一种桌面级3D打印六轴机械臂

一种桌面级3d打印六轴机械臂
技术领域
1.本实用新型涉及一种桌面级3d打印六轴机械臂，主要用于机械臂操作维护应用技术人才的培养，属工业机器人领域。


背景技术：

2.随着社会发展和科技进步，劳动力成本持续增高，各制造强国都在大力发展机械臂（工业机器人）技术。机械臂的应用领域正在向服务业、医疗、教育、办公等领域拓展，市场对工业机器人操作维护应用技术型人才需求激增，进而带动了工业机器人教育培训市场的兴起。当前，工业机器人教育培训主要采用工业级机器人进行培训，价格昂贵，很多学校无法大量购买，严重影响了工业机器人操作维护应用技术型人才培养的数量和质量，工业机器人教育教学难以大规模发展。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种桌面级3d打印六轴机械臂，旨在解决现在培养设备昂贵的问题。
4.本实用新型采用的技术方案是：一种桌面级3d打印六轴机械臂，包括金属板底座1、各安装组件和3d打印部件；
5.金属板底座1置于整个机械臂最下端；
6.各安装组件包括一轴及其组件101、二轴及其组件102，三轴及其组件103，四轴及其组件104，五轴及其组件105，六轴及其组件106；一轴及其组件101转动安装在金属板底座1上方，二轴及其组件102转动安装在一轴及其组件101上方，三轴及其组件103转动安装在二轴及其组件102上方，四轴及其组件104转动安装在三轴及其组件103上方，五轴及其组件105转动安装在四轴及其组件104上方，六轴及其组件106转动安装在五轴及其组件105端部；
7.相邻两轴及其组件之间的连接处均安装有3d打印部件。
8.具体地，3d打印部件包括：安装底座2、j1-j2力臂16、j2-j3力臂17、j3电机卡槽19、同步带拉紧装置ⅰ27、同步带拉紧装置ⅱ28、j3-j4力臂29、j4-j5力臂32、j5电机外壳36、五轴三号同步轮42、五轴轴承固定件44、j5-j6力臂45、j6电机外壳47；
9.一轴及其组件101包括： j1电机3、j1电机同步轮4、一轴同步带5、一轴齿轮6、一轴轴承7，二轴及其组件102包括： j2电机8、j2电机同步轮9、二轴一号同步轮10、二轴二号同步轮11、二轴一号同步带12、二轴二号同步带13、二轴同步轮连接杆14、二轴轴承15，三轴及其组件103包括：j3电机18、j3电机同步轮20、三轴一号同步轮21、三轴二号同步轮22、三轴同步轮连接杆23、三轴一号同步带24、三轴二号同步带25、三轴轴承26，四轴及其组件104包括：四轴轴承30、j4电机31、行星减速器33、法兰联轴器34、铜柱35，五轴及其组件105包括： j5电机37、j5电机同步轮38、五轴一号同步轮39、五轴二号同步轮40、五轴同步轮连接杆41、五轴三号同步轮42、五轴轴承43、五轴轴承固定件44，六轴及其组件106包括： j6电机46。
10.j1电机3固定于金属板底座1上，j1电机3与j1电机同步轮4通过基米螺柱固定连接，形成一轴的输出轴，金属板底座1下端为一轴齿轮6，一轴轴承7内环固定于金属板底座1上端，形成一轴的转动轴，j1电机同步轮4和一轴齿轮6通过一轴同步带5连接，形成一级减速，控制一轴的转动，安装底座2与一轴轴承7外环固定，j2电机8与j2电机同步轮9通过基米螺柱固定连接，形成二轴的输出轴，j2电机同步轮9与j1-j2力臂16内部的二轴一号同步轮10通过二轴一号同步带12连接，二轴一号同步轮10通过二轴同步轮连接杆14连接一个同轴的二轴二号同步轮11，j2-j3力臂17下端，与二轴二号同步轮11相同的一侧，带有一号齿轮，二轴二号同步轮11通过二轴二号同步带13与一号齿轮连接，形成二轴的转动轴，j2-j3力臂17的两侧装有二轴轴承15，二轴轴承15外环与j1-j2力臂16上端固定连接，内环与j2-j3力臂17固定连接，j1-j2力臂16的下端固定连接在安装底座2上，二轴一号同步带12、二轴二号同步带13形成二级减速，j2-j3力臂17下段内部，连接有j3电机卡槽19，j3电机18安装于j3电机卡槽19上，j3电机18与j3电机同步轮20通过基米螺柱固定连接，形成三轴的输出轴，j3电机同步轮20与j3-j4力臂29内部的三轴一号同步轮21，通过三轴一号同步带24连接，同时三轴一号同步轮21通过三轴同步轮连接杆23装有一个同轴的三轴二号同步轮22，j4-j5力臂32下端外部设计有二号齿轮，三轴二号同步轮22通过三轴二号同步带25与二号齿轮连接，形成三轴的转动轴，j2-j3力臂17的上端与j3-j4力臂29下端通过三轴轴承26连接，三轴轴承26外环与j4-j5力臂32下端固定连接，三轴一号同步带24、三轴二号同步带25形成二级减速，在j2-j3力臂17的外部设有可以横向移动螺母的同步带拉紧装置ⅰ27，同步带拉紧装置ⅰ27用于调节连接二轴齿轮和二轴二号同步带13的松紧，j3-j4力臂29外部设有与j2-j3力臂17上相同的调节内部三轴二号同步带25和四轴齿轮松紧的同步带拉紧装置ⅱ28，j4电机31装于j4-j5力臂32内部，j4电机31上装有行星减速器33，形成二级减速，减速器33为四轴的输出轴，减速器33上装有四轴法兰联轴器34，法兰联轴器34与减速器33通过基米螺柱固定连接，法兰联轴器34上装有四根铜柱35，四根铜柱35与j5电机外壳36的下端固定连接，j5电机外壳36下端的卡槽与四轴轴承30内环固定连接，四轴轴承30外环与j4-j5力臂32上端固定连接，形成四轴的输出轴， j5电机37与j5电机同步轮38固定连接，形成五轴的输出轴，j5电机同步轮38与j5-j6力臂45中段内部的五轴一号同步轮39，通过五轴一号同步带连接，同时五轴一号同步轮39通过五轴同步轮连接杆41连接一个同轴的五轴二号同步轮40，五轴二号同步轮40和五轴三号同步轮42通过五轴二号同步带连接，五轴三号同步轮42固定的在j6电机外壳47上，j5-j6力臂45与五轴轴承43外环固定连接，五轴轴承43内环与五轴轴承固定件44连接后固定在j6电机外壳47上，五轴一号同步带、五轴二号同步带形成二级减速，控制五轴的转动，j6电机46置于j6电机外壳47内部，j6电机外壳47上端留有安装孔，j5-j6力臂45下端与j4-j5力臂32通过四轴轴承30连接，上端通过五轴轴承43和j6电机外壳47连接。
11.优选地，j1电机3、j2电机8、j3电机18、j4电机31、j5电机37、j6电机46分别使用不同型号的电机，每个电机的轴需要产生的扭矩不同。
12.优选地，j1电机3用螺栓固定于金属板底座1上，j1-j2力臂16下端通过螺栓螺母固定连接在安装底座2上，一轴轴承7内环通过螺栓固定于金属板底座1上端，五轴三号同步轮42通过螺栓固定的在j6电机外壳47上。
13.优选地，每个3d打印部件使用不同颜色的pla耗材制成。
附图说明
14.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1是本实用新型一种桌面级3d打印六轴机械臂整体结构示意图；
16.图2是本实用新型的整体结构框图；
17.图3是本实用新型二轴及其组件的爆炸图；
18.图4是本实用新型三轴及其组件、四轴及其组件的爆炸图；
19.图5是本实用新型五轴及其组件、六轴及其组件的爆炸图。
20.图中各标号为：1-金属板底座、2-安装底座、3-j1电机、4-j1电机同步轮、5-一轴同步带、6-一轴齿轮、7-一轴轴承、8-j2电机、9-j2电机同步轮、10-二轴一号同步轮、11-二轴二号同步轮、12-二轴一号同步带、13-二轴二号同步带、14-二轴同步轮连接杆、15-二轴轴承、16-j1-j2力臂、17-j2-j3力臂、18-j3电机、19-j3电机卡槽、20-j3电机同步轮、21-三轴一号同步轮、22-三轴二号同步轮、23-三轴同步轮连接杆、24-三轴一号同步带、25-三轴二号同步带、26-三轴轴承、27-同步带拉紧装置ⅰ、28-同步带拉紧装置ⅱ、29-j3-j4力臂、30-四轴轴承、31-j4电机、32-j4-j5力臂、33-行星减速器、34-法兰联轴器、35-铜柱、36-j5电机外壳、37-j5电机、38-j5电机同步轮、39-五轴一号同步轮、40-五轴二号同步轮、41-五轴同步轮连接杆、42五轴三号同步轮、43-五轴轴承、44-五轴轴承固定件、45-j5-j6力臂、46-j6电机、47-j6电机外壳、101一轴及其组件、102二轴及其组件、103三轴及其组件、104四轴及其组件、105五轴及其组件、106六轴及其组件。
具体实施方式
21.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
22.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上端”、“下端”、“内部”、“外部”、“外环”、“内环”、“同轴”等指示的方位或位置关系，是为了便于描述本实用新型和简化描述，也是为了指示和暗示所指的装置和元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造安装，否则将会引起不必要的误解。
23.实施例1：如图1-5所示，一种桌面级3d打印六轴机械臂，包括金属板底座1、各安装组件和3d打印部件；
24.金属板底座1置于整个机械臂最下端；
25.各安装组件包括一轴及其组件101、二轴及其组件102，三轴及其组件103，四轴及其组件104，五轴及其组件105，六轴及其组件106；一轴及其组件101转动安装在金属板底座1上方，二轴及其组件102转动安装在一轴及其组件101上方，三轴及其组件103转动安装在二轴及其组件102上方，四轴及其组件104转动安装在三轴及其组件103上方，五轴及其组件105转动安装在四轴及其组件104上方，六轴及其组件106转动安装在五轴及其组件105端
部；
26.相邻两轴及其组件之间的连接处均安装有3d打印部件。
27.进一步地，3d打印部件包括：安装底座2、j1-j2力臂16、j2-j3力臂17、j3电机卡槽19、同步带拉紧装置ⅰ27、同步带拉紧装置ⅱ28、j3-j4力臂29、j4-j5力臂32、j5电机外壳36、五轴三号同步轮42、五轴轴承固定件44、j5-j6力臂45、j6电机外壳47；
28.一轴及其组件101包括：j1电机3、j1电机同步轮4、一轴同步带5、一轴齿轮6、一轴轴承7，二轴及其组件102包括： j2电机8、j2电机同步轮9、二轴一号同步轮10、二轴二号同步轮11、二轴一号同步带12、二轴二号同步带13、二轴同步轮连接杆14、二轴轴承15，三轴及其组件103包括：j3电机18、j3电机同步轮20、三轴一号同步轮21、三轴二号同步轮22、三轴同步轮连接杆23、三轴一号同步带24、三轴二号同步带25、三轴轴承26，四轴及其组件104包括：四轴轴承30、j4电机31、行星减速器33、法兰联轴器34、铜柱35，五轴及其组件105包括： j5电机37、j5电机同步轮38、五轴一号同步轮39、五轴二号同步轮40、五轴同步轮连接杆41、五轴三号同步轮42、五轴轴承43、五轴轴承固定件44，六轴及其组件106包括： j6电机46；
29.j1电机3固定于金属板底座1上，j1电机3与j1电机同步轮4通过基米螺柱固定连接，形成一轴的输出轴，金属板底座1下端为一轴齿轮6，一轴轴承7内环固定于金属板底座1上端，形成一轴的转动轴，j1电机同步轮4和一轴齿轮6通过一轴同步带5连接，形成一级减速，控制一轴的转动，安装底座2与一轴轴承7外环固定，使得一轴能带动整个本体转动，j2电机8与j2电机同步轮9通过基米螺柱固定连接，形成二轴的输出轴，j2电机同步轮9与j1-j2力臂16内部的二轴一号同步轮10通过二轴一号同步带12连接，二轴一号同步轮10通过二轴同步轮连接杆14连接一个同轴的二轴二号同步轮11，j2-j3力臂17下端，与二轴二号同步轮11相同的一侧，带有一号齿轮，二轴二号同步轮11通过二轴二号同步带13与一号齿轮连接，形成二轴的转动轴，j2-j3力臂17的两侧装有二轴轴承15，二轴轴承15外环与j1-j2力臂16上端固定连接，内环与j2-j3力臂17固定连接，j1-j2力臂16的下端固定连接在安装底座2上，二轴一号同步带12、二轴二号同步带13形成二级减速，j2-j3力臂17下段内部，连接有j3电机卡槽19，j3电机18安装于j3电机卡槽19上，j3电机18与j3电机同步轮20通过基米螺柱固定连接，形成三轴的输出轴，j3电机同步轮20与j3-j4力臂29内部的三轴一号同步轮21，通过三轴一号同步带24连接，同时三轴一号同步轮21通过三轴同步轮连接杆23装有一个同轴的三轴二号同步轮22，j4-j5力臂32下端外部设计有二号齿轮，三轴二号同步轮22通过三轴二号同步带25与二号齿轮连接，形成三轴的转动轴，j2-j3力臂17的上端与j3-j4力臂29下端通过三轴轴承26连接，三轴轴承26外环与j4-j5力臂32下端固定连接，三轴一号同步带24、三轴二号同步带25形成二级减速，在j2-j3力臂17的外部设有可以横向移动螺母的同步带拉紧装置ⅰ27，同步带拉紧装置ⅰ27用于调节连接二轴齿轮和二轴二号同步带13的松紧，j3-j4力臂29外部设有与j2-j3力臂17上相同的调节内部三轴二号同步带25和四轴齿轮松紧的同步带拉紧装置ⅱ28，防止同步带松动导致滑齿的同时，不用进行复杂的拆卸调节回装操作，j4电机31装于j4-j5力臂32内部，j4电机31上装有行星减速器33，形成二级减速，减速器33为四轴的输出轴，减速器33上装有四轴法兰联轴器34，法兰联轴器34与减速器33通过基米螺柱固定连接，法兰联轴器34上装有四根铜柱35，四根铜柱35与j5电机外壳36的下端固定连接，j5电机外壳36下端的卡槽与四轴轴承30内环固定连接，四轴轴承30外环与j4-j5力臂32上端固定连接，形成四轴的输出轴， j5电机37与j5电机同步轮38固定连接，形成
五轴的输出轴，j5电机同步轮38与j5-j6力臂45中段内部的五轴一号同步轮39，通过五轴一号同步带（图中未标出）连接，同时五轴一号同步轮39通过五轴同步轮连接杆41连接一个同轴的五轴二号同步轮40，五轴二号同步轮40和五轴三号同步轮42通过五轴二号同步带（图中未标出）连接，五轴三号同步轮42固定的在j6电机外壳47上，j5-j6力臂45与五轴轴承43外环固定连接，五轴轴承43内环与五轴轴承固定件44连接后固定在j6电机外壳47上，五轴一号同步带、五轴二号同步带形成二级减速，控制五轴的转动，j6电机46置于j6电机外壳47内部，j6电机外壳47上端留有安装孔，安装孔可以安装各类夹具，气吸装置等，j6电机的转动也就可以控制各类夹具，气吸装置的转动。j5-j6力臂45下端与j4-j5力臂32通过四轴轴承30连接，上端通过五轴轴承43和j6电机外壳47连接。
30.金属板底座1置于整个机械臂最下端，用于安装j1电机3，金属板底座1正中央按照加工需求切割钻孔，预留出各轴电机的走线，最终从金属板底座1走出，美化外观，同时便于j1电机3和其他部件的拆卸和调试维修工作。金属板底座1各角留有m4的螺孔，可以便于固定于适配m4槽径的铝型材或其他需要固定机械臂本体的地方，增加整个本体的稳定性。
31.进一步地，j1电机3、j2电机8、j3电机18、j4电机31、j5电机37、j6电机46分别使用不同型号的电机，每个电机的轴需要产生的扭矩不同。一轴为一级减速，二轴、三轴和五轴为二级减速，其余的四轴和六轴与行星减速器33连接，并置于机械臂本体的每个轴设计的安装处固定连接。
32.进一步地，j1电机3用螺栓固定于金属板底座1上，j1-j2力臂16下端通过螺栓螺母固定连接在安装底座2上，一轴轴承7内环通过螺栓固定于金属板底座1上端，五轴三号同步轮42通过螺栓固定的在j6电机外壳47上。
33.进一步地，本实用新型中的3d打印部件，通过3d打印机使用有一定强度的pla打印机耗材打印，部件可用于可以安装电机，减速器，轴承和同步带，稳定连接，3d打印部件使机械臂整体的重量很轻，同时机械臂整体结构强度高，3d打印部件的颜色也可以根据需要，使用不同颜色的pla耗材使之外观改变，3d打印部件间通过螺母与螺栓连接，连接紧靠，不会轻易的松动。
34.本实用新型的工作原理是：根据实际工况的需要，在j6电机轴上安装夹具或者气动吸盘等，通过控制器控制整个机械臂运动，每个轴的电机可以单独运动，也可以同时运动，以让整个动作流程更加流畅，各轴之间配合运动实现夹具和吸盘等装置到达需要的位置，然后实现夹取和吸引。本实用新型中6个电机均与机械臂外部的控制器连接。
35.本实用新型在能满足教学目标和教学精度要求的同时，价格降到工业级机器人的1/5甚至1/10，本实用新型机械臂重量只有工业级机械臂重量的1/5甚至更轻，对于工业机器人的教育培训将很有意义。以市场上现有的同类型3d打印的机械臂相比，该3d打印机械臂的本体重量更轻，重量只有13kg，体积更小，价格更便宜，结构更简单，可以重复拆装，方便教学；该3d打印机械臂采用六轴的活动方式，相比大部分三轴，四轴，五轴的机械臂将更灵活，活动半径更开阔，也能实现更为复杂的操作，运动精度更高，达到0.3mm；该3d打印机械臂的底盘设计精巧稳定，主要关节使用铝合金材料加固完，可以承重1.2kg物件实现各种复杂运动。全满足初级工业机器人的教育培训，可以大幅降低工业机器人操作维护应用技术型人才的昂贵培养成本。
36.以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用
新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。