一种三轴可视化多关节多用途机械臂装置的制作方法

1.本发明涉及机器人技术领域，具体来说，是一种三轴可视化多关节多用途机械臂装置。


背景技术：

2.在车间工作过程中，会遇到很多较为复杂的环境，有时候受操作者的站位空间限制或者施工角度限制，施工点的位置距离较远，受限于人体臂展长度，导致操作者无法将打磨工具、切割工具或焊接头送到施工点进行打磨或焊接操作，操作者往往无法完成焊接、打磨、切割等工作。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种三轴可视化多关节多用途机械臂装置，其便携化设置，可以帮助操作者顺利地进行焊接、打磨、切割等工作。
4.本发明的目的是这样实现的：一种三轴可视化多关节多用途机械臂装置，其整体可由操作人员单手操持，并独立设置，其包括：
5.第一臂，其由操作人员手持；
6.第一驱动机构，其安装于第一臂中；
7.第二臂，其与第一驱动机构传动连接，所述第二臂在第一驱动机构的驱使下相对于第一臂进行旋转调节；
8.第二驱动机构，其安装于第二臂中；
9.执行端部件，其与第二驱动机构传动连接；
10.设于第一臂内的电控单元，所述第一驱动机构、第二驱动机构和执行端部件均受电控单元的控制。
11.本发明的有益效果在于：
12.1、可以进行多关节控制操作，具有多个调节自由度，解决了远距离施工难题，免受受操作者的站位空间限制或者施工角度限制，可以帮助操作者顺利地进行焊接、打磨、切割等工作；
13.2、可以调整和延长操作距离，可以根据需要的长度和任意角度进行调整，可以使操作人员与施工点位保持安全距离，提高安全保障；
14.3、其便携化设置，极大地便利了操作。
附图说明
15.图1是本发明的立体示意图。
16.图2是本发明的侧向示意图。
17.图3是高清摄像头和照明灯的布置位置示意图。
18.图4是本发明的第一驱动机构和第二驱动机构的立体结构示意图。
19.图5是电控单元的示意图。
20.图6是第一驱动机构的示意图。
21.图7是第一种实施例的示意图。
22.图8是第一种实施例中焊接设备的示意图。
23.图9是第二种实施例的示意图。
24.图10是第二种实施例中打磨工具的示意图。
25.图11是第二种实施例中的端部方向示意图。
26.图12是第二种实施例中的侧向示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图1-12和具体实施例对本发明进一步说明。
28.如图1-3所示，一种三轴可视化多关节多用途机械臂装置，其整体可由操作人员单手操持(也即便携化设置)，并独立设置，其包括：
29.第一臂1，其由操作人员手持，为了减重以增强便携性，第一臂1为空心壳结构；
30.第一驱动机构，其安装于第一臂1中；
31.第二臂2，其与第一驱动机构传动连接，第二臂2在第一驱动机构的驱使下相对于第一臂1进行旋转调节，使得第二臂2的一端相对旋转调节地连接第一臂1的一端，第一臂1和第二臂2构成了类似于手臂的结构，为了减重以增强便携性，第二臂2为空心壳结构；
32.第二驱动机构，其安装于第二臂2中；
33.执行端部件，其与第二驱动机构传动连接；
34.设于第一臂1内的电控单元，第一驱动机构、第二驱动机构和执行端部件均受电控单元的控制。
35.在操作过程中，操作者手持该机械臂装置，可以将执行端部件送到施工点位置，相当于给人的手臂增加了伸展关节，增加了长度，解决了因施工距离较远导致的难以将相应的专用工具送到施工点位置的问题。
36.第一臂1和第二臂2的外形结构均为“8”字形，便于手持操作，具有较好的平衡性和舒适性，可以减轻重量，可以保证整体平衡度和强度。
37.后续可以将整个机械臂装置折叠起来，以便装入泡沫箱内，以便随身携带。
38.作为优选方案之一，上述执行端部件包括调节部和工作部。
39.为了增强调节灵活性，上述执行端部件的调节部包括受电控单元控制的三轴伺服电机3，三轴伺服电机3的外壳与第二驱动机构连接，第一驱动机构和第二驱动机构的旋转驱动轴线相互平行，三轴伺服电机3的旋转驱动轴线则垂直于第一驱动机构和第二驱动机构的旋转驱动轴线，利用三轴伺服电机3来精确地调节专用工具的操作角度，以更好地适应复杂的操作工况。
40.上述执行端部件的工作部包括固定连接于三轴伺服电机3外壳的基础座，以及安装于基础座上的高清摄像头5和照明灯6，可以在基础座上设置专门的安全防护罩，用以保护高清摄像头5和照明灯6，高清摄像头5用于拍摄执行端部件的工作画面，照明灯6则用于照亮施工点区域，以便于在光照度不够的空间内进行施工，以便于操作者对操作状态进行观察。
41.作为对上述方案的优化，该机械臂装置还包括朝向操作者的监控显示屏7，监控显示屏7和高清摄像头5均与电控单元连接，高清摄像头5将拍摄的工作画面传递到电控单元，监控显示屏7用于显示高清摄像头5拍摄的工作画面，以便于操作者能够非常方便地对操作状态进行观察，提高施工的准确性。
42.为了便于操作者对整个机械臂的工作状态进行控制，上述第一臂1的外表面连接有若干与电控单元连接的控制按钮8，控制按钮8靠近监控显示屏7，控制按钮8可以包含电源启动按钮、紧急停止按钮、三轴动作控制按钮(也即控制第一驱动机构、第二驱动机构和三轴伺服电机3)、切割/打磨启动控制按钮，如遇紧急情况，可以直接按压紧急停止按钮，以便停止作业。
43.为了方便携带和移动作业，该机械臂装置自带可充电的电源，上述电控单元包括电控盒9，电控盒9内置有相互连接的电池和控制电路板，第一臂1固定插接有电池充电插座10，电池充电插座10的充电口处于第一臂1之外，电池充电插座10通过电线与电控盒9的电池电性连接，因此，该机械臂装置可以利用电池充电插座10来接通电源，为电控盒9内的电池进行充电，从而提供整个机械臂装置的工作电源。
44.作为优选方案，固定于三轴伺服电机3外壳的基础座设为用于遮挡的安全防护挡板4，安全防护挡板4能够挡住打磨或者切割碎屑，不会对操作人员造成影响，高清摄像头5和照明灯6安装于安全防护挡板4的背离操作者的一面。
45.上述第一驱动机构包括：
46.受电控单元控制的一轴伺服电机11，一轴伺服电机11安装于第一臂1内；
47.一轴主动锥齿轮12，一轴主动锥齿轮12固定套接一轴伺服电机11的输出主轴；
48.一轴从动锥齿轮13，一轴主动锥齿轮12与一轴从动锥齿轮13相互啮合；
49.第一动轴14，第一动轴14固定插接一轴从动锥齿轮13，一轴从动锥齿轮13相对转动地连接第一臂1，第一动轴14一端相对转动地连接第一臂1，第一动轴14另一端固定连接第二臂2。
50.另外，上述第二驱动机构包括：
51.受电控单元控制的二轴伺服电机15，二轴伺服电机15安装于第二臂2之内；
52.二轴主动锥齿轮16，二轴主动锥齿轮16固定套接二轴伺服电机15的输出主轴；
53.二轴从动锥齿轮17，二轴从动锥齿轮17与二轴主动锥齿轮16相啮合；
54.第二动轴18，二轴从动锥齿轮17固定套接第二动轴18，第二动轴18转动连接第二臂2，第二动轴18穿出第二臂2且使其一端外露；
55.二轴传动联轴器19，二轴传动联轴器19安装于第二动轴18的外露端，第二动轴18通过二轴传动联轴器19与三轴伺服电机3的外壳固定连接。
56.其中，第一驱动机构和第二驱动机构的动作关系如下。
57.如图5、6所示，按压相应的控制按钮8，启动一轴伺服电机11，一轴伺服电机11带动一轴主动锥齿轮12转动，一轴主动锥齿轮12与一轴从动锥齿轮13啮合，带动第一动轴14进行旋转，从而带动第二臂2相对于第一臂1进行旋转。
58.如图4所示，按压相应的控制按钮8，启动二轴伺服电机15，二轴伺服电机15带动二轴主动锥齿轮16转动，二轴主动锥齿轮16与二轴从动锥齿轮17，带动第二动轴18进行旋转，从而带动三轴伺服电机3相对于第二臂2进行旋转。
59.后期可以利用三轴伺服电机3进行再次的旋转调节，驱使专用工具进行旋转变位。
60.上述三轴伺服电机3输出端固定连接有联结块20，联结块20处于安全防护挡板4的遮挡侧区域，联结块20用于可拆卸连接专用工具，为了便于连接，联结块20的连接端面设有若干螺纹孔，可以根据具体的项目更换相应的专用工具，匹配若干用途，可以完成多种工作。
61.针对上述专用工具，提供了两种实施例。
62.如图7-8所示提供了第一种实施例，其专用工具为夹持有焊条的焊枪22，焊枪22配置有专门的焊枪连接件21，焊枪连接件21可拆卸地连接三轴伺服电机3输出端的联结块20，焊枪连接件21可以配置有微调电机21a，用以精确调节焊枪22的角度。
63.如图9-12所示提供了第二种实施例，其专用工具为打磨/切割工具，其包括执行端电动机23、盘片24、碎屑防护罩25，执行端电动机23可拆卸地连接三轴伺服电机3输出端的联结块20，盘片24安装于执行端电动机23的输出主轴，盘片24可以是圆形的砂轮片，或者其他材质的圆片，用于切割或打磨，碎屑防护罩25固定在执行端电动机23外壳，用于阻挡盘片24在使用过程中产生的碎屑，起到良好的保护操作者的作用。
64.以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种三轴可视化多关节多用途机械臂装置，其特征在于，其整体可由操作人员单手操持，并独立设置，其包括：第一臂(1)，其由操作人员手持；第一驱动机构，其安装于第一臂(1)中；第二臂(2)，其与第一驱动机构传动连接，所述第二臂(2)在第一驱动机构的驱使下相对于第一臂(1)进行旋转调节；第二驱动机构，其安装于第二臂(2)中；执行端部件，其与第二驱动机构传动连接；设于第一臂(1)内的电控单元，所述第一驱动机构、第二驱动机构和执行端部件均受电控单元的控制。2.根据权利要求1所述的一种三轴可视化多关节多用途机械臂装置，其特征在于，所述执行端部件包括调节部和工作部；所述执行端部件的调节部包括受电控单元控制的三轴伺服电机(3)，所述三轴伺服电机(3)的外壳与第二驱动机构连接；所述执行端部件的工作部包括固定连接于三轴伺服电机(3)外壳的基础座，以及安装于基础座上的高清摄像头(5)和照明灯(6)，所述高清摄像头(5)用于拍摄执行端部件的工作画面。3.根据权利要求2所述的一种三轴可视化多关节多用途机械臂装置，其特征在于，还包括朝向操作者的监控显示屏(7)，所述监控显示屏(7)和高清摄像头(5)均与电控单元连接，所述监控显示屏(7)用于显示高清摄像头(5)拍摄的工作画面。4.根据权利要求1所述的一种三轴可视化多关节多用途机械臂装置，其特征在于，所述第一臂(1)的外表面连接有若干与电控单元连接的控制按钮(8)。5.根据权利要求2所述的一种三轴可视化多关节多用途机械臂装置，其特征在于，所述电控单元包括电控盒(9)，所述电控盒(9)内置有电池和控制电路板，所述第一臂(1)固定插接有电池充电插座(10)，所述电池充电插座(10)的充电口处于第一臂(1)之外，所述电池充电插座(10)通过电线与电控盒(9)的电池电性连接。6.根据权利要求2所述的一种三轴可视化多关节多用途机械臂装置，其特征在于，固定于三轴伺服电机(3)外壳的基础座设为用于遮挡的安全防护挡板(4)，所述高清摄像头(5)和照明灯(6)安装于安全防护挡板(4)的背离操作者的一面。7.根据权利要求6所述的一种三轴可视化多关节多用途机械臂装置，其特征在于，所述三轴伺服电机(3)输出端固定连接有联结块(20)，所述联结块(20)处于安全防护挡板(4)的遮挡侧区域，所述联结块(20)用于可拆卸连接专用工具。8.根据权利要求5所述的一种三轴可视化多关节多用途机械臂装置，其特征在于，所述第一驱动机构包括：受电控单元控制的一轴伺服电机(11)，所述一轴伺服电机(11)安装于第一臂(1)内；一轴主动锥齿轮(12)，所述一轴主动锥齿轮(12)固定套接一轴伺服电机(11)的输出主轴；一轴从动锥齿轮(13)，所述一轴主动锥齿轮(12)与一轴从动锥齿轮(13)相互啮合；第一动轴(14)，所述第一动轴(14)固定插接一轴从动锥齿轮(13)，所述一轴从动锥齿
轮(13)相对转动地连接第一臂(1)，所述第一动轴(14)一端相对转动地连接第一臂(1)，所述第一动轴(14)另一端固定连接第二臂(2)。9.根据权利要求5所述的一种三轴可视化多关节多用途机械臂装置，其特征在于，所述第二驱动机构包括：受电控单元控制的二轴伺服电机(15)，所述二轴伺服电机(15)安装于第二臂(2)之内；二轴主动锥齿轮(16)，所述二轴主动锥齿轮(16)固定套接二轴伺服电机(15)的输出主轴；二轴从动锥齿轮(17)，所述二轴从动锥齿轮(17)与二轴主动锥齿轮(16)相啮合；第二动轴(18)，所述二轴从动锥齿轮(17)固定套接第二动轴(18)，所述第二动轴(18)转动连接第二臂(2)，所述第二动轴(18)穿出第二臂(2)且使其一端外露；二轴传动联轴器(19)，所述二轴传动联轴器(19)安装于第二动轴(18)的外露端，所述第二动轴(18)通过二轴传动联轴器(19)与三轴伺服电机(3)的外壳固定连接。10.根据权利要求5所述的一种三轴可视化多关节多用途机械臂装置，其特征在于，所述第一臂(1)和第二臂(2)均为空心壳结构。

技术总结
本发明公开了一种三轴可视化多关节多用途机械臂装置，其整体可由操作人员单手操持，其包括：第一臂，其由操作人员手持；第一驱动机构，其安装于第一臂中；第二臂，其与第一驱动机构传动连接，第二臂在第一驱动机构的驱使下相对于第一臂进行旋转调节；第二驱动机构，其安装于第二臂中；执行端部件，其与第二驱动机构传动连接；设于第一臂内的电控单元，第一驱动机构、第二驱动机构和执行端部件均受电控单元的控制。可以进行多关节控制操作，具有多个调节自由度，解决了远距离施工难题，免受受操作者的站位空间限制或者施工角度限制，可以帮助操作者顺利地进行焊接、打磨、切割等工作。打磨、切割等工作。打磨、切割等工作。


技术研发人员：杨天君 郭建华 胡云川 张滋业 方国喜 刘红喜
受保护的技术使用者：上海宝冶集团有限公司
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/8/9