CN104985592A - 一种五轴联动机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种五轴联动机器人，属于机器人技术领域，包括X轴、Y轴及Z轴的运动系统，在X轴运动系统的上端还设置有支撑旋转装置，Y轴运动系统固定在支撑旋转装置上端，Z轴运动系统通过Z轴支撑座设置在Y轴运动系统的Y轴底座上，X、Y、Z轴的运动均为直线导轨和导槽相配合的直线运动，采用的牵引装置均包括电机和减速器，且减速器均为精密行星减速器，Z轴运动系统中的Z轴底座的下端设置有与抓取装置连接的端部旋转系统，端部旋转系统和支撑旋转系统中均采用谐波减速器作为调整速比的减速器，本发明既能够实现大载荷物体的搬运，又能够做到灵活移动，且运动精度较高。

Description

一种五轴联动机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种五轴联动机器人。

背景技术

机器人是自动控制机器的俗称，自动控制机器包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械，机器人主要是通过多轴联动的移动和转动来实现生物动作的模拟，现有的机器人主要包括坐标式机器人和关节式机器人，坐标式机器人的运动范围有局限性，灵活度较差，关节式机器人能够承受的负载可以达到50千克左右，而且关节式机器人较为灵活，可以运动的范围较广，但是关节式机器人中的谐波减速机应用数量较多，谐波减速机成本较高，造成关节式机器人整机的成本达到50万左右，而且关节式机器人在抓取百公斤以上重物时较为困难，因此，需要一种承载能力较大而且成本较低的机器人。

发明内容

本发明克服了现有技术中成本较高以及承载能力差的缺点，提供了一种五轴联动机器人，该机器人不仅能够实现灵活操作，而且承载力大幅度提高，成本较之现有机器人有显著的降低。

本发明的具体技术方案是：

一种五轴联动机器人，该机器人包括X轴运动系统、Y轴运动系统及Z轴运动系统，关键点是，X轴运动系统包括上端面设置有X轴直线导轨的X轴底座、下端面设置有与X轴直线导轨滑动配合的X轴导槽的支撑座及牵引支撑座的X轴牵引装置，支撑座上端固定设置有支撑旋转系统，支撑旋转系统包括设置在支撑座上端面的旋转装置及固定在其上端的竖直方向的支撑柱，Y轴运动系统包括一侧设置有Y轴直线导轨的Y轴底座、一侧设置有与Y轴直线导轨滑动配合的Y轴导槽的Z轴支撑座及牵引Z轴支撑座的Y轴牵引装置，Y轴底座一端固定于支撑柱上端，Z轴支撑座在设置有Y轴直线导轨的相反面设置有Z轴导槽，Z轴运动系统包括Z轴支撑座、竖直方向的Z轴底座及与Z轴底座相配合的Z轴牵引装置，Z轴底座侧面设置有Z轴直线导轨与Z轴支撑座上的Z轴导槽形成滑动配合,Z轴底座的下端固定设置有带有抓取装置的端部旋转系统，端部旋转系统包括由上到下竖直设置的端部旋转电机和端部旋转减速器，端部旋转减速器下端连接设置有抓取装置。

所述的X轴牵引装置包括设置在X轴底座两端的X轴同步带轮、X轴同步带及X轴电机，X轴电机与一端的X轴同步带轮通过X轴减速器进行连接，X轴同步带闭合缠绕两端X轴同步带轮，X轴同步带上端面与支撑座下端面固定连接。

所述的X轴减速器为精密行星减速器。

所述的Y轴牵引装置包括设置在Y轴底座两端的Y轴同步带轮、Y轴同步带及Y轴电机，Y轴电机与一端的Y轴同步带轮通过Y轴减速器进行连接，Y轴同步带闭合缠绕两端Y轴同步带轮，Y轴同步带外端面与Z轴支撑座上设置有Y轴导槽的端面固定连接。

所述的Y轴减速器为精密行星减速器。

所述的Z轴牵引装置包括设置在Z轴底座两端的Z轴同步带轮、Z轴同步带及Z轴电机，Z轴电机与一端的Z轴同步带轮通过Z轴减速器进行连接，Z轴同步带闭合缠绕两端Z轴同步带轮，Z轴同步带外端面与Z轴支撑座上设置有Z轴导槽的端面固定连接。

所述的Z轴减速器为精密行星减速器。

所述的旋转装置从动力起始端到动力输出端依次设置有支撑旋转电机、同步带传动系统及支撑旋转减速器，支撑旋转电机与同步带传动系统的主动轮连接，支撑旋转减速器的输入端和输出端分别与支撑柱和同步带传动系统的被动轮固定连接。

所述的支撑旋转减速器为谐波减速器。

所述的端部旋转减速器为谐波减速器。

本发明的有益效果是：本发明中的机器人依靠X轴、Y轴及Z轴的运动系统作为支撑和运动的主要构架，既能够避免坐标式机器人运动范围较小且不灵活的缺点，也能够避免关节式机器人承载能力较差不能实现重物搬运的不足，并且在本发明的机器人中X、Y、Z轴的直线移动均采用电机连接行星减速器的牵引装置，行星减速器结构尺寸小、输出转矩较大，既能够减小整机的体积尺寸，又能够实现机器人搬运较重的物体，本发明的机器人的旋转支撑减速器和端部旋转减速器均采用谐波减速器，谐波减速器的体积小重量轻、运动精度较高、传动平稳无冲击，并且速比较大，能够帮助机器人实现快速运动，本发明中的机器人中谐波减速器的应用数量较之现有的关节式机器人有明显减少，成本降低至现有机器人的一半以下。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的左视图。

图3是图1的俯视图。

图4是本发明的轴测结构示意图。

附图中，1、X轴电机，2、Y轴电机，3、Z轴电机，4、支撑旋转电机，5、端部旋转电机，6、X轴底座，7、Y轴底座，8、Z轴底座，9、支撑座，10、支撑柱，11、支撑旋转减速器，12、X轴直线导轨，13、Y轴直线导轨，14、Z轴直线导轨，15、端部旋转减速器，16、Z轴支撑座，17、X轴同步带。

具体实施方式

一种五轴联动机器人，该机器人包括X轴运动系统、Y轴运动系统及Z轴运动系统，X轴运动系统包括上端面设置有X轴直线导轨12的X轴底座6、下端面设置有与X轴直线导轨12滑动配合的X轴导槽的支撑座9及牵引支撑座9的X轴牵引装置，支撑座9上端固定设置有支撑旋转系统，支撑旋转系统包括设置在支撑座9上端面的旋转装置及固定在其上端的竖直方向的支撑柱10，Y轴运动系统包括一侧设置有Y轴直线导轨13的Y轴底座7、一侧设置有与Y轴直线导轨13滑动配合的Y轴导槽的Z轴支撑座16及牵引Z轴支撑座16的Y轴牵引装置，Y轴底座7一端固定于支撑柱10上端，Z轴支撑座16在设置有Y轴直线导轨13的相反面设置有Z轴导槽，Z轴运动系统包括Z轴支撑座16、竖直方向的Z轴底座8及与Z轴底座8相配合的Z轴牵引装置，Z轴底座8侧面设置有Z轴直线导轨14与Z轴支撑座16上的Z轴导槽形成滑动配合,Z轴底座8的下端固定设置有带有抓取装置的端部旋转系统，端部旋转系统包括由上到下竖直设置的端部旋转电机5和端部旋转减速器15，端部旋转减速器15下端连接设置有抓取装置。

具体实施例，如图1至图4所示，X轴牵引装置包括设置在X轴底座6两端的X轴同步带轮、X轴同步带17及X轴电机1，X轴电机1与一端的X轴同步带轮通过X轴减速器进行连接，X轴减速器为精密行星减速器，X轴同步带17闭合缠绕两端X轴同步带轮，X轴同步带17上端面与支撑座9下端面固定连接，启动X轴电机1，X轴同步带17随X轴同步带轮的转动而移动，支撑座9则随X轴同步带共同运动，并且支撑座9的X轴滑槽和X底座6上的X轴直线导轨12产生滑动配合，支撑座9沿X轴直线导轨12进行运动；Y轴牵引装置包括设置在Y轴底座7两端的Y轴同步带轮、Y轴同步带及Y轴电机2，Y轴电机2与一端的Y轴同步带轮通过Y轴减速器进行连接，Y轴减速器为精密行星减速器，Y轴同步带闭合缠绕两端Y轴同步带轮，Y轴同步带外端面与Z轴支撑座16上设置有Y轴导槽的端面固定连接，Y轴电机2启动后，Z轴支撑座16随Y轴同步带并沿Y轴底座7上的Y轴直线导轨13运动；Z轴牵引装置包括设置在Z轴底座8两端的Z轴同步带轮、Z轴同步带及Z轴电机3，Z轴电机3与一端的Z轴同步带轮通过Z轴减速器进行连接，Z轴减速器为精密行星减速器，Z轴同步带闭合缠绕两端Z轴同步带轮，Z轴同步带外端面与Z轴支撑座16上设置有Z轴导槽的端面固定连接，Z轴电机3启动后，Z轴支撑座与Y轴底座为一体且在Z轴方向上没有位移，Z轴底座8沿Z轴支撑座上的Z轴导槽在竖直方向上进行运动。

支撑旋转系统中的旋转装置从动力起始端到动力输出端依次设置有支撑旋转电机4、同步带传动系统及支撑旋转减速器11，支撑旋转电机4与同步带传动系统的主动轮连接，支撑旋转减速器11的输入端和输出端分别与支撑柱10和同步带传动系统的被动轮固定连接，支撑旋转减速器11为谐波减速器，支撑旋转电机4启动后，同步带传送系统带动支撑旋转减速器11旋转，支撑柱10能够实现以竖直方向为旋转轴的旋转。

在上述X、Y、Z轴的运动系统及支撑旋转系统的配合运动下，能够实现机器人在本身尺寸能够达到的范围内的灵活移动，在抓取物体时，还能够通过端部旋转系统中的端部旋转电机来改变抓取装置的方向，这样就可以适应各种不同方向的待抓取物体，端部旋转系统中的端部旋转减速器15为谐波减速器。

本发明将X、Y、Z轴的运动系统中电机的减速器均设置为精密行星减速器，精密行星减速器具有高刚度、高精度的特点，使用稳定性较高，而且具有高扭矩比，能够降低转速、提高转矩，能够较好地匹配惯量，使得运动速度和精度更容易得到控制，而该机器人的支撑旋转减速器和端部旋转减速器则采用谐波减速器，谐波减速器的体积小、重量轻，但是传动比可以达到i＝70～500，传动效率较高，使用寿命也较长，并且传动平稳、无冲击、运行精度高，此外，谐波减速器在径向和轴向的承载能力也较高，能够满足机器人抓取较重物体的需要，在本发明中的机器人使用的谐波减速器的数量大大减少，整个机器人的成本有明显的降低。

Claims (10)

1.一种五轴联动机器人，该机器人包括X轴运动系统、Y轴运动系统及Z轴运动系统，其特征在于：X轴运动系统包括上端面设置有X轴直线导轨(12)的X轴底座(6)、下端面设置有与X轴直线导轨(12)滑动配合的X轴导槽的支撑座(9)及牵引支撑座(9)的X轴牵引装置，支撑座(9)上端固定设置有支撑旋转系统，支撑旋转系统包括设置在支撑座(9)上端面的旋转装置及固定在其上端的竖直方向的支撑柱(10)，Y轴运动系统包括一侧设置有Y轴直线导轨(13)的Y轴底座(7)、一侧设置有与Y轴直线导轨(13)滑动配合的Y轴导槽的Z轴支撑座(16)及牵引Z轴支撑座(16)的Y轴牵引装置，Y轴底座(7)一端固定于支撑柱(10)上端，Z轴支撑座(16)在设置有Y轴直线导轨(13)的相反面设置有Z轴导槽，Z轴运动系统包括Z轴支撑座(16)、竖直方向的Z轴底座(8)及与Z轴底座(8)相配合的Z轴牵引装置，Z轴底座(8)侧面设置有Z轴直线导轨(14)与Z轴支撑座(16)上的Z轴导槽形成滑动配合,Z轴底座(8)的下端固定设置有带有抓取装置的端部旋转系统，端部旋转系统包括由上到下竖直设置的端部旋转电机(5)和端部旋转减速器(15)，端部旋转减速器(15)下端连接设置有抓取装置。

2.根据权利要求1所述的一种五轴联动机器人，其特征在于：所述的X轴牵引装置包括设置在X轴底座(6)两端的X轴同步带轮、X轴同步带(17)及X轴电机(1)，X轴电机(1)与一端的X轴同步带轮通过X轴减速器进行连接，X轴同步带(17)闭合缠绕两端X轴同步带轮，X轴同步带(17)上端面与支撑座(9)下端面固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种五轴联动机器人，其特征在于：所述的X轴减速器为精密行星减速器。

4.根据权利要求1所述的一种五轴联动机器人，其特征在于：所述的Y轴牵引装置包括设置在Y轴底座(7)两端的Y轴同步带轮、Y轴同步带及Y轴电机(2)，Y轴电机(2)与一端的Y轴同步带轮通过Y轴减速器进行连接，Y轴同步带闭合缠绕两端Y轴同步带轮，Y轴同步带外端面与Z轴支撑座(16)上设置有Y轴导槽的端面固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种五轴联动机器人，其特征在于：所述的Y轴减速器为精密行星减速器。

6.根据权利要求1所述的一种五轴联动机器人，其特征在于：所述的Z轴牵引装置包括设置在Z轴底座(8)两端的Z轴同步带轮、Z轴同步带及Z轴电机(3)，Z轴电机(3)与一端的Z轴同步带轮通过Z轴减速器进行连接，Z轴同步带闭合缠绕两端Z轴同步带轮，Z轴同步带外端面与Z轴支撑座(16)上设置有Z轴导槽的端面固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种五轴联动机器人，其特征在于：所述的Z轴减速器为精密行星减速器。

8.根据权利要求1所述的一种五轴联动机器人，其特征在于：所述的旋转装置从动力起始端到动力输出端依次设置有支撑旋转电机(4)、同步带传动系统及支撑旋转减速器(11)，支撑旋转电机(4)与同步带传动系统的主动轮连接，支撑旋转减速器(11)的输入端和输出端分别与支撑柱(10)和同步带传动系统的被动轮固定连接。

9.根据权利要求8所述的一种五轴联动机器人，其特征在于：所述的支撑旋转减速器(11)为谐波减速器。

10.根据权利要求1所述的一种五轴联动机器人，其特征在于：所述的端部旋转减速器(15)为谐波减速器。