CN103753518B - 一种手动示教的机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种手动示教的机器人，包括与底座连接的多关节臂，多关节臂与底座的连接关节以及多关节臂自身的各关节处均通过关节轴传动连接，还包括检测并记录关节轴的动作情况的编码器，所述关节轴与电机连接，编码器与控制系统电连接，还设有输入输出传动比可调的变速机构，所述变速机构位于关节轴与电机之间，将二者连接在一起。本发明加设了变速机构，使得电机与关节轴处的输入输出传动比可调，手动示教时较低的传动比使机器人能人力拖动，工作时较高的传动比使电机输出更大的扭矩。本发明可用于如喷涂生产线等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业机器人，特别是具有手动示教功能的多关节机器人。
背景技术
多关节机器人在现代自动化生产线中被广泛应用，它包括与底座连接的多关节臂，所述多关节臂又是至少由多个顺次铰接的大臂、小臂构成。最末端的小臂上就装有如喷枪、手爪等执行部件。
机器人能完成工作任务的关键，就是如何令所述工作部件能够按照指定的轨迹、坐标去完成运动、停顿、转动角度等动作。这些动作均需要编程工程师通过编程才能的实现，而编程工程师需要具备较高的知识技能，并要经过专门的训练才能胜任，这样的话，一来对编程工程师的岗位依赖性高，二来操作并不直观，程序设定后不易修改。
为克服上述问题，现有已开发出一种可以直接拖动示教的机器人，其由人工引导机器人进行一次示范工作过程，并通过编码器记录下多关节臂的各个关节轴的转动量，实现机器人通过直接学习记忆人的操作来完成特定的工作任务。但由于部分扭矩大的关节轴与电机之间设有减速器，使得人工引导机器人动作时遇到阻力过大，很难拖动的情况。现有的技术方案只有采用低传动比的减速器，其代价是要使用成本较高的低转速高扭矩电机。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种容易拖动的手动示教的机器人。
本发明解决其技术问题的解决方案是：
一种手动示教的机器人，包括与底座连接的多关节臂，多关节臂与底座的连接关节以及多关节臂自身的各关节处均通过关节轴传动连接，还包括检测并记录关节轴的动作情况的编码器，所述关节轴与电机连接，编码器与控制系统电连接，还设有输入输出传动比可调的变速机构，所述变速机构位于关节轴与电机之间，将二者连接在一起。
作为上述技术方案的进一步改进，所述变速机构包括：壳体，其与电机固定连接，所述壳体的内壁设有壳体卡接位，电机输出轴末段位于壳体内；减速轴系统，其具有滑动卡接位，减速轴系统包括：减速器，其位于壳体内且与电机输出轴同轴，减速器的输入口与电机输出轴末段连接，减速器的输出轴与关节轴连接；滑动定位环，其可沿减速器的轴向滑动，滑动过程中始终保持与减速器的外壳连接，滑动定位环与滑动卡接位滑动连接且该滑动连接可分离，滑动定位环与壳体卡接位滑动连接且该滑动连接亦可分离，并且，当滑动定位环与滑动卡接位连接时，滑动定位环与壳体卡接位分离，反之亦然。
作为上述技术方案的进一步改进，所述减速轴系统包括转轴定位套，滑动卡接位设在转轴定位套上，转轴定位套将电机输出轴末段与减速器的输入口连接起来，或将减速器的输出轴与关节轴连接起来。
作为上述技术方案的进一步改进，所述减速器与壳体之间设有轴承。
作为上述技术方案的进一步改进，所述变速机构还包括换挡拨杆，其中部铰接在壳体上，前端是操控端，尾端能够拨动滑动定位环使之沿减速器的轴向滑动。
作为上述技术方案的进一步改进，所述变速机构还包括推动换挡拨杆的气缸。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电机为伺服电机。但除此之外，所述手动示教的机器人还可以采用这样的方案：所述编码器设置在电机的输出端或变速机构的输出端。
本发明的有益效果是：
本发明加设了变速机构，使得电机与关节轴处的输入输出传动比可调，手动示教时较低的传动比使机器人能被人力拖动，工作时较高的传动比使电机输出更大的扭矩。本发明可用于如喷涂生产线等领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员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设计方案和附图。
图1是本发明的变速机构的实施例1的示意图；
图2是变速机构的实施例2的示意图；
图3是编码器安装位置的实施例3的示意图；
图4是编码器安装位置的实施例4的示意图；
图5是编码器安装位置的实施例5的示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
一种手动示教的机器人，包括与底座连接的多关节臂，多关节臂与底座的连接关节以及多关节臂自身的各关节处均通过关节轴传动连接，还包括检测并记录关节轴的动作情况的编码器，所述关节轴与电机连接，编码器与控制系统电连接，还设有输入输出传动比可调的变速机构，所述变速机构位于关节轴与电机之间，将二者连接在一起。
本发明可制成五轴臂或六轴臂等等形式。例如，所述关节轴共有5个，以多关节臂与底座的连接处为起始端，多关节臂的执行部件安装处为末端，自起始端向末端的关节轴分别编号为J1轴、J2轴、J3轴、J4轴、J5轴；或者，所述关节轴共有6个，以多关节臂与底座的连接处为起始端，多关节臂的执行部件安装处为末端，自起始端向末端的关节轴分别编号为J1轴、J2轴、J3轴、J4轴、J5轴、J6轴。其中J1轴、J2轴、J3轴的负载较大，需要在电机与关节轴之间设置传动比大的减速器。但传动比大的减速器容易在手动示教过程中出现阻力很大、无法拖动的现象，现有的解决方案只有采用低传动比的减速器，其代价是要使用成本较高的低转速高扭矩电机。而本发明则是采用变速机构取代普通的减速器，使得电机与关节轴处的输入输出传动比可调，当手动示教时调低传动比使机器人能被人力拖动，工作时调高传动比使电机输出更大的扭矩。
作为上述技术方案的进一步改进，所述变速机构包括：壳体1，其与电机固定连接，所述壳体1的内壁设有壳体卡接位11，电机输出轴末段位于壳体1内；减速轴系统，其具有滑动卡接位，减速轴系统包括：减速器2，其位于壳体1内且与电机输出轴同轴，减速器2的输入口与电机输出轴末段连接，减速器2的输出轴与关节轴连接；滑动定位环4，其可沿减速器2的轴向滑动，滑动过程中始终保持与减速器2的外壳连接，滑动定位环4与滑动卡接位滑动连接且该滑动连接可分离，滑动定位环4与壳体卡接位11滑动连接且该滑动连接亦可分离，并且，当滑动定位环4与滑动卡接位连接时，滑动定位环4与壳体卡接位11分离，反之亦然。由于壳体1与电机固定连接，当滑动定位环4与壳体卡接位11连接时，滑动定位环4与滑动卡接位分离，相当于减速器2与电机之间实现固定连接，减速器2按照其额定的传动比正常工作，增大电机输出的扭矩。当滑动定位环4与滑动卡接位连接时，滑动定位环4与壳体卡接位11分离，减速器2的输入轴与输出轴被固定，减速器2跟随电机的输出轴同步转动，失去减速效果，因而电机的输出轴与关节轴的输入端之间的传动比为1:1。
如图1和图2所示，作为上述技术方案的进一步改进，所述减速轴系统包括转轴定位套3，滑动卡接位设在转轴定位套3上，转轴定位套3将电机输出轴末段与减速器2的输入口连接起来，或将减速器2的输出轴与关节轴连接起来。
除此之外，所述的滑动卡接位也可以设置在非标准的电机输出轴末段，或是非标准的减速器2的输出轴上。
作为上述技术方案的进一步改进，所述减速器2与壳体1之间设有轴承6。
作为上述技术方案的进一步改进，所述变速机构还包括换挡拨杆5，其中部铰接在壳体1上，前端是操控端，尾端能够拨动滑动定位环4使之沿减速器2的轴向滑动。滑动定位环4设有环向的凹槽41，所述换挡拨杆5的尾端卡在凹槽41内，通过凹槽41拨动滑动定位环4。
作为上述技术方案的进一步改进，所述变速机构还包括推动换挡拨杆5的气缸。
作为上述技术方案的进一步改进，所述电机为伺服电机。但除此之外，所述手动示教的机器人还可以采用这样的方案：所述编码器设置在电机的输出端或变速机构的输出端。
这里，可以参照图3 ～图5。
实施例3：参照图3，当电机A为伺服电机时，其本身即自带编码器B，电机A与变速机构C连接，变速机构C的输出端与关节轴连接。
实施例4：参照图4，当电机A采用普通电机时，电机A输出端与变速机构C连接，并在电机A与变速机构C之间设置编码器B，变速机构C输出端与关节轴连接。
实施例5：参照图5，当电机A采用普通电机时，电机A与变速机构C输入端连接，变速机构C输出端与关节轴的输入端连接，并在变速机构C的输出端设置编码器B。
需要注意的是，在实施例3和4中，进行手动示教时，编码器A录得的数据是电机的输出轴与关节轴的输入端之间的传动比为1:1的数据，需要根据减速器2的传动比对编码器A录得的数据进行处理。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种手动示教的机器人，包括与底座连接的多关节臂，多关节臂与底座的连接关节以及多关节臂自身的各关节处均通过关节轴传动连接，还包括检测并记录关节轴的动作情况的编码器，所述关节轴与电机连接，编码器与控制系统电连接，其特征在于：还设有输入输出传动比可调的变速机构，所述变速机构位于关节轴与电机之间，将二者连接在一起，所述变速机构包括：
壳体（1），其与电机固定连接，所述壳体（1）的内壁设有壳体卡接位（11），电机输出轴末段位于壳体（1）内；
减速轴系统，其具有滑动卡接位，减速轴系统包括：
减速器（2），其位于壳体（1）内且与电机输出轴同轴，减速器（2）的输入口与电机输出轴末段连接，减速器（2）的输出轴与关节轴连接；
滑动定位环（4），其可沿减速器（2）的轴向滑动，滑动过程中始终保持与减速器（2）的外壳连接，滑动定位环（4）与滑动卡接位滑动连接且该滑动连接可分离，滑动定位环（4）与壳体卡接位（11）滑动连接且该滑动连接亦可分离，并且，当滑动定位环（4）与滑动卡接位连接时，滑动定位环（4）与壳体卡接位（11）分离；当滑动定位环（4）与壳体卡接位（11）连接时，滑动定位环（4）与滑动卡接位分离。
2.根据权利要求1所述的手动示教的机器人，其特征在于：所述减速轴系统包括转轴定位套（3），滑动卡接位设在转轴定位套（3）上，转轴定位套（3）将电机输出轴末段与减速器（2）的输入口连接起来，或将减速器（2）的输出轴与关节轴连接起来。
3.根据权利要求1所述的手动示教的机器人，其特征在于：所述减速器（2）与壳体（1）之间设有轴承（6）。
4.根据权利要求1所述的手动示教的机器人，其特征在于：所述变速机构还包括换挡拨杆（5），其中部铰接在壳体（1）上，前端是操控端，尾端能够拨动滑动定位环（4）使之沿减速器（2）的轴向滑动。
5.根据权利要求4所述的手动示教的机器人，其特征在于：所述变速机构还包括推动换挡拨杆（5）的气缸。
6.根据权利要求1所述的手动示教的机器人，其特征在于：所述电机为伺服电机。
7.根据权利要求1所述的手动示教的机器人，其特征在于：所述编码器设置在电机的输出端或变速机构的输出端。
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