一种弹簧配重重心后置式曲柄滑杆机械臂及其电机转动角度算法制造技术

本发明专利技术公开了一种弹簧配重重心后置式曲柄滑杆机械臂，包括底座、安装于所述底座顶部的腰部、安装于所述腰部顶端的大臂和安装于所述大臂一端的小臂，所述大臂和所述腰部之间通过两个弹簧弹性连接。本设计结构模块化，由电机、电动缸等输出作为驱动力，做工快且易于精细操作，在关节处安装了推力轴承、深沟球轴承以及外置式轴承座有效防止了轴向与径向窜动，并减轻了摩擦损耗，而且弹簧配重式设计有效降低了电机功率消耗，因此该机器人手臂整体耗能更低，同时该弹性连接件能有效地把驱动力缓冲，让关节间受力均衡，实现高效精细抓取作业。本发明专利技术还公开了一种弹簧配重重心后置式曲柄滑杆机械臂的电机转动角度算法。

A kind of crank slider manipulator with spring counterweight and its motor rotation angle algorithm

The invention discloses a crank sliding bar mechanical arm with spring counterweight center of gravity postposition, which comprises a base, a waist mounted on the top of the base, a big arm mounted on the top of the waist and a small arm mounted on one end of the big arm. The big arm and the waist are elastically connected by two spring springs. The structure of the design is modular, with the output of motor and electric cylinder as the driving force, which is fast and easy to operate. Thrust bearing, deep groove ball bearing and external bearing pedestal are installed at the joint to effectively prevent axial and radial movement, reduce the friction loss, and the spring counterweight design effectively reduces the power consumption of the motor, so the whole energy consumption of the robot arm is reduced At the same time, the elastic connector can effectively buffer the driving force, balance the force between joints, and realize the high-efficiency fine grasping operation. The invention also discloses a motor rotation angle algorithm of a crank slide bar mechanical arm with the center of gravity of a spring counterweight postposition.

【技术实现步骤摘要】
一种弹簧配重重心后置式曲柄滑杆机械臂及其电机转动角度算法
本专利技术涉及电动缸驱动机械臂关节领域，特别涉及一种弹簧配重重心后置式曲柄滑杆机械臂及其电机转动角度算法。
技术介绍
机械臂是指高精度，多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂系统。因其独特的操作灵活性,已在工业装配,安全防爆等领域得到广泛应用,机械臂是一个复杂系统,存在着参数摄动、外界干扰及未建模动态等不确定性。因而机械臂的建模模型也存在着不确定性，对于不同的任务,需要规划机械臂关节空间的运动轨迹，从而级联构成末端位姿,机械臂在工业生产中发挥着重要的作用。传统机械臂应用最多的驱动方式为电机加减速器的形式，而这种形式的机械臂臂展和自身的重量比很小，导致臂展加长后整体机械臂重量和体积增加，负载能力也增加，在一些轻载荷、长臂展的工况下很不匹配。本专利技术为了解决上述问题，为了能在重载荷、长臂展等复杂工况环境下稳定、高效工作设计了一种弹簧配重重心后置式曲柄滑杆机械臂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种弹簧配重重心后置式曲柄滑杆机械臂，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种弹簧配重重心后置式曲柄滑杆机械臂，包括底座、安装于所述底座顶部的腰部、安装于所述腰部顶端的大臂和安装于所述大臂一端的小臂，所述大臂和所述腰部之间通过两个弹簧弹性连接，所述底座的顶部滑动连接有连接件，所述底座和腰部之间通过连接件滑动连接，所述腰部的一侧安装有第一电动缸，所述第一电动缸和所述腰部之间通过轴承转动连接，所述轴承的外侧套设有轴套，所述轴套上安装有卡环，所述弹簧的两端分别固定连接于所述大臂和所述连接件，所述腰部的顶端和所述大臂之间通过第一深沟球轴承转动连接，所述腰部顶端的外侧安装有第一外置式轴承座，所述腰部顶端的内侧安装有两个推力轴承，所述大臂的内侧安装有两个第一卧式光轴支座。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述大臂底端的外侧设置第二外置式轴承座，所述大臂底端的内侧设置有第四深沟球轴承，所述第四深沟球轴承安装有第二电动缸，所述第二电动缸的伸缩端与所述小臂之间通过鱼眼轴承转动连接，所述小臂一端的内侧安装两个第二卧式光轴支座。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述大臂的顶端与所述小臂之间通过第三深沟球轴承转动连接，所述大臂顶端的外侧安装有两个第三外置式轴承座，所述小臂的内侧安装有两个第三卧式光轴支座，所述小臂的外侧安装有推力轴承。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述第一电动缸的伸缩端与所述大臂的底端之间通过第二深沟球轴承转动连接。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述腰部为闭合方管管材，所述腰部的两侧设置有侧板，两个所述侧板之间通过连接光轴固定连接。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述底座的一侧设置有坦克链，所述坦克链的一端与所述第一电动缸固定连接，所述坦克链的内部穿有电线，所述第一电动缸通过所述电线与外部电源电性连接。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述小臂的末端腕关节处设置有用于连接夹持设备的腕关节电机座，所述腕关节电机座与所述大臂之间通过螺栓固定连接。作为本一种弹簧配重重心后置式曲柄滑杆机械臂的电机转动角度算法，电机转动角度和机器人关节的转动角度之间对应关系的算法如下：步骤1：将整体的机构运动集成在一个三角形中；步骤2：通过余弦定理求得电动缸的长度和机械臂的关节角度之间的联系；步骤3；通过微分求得电动缸推杆的速度和关节角速度之间的关系；步骤4；以实际关节角的补角的速度和电动缸杆总长的关系，从而推导出电动缸推杆速度与实际关节角速度之间的关系；步骤5；最后通过电动缸的初始长度和导程，可以求得电动缸电机转动的圈数。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术一种弹簧配重重心后置式曲柄滑杆机械臂，本设计结构模块化，由电机、电动缸等输出作为驱动力，做工快且易于精细操作，在关节处安装了推力轴承、深沟球轴承以及外置式轴承座有效防止了轴向与径向窜动，并减轻了摩擦损耗，而且弹簧配重式设计有效降低了电机功率消耗，因此该机器人手臂整体耗能更低，同时该弹性连接件能有效地把驱动力缓冲，让关节间受力均衡，实现高效精细抓取作业。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术中腰部的结构示意图；图3为本专利技术中大臂的结构示意图；图4为本专利技术中小臂的结构示意图；图5为本专利技术中腰部顶端的结构示意图；图6为本专利技术中解算算法机械臂结构附图。图中：1、底座；2、连接件；3、腰部；4、轴套；5、连接光轴；6、第一电动缸；7、坦克链；8、第一外置式轴承座；9、第一卧式光轴支座；10、第一深沟球轴承；11、第二外置式轴承座；12、第二电动缸；13、鱼眼轴承；14、第二卧式光轴支座；15、小臂；16、第三外置式轴承座；17、推力轴承；18、第三卧式光轴支座；19、腕关节电机座；20、弹簧；21、大臂。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-6，本专利技术提供了一种弹簧配重重心后置式曲柄滑杆机械臂，包括底座1、安装于底座1顶部的腰部3、安装于腰部3顶端的大臂21和安装于大臂21一端的小臂15，大臂21和腰部3之间通过两个弹簧20弹性连接。优选的，底座1的顶部滑动连接有连接件2，底座1和腰部3之间通过连接件2滑动连接，腰部3的一侧安装有第一电动缸6，第一电动缸6和腰部3之间通过轴承转动连接，轴承的外侧套设有轴套4，轴套4上安装有卡环，弹簧20的两端分别固定连接于大臂21和连接件2，弹簧配重式设计，减小电机功率。优选的，腰部3的顶端和大臂21之间通过第一深沟球轴承10转动连接，腰部3顶端的外侧安装有第一外置式轴承座8，腰部3顶端的内侧两个推力轴承17，大臂21的内侧安装有两个第一卧式光轴支座9，大臂21底端的外侧设置第二外置式轴承座11，大臂21底端的内侧设置有第四深沟球轴承，第四深沟球轴承安装有第二电动缸12，第二电动缸12的伸缩端与小臂15之间通过鱼眼轴承13转动连接，小臂15一端的内侧安装两个第二卧式光轴支座14，大臂21的顶端与小臂15之间通过第三深沟球轴承转动连接，大臂21顶端的外侧安装有两个第三外置式轴承座16，小臂15的内侧安装有两个第三卧式光轴支座18，小臂15的外侧安装有推力轴承17，第一电动缸6的伸缩端与大臂21的底端之间通过第二深沟球轴承转动连接，直线电动缸驱动，大臂21结构设计中上面负载重心后置，减小了机器人手臂运行过程中的转动惯量，关节处了推力轴承、深沟球轴承以及外置式轴承座有效防止了轴向与径向窜动，并减轻了摩擦损耗。优选的，腰部3为闭合方管管材，腰部3的两侧设置有侧板，两个侧板之间通过连接光轴5固定连接，两个侧板起到支撑作用，中间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弹簧配重重心后置式曲柄滑杆机械臂，包括底座(1)、安装于所述底座(1)顶部的腰部(3)、安装于所述腰部(3)顶端的大臂(21)和安装于所述大臂(21)一端的小臂(15)，其特征在于：所述大臂(21)和所述腰部(3)之间通过两个弹簧(20)弹性连接，所述底座(1)的顶部滑动连接有连接件(2)，所述底座(1)和腰部(3)之间通过连接件(2)滑动连接，所述腰部(3)的一侧安装有第一电动缸(6)，所述第一电动缸(6)和所述腰部(3)之间通过轴承转动连接，所述轴承的外侧套设有轴套(4)，所述轴套(4)上安装有卡环，所述弹簧(20)的两端分别固定连接于所述大臂(21)和所述连接件(2)，所述腰部(3)的顶端和所述大臂(21)之间通过第一深沟球轴承(10)转动连接，所述腰部(3)顶端的外侧安装有第一外置式轴承座(8)，所述腰部(3)顶端的内侧安装有两个推力轴承(17)，所述大臂(21)的内侧安装有两个第一卧式光轴支座(9)。/n

【技术特征摘要】
1.一种弹簧配重重心后置式曲柄滑杆机械臂，包括底座(1)、安装于所述底座(1)顶部的腰部(3)、安装于所述腰部(3)顶端的大臂(21)和安装于所述大臂(21)一端的小臂(15)，其特征在于：所述大臂(21)和所述腰部(3)之间通过两个弹簧(20)弹性连接，所述底座(1)的顶部滑动连接有连接件(2)，所述底座(1)和腰部(3)之间通过连接件(2)滑动连接，所述腰部(3)的一侧安装有第一电动缸(6)，所述第一电动缸(6)和所述腰部(3)之间通过轴承转动连接，所述轴承的外侧套设有轴套(4)，所述轴套(4)上安装有卡环，所述弹簧(20)的两端分别固定连接于所述大臂(21)和所述连接件(2)，所述腰部(3)的顶端和所述大臂(21)之间通过第一深沟球轴承(10)转动连接，所述腰部(3)顶端的外侧安装有第一外置式轴承座(8)，所述腰部(3)顶端的内侧安装有两个推力轴承(17)，所述大臂(21)的内侧安装有两个第一卧式光轴支座(9)。


2.根据权利要求1所述的一种弹簧配重重心后置式曲柄滑杆机械臂，其特征在于：所述大臂(21)底端的外侧设置第二外置式轴承座(11)，所述大臂(21)底端的内侧设置有第四深沟球轴承，所述第四深沟球轴承安装有第二电动缸(12)，所述第二电动缸(12)的伸缩端与所述小臂(15)之间通过鱼眼轴承(13)转动连接，所述小臂(15)一端的内侧安装两个第二卧式光轴支座(14)。


3.根据权利要求1所述的一种弹簧配重重心后置式曲柄滑杆机械臂，其特征在于：所述大臂(21)的顶端与所述小臂(15)之间通过第三深沟球轴承转动连接，所述大臂(21)顶端的外侧安装有两个第三外置式轴承座(16)，所述小臂(15)的内侧安装有两个第三卧式光轴支座(...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤志强，宣程，智效龙，钱佳家，
申请(专利权)人：北京墨狄科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11