CN104626098B - 结合有3自由度腕部结构的直角坐标机器人 - Google Patents

结合有3自由度腕部结构的直角坐标机器人 Download PDF

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Abstract

本发明涉及结合3自由度机器人和直角坐标机器人的机器人,尤其详细地涉及将3自由度腕部结构结合于直角坐标机器人的工业机器人。本发明的结合有3自由度腕部结构的直角坐标机器人安装有直角坐标机器人，安装得使X轴框架、Y轴框架及Z轴框架相互由直角方向进行滑动;及具有3自由度的腕部，可滑动地安装于在所述X轴框架、Y轴框架及Z轴框架中的末端上安装的框架，由此，可实现具有腕部的3自由度驱动和直角坐标机器人的3轴直线运动的结合的直角坐标机器人。

Description

结合有3自由度腕部结构的直角坐标机器人
{RECTANGULAR COORDINATE ROBOT COMBINED WITH3DEGREES OF FREEDOM WRISTSTRUCTURE}
技术领域
本发明涉及结合3自由度机器人和直角坐标机器人的机器人,尤其详细地涉及将3自由度腕部结构结合于直角坐标机器人的工业机器人。
背景技术
一般而言，直角坐标型机器人的X轴框架安装于在底面固定安装的支撑框架上面，可沿着直角水平方向由X轴方向进行滑动,并且，在此X轴框架上，Y轴框架被安装地沿着直角垂直方向驱动至Z轴方向,具有工业机械手等的滑动部件安装于此Y轴框架的一侧面，以使沿着Y轴方向进行垂直运动。
借助可使在各个框架之间进行直线运动的驱动装置进行连接，使得沿着各个XYZ轴进行直线运动。
此类直角坐标机器人的基本结构通过韩国注册实用新型文献实0126960的直角坐标型机器人进行公开。
韩国注册实用新型文献实0126960的直角坐标型机器人提供了一种设置有多个用于执行对部件的挑选、组装及分解等作业的手部，使得能够实现系统的灵活运用和动作的灵活性，并借助机械手在两侧进行作业的直角坐标型机器人,但机械手为结合于X轴框架两端的状态，只能进行两侧作业，无法扩大XYZ轴直线运动的范围即机器人的自由度。
现有技术文献
专利文献
(专利文献1)韩国注册实用新型文献实0126960
发明内容
技术课题
为解决如上所述现有问题，本发明的目的为提供一种结合可确保直角坐标机器人的工业机械手的3自由度的腕部结构的直角坐标机器人。
并且,本发明目的为提供一种使具有用于控制末端执行器的姿势的3自由度的腕部结合6自由度并联机器人的腕部驱动结构的直角坐标机器人。
技术方案
为实现上述所述的目的，本发明的结合有3自由度腕部结构的直角坐标机器人因安装如下部件：直角坐标机器人，安装得使X轴框架、Y轴框架及Z轴框架相互由直角方向进行滑动;及具有3自由度的腕部，可滑动地安装于在所述X轴框架、Y轴框架及Z轴框架中的末端上安装的框架，由此，可实现具有腕部的3自由度驱动和直角坐标机器人的3轴直线运动的结合的直角坐标机器人。
并且,本发明的结合有3自由度腕部结构的直角坐标机器人由直角坐标机器人及腕部装置构成，所述直角坐标机器人，安装得使X轴框架、Y轴框架及Z轴框架相互由直角方向滑动；所述腕部装置包括：腕部，可滑动地连接于安装在所述X轴框架、Y轴框架及Z轴框架中末端的框架上，并且，由以第1至第3旋转轴为基准进行旋转运动的第1至第3旋转部构成；驱动部，用于驱动所述腕部分别进行旋转；3个传动轴，用于将驱动力传输至所述驱动部；3个支撑架总成，将驱动力传输至所述3个传动轴；3个电机，连接于各个所述3个支撑架总成；基础部件，用于固定所述3个支撑架总成及电机。
在此,安装于所述直角坐标机器人的末端的框架为Z轴框架时,所述Z轴框架以第1滑动块为媒介连接于所述Y轴框架，实现沿着Y轴方向进行直线运动。
在此,所述腕部以第2滑动块为媒介连接于所述Z轴框架，实现由Z轴方向进行直线运动。
在此,所述3个支撑架总成各自由形成于外侧的第1支撑架、形成于中间的第2支撑架及形成于内侧的第3支撑架构成,所述3个支撑架总成中各自的第1支撑架的旋转轴相互平行，并形成有与所述多个旋转轴垂直的所述基础部件的基准面,可实现所述第1旋转部以与所述基础部件的基准面成垂直方向的第1旋转轴为中心进行旋转运动,所述第2旋转部以与所述第1旋转轴成垂直方向的第2旋转轴为中心进行旋转运动,所述第3旋转部以与所述第2旋转轴成垂直方向的第3旋转轴为中心进行旋转运动。
在此,所述直角坐标机器人可作为实现所述腕部的定位的装置。
有利效果
根据如上所述的本发明结构具有如下效果,可提供结合能够确保直角坐标机器人的工业机械手的3自由度的腕部结构的直角坐标机器人,并且，提供一种使具有用于控制末端执行器的姿势的3自由度的腕部结合6自由度并联机器人的腕部驱动结构的直角坐标机器人。
此类直角坐标机器人的腕部具有如下效果：因用于腕部驱动的驱动源安装于机器人基座，可实现使减轻腕部的质量且缩小其体积，并且，用于腕部的驱动的电机线缆不存在发生断线的可能性,同6自由度并联机器人比较，因工作空间广，在价格和工业上具有竞争力。
附图说明
图1为本发明的结合有3自由度腕部结构的直角坐标机器人的剖视图；
图2为本发明的直角坐标机器人的XYZ轴直线运动示意图；
图3为说明本发明的3自由度腕部结构的构成图；
图4为本发明的3自由度腕部结构的放大图；
图5为本发明的结合有3自由度腕部结构的直角坐标机器人的XYZ轴直线运动和腕部结构的3自由度运动示意图。
附图符号说明
10:结合有3自由度腕部结构的直角坐标机器人
11:直角坐标机器人 12:腕部
13:基座 14:X轴框架
15:Z轴框架 16:Y轴框架
17:第1滑动块 18:第2滑动块
19:第1旋转部 19a:第1旋转轴
20:第2旋转部 20a:第2旋转轴
21:第3旋转部 21a:第3旋转轴
22:驱动部 23、23a、23b、23c:传动轴
24:支撑架总成 25:基础部件
26、26a、26b、26c:万向接头
31a、32a、33a:第1支撑架 31b、32b、33b:第2支撑架
31c、32c、33c:第3支撑架 311a、321a、331a:旋转轴
具体实施方式
下面,参照附图对本发明的结合有3自由度腕部结构的直角坐标机器人的结构及其作用效果进行说明。
图1为本发明的结合有3自由度腕部结构的直角坐标机器人的剖视图。
如图1所示,本发明的结合有3自由度腕部结构的直角坐标机器人(10)大致包含直角坐标机器人(11)和腕部(12)。
用于驱动直角坐标机器人(11)和腕部(12)的基础部件(25)安装于具有既定形状的基座(13)上。
腕部(12)被结合地可以第2滑动块(18)为媒介由Y轴方向进行直线运动，并可沿着直角坐标机器人(11)的Z轴框架(16)进行滑动。
附图中，将3个坐标轴特定为XYZ轴时,直角坐标机器人(11)由X轴框架(14)、Y轴框架(15)及Z轴框架(16)构成。
X轴框架(14)位于并固定于基座(13)上，并在其上面滑动结合有Y轴框架(15)，以使其沿着X轴方向进行直线运动,Z轴框架(16)以第1滑动块(17)为媒介结合于Y轴框架(15)的一侧面，以使其由Y轴方向进行直线运动。
Z轴框架(15)的一侧面与第1滑动块(17)结合,另一侧面与第2滑动块(18)结合。
腕部(12)以第2滑动块(18)为媒介由Z轴方向进行直线运动,并且，借助X轴框架(14)和Y轴框架(15)由X轴及Y轴方向进行直线运动。
腕部(12)的用于实现3自由度的第1至第3旋转部(19、20、21)结合于第2滑动块(18),并且，用于驱动第1至第3旋转部(19、20、21)旋转的驱动部(22)位于第2滑动块(18)的对面。
用于传输第1至第3旋转部(19、20、21)的旋转力的3个传动轴(23)连接于驱动部(22),并且，3个传动轴(23)连接于在基础部件(25)上连接的3个支撑架总成(24),并且，3个支撑架总成(24)以各个齿轮、滑轮及皮带等为媒介连接于电机(未图示)。
图2为本发明的直角坐标机器人的XYZ轴直线运动示意图。
如图2所示,在本发明的结合有3自由度腕部结构的直角坐标机器人(10)上，直角坐标机器人(11)的X轴框架(14)、Y轴框架(15)、Z轴框架(16)连接，相互由直角方向进行滑动。
Y轴框架(15)以X轴框架(14)为基准，由X轴方向进行直线运动(X),Z轴框架(16)以第1滑动块(17)为媒介，以Y轴框架(15)为基准，由Y轴方向进行直线运动(Y),腕部(12)以第2滑动块(18)为媒介，由Z轴方向进行直线运动(Z)。
图3为说明本发明的3自由度腕部结构的构成图。
如图3所示,在本发明的结合有3自由度腕部结构的直角坐标机器人(10)上，腕部(12)以第2滑动块(18)为媒介连接于直角坐标机器人(11)的Z轴框架(16)，以使由Z轴方向进行直线运动。
在第2滑动块(18)的一侧形成有第1至第3旋转部(19、20、21)，以使自由控制末端执行器,用于驱动第1至第3旋转部(19、20、21)的驱动装置即驱动部(22)、万向接头(26)、传动轴(23)及支撑架总成(24)连接于另一侧，并且，支撑架总成(24)固定于基础部件(25)，以齿轮、滑轮及皮带等为媒介与电机(未图示)连接。
第1至第3旋转部(19、20、21)从驱动装置接收驱动力而各自旋转驱动,第1旋转部(19)以与基础部件(25)的基准面成垂直方向的第1旋转轴(19a)为基准进行旋转,第2旋转部(20)以与第1旋转轴(19a)成垂直方向的第2旋转轴(20a)为基准进行旋转,第3旋转部(21)以与第2旋转轴(20a)成垂直方向的第3旋转轴(21a)为基准进行旋转。
在以第3旋转轴(21a)为基准进行旋转的第3旋转部(21)的前端安装有执行工作(Work)作业的末端执行器。
图4为本发明的3自由度腕部结构的放大图。
如图4所示,腕部(12)的动力由各个电机(未图示)至第1至第3支撑架(31a～31c、32a～32c、33a～33c)、传动轴(23a、23b、23c)、万向接头(26a、26b、26c)及驱动部(22)进行传输。
各个支撑架总成(31、32、33)可通过在电机(未图示)的输出轴和传动轴之间能够相对移动至传动轴的几何学中心轴线方向的特殊结构的接头实现。
在各个支撑架总成(31、32、33)上，第1支撑架(31a、32a、33a)为接头的主动侧构成部件,第3支撑架(31c、32c、33c)为接头的被动侧构成部件。
在各个支撑架总成(31、32、33)上，第1支撑架(31a、32a、33a)形成于最外侧，第2支撑架(31b、32b、33b)形成于中心,第3支撑架(31c、32c、33c)形成于内侧，由电机依次经由第1支撑架至第3支撑架传输动力,传动轴(23a、23b、23c)连接于第3支撑架(31c、32c、33c)。
第1支撑架(31a、32a、33a)可以各个旋转轴(311a、321a、331a)为基准进行旋转,此旋转轴(311a、321a、331a)相互平行,并形成有基础部件(25)的基准面，以使与旋转轴(311a、321a、331a)垂直。在此,基础部件(25)的基准面需解释为相对于旋转轴(311a、321a、331a)垂直的虚拟的平面，而与实际基础部件(25)的形状无关。
为使由第1支撑架(31a、32a、33a)通过传动轴(23a、23b、23c)向万向接头(26a、26b、26c)无振动地传输动力，需保持第1支撑架(31a、32a、33a)的旋转轴(311a、321a、331a)和万向接头(26a、26b、26c)的输出轴保持平行,最后，万向接头(26a、26b、26c)的输出轴仅需垂直形成于基础部件(25)的基准面。
因此,图1至图5中，虽以基础部件(25)的基准面垂直于基座(13)的位置进行图示,但维持基础部件(25)的基准面和旋转轴(311a、321a、331a)的垂直关系及基础部件(25)的基准面和万向接头(26a、26b、26c)的输出轴的垂直关系时,以基座(13)为基准的基础部件(25)的基准面的方向可根据在作业中所需的腕部(12)的第1旋转轴(19a)的方向进行变化。
此类腕部结构的运动机械装置以6自由度并联机器人为基础，为公知的技术，因此省略具体的内部齿轮结构的说明。
图5为本发明的结合有3自由度腕部结构的直角坐标机器人的XYZ轴直线运动和腕部结构的3自由度运动示意图。
如图5所示,本发明的结合有3自由度腕部结构的直角坐标机器人(10)借助直角坐标机器人(11)的X轴框架(14)、Y轴框架(15)、Z轴框架(16)及腕部(12)可进行沿着XYZ轴方向的3轴方向直线运动,并第1至第3旋转部(19、20、21)各自借助腕部(12)的腕部结构驱动装置可进行以第1旋转轴(19a)、第2旋转轴(19b)及第3旋转轴(19c)为基准的旋转运动。
此类3自由度腕部结构实现以直角机器人代替现有并联机器人的定位,用于驱动腕部的驱动源附着固定于基础部件(25)，具有减轻腕部的质量且缩小其体积的优点。
并且,对于用于驱动腕部(12)的电机线缆，因基础部件(25)固定于基座(13)，因此，不存在线缆断线的可能性。
并且,通过执行根据并联机器人对比直角机器人的腕部的定位，因此相对性地扩大了作业领域，提高了工业利用可能性，并降低了制造价格，从而具有了价格竞争力。
参照如上附图对本发明的优选实施例进行了说明,但应当理解：对于上述所述的本发明的技术构成，本发明所属技术领域人员在不变更本发明的技术思想或必需的特征的情况下，可以其它具体的形态进行实施。因此，应当理解：如上所述的实施例在所有方面仅用于例示，而非限定本发明,本发明的范围根据权利要求范围说明，而非上述所述的详细发明,并且，根据权利要求范围的意义及范围以及等同概念而进行的所有变更或变形的形态视为包含于本发明的范围。

Claims (5)

1.一种结合有3自由度腕部结构的直角坐标机器人，其特征在于，由以下部分构成：
直角坐标机器人，安装得使X轴框架、Y轴框架及Z轴框架相互由直角方向进行滑动；
及腕部装置，包括：腕部，可滑动地连接于安装在所述X轴框架、Y轴框架及Z轴框架中末端的框架上，并且，由以第1至第3旋转轴为基准进行旋转运动的第1至第3旋转部构成；驱动部，用于驱动所述腕部分别进行旋转；3个传动轴，用于将驱动力传输至所述驱动部；3个支撑架总成，将驱动力传输至所述3个传动轴；3个电机，连接于各个所述3个支撑架总成；基础部件，用于固定所述3个支撑架总成及电机。
2.根据权利要求1所述的结合有3自由度腕部结构的直角坐标机器人，其特征在于:
安装于所述直角坐标机器人的末端的框架为Z轴框架时,所述Z轴框架以第1滑动块为媒介连接于所述Y轴框架，沿着Y轴方向进行直线运动。
3.根据权利要求2所述的结合有3自由度腕部结构的直角坐标机器人，其特征在于:
所述腕部以第2滑动块为媒介连接于所述Z轴框架，由Z轴方向进行直线运动。
4.根据权利要求1所述的结合有3自由度腕部结构的直角坐标机器人，其特征在于:
所述3个支撑架总成分别由形成于外侧的第1支撑架、形成于中间的第2支撑架及形成于内侧的第3支撑架构成,并且，所述3个支撑架总成中各自的第1支撑架的旋转轴相互平行，并形成有与所述多个旋转轴垂直的所述基础部件的基准面,
所述第1旋转部以与所述基础部件的基准面成垂直方向的第1旋转轴为中心进行旋转运动,所述第2旋转部以与所述第1旋转轴成垂直方向的第2旋转轴为中心进行旋转运动,所述第3旋转部以与所述第2旋转轴成垂直方向的第3旋转轴为中心进行旋转运动。
5.根据权利要求1所述的结合有3自由度腕部结构的直角坐标机器人，其特征在于:
所述直角坐标机器人为体现所述腕部的定位的装置。
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