CN104842346A - 装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及3-自由度手腕结构和桌面式直角坐标机器人的结合型机器人。具体是，桌面式直角坐标机器人的工具装配轴上结合三自由度手腕装置的工业机器人。本发明的装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人的实现可以包括：桌面式直角坐标机器人，X轴驱动部、Y轴驱动部和Z轴驱动部相互向直角方向实施直线运动；以及手腕装置，装配在所述Z轴驱动部上，利用通过驱动源以各个旋转轴为准实施旋转运动的第一至第三旋转部件实现3-自由度。

Description

装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人
技术领域
本发明涉及3-自由度手腕结构和桌面式直角坐标机器人的结合型机器人。具体是，桌面式直角坐标机器人的工具装配轴上结合三自由度手腕装置的工业机器人。
背景技术
一般作为直角坐标机器人比较典型的是在底面上固定设置的支撑框架上向直角水平方向有X轴框架向X轴方向被可滑动地设置，该X轴框架上向直角垂直方向有Y轴框架向Z轴方向被可驱动地设置，该Y轴框架的一侧面有具备作业用手等的滑动部件向Y轴方向可直交运动地安装设置的系列型直角坐标型机器人(见图5(A))。
与系列型直角坐标机器人不同，比较普遍的是基座上分别装配两个轴，其余一个轴装配在两个轴中的某一个轴上，可向XYZ方向实施驱动的桌面式直角坐标机器人(见图5(B))。
桌面式直角坐标机器人是将作业对象物装配在与基座置于水平的X轴，将作业工具装配在与X轴垂直方向的Z轴，利用控制程序实施作业的机器人。
桌面式直角坐标机器人与大型制造用机器人不同，属于大小只有桌子程度的中小型机器人，主要应用于家电、移动工具、汽车等精密IT产品生产，但从作业工具的作业方向上自由度为0，故在作业工具方向需要变更的作业的应用上受到一些限制。因此须从提高桌面式直角坐标机器人效率的角度进一步实施开发。
为提高桌面式直角坐标机器人的效率，大韩民国公开专利公报10-2012-0055970公开了一种“装载分度器的桌面式自动点胶机”。
大韩民国公开专利公报10-2012-0055970的桌面式机器人是为提高作业效率，在作业对象即放置产品的支架上装配旋转分度器和盘，与作业工具作业时，使产品按既定角度旋转，改善可调整作业方向的1-自由度，但从需要调整方向的作业上的应用上仍然受到限制。
(先有技术文献)
(专利文献)
(专利文献1)大韩民国公开专利公报10-2012-0055970
发明内容
(技术问题)
为解决上述问题，本发明提供一种结合可确保桌面式直角坐标机器人的作业用手的3自由度的手腕装置的桌面式直角坐标机器人。
并提供一种可控制终端受动器姿势的具有3自由度的手腕装置上应用6自由度并联机器人的手腕部驱动机构，由桌面式机器人和并联机器人结合形成的一种新型桌面式机器人。
(技术方案)
为解决所述问题，本发明所采用的技术方案是，提供一种装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人，包括：桌面式直角坐标机器人，X轴驱动部、Y轴驱动部和Z轴驱动部相互向直角方向实施直线运动；以及手腕装置，装配在所述Z轴驱动部上，利用通过驱动源以各个旋转轴为准实施旋转运动的第一至第三旋转部件实现3-自由度。
优选地，所述手腕装置上装配有作业工具，所述X轴驱动部或Y轴驱动部上附着作业对象物。
所述X轴驱动部与位于基座上面的X轴导杆可滑动地连接；所述Y轴驱动部与由装配在所述基座两侧面的一对纵向支撑轴和连接所述一对纵向支撑轴的横向支撑轴组成的吊架型支撑轴的所述横向支撑轴即Y轴导杆可滑动地连接；所述Z轴驱动部与连接于所述Y轴驱动部的Z轴导杆可滑动地连接。
所述X轴驱动部与位于基座上面的X轴导杆可滑动地连接；所述Y轴驱动部与连接于所述X轴驱动部的Y轴导杆可滑动地连接；所述Z轴驱动部固定在所述基座的两侧面上装配的一对纵向支撑轴和连接所述一对纵向支撑轴的横向支撑轴上。
所述手腕装置的组成包括：手腕部，由以第一至第三旋转轴为准相互分别向相互直角方向旋转的第一至第三旋转部件组成；三个驱动轴，为了以所述手腕部和接头部为介质传递动力而连接；三个驱动电机，向所述三个驱动轴传递旋转力。
所述桌面式直角坐标机器人位于与地面形成水平的基座上；所述手腕装置的组成包括：手腕部，实现连接于所述Z轴驱动部的手腕部；驱动部，向所述手腕部传递驱动力，与所述基座形成水平面的同时装配在位于上部的基准面。
(有益效果)
根据上述的有关本发明的结构，本发明的有益效果是，提供一种结合可确保桌面式直角坐标机器人作业用手3自由度的手腕装置的桌面式直角坐标机器人。
可以对可控制终端受动器姿势的具有3自由度的手腕装置应用6自由度并联机器人的手腕部驱动机构，由桌面式机器人和并联机器人结合实现一种新型的工业机器人机构。
与传统的6自由度并联机器人相比，可以实现相同的6自由度机器人的同时作业领域广泛，也可以降低制造成本而具有价格竞争优势，基座上装配可驱动手腕的电机而拥有手腕重量轻且体积小的优点。
附图说明
图1是本发明一个实施例的装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人的透视图；
图2是本发明另一个实施例的装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人的透视图；
图3是本发明的装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人的3-自由度手腕结构图；
图4是本发明的装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人的3-自由度手腕装置的驱动机构；
图5是传统的直角坐标机器人的例示图。
(符号说明)
100,200:装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标型机器人
110,210:桌面式直角坐标型机器人
120,220:手腕装置        111,211:基座
112,212:X轴驱动部       113,213:Y轴驱动部
114,214:Z轴驱动部       115,215:吊架型支撑轴
115a,215a:纵向支撑轴    115b:Y轴导杆
215b:横向支撑轴         116,216:X轴导杆
117,223:Z轴导杆         118,218:壳
118a,218a:上面基座      121,221:手腕部
122,222:接头部          123,223:驱动轴
311,312,313:旋转部件    311a,312a,313a:旋转轴
411a,411b,411c:驱动电机 412,413,414:支架组件
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人的结构及其作用效果详细进行说明。
图1是本发明一个实施例的装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人的透视图
如图1所示，本发明的装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人(100)其组成大体上包括桌面式直角坐标机器人(110)和3-自由度手腕装置(120)。
桌面式直角坐标机器人(110)以基座(111)为准有两个轴分别装配在基座(111)上，剩余一个轴装配在上述两个轴中的一个轴。
基座上有X轴驱动部(112)装配在基座(111)上面向X轴方向驱动，吊架型支撑轴(115)装配在基座(111)两侧面的状态下，Y轴驱动部(113)以吊架型支撑轴(115)为准向Y轴方向驱动，Z轴驱动部(114)以吊架型支撑轴(115)和Y轴驱动部(113)为准向Z轴方向驱动。
吊架型支撑轴(115)由装配在基座(111)两侧面且置于纵向的一对纵向支撑轴(115a)和将一对纵向支撑轴(115a)水平连接的横向支撑轴即Y轴导杆(115b)的交叉角型形成。
X轴驱动部(112)与基座(111)上面形成的(或装配的)X轴导杆部(116)可实施滑动直线往复运动地结合，Y轴驱动部(113)与Y轴导杆(115b)结合，可向Y轴方向实施滑动直线往复运动，Z轴驱动部(114)与Z轴导杆(117)结合，可向Z轴方向实施滑动直线往复运动。Z轴导杆(117)的一侧面与Y轴驱动部(113)结合，另一侧面与Z轴驱动部(114)结合。
桌面式直角坐标机器人(110)的外侧可以形成可构成外箱的壳(118)。
壳(118)的上面基座(118a)形成3-自由度手腕装置(120)的驱动部被固定装配的基准平面。
实现3-自由度的手腕部(121)装配在Z轴驱动部(114)，最终使作业工具(终端受动器)装配在手腕部(121)上，作业对象物附着在X轴驱动部(112)上。
手腕部(121)以接头部(122)为介质与驱动轴(123)连接，驱动轴(123)与驱动部(124)结合，驱动部(124)则固定在上面基座(118a)上。
由此，本发明的装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人(100)可实现由应用桌面式直角坐标机器人(110)的XYZ轴3-自由度直线运动与应用手腕装置(120)的3-自由度运动结合实现6-自由度运动的直角坐标机器人。
3-自由度手腕装置(120)在6自由度并联机器人中与手腕驱动部(3自由度)具有同样的机构。
图3是本发明另一个实施例的装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人的透视图。
图2中图示的装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人(200)与图1相比，形成Y轴与X轴结合的形态。
就是说，图1是承担两个轴(Y轴，Z轴)的机器人(Z轴导杆(117))上装配有手腕部(121)，图2是承担一个轴(Z轴)的机器人(Z轴导杆(217))上装配有手腕部(221)。
图1是作业对象物可附着在X轴驱动部(112)上，但图2是作业对象物可附着在Y轴驱动部(213)上。
根据图1，吊架型支撑轴(115)的横向支撑轴可以执行Y轴驱动部(113)的导杆功能，图2与图1相比不同的是，吊架型支撑轴(215)的横向支撑轴(215b)只执行固定Z轴导杆(217)的功能，而从其它构件和动作的实现上图1和图2的机器人均相同。
图3是本发明的装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人的3-自由度手腕结构，图4是本发明的装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人的3-自由度手腕装置驱动机构，下面根据图1进行说明。
如图3所示，本发明的3-自由度手腕装置(120)以Z轴驱动部(114)为准，上侧面结合有接头部(112)，下侧面结合有手腕部(121)。接头部(122)与驱动轴(123)结合，为实现手腕部(121)的3自由度运动，与三个接头部(122a,122b,122c)和与此分别连接的三个驱动轴(123a,123b,123c)连接。
手腕部(121)由以第一旋转轴(311a)为准实施旋转运动的第一旋转部件(311)、以第二旋转轴(321a)为准实施旋转运动的第二旋转部件(312)、以第三旋转轴(313a)为准实施旋转运动的第三旋转部件(313)组成，第一旋转轴(311a)以Z轴为旋转轴，第二旋转轴(312a)由与第一旋转轴(311a)成直角方向的旋转轴形成，第三旋转(313a)是与第二旋转轴(312a)晟直角方向的旋转轴。
第一至第三旋转部件(311,312,313)的内部是为以各旋转轴为准传递旋转动力，以齿轮和滑轮为介质连接。
第一至第三旋转部件(311,312,313)分别以由万向接头组成的接头部(122)为介质与驱动轴(123)连接，驱动轴(123)分别连接于驱动部(124)。
各个驱动轴(123)是以第一至第三支架组件(412,413,414)为介质与第一至第三驱动电机(411a,411b,411c)连接而接收驱动力。
第一至第三支架组件(412,413,414)是分别在第一至第三电机(411a,411b,411c)的输出轴和驱动轴(123)之间作为将电机的驱动力转换成驱动轴(123)几何学中心轴线方向旋转力的有特殊结构的接头发挥功能。
第一至第三支架组件(412a,413a,414a)中的各第一支架(412c,413c,414c)是接头的原动侧构件，第三支架(412c,413c,414c)是接头的被动侧构件。
第一至第三支架组件(412,413,414)中第一支架(412a,413a,414a)在最外侧形成，中心形成第二支架(412b,413b,414b)，内侧形成第三支架(412c,413c,414c)，动力从电机依次由第一支架传递于第三支架，第三支架(412c,413c,414c)分别连接于驱动轴(123a,123b,123c)
第一支架(412a,413a,414a)可以分别以旋转轴(415a,415b,415c)为准旋转，为了与旋转轴(415a,415b,415c)形成垂直，形成上面基座(118a)基准面作为基础部件。
这里的上面基座(118a)的基准面可以解释为与旋转轴(415a,415b,415c)相垂直的虚平面。
为了将动力从第一支架(412a,413a,414a)开始通过驱动轴(123a,123b,123c)无振动地传递到接头(122a,122b,122c)，第一支架(412a,413a,414a)的旋转轴(415a,415b,415c)和接头(122a,122b,122c)的输出轴应保持平行，最终，接头(122a,122b,122c)的输出轴应与上面基座(118a)的基准面相垂直地形成。
所述手腕结构的运动机构是基于6自由度并联机器人，属于公知技术，因此对其具体内部齿轮结构不再进行说明。
重新根据图1和图2，本发明的装配自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人(100)通过桌面式直角坐标机器人(110)的X轴驱动部(112)、Y轴驱动部(113)、Z轴驱动部(114)和手腕部(121)实现XYZ轴方向的三轴方向直线运动，应用手腕部(121)的手腕结构驱动装置，使第一至第三部件(311,312,313)分别以第一旋转轴(311a)、第二旋转轴(312a)和第三旋转轴(313a)为准实施旋转运动。
所述3-自由度手腕结构是将现有并联机器人的定位由直交机器人代替实现，用于手腕驱动的驱动源装配在壳(118)的上面基座(118a)而使手腕部(121)的形成稳定、重量轻、体积小。
而且，可驱动手腕部(12)的电机电缆中的基础部件(25)是在基座(13)上固定，因此，完全不会出现电缆断线的可能性。
此外，由直交机器人代替并联机器人实施手腕部的定位，其作业领域相对扩大而提高工业上的可应用性，降低制造成本而具备价格上的竞争优势。
以上优选实施例和附图仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所述的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例所述技术方案的范围。本发明的保护范围应根据下述的权利要求范围进行解释，而且在其同等范围内的所有技术方案应都属于本发明的权利要求范围。

Claims (6)

1.一种装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人，其特征在于，
包括：
桌面式直角坐标机器人，X轴驱动部、Y轴驱动部和Z轴驱动部相互向直角方向直线运动；以及
手腕装置，装配在所述Z轴驱动部上，利用通过驱动源以各个旋转轴为准进行旋转运动的第一至第三旋转部件实现3-自由度。
2.根据权利要求1所述的装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人，其特征在于，
所述手腕装置上装配有作业工具；
所述X轴驱动部或Y轴驱动部上附着作业对象物。
3.根据权利要求1所述的装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人，其特征在于，
所述X轴驱动部与位于基座上面的X轴导杆可滑动地连接；
所述Y轴驱动部与由装配在所述基座两侧面的一对纵向支撑轴和连接所述一对纵向支撑轴的横向支撑轴组成的吊架型支撑轴的所述横向支撑轴即Y轴导杆可滑动地连接；
所述Z轴驱动部与连接于所述Y轴驱动部的Z轴导杆可滑动地连接。
4.根据权利要求1所述的装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人，其特征在于，
所述X轴驱动部与位于基座上面的X轴导杆可滑动地连接；
所述Y轴驱动部与连接于所述X轴驱动部的Y轴导杆可滑动地连接；
所述Z轴驱动部固定在所述基座的两侧面上装配的一对纵向支撑轴和连接所述一对纵向支撑轴的横向支撑轴上。
5.根据权利要求1所述的装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人，其特征在于，
所述手腕装置的组成包括：
手腕部，由以第一至第三旋转轴为准相互分别向相互直角方向旋转的第一至第三旋转部件组成；
三个驱动轴，为了以所述手腕部和接头部为介质传递动力而连接；
三个驱动电机，向所述三个驱动轴传递旋转力。
6.根据权利要求1所述的装配3-自由度手腕装置的桌面式直角坐标机器人，其特征在于，
所述桌面式直角坐标机器人位于与地面形成水平的基座上；
所述手腕装置其组成包括：手腕部，实现连接于所述Z轴驱动部的手腕部；驱动部，向所述手腕部传递驱动力，与所述基座形成水平面的同时装配在位于上部的基准面。
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