CN103978483B - 工业关节机器人本体 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业关节机器人本体，基架内竖直设有第一驱动电机，第一驱动电机由第一减速机减速后，再通过主传动连接盘驱动大臂转盘和大臂底座支架做360°回转运动，在大臂底座支架上安装有水平设置的大臂转轴，大臂转轴的一端设置有第二驱动电机，第二驱动电机由第二减速机减速后，再通过大臂转轴驱动大臂和电机安装挂板同步摆动，大臂和电机安装挂板分别向上延伸且相互平行，电机安装挂板上水平设有第三驱动电机，第三驱动电机由第三减速机减速后驱动连杆摆动，连杆的上端与小臂的后端铰接，小臂的前端用于安装机械爪，大臂的上端铰接在小臂上靠近后端的位置处。结构简单，加工方便，并且灵活性更高。

Description

工业关节机器人本体

技术领域

本发明属于工业用机器人技术领域。

背景技术

工业机器人是一种集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。工业机器人产品可广泛应用于汽车、冶金、电气电子、化工、工程机械、轨道交通、低压电器、电力、IC装备、军工、烟草、金融、医药、印刷出版等众多领域。总的来说，劳动强度大、环境恶劣、工作重复性高、人工技术及工作安全性不易保证的工作，都可以使用工业机器人代替。据IFR预计，中国将会在2014年成为全球工业机器人需求量最大的市场，随着劳动力成本上涨、用工成本的上升，越来越多的企业掀起使用机器人的风潮。

随着我国汽车工业的高速发展，对汽车制造装配提出了大量的需求，工业机器人是汽车生产中的一种主要自动化设备，在整车及零部件的弧焊、点焊、喷漆、搬运、涂胶等工艺中有大量应用。目前的工业机器人结构复杂，加工非常麻烦，而机械手作为工业机器人的重要组成部分，其灵活性以及精准度要求都非常高，因而导致现有的机械手结构也非常复杂。国外的机械手普遍价格较为昂贵，不适合广泛的推广及应用。

现有的关节机器人小臂传动电机/减速机主要位于大臂上前端，在较大的运动过程中容易出现定位精度不高和运动时出现振动或超调，这样就会使得有效速度降低，从而影响工作质量与效率等；还有的关节机器人小臂传动电机/减速机位于大臂转轴中心线上，这样对制造精度、安装精度要求较高，会出现产品成本的提高，同时，容易出现部件间的依赖性较高(即耦合性)，若制造、安装精度不高会造成有关件的干涉。

发明内容

本发明针对上述技术问题进行改进，拟提供一种结构简单、灵活性高，造价便宜的工业用关节机器人本体，并有效避免耦合现象的发生。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种工业关节机器人本体，包括基架、大臂、小臂、连杆和第一、第二、第三编码器，所述基架内竖直设有第一驱动电机，第一驱动电机由第一减速机减速后，再通过主传动连接盘驱动大臂转盘和大臂底座支架做360°回转运动，所述主传动连接盘的安装盘上固定套装有主动同步带轮，主动同步带轮带动从动同步带轮转动，所述第一编码器安装在基架上用于获取大臂转盘的回转位移，在大臂底座支架上安装有水平设置的大臂转轴，所述大臂转轴的一端设置有第二驱动电机，第二驱动电机由第二减速机减速后，再通过大臂转轴驱动大臂和电机安装挂板同步摆动，所述第二编码器通过安装支架固定在大臂转轴上用于获取大臂的摆动位移，大臂和电机安装挂板分别向上延伸且相互平行，且大臂位于电机安装挂板和第二驱动电机之间，所述电机安装挂板上水平设有第三驱动电机，第三驱动电机由第三减速机减速后驱动连杆摆动，连杆的上端与小臂的后端铰接，小臂的前端用于安装机械爪，所述大臂的上端铰接在小臂上靠近后端的位置处，所述第三编码器安装在大臂与小臂的铰接轴上用于获取小臂的摆动位移；

所述主传动连接盘的杆体上通过轴承套装有工作台面，工作台面位于大臂转盘与第一减速机之间，工作台面与大臂转盘之间设置有平面轴承，工作台面与基架之间设置有台面支撑块，所述大臂转盘与主传动连接盘通过花键连接，大臂底座支架与主传动连接盘通过螺纹连接。

作为上述方案的优选，所述连杆由从上到下依次连接的上连杆、连杆夹板和下连杆组成，且上连杆与连接夹板之间、连接夹板与下连杆之间通过螺栓螺母紧固，供螺栓螺母通过的孔为可调节孔，从而实现了连杆长度的调节。通过调节连杆的长度，以满足不同工况的使用要求，应用范围更广。

进一步，所述大臂的上端固设有大臂法兰盘，大臂法兰盘与小臂支架固连在一起，所述小臂与大臂铰接的位置处固设有水平的小臂转轴，小臂支架通过轴承活动套装在小臂转轴上，从而实现了大臂与小臂的铰接，所述小臂的后端设置有机械爪电机安装法兰盘，所述小臂为空心杆。在小臂的后端设置机械爪回转电机安装法兰盘，用于安装机械爪回转电机，可实现机械爪自身的角度调整，若不安装机械爪回转电机，机械爪只抓取，无法进行角度调节，用户可根据需要选择是否安装机械爪回转电机。

本发明的结构原理及有益效果：

(1)在基架内部竖直设置第一驱动电机，第一驱动电机经第一减速机后，再通过主传动连接盘将运动传递给大臂转盘和大臂底座支架，大臂转盘和大臂底座支架可相对基架作360°回转；大臂转轴、大臂、电机安装挂板、第二驱动电机、第二减速机等部件安装在大臂底座支架上，第二驱动电机经第二减速机减速后驱动大臂转轴转动，大臂转轴把运动输给大臂和电机安装挂板，来完成大臂和电机安装挂板的同步摆动；第三驱动电机安装在电机安装挂板上，第三驱动电机随电机安装挂板绕着大臂转轴同大臂同步运动，由此避免了相关耦合现象，使得工作状态更加灵活，程序控制性强，制造安装容易；

(2)由于第三驱动电机在位于大臂转轴附近，加上合理的独特的结构设计，使得整个设备在工作时不会出现因较大运动惯性所产生的定位不准确，运动时发生振动等现象；

(3)在大臂上端安装有大臂法兰盘，与法兰盘联接的是小臂支架，小臂就是通过小臂支架的轴承回转中心进行摆幅的，即也是小臂摆幅的支点，小臂作摆幅运动是通过连杆将第三减速机的力传给小臂的，小臂后端可选择安装机械爪回转电机及减速机，以驱动小臂前端的机械爪作±60°的摆动,使机械爪运动更加灵活；

(4)整个工业关节机器人在机械设计方面充分考虑了工作时的运动惯性带来的不平衡问题，同时，该多自由度工业关节机器人可实现多种用途，只需要更换手指就可以实现；

(5)采用管件作为了大、小臂的选材，主要优点是简单合理，制造装配简单，避免了耦合性与运动惯量所产生的其他问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：

如图1所示的工业关节机器人本体，由基架1、大臂2、小臂3、连杆4、第一驱动电机5、第一减速机6、主传动连接盘7、大臂转盘8、大臂底座支架9、大臂转轴10、第二驱动电机11、第二减速机12、花键13、电机安装挂板14、第三驱动电机15、第三减速机16、大臂法兰盘17、小臂支架18、小臂转轴19、工作台面20、平面轴承21、台面支撑块22、机械爪电机安装法兰盘23、减速机安装连接板24、第一编码器25、第二编码器26、第三编码器27、主动同步带轮28、从动同步带轮29、安装支架30、电机支撑角架31等组成。

基架1内带有空腔，在基架1的空腔内竖直设置有第一驱动电机5。第一驱动电机5由第一减速机6减速后，再通过主传动连接盘7驱动大臂转盘8和大臂底座支架9一起做360°回转运动，第一驱动电机5、第一减速机6、主传动连接盘7、大臂转盘8、大臂底座支架9同轴设置，大臂底座支架9位于大臂转盘8的上方。在基架1上设置有减速机安装连接板24，用于安装第一减速机6。主传动连接盘7的安装盘上固定套装有主动同步带轮28，主动同步带轮28带动从动同步带轮29转动，第一编码器25安装在基架1上用于获取大臂转盘8的回转位移。

主传动连接盘7的杆体上通过轴承套装有工作台面20，工作台面20位于大臂转盘8与基架1之间，工作台面20与大臂转盘8之间设置有平面轴承21，工作台面20与基架1之间设置有台面支撑块22，大臂转盘8与主传动连接盘7通过花键13连接，大臂底座支架9与主传动连接盘7通过螺纹连接。

在大臂底座支架9上安装有水平设置的大臂转轴10，大臂转轴10与大臂底座支架9之间设置有轴承。大臂转轴10的一端设置有第二驱动电机11，第二驱动电机11由第二减速机12减速后，再通过大臂转轴10驱动大臂2和电机安装挂板14同步摆动。第二编码器26通过安装支架30固定在大臂转轴10上用于获取大臂2的摆动位移。大臂2和电机安装挂板14分别向上延伸且相互平行，且大臂2位于电机安装挂板14和第二驱动电机11之间。电机安装挂板14上水平设有第三驱动电机15，电机安装挂板14用于安装第三驱动电机15，第三驱动电机15由第三减速机16减速后驱动连杆4摆动，连杆4的上端与小臂3的后端铰接。最好是，连杆4由从上到下依次连接的上连杆4a、连杆夹板4b和下连杆4c组成，且上连杆4a与连接夹板4b之间、连接夹板4b与下连杆4c之间通过螺栓螺母紧固，供螺栓螺母通过的孔为可调节孔，从而实现了连杆4长度的调节。连杆4也可采用其它可调节长度的分体式结构或不可调节长度的一体式结构。

小臂3的前端用于安装机械爪(图中未示出)，大臂2的上端铰接在小臂3上靠近后端的位置处。第三编码器27安装在大臂2与小臂3的铰接轴上用于获取小臂3的摆动位移。最好是，大臂2的上端固设有大臂法兰盘17，大臂法兰盘17与小臂支架18固连在一起，大臂法兰盘17用于安装小臂支架18。小臂3与大臂2铰接的位置处固设有水平的小臂转轴19，小臂支架18通过轴承活动套装在小臂转轴19上，从而实现了大臂2与小臂3的铰接。

小臂3的后端设置有机械爪电机安装法兰盘23，小臂3为空心杆，可根据需要选择是否在机械爪电机安装法兰盘23安装机械爪电机用于驱动机械爪。

本发明中的机器人工作分三部分：第一部分为第一驱动电机由第一减速机减速后，通过主传动连接盘驱动大臂转盘做360°回转运动，在大臂转盘上固设有大臂底座支架，在大臂底座支架上安装有大臂转轴、第二驱动电机、第二减速机、电机安装挂板和大臂；第二部分为第二驱动电机由第二减速机减速后，再通过大臂转轴驱动大臂和电机安装挂板同步摆动，电机安装挂板上安装有第三驱动电机和第三减速机；第三部分为第三驱动电机由第三减速机减速后驱动连杆摆动，连杆和大臂共同作用带动小臂俯仰运动，从而带动小臂前端的机械爪运动。

Claims (2)

1.一种工业关节机器人本体，其特征在于：包括基架(1)、大臂(2)、小臂(3)、连杆(4)和第一、第二、第三编码器(25、26、27)，所述基架(1)内竖直设有第一驱动电机(5)，第一驱动电机(5)由第一减速机(6)减速后，再通过主传动连接盘(7)驱动大臂转盘(8)和大臂底座支架(9)做360°回转运动，所述主传动连接盘(7)的安装盘上固定套装有主动同步带轮(28)，主动同步带轮(28)带动从动同步带轮(29)转动，所述第一编码器(25)安装在基架(1)上用于获取大臂转盘(8)的回转位移，在大臂底座支架(9)上安装有水平设置的大臂转轴(10)，所述大臂转轴(10)的一端设置有第二驱动电机(11)，第二驱动电机(11)由第二减速机(12)减速后，再通过大臂转轴(10)驱动大臂(2)和电机安装挂板(14)同步摆动，所述第二编码器(26)通过安装支架(30)固定在大臂转轴(10)上用于获取大臂(2)的摆动位移，大臂(2)和电机安装挂板(14)分别向上延伸且相互平行，且大臂(2)位于电机安装挂板(14)和第二驱动电机(11)之间，所述电机安装挂板(14)上水平设有第三驱动电机(15)，第三驱动电机(15)由第三减速机(16)减速后驱动连杆(4)摆动，连杆(4)的上端与小臂(3)的后端铰接，小臂(3)的前端用于安装机械爪，所述大臂(2)的上端铰接在小臂(3)上靠近后端的位置处，所述第三编码器(27)安装在大臂(2)与小臂(3)的铰接轴上用于获取小臂(3)的摆动位移；

所述主传动连接盘(7)的杆体上通过轴承套装有工作台面(20)，工作台面(20)位于大臂转盘(8)与基架(1)之间，工作台面(20)与大臂转盘(8)之间设置有平面轴承(21)，工作台面(20)与基架(1)之间设置有台面支撑块(22)，所述大臂转盘(8)与主传动连接盘(7)通过花键(13)连接，大臂底座支架(9)与主传动连接盘(7)通过螺纹连接；

所述连杆(4)由从上到下依次连接的上连杆(4a)、连杆夹板(4b)和下连杆(4c)组成，且上连杆(4a)与连接夹板(4b)之间、连接夹板(4b)与下连杆(4c)之间通过螺栓螺母紧固，供螺栓螺母通过的孔为可调节孔，从而实现了连杆(4)长度的调节。

2.按照权利要求1所述的工业关节机器人本体，其特征在于：所述大臂(2)的上端固设有大臂法兰盘(17)，大臂法兰盘(17)与小臂支架(18)固连在一起，所述小臂(3)与大臂(2)铰接的位置处固设有水平的小臂转轴(19)，小臂支架(18)通过轴承活动套装在小臂转轴(19)上，从而实现了大臂(2)与小臂(3)的铰接，所述小臂(3)的后端设置有机械爪回转电机安装法兰盘(23)，所述大臂(2)和小臂(3)均为空心杆。