CN104742119A - 一种混联型机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混联型机器人，包括水平直线运动部、上下垂直运动部以及关节运动部，上下垂直运动部安装在水平直线运动部上，水平直线运动部带动上下垂直运动部以及关节运动部作横向水平运动，关节运动部连接于上下垂直运动部的末端，上下垂直运动部带动关节运动部作上下竖直运动。本发明具有4个关节轴和6自由度，因而使得机器人末端运动更加地灵活，通用性更高、实用性和可操作性更强，应用范围更加地广泛。

Description

一种混联型机器人

技术领域

本发明属于工业自动化设备技术领域，特别涉及一种混联型机器人。

背景技术

目前，在企业转型升级和“机器换人”大背景下，工业机器人作为制造装备行业中较为主要的关键装备而被广泛研究。在我国金属加工等行业中广泛采用的传统桁架机器人普遍使用直角坐标结构，虽然其直线运动空间较大，但是末端运动不够灵活，很难进入特定的、狭小的空间进行取件、搬运、切割等动作。而且，传统多关节机器人还存在着工作空间拓展成本较高，空间布局较为困难等问题。为此，结合传统的桁架机器人与关节机器人各自优点，开发线性+关节的混联型机器人，可满足上述特定应用，以达到提高生产效率，降低成本的目的。

现有的直角坐标机器人主要存在以下不足：较多采用4 个自由度，很少有实现6 个自由度的结构。因此其动作简单，末端不够灵活，较难到达特定的应用空间，完成狭小空间内的取出任务或者复杂轨迹要求的动作。而现有的多关节机器人虽然动作灵活但对于工作空间大的应用，这种机器人无法满足，并且其价格较高。

在中国专利公布号为：CN103707292A的文献中公开了一种基于XYZ 直角坐标关节和姿态腕的6 自由度工业机器人，包括直角坐标关节和姿态腕，其中，直角坐标关节实现三个方向的移动自由度，姿态腕实现三个旋转自由度。该工业机器人虽然具有6自由度，但是结构复杂，灵活不够。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有6自由度、直线运动范围广、末端动作灵活、性价比高的混联型机器人，特别适用于金属加工上下料、激光切割等具有特定应用空间动作要求的使用场合。

本发明是这样实现的，提供一种混联型机器人，包括水平直线运动部、上下垂直运动部以及关节运动部，上下垂直运动部安装在水平直线运动部上，水平直线运动部带动上下垂直运动部以及关节运动部作横向水平运动，关节运动部连接于上下垂直运动部的末端，上下垂直运动部带动关节运动部作上下竖直运动；关节运动部主要包括第一中空箱体、三轴伺服电机、三轴RV减速机、四轴伺服电机、四轴RV减速机、四轴输出法兰、连接轴、第二中空箱体、五轴伺服电机、第一同步带传动组件、第一谐波减速器、第三中空箱体、六轴伺服电机、第二同步带传动组件、轴线相互垂直的锥齿轮传动组件、第二谐波减速器以及六轴输出法兰，三轴伺服电机安装在第一中空箱体内部，三轴RV减速机则固定在第一中空箱体外部，三轴伺服电机的电机轴连接到三轴RV减速机的轴输入端，三轴RV减速机输出端连接于上下垂直运动部上，通过三轴伺服电机的旋转带动整个关节运动部沿着三轴RV减速机输出端轴线作摆转运动；四轴伺服电机同样安装在第一中空箱体内部，其电机轴与四轴RV减速机输入端连接在一起，四轴输出法兰连接在四轴RV减速机的输出轴上，并通过连接轴连接第二中空箱体；通过四轴伺服电机以及四轴RV减速机带动连接轴及其上的部件沿着四轴RV减速机的输出轴轴线作回转运动；五轴伺服电机固定安装在第二中空箱体的内部，五轴伺服电机通过第一同步带传动组件与第一谐波减速器的输入轴联接，而第一谐波减速器的输出端又固定联接着第三中空箱体；通过五轴伺服电机最终传动第一谐波减速器，使得连接在其上面的第三中空箱体作回转运动；六轴伺服电机同样安装在第二中空箱体内部，并通过第二同步带传动组件与轴线相互垂直的锥齿轮传动组件联接，锥齿轮传动组件深入到第三中空箱体内部；锥齿轮传动组件的另一端与第二谐波减速器的输入端联接，六轴输出法兰作为最终的输出端固定在第二谐波减速器的输出端上，六轴伺服电机运转，通过第二同步带传动组件以及锥齿轮传动组件配合带动六轴输出法兰作回转运动。

进一步地，第一同步带传动组件包括第一主动同步带轮、第一同步带以及第一被动同步带轮，第一主动同步带轮通过键连接于五轴伺服电机的电机轴上，并与第一同步带以及第一被动同步带轮组成带传动连接，第一被动同步带轮又固定连接在第一谐波减速器的输入轴上；锥齿轮传动组件包括第一锥齿轮轴以及第二锥齿轮轴；第二同步带传动组件包括第二主动同步带轮、第二同步带以及第二被动同步带轮，第二主动同步带轮通过键连接于六轴伺服电机的电机轴上，并与第二同步带以及第二被动同步带轮组成带传动连接，第二被动同步带轮又固定连接在第一锥齿轮轴的前端上。

进一步地，关节运动部还包括若干轴承、套筒、锁紧法兰以及罩板，套筒固定在第三中空箱体上，若干轴承则安装在套筒内部两端，用来支撑第一锥齿轮轴，第一锥齿轮轴同时与第二被动同步带轮采用键连接的方式进行传动，并深入第三中空箱体内部；第二锥齿轮轴同样布置在第三中空箱体内部，第二锥齿轮轴末端采用花键连接着锁紧法兰，锁紧法兰与固定在第三中空箱体上的第二谐波减速器的输入端采用螺钉连接。

进一步地，水平直线运动部主要包括横行梁、上横行滑板、侧横行滑板、若干横行滑块、横行线轨、第一伺服电机、第一减速机、横行斜齿轮、横行齿条、横行拖链、警告灯以及横行梁支架，横行线轨分别平行安装在横行梁的顶面和侧面，横行齿条同样安装在横行梁的顶面上且与横行线轨平行布置，第一伺服电机连同第一减速机一起安装在上横行滑板上，上横行滑板又与侧横行滑板相互垂直固定连接在一起，在上横行滑板以及侧横行滑板上分别固定有若干横行滑块，若干横行滑块分别与横行线轨配合；第一伺服电机通过第一减速机带动横行斜齿轮转动，横行斜齿轮与横行齿条配合带动由上横行滑板和侧横行滑板组成的整体以及其上安装的零部件一起作横向直线运动。

进一步地，上下垂直运动部主要包括第二伺服电机、第二减速机、减速机法兰、手臂梁滑块固定板、手臂梁、若干滑块、手臂直线导轨、手臂斜齿轮、手臂斜齿条以及关节支架板，第二伺服电机固定连接第二减速机，第二减速机通过减速机法兰安装在手臂梁滑块固定板上，手臂直线导轨以及手臂斜齿条相互平行地设置在手臂梁的内侧面上，手臂直线导轨嵌入到若干滑块中，手臂斜齿轮安装在第二减速机的输出轴上，并与手臂斜齿条进行配合传动，在手臂梁的末端固定安装有关节支架板，用来连接下面的关节运动部；第二伺服电机作为动力输出源驱动第二减速机，再通过手臂斜齿轮以及手臂斜齿条带动手臂梁以及关节运动部一起沿着手臂直线导轨的长度方向作上下直线运动。

进一步地，上下垂直运动部还包括油壶，油壶用来给若干滑块注油。

与现有技术相比，本发明的混联型机器人，提供一种6自由度混联型机器人，不仅具有传统直角坐标机器人大跨度工作区间，而且具有关节型工业机器人结构灵活、高柔性特点，同时具备较高的性价比，以此来满足特定应用空间的任务动作。本发明具有4个关节轴，因而使得机器人末端运动更加地灵活，通用性更高、实用性和可操作性更强，应用范围更加地广泛。

本发明具有以下特点：

1、兼具大工作空间与更高的末端灵活性，能够适应大部分金属加工上下料、取件、搬运、激光切割等任务。

2、性价比高。大部分零件采用钣金件或者结构件，具有高度的结构模块化与标准化。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的立体示意图；

图2为图1中水平直线运动部的立体示意图；

图3为图1中上下垂直运动部的立体示意图；

图4为图1中关节运动部的平面示意图；

图5为图4中A-A剖面示意图；

图6为图5中M部放大示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1所示，本发明混联型机器人的较佳实施例，包括水平直线运动部1、上下垂直运动部2以及关节运动部3。上下垂直运动部2安装在水平直线运动部1上，水平直线运动部1带动上下垂直运动部2以及关节运动部3作横向水平运动，关节运动部3连接于上下垂直运动部2的末端，上下垂直运动部2带动关节运动部3作上下竖直运动。水平直线运动部1和上下垂直运动部2实现机器人两个相互垂直方向的平移自由度，关节运动部3实现机器人的四个旋转自由度。

请同时参照图1以及图2所示，水平直线运动部1主要包括横行梁1-1、上横行滑板1-2、侧横行滑板1-3、若干横行滑块1-4、横行线轨1-5、第一伺服电机1-6、第一减速机1-7、横行斜齿轮1-8、横行齿条1-9以及横行梁支架（图中未给出）。横行梁1-1固定于横行梁支架上。横行线轨1-5分别平行安装在横行梁1-1的顶面和侧面，横行齿条1-9同样安装在横行梁1-1的顶面上且与横行线轨1-5平行布置。第一伺服电机1-6连同第一减速机1-7一起安装在上横行滑板1-2上，上横行滑板1-2又与侧横行滑板1-3相互垂直固定连接在一起，在上横行滑板1-2以及侧横行滑板1-3上分别固定有若干横行滑块1-4。若干横行滑块1-4分别与横行线轨1-5配合。运动时，第一伺服电机1-6通过第一减速机1-7带动横行斜齿轮1-8转动，横行斜齿轮1-8与横行齿条1-9配合带动由上横行滑板1-2和侧横行滑板1-3组成的整体以及上面安装的零部件一起作横向直线运动。

请同时参照图1以及图3所示，上下垂直运动部2主要包括第二伺服电机2-1、第二减速机2-2、减速机法兰2-3、手臂梁滑块固定板2-4、手臂梁2-5、若干滑块2-6、手臂直线导轨2-7、手臂斜齿轮2-8、手臂斜齿条2-9、关节支架板2-10以及油壶2-11。第二伺服电机2-1固定连接第二减速机2-2，第二减速机2-2通过减速机法兰2-3安装在手臂梁滑块固定板2-4上。手臂直线导轨2-7以及手臂斜齿条2-9相互平行地设置在手臂梁2-5的内侧面上，手臂直线导轨2-7嵌入到若干滑块2-6中。手臂斜齿轮2-8采用键连接安装在第二减速机2-2的输出轴上，并与手臂斜齿条2-9进行配合传动。在手臂梁2-5的末端固定安装有关节支架板2-10，用来连接下面的关节运动部3。传动时，第二伺服电机2-1作为动力输出源输入第二减速机2-2，再通过手臂斜齿轮2-8以及手臂斜齿条2-9带动手臂梁2-5以及关节运动部3一起沿着手臂直线导轨2-7的长度方向作上下直线运动。此外油壶2-11用来给若干滑块2-6注油，达到良好润滑效果。

请同时参照图1、图4、图5以及图6所示，关节运动部3主要包括第一中空箱体3-1、三轴伺服电机3-2、三轴RV减速机3-3、四轴伺服电机3-4、四轴RV减速机3-5、四轴输出法兰3-6、连接轴3-7、第二中空箱体3-8、五轴伺服电机3-9、第一同步带传动组件、第一谐波减速器3-13、第三中空箱体3-14、六轴伺服电机3-15、第二同步带传动组件、轴线相互垂直的锥齿轮传动组件、第二谐波减速器3-24以及六轴输出法兰3-25。第一同步带传动组件包括第一主动同步带轮3-10、第一同步带3-11以及第一被动同步带轮3-13。锥齿轮传动组件包括第一锥齿轮轴3-19以及第二锥齿轮轴3-22。第二同步带传动组件包括第二主动同步带轮3-16、第二同步带3-17以及第二被动同步带轮3-18。关节运动部3还包括若干轴承3-20、套筒3-21以及锁紧法兰3-23。

三轴伺服电机3-2安装在第一中空箱体3-1内部，三轴RV减速机3-3则固定在第一中空箱体3-1外部。同时，三轴伺服电机3-2的电机轴连接到三轴RV减速机3-3的轴输入端。三轴RV减速机3-3输出端采用螺钉连接于上下垂直运动部的关节支架板2-10的相应孔上，这样通过三轴伺服电机3-2的旋转带动整个关节运动部3沿着三轴RV减速机3-3输出端轴线作摆转运动，形成第三个摆动轴，回转轴线为三轴RV减速机3-3输出端轴线。

四轴伺服电机3-4同样安装在第一中空箱体3-1内部，其电机轴与四轴RV减速机3-5输入端连接在一起，四轴输出法兰3-6采用螺钉连接在四轴RV减速机3-5的输出轴上，并通过连接轴3-7连接第二中空箱体3-8。通过四轴伺服电机3-4以及四轴RV减速机3-5带动连接轴3-7及其上的部件沿着四轴RV减速机3-5的输出轴轴线作回转运动，形成第四个回转轴，回转轴线为四轴RV减速机3-5的输出轴轴线。第四个回转轴的轴线与第三个摆动轴的轴线相互垂直。

五轴伺服电机3-9固定安装在第二中空箱体3-8的内部，第一主动同步带轮3-10通过键连接于五轴伺服电机3-9的电机轴上，并与第一同步带3-11以及第一被动同步带轮3-12组成带传动连接。第一被动同步带轮3-12又固定连接在第一谐波减速器3-13的输入轴上。而第一谐波减速器3-13的输出端又固定连接着第三中空箱体3-14。通过五轴伺服电机3-9最终传动第一谐波减速器3-13，使得连接在其上面的第三中空箱体3-14作回转运动，形成第五个回转轴，回转轴线为第一谐波减速器3-13输出端的旋转中心轴。

六轴伺服电机3-15同样安装在第二中空箱体3-8内部，并与第二主动同步带轮3-16、第二同步带3-17以及第二被动同步带轮3-18同样形成带传动结构。套筒3-21固定在第三中空箱体3-14上，若干轴承3-20则安装在套筒3-21内部两端，用来支撑第一锥齿轮轴3-19，第一锥齿轮轴3-19同时与第二被动同步带轮3-18采用键连接的方式进行传动，并深入第三中空箱体3-14内部。第二锥齿轮轴3-22同样布置在第三中空箱体3-14内部，并与第一锥齿轮轴3-19配合传动，两者的轴间角（两个相配合锥齿轮的旋转轴之间的夹角）呈90度，第二锥齿轮轴3-22末端采用花键连接着锁紧法兰3-23，锁紧法兰3-23与固定在第三中空箱体3-14上的第二谐波减速器3-24的输入端采用螺钉连接。六轴输出法兰3-25作为最终的输出端固定在第二谐波减速器3-24的输出端上。当六轴伺服电机3-15运转时，通过同步带结构以及锥齿轮轴配合带动六轴输出法兰3-25作回转运动，形成第六个回转轴，回转轴线为第二谐波减速器3-24输出端的旋转中心轴。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种混联型机器人，包括水平直线运动部、上下垂直运动部以及关节运动部，其特征在于，所述上下垂直运动部安装在水平直线运动部上，所述水平直线运动部带动上下垂直运动部以及关节运动部作横向水平运动，所述关节运动部连接于上下垂直运动部的末端，所述上下垂直运动部带动关节运动部作上下竖直运动；所述关节运动部主要包括第一中空箱体、三轴伺服电机、三轴RV减速机、四轴伺服电机、四轴RV减速机、四轴输出法兰、连接轴、第二中空箱体、五轴伺服电机、第一同步带传动组件、第一谐波减速器、第三中空箱体、六轴伺服电机、第二同步带传动组件、轴线相互垂直的锥齿轮传动组件、第二谐波减速器以及六轴输出法兰，所述三轴伺服电机安装在第一中空箱体内部，三轴RV减速机则固定在第一中空箱体外部，所述三轴伺服电机的电机轴连接到三轴RV减速机的轴输入端，所述三轴RV减速机输出端连接于上下垂直运动部上，通过所述三轴伺服电机的旋转带动整个关节运动部沿着三轴RV减速机输出端轴线作摆转运动；所述四轴伺服电机同样安装在第一中空箱体内部，其电机轴与四轴RV减速机输入端连接在一起，所述四轴输出法兰连接在四轴RV减速机的输出轴上，并通过所述连接轴连接第二中空箱体；通过所述四轴伺服电机以及四轴RV减速机带动连接轴及其上的部件沿着四轴RV减速机的输出轴轴线作回转运动；所述五轴伺服电机固定安装在第二中空箱体的内部，所述五轴伺服电机通过第一同步带传动组件与第一谐波减速器的输入轴联接，而所述第一谐波减速器的输出端又固定联接着第三中空箱体；通过所述五轴伺服电机最终传动第一谐波减速器，使得连接在其上面的第三中空箱体作回转运动；所述六轴伺服电机同样安装在第二中空箱体内部，并通过第二同步带传动组件与轴线相互垂直的锥齿轮传动组件联接，所述锥齿轮传动组件深入到第三中空箱体内部；所述锥齿轮传动组件的另一端与第二谐波减速器的输入端联接，所述六轴输出法兰作为最终的输出端固定在第二谐波减速器的输出端上，所述六轴伺服电机运转，通过第二同步带传动组件以及锥齿轮传动组件配合带动六轴输出法兰作回转运动。

2.如权利要求1所述的混联型机器人，其特征在于，所述第一同步带传动组件包括第一主动同步带轮、第一同步带以及第一被动同步带轮，所述第一主动同步带轮通过键连接于五轴伺服电机的电机轴上，并与所述第一同步带以及第一被动同步带轮组成带传动连接，所述第一被动同步带轮又固定连接在第一谐波减速器的输入轴上；所述锥齿轮传动组件包括第一锥齿轮轴以及第二锥齿轮轴；所述第二同步带传动组件包括第二主动同步带轮、第二同步带以及第二被动同步带轮，所述第二主动同步带轮通过键连接于六轴伺服电机的电机轴上，并与所述第二同步带以及第二被动同步带轮组成带传动连接，所述第二被动同步带轮又固定连接在第一锥齿轮轴的前端上。

3.如权利要求2所述的混联型机器人，其特征在于，所述关节运动部还包括若干轴承、套筒、锁紧法兰以及罩板，所述套筒固定在第三中空箱体上，所述若干轴承则安装在套筒内部两端，用来支撑所述第一锥齿轮轴，所述第一锥齿轮轴同时与第二被动同步带轮采用键连接的方式进行传动，并深入第三中空箱体内部；所述第二锥齿轮轴同样布置在第三中空箱体内部，所述第二锥齿轮轴末端采用花键连接着锁紧法兰，所述锁紧法兰与固定在第三中空箱体上的第二谐波减速器的输入端采用螺钉连接。

4.如权利要求1所述的混联型机器人，其特征在于，所述水平直线运动部主要包括横行梁、上横行滑板、侧横行滑板、若干横行滑块、横行线轨、第一伺服电机、第一减速机、横行斜齿轮、横行齿条、横行拖链、警告灯以及横行梁支架，所述横行线轨分别平行安装在横行梁的顶面和侧面，所述横行齿条同样安装在横行梁的顶面上且与横行线轨平行布置，所述第一伺服电机连同第一减速机一起安装在上横行滑板上，所述上横行滑板又与侧横行滑板相互垂直固定连接在一起，在所述上横行滑板以及侧横行滑板上分别固定有若干横行滑块，所述若干横行滑块分别与横行线轨配合；所述第一伺服电机通过第一减速机带动横行斜齿轮转动，所述横行斜齿轮与横行齿条配合带动由上横行滑板和侧横行滑板组成的整体以及其上安装的零部件一起作横向直线运动。

5.如权利要求1所述的混联型机器人，其特征在于，所述上下垂直运动部主要包括第二伺服电机、第二减速机、减速机法兰、手臂梁滑块固定板、手臂梁、若干滑块、手臂直线导轨、手臂斜齿轮、手臂斜齿条以及关节支架板，所述第二伺服电机固定连接第二减速机，第二减速机通过减速机法兰安装在手臂梁滑块固定板上，所述手臂直线导轨以及手臂斜齿条相互平行地设置在手臂梁的内侧面上，所述手臂直线导轨嵌入到若干滑块中，所述手臂斜齿轮安装在第二减速机的输出轴上，并与手臂斜齿条进行配合传动，在所述手臂梁的末端固定安装有关节支架板，用来连接下面的关节运动部；所述第二伺服电机作为动力输出源驱动第二减速机，再通过所述手臂斜齿轮以及手臂斜齿条带动手臂梁以及关节运动部一起沿着手臂直线导轨的长度方向作上下直线运动。

6.如权利要求5所述的混联型机器人，其特征在于，所述上下垂直运动部还包括油壶，所述油壶用来给若干滑块注油。