输入端空间；所述谐波减速器、右端端盖、绝对值编码器、右端外壳与输出法兰组成输出端空间，所述外壳内具有壳内凸起；所述模块化关节内关节驱动器所在方位为左，谐波减速器所在方位为右；所述电机传动轴包括三级阶梯轴，从左往右依次为第一阶梯轴、第二阶梯轴和第三阶梯轴；所述输出法兰包括二级阶梯轴，从左往右依次为第四阶梯轴和第五阶梯轴；所述左端外壳上设有第一固定连接板与第一活动连接板，所述右端外壳上设有第二固定连接板和第二活动连接板，所述第一固定连接板、第二固定连接板通过螺钉安装在壳内凸起上；所述第一活动连接板、第二活动连接板和第二固定连接板是镂空的，可以减轻关节重量且能够进行内部走线；所述关节驱动器通过螺钉安装于第一活动连接板上的凹槽内；所述推移式电磁铁通过直角支撑架安装在第一活动连接板上，在通电时推移式电磁铁的铜柱处于缩回状态，在断电的情况下，推移式电磁铁的铜柱处于伸出状态，形成机械限位，从而达到制动效果；所述制动盘通过螺钉安装在第一阶梯轴上；所述电机传动轴左端通过滚动轴承支撑，滚动轴承安装在第二阶梯轴上，通过第一固定连接板与第二阶梯轴进行轴向与周向定位；所述增量式编码器的码盘通过顶丝安装在第一阶梯轴上，所述增量式编码器的电刷通过螺钉安装在第一固定连接板上；所述中空无框力矩电机位于输入端空间，中空无框力矩电机通过第一固定连接板以及第三阶梯轴固定，所述电机定子位于电机转子的内部，所述霍尔传感器安装于电机定子上，所述电机转子卡在第三阶梯轴与第一固定连接板之间；所述电机定子的一侧通过第一固定连接板进行轴向定位；所述谐波减速器刚轮通过螺钉连接在第二固定连接板上，所述谐波减速器柔轮通过螺钉直接与输出法兰相连接，有效的减少了输出间隙；所述右端端盖通过螺钉与输出法兰相连接；所述左端端盖、右端端盖均为阶梯式，与外壳相连时可实现轴向与周向定位；所述左端端盖、右端端盖上设有连接耳板，所述连接耳板为凹槽式，可有效对模块化关节连接件进行轴向与周向定位；所述模块化关节连接件通过连接耳板上的螺钉孔与左端端盖或右端端盖直接相连，提高了传动精度；所述绝对值编码器包括绝对值编码器定子、绝对值编码器转子，绝对值编码器设置在输出法兰上，绝对值编码器定子、绝对值编码器转子之间的距离通过第二活动连接板与输出法兰之间的距离调节；所述模块化关节连接件整体构型为S型，结构为中空薄壳式，所述模块化关节连接件两端为圆孔型接口，圆孔型接口上均匀设有多个凹槽，凹槽内设有凸起，凸起上设有螺钉孔；所述机械手爪为两个自由度，机械手爪通过手爪连接件连接在模块化机械臂末端的模块化关节的右端端盖上；所述机械手爪包括手爪支撑架、舵机、舵机支撑架、舵机连接件...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建华，李进，刘璇，张垚楠，姜旭，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12