CN104786215A - 一种圆柱坐标式机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种圆柱坐标式机器人，包括底座(1)及竖直设于其上的导向机构，可水平伸缩移动的手臂伸缩机构连接在所述导向机构上并可沿其上下升降运动，所述手臂伸缩机构前端连接抓取机构，所述底座(1)上设有带动整体转动的基座旋转机构。此发明圆柱坐标式机器人结构简单，成本低，占地面积小而活动范围大，通用性强，适合于不断变换生产品种的中小批量自动化生产。

Description

一种圆柱坐标式机器人
技术领域
本发明属于机器人应用技术领域，具体的说，涉及一种圆柱坐标式机器人。
背景技术
在机械制造业中，越来越多的机械手已被广泛应用，大大地改善了工人的劳动条件，显著地提高劳动生产率，加快了实现工业生产机械化和自动化的步伐。但多数机器人结构复杂，成本高，具有特定的用途，不能满足断变换生产品种的中小批量生产厂家。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种结构简单，成本低，占地面积小而活动范围大，通用性强的圆柱坐标式机器人。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提供的这种圆柱坐标式机器人，包括底座及竖直设于其上的导向机构，可水平伸缩移动的手臂伸缩机构连接在所述导向机构上并可沿其上下升降运动，所述手臂伸缩机构前端连接抓取机构，所述底座上设有带动整体转动的基座旋转机构。
为使上述技术方案更加详尽和具体，本发明还提供以下更进一步的优选技术方案，以获得满意的实用效果：
所述导向机构包括丝杆及连接在所述丝杆上的升降螺母。
所述丝杆上端连接控制其转动以实现所述升降螺母上下移动的升降液压缸。
所述升降液压缸的输出端通过联轴器连接至所述丝杆，并通过锁紧螺母固定锁紧。
所述手臂伸缩机构为控制手臂沿水平方向伸缩移动的手臂伸缩液压缸，所述手臂伸缩液压缸通过连接座连接在所述升降螺母上。
所述丝杆的两侧设有固定的双向导，所述双向导杆的上端连接在固定支撑所述升降液压缸的固定支架上，穿过所述连接座，下端连接至所述基座旋转机构上。
所述抓取机构通过手腕旋转液压缸连接在手臂伸缩机构对的伸出端。
所述抓取机构包括通过连接法兰连接在所述手腕旋转液压缸下端的手抓旋转液压缸及设于所述手抓旋转液压缸下端控制夹紧送开的卡爪。
所述基座旋转机构包括基座旋转液压缸及控制其转动速度的减速器。
所述底座上设有立柱，所述基座旋转机构设于所述立柱内。
本发明圆柱坐标式机器人与现有技术相比，具有以下优点：本发明确定机器人圆柱坐标型式具有多个自由度，通过液压驱动来实现手臂伸缩和升降，手臂旋转和手腕旋转。具有独立的控制系统、程序可变、动作灵活多样，其通用性强、可应用范围广、自身体积和重量适中、成本适中、适合于不断变换生产品种的中小批量自动化生产，占地面积小而活动范围大，结构较简单，并能达到很高的定位精度，可应用广泛。
附图说明
下面对本说明书的附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明结构示意图；
图3为本发明抓取机构结构示意图；
图4为本发明升降液压缸连接结构示意图。
图中标记为：1、底座，2、基座旋转液压缸，3减速器，4、立柱，5、升降液压缸，6、固定支架，7、升降螺母，8、手臂伸缩液压缸，9、手腕旋转液压缸，10、连接板，11、连接法兰Ⅰ，12、连接法兰Ⅱ，13、手抓旋转液压缸，14、联轴器，15、锁紧螺母，16、连接座，17、双向导杆，18、丝杆，19、液压管。20、驱动电机。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明圆柱坐标式机器人，如图1、2所示，包括底座1及竖直设于底座1上的导向机构，手臂伸缩机构连接在导向机构上，可沿竖直方向上下移动，同时该手臂伸缩机构可在水平方向进行伸缩移动。底座1上设有带动上部的机器人整体转动的基座旋转机构。该圆柱坐标式机器人具有周向转动的基座旋转机构，沿导向机构进行上下升降运动，水平方向上进行伸缩运动的手臂伸缩机构，通过各机构实现升降，水平伸缩及回转运动，以控制设在手臂伸缩机构前端的抓取机构进行抓取操作，抓取工具或是零件进行相应的操作。该圆柱坐标式机器人，占地面积小，活动范围大，结构较简单，定位精确。
本发明中的抓取机构通过手腕旋转液压缸9连接在手臂伸缩机构对的伸出端。腕部为连接手臂伸缩机构与抓取机构的部件，腕部作为机械手的执行机构，又承担连接和支撑作用，除保证力和运动的要求外，要有足够的强度、刚度外，还应综合考虑，合理布局，解决好腕部与臂部和手部的连接。手腕旋转液压缸9可在0°～180°范围内做回转动作，选用具有单自由度的回转液压缸驱动结构，此结构特点是结构紧凑，响应灵活。
驱动机构是工业机械手的重要组成部分，根据动力源不同大致可分为气动、液压、电动和机械传动。本发明中，优选的采用液压驱动方式来实现手臂的伸缩和升降，整体的旋转和腕部旋转。其特点是速度快，结构简单，控制方便，传递力矩大，并且控制精度高。
本发明中，导向机构包括丝杆18及连接在丝杆18上的升降螺母7。丝杆18上端连接控制其转动以实现升降螺母7上下移动的升降液压缸5。手臂伸缩液压缸8通过连接座16连接在升降螺母7上，随着丝杆18转动，升降螺母7在丝杆18上实现相对的上下移动，从而带动手臂伸缩液压缸8实现升降运动。如图4所示，升降液压缸5为旋转液压缸，其输出端通过联轴器14连接至丝杆18，并通过锁紧螺母15固定锁紧，以保证带动丝杆18稳定的转动。丝杆18与配合升降螺母7实现升降，运动缓慢精确且稳定。
本发明中采用双导向杆17来增加结构的刚性和导向性。将双向导杆17设在丝杆18的两侧，双向导杆17的上端连接在固定支撑升降液压缸5的固定支架6上，穿过连接座16，下端连接至基座旋转机构上。采用该导向杆，手臂伸缩液压缸8在进行伸缩运动时，可防止手臂绕轴线转动，以保证正确方向，并使活塞杆不受较大的弯曲力矩作用，以增加手臂的刚性。具体的安装形式根据本设计的具体结构和抓取物体重量等因素来确定，同时在结构设计和布局上应该尽量减少运动部件的重量和减少对回转中心的惯量。手臂伸缩液压缸8通过双导向杆17承受弯曲作用，活塞杆只受拉压作用，故受力简单，传动平稳，外形整齐美观，结构紧凑，可用于抓重大、行程较长的场合。
手臂的升降运动机构，当升降液压缸5通压力油时，升降螺母7做上下运动，手臂伸缩液压缸8固定在升降螺母7上随其做升降运动，并通过双向导杆17实现导向作用，保证稳定的升降运作。
本发明圆柱坐标式机器人，手臂伸缩机构为控制手臂沿水平方向伸缩移动的手臂伸缩液压缸8。手臂伸缩液压缸8通过设于其上的驱动电机20驱动。臂部件作用是支撑腕部和手部(包括工件或工具)，并带动它们做空间运动。臂部运动的目的：把手部抓取机构送到空间运动范围内任意一点。如果改变手部的姿态(方位)，则用腕部的自由度加以实现。因此，一般来说臂部应该具备3个自由度才能满足基本要求，既手臂伸缩、回转、和升降运动。手臂的各种运动通常用驱动机构和各种传动机构来实现。机械手手臂的伸缩、升降及横向移动均属于直线运动，而实现手臂往复直线运动的机构形式比较多，常用的有活塞油(气)缸、活塞缸和齿轮齿条机构、丝杆螺母机构以及活塞缸和连杆机构。优选的，采用液压驱动活塞油缸实现直线往复运动，即手臂伸缩液压缸8，其具有体积小、重量轻的特点，使用灵活方便。
本发明中，如图3所示，抓取机构包括通过连接法兰连接在手腕旋转液压缸9下端的手抓旋转液压缸13，在手抓旋转液压缸13下端设有控制夹紧送开的卡爪。手腕旋转液压缸9通过连接板10连接在手臂伸缩液压缸8的伸出端上，手腕旋转液压缸9下端依次通过连接法兰Ⅰ11及连接法兰Ⅱ12与下方的手抓旋转液压缸13连接，在手抓旋转液压缸13一侧设有接通驱动液压的液压管19。抓取机构为直接与工件接触的部分，一般有吸盘式和电磁式结构，本专利选用结构简单的手爪三支点结构，手部卡爪为三指式，使得夹持更加稳定。
本发明机器人，在底座1上设有立柱4，基座旋转机构设于立柱4内，美观且安全实用。基座旋转机构包括基座旋转液压缸2及控制其转动速度的减速器3。通过基座旋转液压缸2转动，从而实现机器人的旋转运动，减速器3以控制转速，保证稳定缓慢的回转运动。通过安装在固定支架6上的升降液压缸5实现手臂的上下移动。采用了双向导柱17导向定位，以防止手臂伸缩液压缸8升降螺母7上转动，确保手臂随基座旋转液压缸2一起转动。本发明确定了一种圆柱坐标式机器人具有多个自由度和圆柱坐标型式，可用于点胶、涂胶作业；打螺丝；搬运碟片；线路板焊锡；线体分拣；线体上下料等行业。通过液压驱动来实现手臂伸缩和升降，手臂旋转和手腕旋转。具有独立的控制系统、程序可变、动作灵活多样，其通用性强、可应用范围广、自身体积和重量适中、成本适中、适合于不断变换生产品种的中小批量自动化生产，占地面积小而活动范围大，结构较简单，并能达到很高的定位精度，可应用广泛。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，但是本发明并不受限于上述方式，只要采用本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进或直接应用于其它场合的，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种圆柱坐标式机器人，其特征在于：包括底座(1)及竖直设于其上的导向机构，可水平伸缩移动的手臂伸缩机构连接在所述导向机构上并可沿其上下升降运动，所述手臂伸缩机构前端连接抓取机构，所述底座(1)上设有带动整体转动的基座旋转机构。
2.按照权利要求1所述的圆柱坐标式机器人，其特征在于：所述导向机构包括丝杆(18)及连接在所述丝杆(18)上的升降螺母(7)。
3.按照权利要求2所述的圆柱坐标式机器人，其特征在于：所述丝杆(18)上端连接控制其转动以实现所述升降螺母(7)上下移动的升降液压缸(5)。
4.按照权利要求3所述的圆柱坐标式机器人，其特征在于：所述升降液压缸(5)的输出端通过联轴器(14)连接至所述丝杆(18)，并通过锁紧螺母(15)固定锁紧。
5.按照权利要求4所述的圆柱坐标式机器人，其特征在于：所述手臂伸缩机构为控制手臂沿水平方向伸缩移动的手臂伸缩液压缸(8)，所述手臂伸缩液压缸(8)通过连接座(16)连接在所述升降螺母(7)上。
6.按照权利要求5所述的圆柱坐标式机器人，其特征在于：所述丝杆(18)的两侧设有固定的双向导杆(17)，所述双向导杆(17)的上端连接在固定支撑所述升降液压缸(5)的固定支架(6)上，穿过所述连接座(16)，下端连接至所述基座旋转机构上。
7.按照权利要求1所述的圆柱坐标式机器人，其特征在于：所述抓取机构通过手腕旋转液压缸(9)连接在手臂伸缩机构对的伸出端。
8.按照权利要求7所述的圆柱坐标式机器人，其特征在于：所述抓取机构包括通过连接法兰连接在所述手腕旋转液压缸(9)下端的手抓旋转液压缸(13)及设于所述手抓旋转液压缸(13)下端控制夹紧松开的卡爪。
9.按照权利要求1至8任一项所述的圆柱坐标式机器人，其特征在于：所述基座旋转机构包括基座旋转液压缸(2)及控制其转动速度的减速器(3)。
10.按照权利要求9所述的圆柱坐标式机器人，其特征在于：所述底座(1)上设有立柱(4)，所述基座旋转机构设于所述立柱(4)内。
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