CN104827466A - 一种四自由度高速搬运机器人机构 - Google Patents

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刘冀鲁
刘凌云
史志民
章大林
冯凤来
赵正平
赵爱平
史晗
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本发明公开了一种四自由度高速搬运机器人机构,包括水平位置驱动机构、竖直位置驱动机构、姿态驱动机构、末端执行机构;水平位置驱动机构包括有电机底座、第一水平运动驱动电机、第二水平运动驱动电机、平移杆,电机底座上安装有电机底座上盖,电机底座上安装有空心轴、平移驱动轴,平移驱动轴、空心轴上固定联接有第一水平运动主动臂、第二水平运动主动臂,本发明有效提高了机构的灵活性,增大末端执行器的操作空间,实现了并联与串联机器人机构的组合,同时较好地保持了机构的惯性小,高速度高加速度,高定位精度和重复定位精度的特点。

Description

一种四自由度高速搬运机器人机构
技术领域
[0001] 本发明属于工业机器人技术领域,具体涉及一种四自由度高速搬运机器人机构。
背景技术
[0002] 高速搬运机器人是代替人类劳动,完成快速搬运工作的一种工业机器人,广泛应用于轻工、医药、食品和电子等行业的自动化生产线中,诸如分拣、包装、封装等作业往往需要末端执行器在空间中进行高速作业的机械手,但以往的高速搬运机器人的在搬运速度提高的条件下精度就会有所下降,而且自由度通常只有三个或以下,操作空间小,运动灵活性也不尚。
[0003] 有些搬运机器人的驱动电机安置在机器人关节上,增加了机器人的承载,使惯量增大、误差累积增大,容易产生冲击,造成机器人运动不平稳,
准确度低,难以满足高速、精确等搬运要求。
发明内容
[0004] 本发明针对现有高速搬运机器人机构中存在的技术问题,提供一种四自由度高速搬运机器人机构。
[0005] 本发明采用的技术方案如下:
一种四自由度高速搬运机器人机构,包括水平位置驱动机构、竖直位置驱动机构、姿态驱动机构、末端执行机构;
所述的水平位置驱动机构包括有电机底座、第一水平运动驱动电机、第二水平运动驱动电机、平移杆,电机底座上安装有电机底座上盖,电机底座上安装有空心轴、平移驱动轴,平移驱动轴、空心轴上固定联接有第一水平运动主动臂、第二水平运动主动臂,第一水平运动主动臂、第二水平运动主动臂另一端分别通过轴承铰接有平移杆、平移连杆,平移连杆另一端通过轴承铰接于平移杆中部,平移杆另一端通过轴承铰接于末端执行机构载台上,平移驱动轴、空心轴上固定安装有第一水平运动大齿轮、第二水平运动大齿轮,第一水平运动驱动电机、第二水平运动驱动电机上分别连接有与第一水平运动大齿轮、第二水平运动大齿轮相啮合的小齿轮;
所述的竖直位置驱动机构包括有竖直运动驱动电机、电机底座、末端执行机构载台,滚珠丝杠通过丝杠轴承、丝杠轴承套、轴承外圈支撑套安装于末端执行机构载台上,滚珠丝杠配合有固定于末端执行机构载台内的滚珠丝杆螺母,丝杆大带轮通过丝杠带轮连接法兰固定于末端执行机构载台上,竖直运动驱动电机上连接有与丝杆大带轮传动连接的丝杆小带轮,末端执行机构载台内通过花键螺母、花键轴承套安装有花键轴承,花键轴承内花键配合有与滚珠丝杠平行设置的光轴导柱,光轴导柱下端通过固定安装有动平台、法兰,滚珠丝杠下端固定安装于动平台内;
所述的姿态驱动机构包括有电机座、转动运动驱动电机、转动主动臂,转动主动臂端部铰接有连杆,连杆另一端铰接于末端执行机构载台上,转动主动臂与连杆、连杆与末端执行机构载台分别通过轴承铰接,从而实现末端执行机构的转动。
[0006] 所述的第一水平运动主动臂与第二水平运动主动臂之间的平移驱动轴上套装有套筒,平移驱动轴上端面安装有平移驱动轴轴盖。
[0007] 所述的丝杆大带轮下方设有带轮挡圈,丝杆大带轮与丝杆小带轮之间套装有传动带。
[0008] 本发明的第一水平运动主动臂、第二水平运动主动臂、滚珠丝杠、转动主动臂由各自的驱动装置提供动力;所述的末端执行器即可实现平动和垂直运动,又可实现转动,增加了一个转动自由度,这样可实现运动灵活性高,操作空间大,高精确的搬运要求;所述的水平位置驱动机构含有一个平行四边形结构,同时包含两组主动臂,增加机器人的刚度,提高承载能力;本发明含有四组伺服电机其中三组安装在机架的内部,实现电机与外部工作环境的隔离,在很大程度上对电机设备起到保护作用,同时又能减少冲击,提高机器人运动的平稳性。
[0009] 本发明具有以下有益技术效果:
本发明由水平位置驱动机构、竖直位置驱动机构和姿态驱动机构;可实现末端执行器的平动、竖直运动和转动。本发明的水平位置驱动机构的第一水平运动主动臂、第二水平运动主动臂由不同驱动装置提供动力。驱动采用伺服系统,动作精确,操作灵活。
[0010] 本发明所提供的机器人机构,分别以不同驱动支链来实现末端执行器的二平动一垂直运动和转动运动,有效提高了机构的灵活性,增大末端执行器的操作空间,实现了并联与串联机器人机构的组合,同时较好地保持了机构的惯性小,高速度高加速度,高定位精度和重复定位精度的特点。
附图说明
[0011] 图1是本发明的四自由度高速搬运机器人机构的结构示意图。
[0012] 图2是本发明的水平位置驱动机构的结构示意图。
[0013] 图3是本发明的竖直位置驱动机构结构示意图。
[0014] 图4是本发明的姿态驱动机构的结构示意图。
[0015] 图5是本发明水平位置驱动机构的水平驱动轴部的剖面示意图。
[0016] 图6是本发明竖直位置驱动机构的滚珠丝杠连接示意图。
[0017]图7是本发明的底座与底座上盖的安装结构图。
[0018] 图中附图标记为:1:电机座、2:转动主动臂、3:连杆、4:竖直运动驱动电机、5:末端执行机构载台、6:平移杆、7:平移连杆、8:第一水平运动主动臂、9:第二水平运动主动臂、10:电机底座上盖、11:第二水平运动驱动电机、12:第一水平运动驱动电机、13:轴承、14:平移驱动轴轴盖、15:第二水平运动大齿轮、16:第一水平运动大齿轮、17:电机底座、18:丝杠轴承、19:轴承外圈端盖、20:丝杠大带轮、21:传动带、22:丝杠小带轮、23:滚珠丝杠、24:光轴导柱、25:花键轴承、26:花键螺母、27:螺母、28:动平台、29:法兰、30:轴承端盖、31:驱动轴轴盖、32:轴套、33:转动运动驱动电机、34:套筒、35:平移驱动轴、36:空心轴、37:滚珠丝杠螺母、38:丝杠轴承套、39:轴承外圈支撑套、40:丝杠带轮连接法兰、41:带轮挡圈、42:花键轴承外圈端盖、43:花键轴承套、44:底座、45:底座上盖。
[0019]
具体实施方式
[0020] 下面结合附图对本发明作进一步描述:
如图所示,一种四自由度高速搬运机器人机构,包括水平位置驱动机构、竖直位置驱动机构、姿态驱动机构、末端执行机构;
水平位置驱动机构包括有电机底座1、第一水平运动驱动电机12、第二水平运动驱动电机11、平移杆6,电机底座I上安装有电机底座上盖10,电机底座I上安装有空心轴36、平移驱动轴35,平移驱动轴35、空心轴36上固定联接有第一水平运动主动臂8、第二水平运动主动臂9,第一水平运动主动臂8、第二水平运动主动臂9另一端分别通过轴承铰接有平移杆6、平移连杆7,平移连杆7另一端通过轴承铰接于平移杆6中部,平移杆6另一端通过轴承铰接于末端执行机构载台5上,平移驱动轴35、空心轴36上固定安装有第一水平运动大齿轮16、第二水平运动大齿轮15,第一水平运动驱动电机12、第二水平运动驱动电机11上分别连接有与第一水平运动大齿轮16、第二水平运动大齿轮15相啮合的小齿轮;
竖直位置驱动机构包括有竖直运动驱动电机4、电机底座、末端执行机构载台5,滚珠丝杠23通过丝杠轴承18、丝杠轴承套38、轴承外圈支撑套39安装于末端执行机构载台5上,滚珠丝杠23配合有固定于末端执行机构载台5内的滚珠丝杆螺母37,丝杆大带轮20通过丝杠带轮连接法兰40固定于末端执行机构载台5上,竖直运动驱动电机4上连接有与丝杆大带轮20传动连接的丝杆小带轮22,末端执行机构载台5内通过花键螺母26、花键轴承套43安装有花键轴承25,花键轴承25内花键配合有与滚珠丝杠23平行设置的光轴导柱24,光轴导柱24下端通过固定安装有动平台28、法兰29,滚珠丝杠23下端固定安装于动平台28内;
所述的姿态驱动机构包括有电机座1、转动运动驱动电机33、转动主动臂2,转动主动臂2端部铰接有连杆3,连杆3另一端铰接于末端执行机构载台5上,转动主动臂2与连杆3、连杆3与末端执行机构载台5分别通过轴承30、33铰接,转动运动驱动电机33的输出轴端部安装有驱动轴轴盖31,从而实现末端执行机构的转动。
[0021] 第一水平运动主动臂8与第二水平运动主动臂9之间的平移驱动轴35上套装有套筒34,平移驱动轴35上端面安装有平移驱动轴轴盖14。丝杆大带轮20下方设有带轮挡圈41,丝杆大带轮20与丝杆小带轮22之间套装有传动带21。
[0022] 如图1、图2、图5所示,所述的水平位置驱动机构的结构是:所述的平移驱动轴35一端与两个轴承13以键连接,另一端与所述的第一水平运动主动臂8连接并以锁紧螺母固定其位置;所述的第一水平运动大齿轮16与所述的平移驱动轴35通过键连接,所述的第一水平运动大齿轮16与所述的第一水平运动驱动电机12通过键连接,从而带动所述的第一水平运动主动臂8的平面转动;所述的第二水平运动大齿轮15与所述的平移驱动轴35通过两个轴承13连接,所述的第二水平运动大齿轮15与所述的第二水平运动驱动电机11通过键连接;所述的空心轴36与所述的第二水平运动大齿轮15通过键连接;所述的第二水平运动主动臂9与所述的空心轴36通过键连接,从而带动所述的第二水平运动主动臂9的平面转动;所述的套筒34在所述的第一水平运动主动臂8和所述的第二水平运动主动臂9之间,与所述的第一水平运动主动臂8通过所述的轴承13连接,与所述的第二水平运动主动臂9过盈连接,并通过所述的轴承13安装在所述的平移驱动轴35上;所述的第一水平运动驱动电机12和所述的第二水平运动驱动电机11安装在所述的电机底座17上;所述的第一水平运动主动臂8与所述的平移杆6 —端之间、所述的平移连杆7与所述的平移杆6中端之间、所述的平移杆6另一端与所述的末端执行机构的载台5之间、所述的第二水平运动主动臂9与所述的平移连杆7之间都是通过所述的轴承13连接;所述的第一水平运动主动臂8、第二水平运动主动臂9、平移连杆7、平移杆6组成一个平行四边形结构,从而带动平移杆6平面运动。所述的第一水平运动驱动电机12和所述的第二水平运动驱动电机11都采用交流伺服驱动系统;所述的轴承13的类型相同。
[0023] 如图1、图3、图6所示,所述的竖直位置驱动机构与所述的末端执行机构相连接,如图3 ;所述的竖直位置驱动机构和所述的末端执行机构的结构是:所述的竖直运动驱动电机4安装在所述的电机底座17上并用紧定螺钉固定在所述的末端执行机构载台5上;所述的丝杠大带轮20与带轮挡圈41连接并通过所述的丝杠带轮连接法兰40与所述的丝杠轴承套38相连接,并用所述的滚珠丝杠螺母37固定,所述的丝杠轴承套38与所述的丝杠轴承18相配合并通过所述的丝杠轴承外圈支撑套39和丝杠轴承外圈端盖19固定在所述的末端执行机构载台5中;所述的滚珠丝杠23与所述的滚珠丝杠螺母37相配合;所述的丝杠小带轮22通过键配合在所述的竖直运动驱动电机4中的电机轴上;所述的丝杠大带轮20与所述的丝杠小带轮22通过所述的传动带21传递动力;所述的光轴导柱24与所述的花键轴承套43是间隙配合,并通过所述的花键轴承25和所述的花键轴承端外圈盖42固定在所述的末端执行机构载台5中;所述的滚珠丝杠23下端固结在所述的动平台28中;所述的光轴导柱24下部与所述的动平台28通过所述的螺母27上下固定;所述的法兰29固结在光轴导柱24下端;从而实现所述的光轴导柱24带动所述的法兰29的上下运动;所述的末端执行机构载台5的一端与所述的平移杆6之间、所述的末端执行机构载台5的另一端与所述的连杆3之间都是通过所述的轴承13连接;所述的竖直运动驱动电机4采用交流伺服驱动系统;所述的轴承13的类型相同。
[0024] 如图1、图4所示,所述的姿态驱动机构的结构是:所述的转动运动驱动电机33安装在所述的电机座I内;所述的转动主动臂2通过键配合在所述的转动运动驱动电机33中的电机轴上;所述的转动主动臂2与所述的连杆3通过所述的轴承13连接;所述的连杆3与所述的末端执行机构载台5的一端通过轴承13连接;从而实现末端执行机构的转动;所述的转动运动驱动电机采用交流伺服驱动系统;所述的轴承13类型相同。
[0025] 如图1、图7所示,所述的机架由底座44和底座上盖45组成或者由电机底座17和电机底座上盖10组成;所述的机架的结构是:所述的底座上盖45与所述的底座45固接;在所述的水平位置驱动机构与所述的姿态驱动机构上所述的电机底座17固接在所述的机架内部,而在所述的竖直位置驱动机构上所述的电机底座17固接在所述的末端执行机构载台5上;所述的机架形状可以有所不同如图7。
[0026] 所述的第一水平运动主动臂、第二水平运动主动臂、滚珠丝杠、转动主动臂由各自的驱动装置提供动力,实现所示的末端执行机构的平面运动、竖直运动和转动运动。

Claims (3)

1.一种四自由度高速搬运机器人机构,其特征在于,包括水平位置驱动机构、竖直位置驱动机构、姿态驱动机构、末端执行机构; 所述的水平位置驱动机构包括有电机底座、第一水平运动驱动电机、第二水平运动驱动电机、平移杆,电机底座上安装有电机底座上盖,电机底座上安装有空心轴、平移驱动轴,平移驱动轴、空心轴上固定联接有第一水平运动主动臂、第二水平运动主动臂,第一水平运动主动臂、第二水平运动主动臂另一端分别通过轴承铰接有平移杆、平移连杆,平移连杆另一端通过轴承铰接于平移杆中部,平移杆另一端通过轴承铰接于末端执行机构载台上,平移驱动轴、空心轴上固定安装有第一水平运动大齿轮、第二水平运动大齿轮,第一水平运动驱动电机、第二水平运动驱动电机上分别连接有与第一水平运动大齿轮、第二水平运动大齿轮相啮合的小齿轮; 所述的竖直位置驱动机构包括有竖直运动驱动电机、电机底座、末端执行机构载台,滚珠丝杠通过丝杠轴承、丝杠轴承套、轴承外圈支撑套安装于末端执行机构载台上,滚珠丝杠配合有固定于末端执行机构载台内的滚珠丝杆螺母,丝杆大带轮通过丝杠带轮连接法兰固定于末端执行机构载台上,竖直运动驱动电机上连接有与丝杆大带轮传动连接的丝杆小带轮,末端执行机构载台内通过花键螺母、花键轴承套安装有花键轴承,花键轴承内花键配合有与滚珠丝杠平行设置的光轴导柱,光轴导柱下端通过固定安装有动平台、法兰,滚珠丝杠下端固定安装于动平台内; 所述的姿态驱动机构包括有电机座、转动运动驱动电机、转动主动臂,转动主动臂端部铰接有连杆,连杆另一端铰接于末端执行机构载台上,转动主动臂与连杆、连杆与末端执行机构载台分别通过轴承铰接,从而实现末端执行机构的转动。
2.根据权利要求1所述的四自由度高速搬运机器人机构,其特征在于,所述的第一水平运动主动臂与第二水平运动主动臂之间的平移驱动轴上套装有套筒,平移驱动轴上端面安装有平移驱动轴轴盖。
3.根据权利要求1所述的四自由度高速搬运机器人机构,其特征在于,所述的丝杆大带轮下方设有带轮挡圈,丝杆大带轮与丝杆小带轮之间套装有传动带。
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