CN103978478A - 多轴水平关节智能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多轴水平关节智能机器人，包括一智能控制机械手，是由控制装置、执行机构、驱动装置及底座组成；执行机构包括一个用于上下运动控制的轴，以及三个用于水平运动控制的轴；其中第一轴是通过丝杆传动带动工件在滑轨上实现上下移动功能；第二轴是在第二轴绝对值伺服电机驱动下通过行星减速机增大减速比，带动机械臂实现水平180度摆臂动作；第三轴是在第三轴绝对值伺服电机驱动下通过行星减速机来实现水平360度摆臂运动；第四轴是在第四轴绝对值伺服电机驱动下通过谐波减速机来实现垂直180度机械臂翻转运动。本发明具有操作简单安全、具有较大水平和垂直移动范围、定位精确、抓取重量大的优点。能在恶劣工作环境下，模拟人实现复杂的搬运动作。

Description

多轴水平关节智能机器人

技术领域

本发明涉及自动化设备技术领域，尤其涉及一种实现水平和垂直复杂移动多关节智能机器人。

背景技术

在工业生产活动中，很多危险的工作，例如冲压，油压，摩擦压力机打底，锻造，喷涂等，由人手操作完成，造成很多工伤事故，并且有一部分工件重量很大，工人要付出极大的劳动强度。现有技术通过机器人或机械手进行搬运转移处理，常采用计算机软件计算和步进电机控制，因为计算程序复杂出现控制反应延迟，而且没有减速调整装置，常导致机器人或机械手移动定位不精确，位移出现偏差，影响产品生产质量。

现有的机器人或机械手只有2-3个关节轴，无法实现在水平方向力矩大，具有最大行程和移动范围、定位精确、抓取重量大的效果。

发明内容

本发明提供一种多轴水平关节智能机器人，具有操作简单安全、具有较大水平和垂直移动范围、定位精确、抓取重量大的优点。能在恶劣工作环境下，模拟人实现复杂的搬运动作，实现自动冲床，自动油压机，自动打底，自动锻造，自动喷涂等工作，从而避免工伤事故，减轻人工劳动强度。

本发明提供了一种多轴水平关节智能机器人，包括一智能控制机械手，该智能控制机械手由控制装置、执行机构、驱动装置及底座组成；所述执行机构包括一个用于上下运动控制的第一轴，以及三个用于水平运动控制的第二轴、第三轴、第四轴；所述驱动装置包括第一轴伺服电机、第二轴绝对值伺服电机、第三轴绝对值伺服电机、第四轴绝对值伺服电机以及传动装置；所述传动装置设有减速机构，所述第一轴是通过丝杆传动带动工件在滑轨上实现上下移动功能，并装备有行星减速机；所述第二轴是在第二轴绝对值伺服电机驱动下通过行星减速机增大减速比，带动机械臂实现水平180度摆臂动作；所述第三轴是在第三轴绝对值伺服电机驱动下通过行星减速机来实现水平360度摆臂运动；所述第四轴是在第四轴绝对值伺服电机驱动下通过谐波减速机来实现垂直180度机械臂翻转运动。

为了实现更灵巧的搬运转移动作，上述机器人还可增设为5轴关节运动，所述执行机构还包括第五轴，所述驱动装置还包括第五轴绝对值伺服电机；所述第五轴是在绝对值伺服电机驱动下通过谐波减速机带动同步带，由同步带带动手抓部件实现水平360度旋转。

进一步，所述智能控制机械手的多个轴连接部件可以实现联动同步运动；所述控制装置采用PLC控制电路设备，该控制装置包括操作台，该操作台与执行机构、驱动装置及底座相隔一段距离，通过控制线连接，实现分离式安全控制操作。所述操作台底下安装有四个移位万向滚轮，可以自由推动，方便更具工厂需要改变控制位置。

进一步，所述底座下部有四个可以升降的调节腿，用于对应不同的工作高度调整整个机器人的身高。

进一步，所述底座上增加设置一个独立的小型存气罐，为机器人提供稳定的动力气源。

进一步，所述第一轴还通过辅助气缸和传动装置连接设置在底座上的小型存气罐，为所述第一轴运动增加额外的驱动力，同时保持驱动力平衡。当然通过改进，增设辅助气缸和传动装置，还可以为第二轴、第三轴、第四轴运动增加额外的驱动力，大大提高抓举的重量。

本发明与现有机器人的区别以及优点表现在以下方面：

本发明机器人的多轴关节比现有机器人的关节多，可以实现上下、垂直翻转，水平摆臂，水平360度旋转，联动工作可增加运行效率，提高工作节拍。

本发明机器人的第一轴为立柱立在底座上，采用伺服驱动，丝杆传动，整个轴身在立柱上上下升降，为提高动力采用一个辅助气缸来增加升力，起到动力平衡。其中第一轴、第二轴、第三轴，采用行星减速机，第四轴，第五轴采用谐波减速机，该设计的好处，满足了设备抓取位移精度的要求，极大的降低了设备成本，优化了机器人的重力结构，在第四轴和第五轴上采用谐波减速机还减轻了整个机器人的负载，从而可以实现抓取最大重量的工件。

除第一轴做上下运动，与其他轴垂直连接以外，其他四轴都在水平方向连接。运动方向为第二轴垂直连接第一轴，可以做水平方向180°自由摆动；第三轴伺服电机和减速机平行安装在第二轴体内，第三轴平行连接第二轴，第三轴可以垂直360°旋转，旋转的优势是，在需要翻转工件的时机器人自己可以通过此轴的旋转来实现；第四轴平行连接第三轴，可以水平方向实现360°摆动；第五轴伺服电机和谐波减速机安装在第四轴尾端上，电机通过减速机传动带动同步带，连接安装在第四轴前端的轴承带动第五轴实现水平方向360°旋转。该结构的优势是在水平方向可以实现最大行程，搬运最大距离，并且可以自由实现垂直360°旋转，整体可以实现水平180°的摆动，在机器人手臂顶端可以实现360度旋转调整。从而在不同机台高度之间，在不同水平线模具之间，在不同方向模具之间，都可以实现自由搬运和递送。

本发明机器人的运动控制采用PLC控制，有别于现有6自由度的机器人的PC控制方式。PLC控制方式，成本低廉，操作界面简单友好，操作工人可以很快熟悉操作，而且没有复杂的计算程序，不会出现控制反应延迟。

操作台与机器人手臂实现分离，操作控制台底下安装有四个移位万向滚轮，可以自由推动，方便调节操作。操作台与设备分离，主要是处于安全考虑，操作人员远离机器设备，不容易受到伤害。

本发明显著优点是：操作简单安全、具有较大水平和垂直移动范围、定位精确、抓取重量大的优点。能在恶劣工作环境下，模拟人实现复杂的搬运动作，实现自动冲床，自动油压机，自动打底，自动锻造，自动喷涂等工作，从而避免工伤事故，减轻人工劳动强度，具有极大的应用价值和推广价值。

附图说明

图1是本发明提供的多轴水平关节智能机器人结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明提供了一种多轴水平关节智能机器人，本实施例为四轴水平关节智能机器人，包括一智能控制机械手，该智能控制机械手由控制装置、执行机构、驱动装置及底座组成；所述执行机构包括一个用于上下运动控制的第一轴1，以及三个用于水平运动控制的第二轴2、第三轴3、第四轴4；所述驱动装置包括第一轴伺服电机、第二轴绝对值伺服电机、第三轴绝对值伺服电机、第四轴绝对值伺服电机以及传动装置(由于伺服电机和传动装置安装在内部，图中看不见)；所述传动装置设有减速机构，所述第一轴是通过丝杆传动带动工件在滑轨上实现上下移动功能，并装备有行星减速机；所述第二轴是在第二轴绝对值伺服电机驱动下通过行星减速机增大减速比，带动机械臂实现水平180度摆臂动作；所述第三轴是在第三轴绝对值伺服电机驱动下通过行星减速机来实现水平360度摆臂运动；所述第四轴是在第四轴绝对值伺服电机驱动下通过谐波减速机来实现垂直180度机械臂翻转运动。

本发明采用最高控制精度的绝对值伺服电机，比较普通的步进电机有明显的优势，位移控制到毫米级别，而且运动连续，不会出现动作延迟。在不同的手臂处采用不同的减速机构配合伺服电机工作，是通过上千的实验得出的最佳结构。

所述智能控制机械手的多个轴连接部件可以实现联动同步运动；所述控制装置采用PLC控制电路设备，该控制装置包括操作台(图中没画出)，该操作台与执行机构、驱动装置及底座相隔一段距离，通过控制线连接，实现分离式安全控制操作。所述操作台底下安装有四个移位万向滚轮，可以自由推动，方便更具工厂需要改变控制位置。

所述底座6下部有四个可以升降的调节腿7，用于对应不同的工作高度调整整个机器人的身高。

作为对上述四轴水平关节智能机器人的改进，为了实现更灵巧的搬运转移动作，上述机器人还可增设为五轴关节运动，本实施例提供一种五轴水平关节智能机器人，与四轴水平关节智能机器人的区别在于，所述执行机构还包括第五轴5，所述驱动装置还包括第五轴绝对值伺服电机；所述第五轴是在绝对值伺服电机驱动下通过谐波减速机带动同步带，由同步带带动手抓部件实现水平360度旋转。

作为另一个改进后的实施例，所述底座上增加设置一个独立的小型存气罐8，为机器人提供稳定的动力气源。所述第一轴还通过辅助气缸9和传动装置连接设置在底座上的小型存气罐，为所述第一轴运动增加额外的驱动力，同时保持驱动力平衡。当然通过改进，增设辅助气缸和传动装置，还可以为第二轴、第三轴、第四轴运动增加额外的驱动力，大大提高抓举的重量。

本发明显著优点是：操作简单安全、具有较大水平和垂直移动范围、定位精确、抓取重量大的优点。能在恶劣工作环境下，模拟人实现复杂的搬运动作，实现自动冲床，自动油压机，自动打底，自动锻造，自动喷涂等工作，从而避免工伤事故，减轻人工劳动强度，具有极大的应用价值和推广价值。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.多轴水平关节智能机器人，其特征在于，包括一智能控制机械手，该智能控制机械手由控制装置、执行机构、驱动装置及底座组成；所述执行机构包括一个用于上下运动控制的第一轴，以及三个用于水平运动控制的第二轴、第三轴、第四轴；所述驱动装置包括第一轴伺服电机、第二轴绝对值伺服电机、第三轴绝对值伺服电机、第四轴绝对值伺服电机以及传动装置；所述传动装置设有减速机构，所述第一轴是通过丝杆传动带动工件在滑轨上实现上下移动功能，并装备有行星减速机；所述第二轴是在第二轴绝对值伺服电机驱动下通过行星减速机增大减速比，带动机械臂实现水平180度摆臂动作；所述第三轴是在第三轴绝对值伺服电机驱动下通过行星减速机来实现水平360度摆臂运动；所述第四轴是在第四轴绝对值伺服电机驱动下通过谐波减速机来实现垂直180度机械臂翻转运动。 

2.根据权利要求1所述多轴水平关节智能机器人，其特征在于，所述执行机构还包括第五轴，所述驱动装置还包括第五轴绝对值伺服电机；所述第五轴是在绝对值伺服电机驱动下通过谐波减速机带动同步带，由同步带带动手抓部件实现水平360度旋转。 

3.根据权利要求1或2所述多轴水平关节智能机器人，其特征在于，所述智能控制机械手的多个轴连接部件可以实现联动同步运动；所述控制装置采用PLC控制电路设备，该控制装置包括操作台，该操作台与执行机构、驱动装置及底座相隔一段距离，通过控制线连接，实现分离式安全控制操作。 

4.根据权利要求1或2所述多轴水平关节智能机器人，其特征在于，所述操作台底下安装有四个移位万向滚轮，可以自由推动。 

5.根据权利要求1或2所述多轴水平关节智能机器人，其特征在于，所述底座下部有四个可以升降的调节腿，用于对应不同的工作高度调整整个机器人的身高。 

6.根据权利要求1或2所述多轴水平关节智能机器人，其特征在于，所述底座上增加设置一个独立的小型存气罐，为机器人提供稳定的动力气源。 

7.根据权利要求6所述多轴水平关节智能机器人，其特征在于，所述第一轴还通过辅助气缸和传动装置连接设置在底座上的小型存气罐，为所述第一轴运动增加额外的驱动力。