一种数控三截机械手臂的制备方法及数控三截机械手臂

摘要

本发明公开了一种数控三截机械手臂的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤，（1）制备数控三截机械手臂本体；（2）于数控三截机械手臂本体上设置倍速机构，该倍速机构包括皮带传动装置，皮带传动装置连接伺服电机；（3）设置数控系统；（4）在步骤(3)所述的数控系统中设置闭环反馈子系统，该闭环反馈子系统将数控三截机械手臂本体的各个臂部位置及运行速度反馈到数控系统中，再由数控系统选择控制子模块进行运算，将运算结果输出到伺服电机中；（5）所述伺服电机根据所述数控系统中传输来的运算结果进行动作，通过倍速机构的动作实现该手臂的同步、精确且快速的伸长及缩短动作。本发明还公开了一种实施上述方法的数控三截机械手臂。

说明书

技术领域

本发明涉及机械自动化控制设备领域，具体涉及一种数控三截机械手臂 的制备方法，及实施该方法的数控三截机械手臂。

背景技术

随着现代工业的发展，人们出于提高生产效率，稳定和提高产品质量， 改善工人劳动条件，加快实现工业生产机械化和自动化的考虑，发明了机械 臂，并把它大量应用于生产过程中，尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及 带有放射性和污染的场合，机械臂更是得到了广泛的应用。机械臂是近代自 动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代工业生产系统中的一个重要 组成部分。机械臂是工业机器人的一种,它由操作机,控制器,伺服驱动系统和 检测传感装置构成,是一种仿人操作，自动控制，可重复编程，能在三维空间 完成各科·作业的自动化生产设备。机械臂最早应用于汽车制造工业，常应用 于焊接，喷漆，上下料和搬运。机械臂延伸和扩大了入的手足和大脑功能， 它可代替入从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作，代替 人从事繁重，单调的重复劳动，提高劳动生产率,保证产品质量。

现有的传统注塑机械手臂中，以单截式和两截式的机械手臂为主，其手 臂行程受到单截式或者两截式的手臂的臂部长度的限制，且当手臂处于非工 作状态时，手臂的臂部往往高于机台高度许多，大大增加了整个机械手的空 间占用体积；同时，单截式或两截式的机械手臂的运行速度不仅受到驱动方 式的限制，而且受到其本身结构的限制，目前的机械手臂无法满足越来越高 的机械制造业发展。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足，提供一种数控三截机械手臂的制备方法， 及实施该方法的数控三截机械手臂，通过在机械手臂中设置三截的手臂臂部， 并采用特定的控制方法及倍速机构，实现整个机械手的占用空间的缩小及加 快机械手手臂运行速度。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种数控三截机械手臂的制备方法，其包括以下步骤，

（1）制备数控三截机械手臂本体，其包括一固定端、一伺服电机、第一 截机械手臂、第二截机械手臂、第数控三截机械手臂及设置在每截机械手臂 臂部上的导轨，每截机械手臂通过导轨连接；第一截机械手臂也通过导轨与 固定端连接，所述伺服电机固定在固定端上部；

（2）于数控三截机械手臂本体上设置倍速机构，该倍速机构包括皮带传 动装置，皮带传动装置连接伺服电机，皮带传动装置带动数控三截机械手臂 的每个臂部以相同速度做上下平移运动；

（3）设置数控系统，该数控系统包括依次连接的中央控制模块、数据运 算模块、记忆存储模块和信号处理模块；所述数控系统电连接所述伺服电机； 于所述的中央控制模块中嵌入速度方式控制子模块、位置方式控制子模块及 转矩方式控制子模块；

（4）在步骤(3)所述的数控系统中设置闭环反馈子系统，该闭环反馈子 系统将数控三截机械手臂本体的各个臂部位置及运行速度反馈到数控系统 中，再由数控系统选择控制子模块进行运算，将运算结果输出到伺服电机中；

（5）所述伺服电机根据所述数控系统中传输来的运算结果进行动作，通 过倍速机构的动作实现数控三截机械手臂的同步、精确且快速的伸长及缩短 动作，使机械手臂的第数控三截机械手臂的端部到达指定位置及运行指定动 作。

所述倍速机构包括第一皮带传动装置，其包括第一从动轮、第二从动轮 及第一皮带，所述第一从动轮和第二从动轮分别固定在固定端的上下两端， 所述第一皮带绕过所述第一从动轮及第二从动轮后连接所述伺服电机，所述 第一皮带的两端分别固定在所述第一截机械手臂的上下两端。

所述倍速机构还包括第二皮带传动装置，其包括第三从动轮、第四从动 轮、第二固定块及第二皮带，所述第三从动轮和第四从动轮分别设置在所述 第二截机械手臂的上下两端；所述第二固定块固定在所述第一从动轮与第二 从动轮的外侧，所述第二皮带首尾连接，并活动连接所述第三从动轮和第四 从动轮、固定连接所述第二固定块。

所述倍速机构还包括第三皮带传动装置，其包括第五从动轮、第六从动 轮、第三皮带，第三固定块及第四固定块，所述第三固定块固定在所述第一 截机械手臂的下侧部，所述第四固定块固定在所述第数控三截机械手臂的下 侧部，所述第五从动轮和第六从动轮分别设置在所述第二截机械手臂的上下 两端；所述第三皮带首尾连接后活动连接所述第五从动轮及第六从动轮，并 固定连接所述第三固定块及第四固定块；所述第二截机械手臂通过第三皮带 传动装置连接所述第一截机械手臂，所述第数控三截机械手臂通过第三皮带 传动装置连接所述第二截机械手臂。

所述数控三截机械手臂还包括一保护链条，该包括链条下垂式地连接所 述第数控三截机械手臂上部及固定端。

一种实施上述方法制备的数控三截机械手臂，其包括数控三截机械手臂 本体，该数控三截机械手臂本体包括第一截机械手臂、第二截机械手臂、第 数控三截机械手臂及设置在每截机械手臂臂部上的导轨，每截机械手臂通过 导轨连接；该数控三截机械手臂还包括倍速机构，该倍速机构包括皮带传动 装置，所述数控三截机械手臂的各个臂部通过倍速机构连接，实现数控三截 机械手臂的各个臂部以相同速度同步动作。

所述倍速机构包括第一皮带传动装置，其包括第一从动轮、第二从动轮 及第一皮带，所述数控三截机械手臂本体设置固定端，所述伺服电机固定在 固定端上部，所述第一从动轮和第二从动轮分别固定在固定端的上下两端， 所述第一皮带绕过所述第一从动轮及第二从动轮后连接所述伺服电机，所述 第一皮带的两端分别固定在所述第一截机械手臂的上下两端。

所述倍速机构还包括第二皮带传动装置，其包括第三从动轮、第四从动 轮、第二固定块及第二皮带，所述第三从动轮和第四从动轮分别设置在所述 第二截机械手臂的上下两端；所述第二固定块固定在所述第一从动轮与第二 从动轮的外侧，所述第二皮带首尾连接，并活动连接所述第三从动轮和第四 从动轮、固定连接所述第二固定块。

所述倍速机构还包括第三皮带传动装置，其包括第五从动轮、第六从动 轮、第三皮带，第三固定块及第四固定块，所述第三固定块固定在所述第一 截机械手臂的下侧部，所述第四固定块固定在所述第数控三截机械手臂的下 侧部，所述第五从动轮和第六从动轮分别设置在所述第二截机械手臂的上下 两端；所述第三皮带首尾连接后活动连接所述第五从动轮及第六从动轮，并 固定连接所述第三固定块及第四固定块；所述第二截机械手臂通过第三皮带 传动装置连接所述第一截机械手臂，所述第数控三截机械手臂通过第三皮带 传动装置连接所述第二截机械手臂。

所述数控三截机械手臂还包括第一截机械手臂专用铝挤型、第二截机械 手臂专用铝挤型、第数控三截机械手臂专用铝挤型及下垂式保护链条。

本发明的有益效果是：通过设置数控三截机械手臂及在各个机械手臂的 臂部连接倍速机构，并通过专用控制方法控制伺服电机的动作，实现数控三 截机械手臂的三个臂部同步同速度动作；本发明的数控三截机械手臂的运动 速度为现有技术的单截式机械手臂的2倍，为两截式机械手臂的1倍；在实 现相同手臂行程时，本发明的数控三截机械手臂的各个臂部长度大大减短， 并且整个数控三截机械手臂的空间体积大大缩小，特别是高度可以减少30%。

本发明通过设置下垂式的保护链条，保证数控三截机械手臂的运动顺 畅，在数控三截机械手臂处于非工作状态时，保护链条占用较小的空间体积， 可大幅减少数控三截机械手臂设备的整体体积，降低设备所占用的空间。

采用专用的铝挤型作为机械手臂的臂部结构梁，增加了机械手臂的强 度，减轻重量，有利于增加机械手臂的运行速度及精度，减轻皮带传动机构 及伺服电机的负担。

下面结合附图与具体实施方式，对本发明进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例的收缩形态整体结构示意图；

图2为本发明实施例的伸展形态整体结构示意图；

图3为图2的另一视角结构示意图；

图4为图2的另一视角结构示意图；

图5为第一截机械手臂的横截面结构示意图；

图6为第二截机械手臂的横截面结构示意图；

图中：

1.固定端              2.伺服电机           3.第一截机械手臂

4.第二截机械手臂      5.第数控三截机械手臂    61.第一从动轮

62.第二从动轮         63.第一皮带          71.第三从动轮

72.第四从动轮         73.第二固定块        74.第二皮带

81.第五从动轮         82.第六从动轮        83.第三皮带

84.第三固定块         85.第四固定块        9.导轨

10.保护链条。

具体实施方式

实施例：参见图1至图6，本实施例提供的数控三截机械手臂的制备方 法，其包括以下步骤：

（1）制备数控三截机械手臂本体，其包括一固定端1、一伺服电机2、 第一截机械手臂3、第二截机械手臂4、第数控三截机械手臂5及设置在每截 机械手臂臂部上的导轨9，每截机械手臂通过导轨9连接；第一截机械手臂3 也通过导轨9与固定端1连接，所述伺服电机2固定在固定端1上部；

（2）于数控三截机械手臂本体上设置倍速机构，该倍速机构包括皮带传 动装置，皮带传动装置连接所述伺服电机2，皮带传动装置带动数控三截机 械手臂的每个臂部以相同速度做上下平移运动；

（3）设置数控系统，该数控系统包括依次连接的中央控制模块、数据运 算模块、记忆存储模块和信号处理模块；所述数控系统电连接所述伺服电机 2；于所述的中央控制模块中嵌入速度方式控制子模块、位置方式控制子模块 及转矩方式控制子模块；各个控制子模块嵌入相应的算法；

（4）在步骤(3)所述的数控系统中设置闭环反馈子系统，该闭环反馈子 系统将数控三截机械手臂本体的各个臂部位置及运行速度反馈到数控系统 中，再由数控系统选择控制子模块进行运算，将运算结果输出到伺服电机2 中；

（5）所述伺服电机2根据所述数控系统中传输来的运算结果进行动作， 通过倍速机构的动作实现数控三截机械手臂的同步、精确且快速的伸长及缩 短动作，使机械手臂的第数控三截机械手臂5的端部到达指定位置及运行指 定动作。

所述倍速机构包括第一皮带传动装置，其包括第一从动轮61、第二从动 轮62及第一皮带63，所述第一从动轮61和第二从动轮62分别通过旋转轴 固定在固定端1的上下两端，该两从动轮的旋转轴心垂直于固定端1的连接 面，所述第一皮带63绕过所述第一从动轮61及第二从动轮62后连接所述伺 服电机2的主动轮，所述第一皮带63的两端分别固定在所述第一截机械手臂 3的上下两端。

所述倍速机构还包括第二皮带传动装置，其包括第三从动轮71、第四从 动轮72、第二固定块73及第二皮带74，所述第三从动轮71和第四从动轮 72分别设置在所述第二截机械手臂4的上下两端；所述第二固定块73以两 从动轮的旋转轴为固定端1固定在所述第一从动轮61与第二从动轮62的外 侧，所述第二皮带74首尾连接，并活动连接所述第三从动轮71和第四从动 轮72、固定连接所述第二固定块73。

所述倍速机构还包括第三皮带传动装置，其包括第五从动轮81、第六从 动轮82、第三皮带83，第三固定块84及第四固定块85，所述第三固定块84 固定在所述第一截机械手臂3的下侧部，所述第四固定块85固定在所述第数 控三截机械手臂5的下侧部，所述第五从动轮81和第六从动轮82分别设置 在所述第二截机械手臂4的上下两端；所述第三皮带83首尾连接后活动连接 所述第五从动轮81及第六从动轮82，并固定连接所述第三固定块84及第四 固定块85；所述第二截机械手臂4通过第三皮带传动装置连接所述第一截机 械手臂3，所述第数控三截机械手臂5通过第三皮带传动装置连接所述第二 截机械手臂4。

所述数控三截机械手臂还包括一保护链条10，该包括链条下垂式地连接 所述第数控三截机械手臂5上部及固定端1。

一种实施上述方法的数控三截机械手臂，其包括数控三截机械手臂本 体，该数控三截机械手臂本体包括第一截机械手臂3、第二截机械手臂4、第 数控三截机械手臂5及设置在每截机械手臂臂部上的导轨9，每截机械手臂 通过导轨9连接；该数控三截机械手臂还包括倍速机构，该倍速机构包括皮 带传动装置，所述数控三截机械手臂的各个臂部通过倍速机构连接，实现数 控三截机械手臂的各个臂部以相同速度同步动作。

所述倍速机构包括第一皮带传动装置，其包括第一从动轮61、第二从动 轮62及第一皮带63，所述数控三截机械手臂本体设置固定端1，所述伺服电 机2固定在固定端1上部，所述第一从动轮61和第二从动轮62分别固定在 固定端1的上下两端，所述第一皮带63绕过所述第一从动轮61及第二从动 轮62后连接所述伺服电机2，所述第一皮带63的两端分别固定在所述第一 截机械手臂3的上下两端。

所述倍速机构还包括第二皮带传动装置，其包括第三从动轮71、第四从 动轮72、第二固定块73及第二皮带74，所述第三从动轮71和第四从动轮 72分别设置在所述第二截机械手臂4的上下两端；所述第二固定块73固定 在所述第一从动轮61与第二从动轮62的同一边，所述第二皮带74首尾连接， 并活动连接所述第三从动轮71和第四从动轮72、固定连接所述第二固定块 73。

所述倍速机构还包括第三皮带传动装置，其包括第五从动轮81、第六从 动轮82、第三皮带83，第三固定块84及第四固定块85，所述第三固定块84 固定在所述第一截机械手臂3的下侧部，所述第四固定块85固定在所述第数 控三截机械手臂5的下侧部，所述第五从动轮81和第六从动轮82分别设置 在所述第二截机械手臂4的上下两端；所述第三皮带83首尾连接后活动连接 所述第五从动轮81及第六从动轮82，并固定连接所述第三固定块84及第四 固定块85；所述第二截机械手臂4通过第三皮带传动装置连接所述第一截机 械手臂3，所述第数控三截机械手臂5通过第三皮带传动装置连接所述第二 截机械手臂4。

所述数控三截机械手臂还包括第一截机械手臂3专用铝挤型、第二截机 械手臂4专用铝挤型、第数控三截机械手臂5专用铝挤型及下垂式保护链条 10。本实施例中第二截机械手臂4专用铝挤型与第数控三截机械手臂5专用 铝挤型采用相同结构的铝挤型，该铝挤型设有一凹槽，该凹槽方便设置导轨。

本发明的工作原理：通过操作员选择控制子模块然后铜鼓数控系统计算 需要运行的行程长度及运行速度，将运算结果发送到伺服电机2中，由于第 一截机械手臂3与固定端1、第一截机械手臂3与第二截机械手臂4、第二截 机械手臂4与第数控三截机械手臂5间均以导轨的方式连接及通过倍速机构 进行传动，伺服电机2的动作带动倍速机构的动作，从而通过皮带传动装置 带动各截机械手臂以相同的速度做平移运动，实现各截机械手臂的快速、精 确的平移。在三截机械手本体上设置的下垂式保护链条10，其保证数控三截 机械手臂的在运动中线缆不会受到损坏，并且下垂式的保护链条10在数控三 截机械手臂处于非工作状态时占用较少的空间体积，使整个数控三截机械手 臂的体积减少，便于在狭小的空间内安装数控三截机械手臂。使用专用的铝 挤型，增加机械手臂的强度，同时减轻重量。

本发明并不限于上述实施方式，采用与本发明上述实施例相同或近似装 置，而得到的其他用于数控三截机械手臂的制备方法及数控三截机械手臂， 均在本发明的保护范围之内。