CN105479451A - 一种平面冗余度机器人 - Google Patents

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Abstract

一种平面冗余度机器人，它涉及一种机器人，具体涉及一种平面冗余度机器人。本发明为了解决现有平面型机器人定位精度较低的问题。本发明包括基座、第一驱动单元、关节轴、支撑机构、第一连杆、第二连杆、第三连杆、操作手、第二驱动单元、第三驱动单元、第一中转机构、第二中转机构、传感器和驱动单元支架，所述第一驱动单元安装在基座内，关节轴通过所述支撑机构安装在基座内，所述第一驱动单元与关节轴的下端连接，关节轴的上端与第一连接杆的一端连接，第一连接杆的另一端通过所述第一中转机构与第二连接杆的一端连接，第二连接杆的另一端通过所述第二中转机构与第三连接杆的一端连接。本发明属于机器人领域。

Description

一种平面冗余度机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人，具体涉及一种平面冗余度机器人，属于机器人领域。
背景技术
伴随着机器人技术的不断发展进步，单调重复的工作应该由机器人来完成。尤其是在手机、平板电脑、PC外设等3C产品的劳动密集型的装配过程中，随着3C产品的小型化，其装配作业越来越复杂，传统类型的机器人无法很好的完成此类产品的装配任务，而完全由人工完成这类复杂的装配任务则会导致工人的工作强度大幅提高，也在一定程度上影响3C产品的装配质量。为了更好的配合工人完成装配任务，提高装配的质量，许多代工厂商开始使用平面型机器人，作为人工装配的辅助性装备，从旁协助装配工人完成3C产品的装配任务，构建高速精密装配生产线，用于提高装配效率，提升装配质量。
针对平面型机器人本体设计问题，国内外研究者已经提出了一些设计方案，但其或多或少存在一些问题，例如结构过于复杂，体积庞大，驱动装置布置不合理，转动惯量太大，定位精度低等。经检索公开号为CN101698301的中国发明专利，该专利公开一种平面多自由度机器人，其特征是机器人机械臂之间及机械臂与机架之间均以转动副形式连接，各关节电机与关节中心轴固定连接。从运动到停止过程中，此类结构的机器人需要克服较大的转动惯量，极易造成各关节位置偏差，从而影响机器人定位精度。
用于构建高速精密装配生产线的协作型机器人需要具备速度快、体积小、定位精度高等特点，目前这种高速协作机器人尚无报道。
发明内容
本发明为解决现有平面型机器人定位精度较低的问题，进而提出一种平面冗余度机器人。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括基座、第一驱动单元、关节轴、支撑机构、第一连杆、第二连杆、第三连杆、操作手、第二驱动单元、第三驱动单元、第一中转机构、第二中转机构、传感器和驱动单元支架，所述第一驱动单元安装在基座内，关节轴通过所述支撑机构安装在基座内，所述第一驱动单元与关节轴的下端连接，关节轴的上端与第一连接杆的一端连接，第一连接杆的另一端通过所述第一中转机构与第二连接杆的一端连接，第二连接杆的另一端通过所述第二中转机构与第三连接杆的一端连接，第三连接杆的另一端通过传感器与操作手连接，所述第二驱动单元和所述第三驱动单元通过驱动单元支架并排安装在第一连杆的一端，所述第二驱动单元和所述第三驱动单元均与所述第一中转机构连接，所述第一中转机构与所述第二中转机构连接。
本发明的有益效果是：1、本发明实现了平面冗余机器人的结构创新，解决了现有技术普遍存在的结构复杂，体积大，驱动单元布局不合理，机器人惯量大等问题。本发明驱动单元集中布置的方案，将第二驱动单元和第三驱动单元布置在基座附近，明显降低了转动惯量，使其在高速运动下或等更好的稳定性及精确度；
2、本发明中各机器人连杆均采取轻量化设计，去除不必要的部分，降低连杆质量，进一步降低转动惯量，驱动单元支撑部分采用多圆柱支撑方案，稳定性大大提高，且较传统支撑方案质量降低，进一步减小的转动惯量，从而使机器人获得更好的快速性和稳定性；
3、本发明创新性地采用中转轮的方式，使用第一级同步齿形带传动的方式，将第三驱动单元输出端的旋转运动传递至第一中转机构，然后通过第三同步带将回转运动传递至第二中转轴。完成了在输入输出轴距离变化的情况下，实现高速高精度运动传递；
4、本发明中各关节轴及中转轮均采用双侧轴承支撑的方式，从而使刚度提高，保证了高速运动下的稳定性。各连杆U型结构尾部均采用斜面加工的方式，减小应力集中，从而使其本身强度提升，不易发生断裂；
5、本发明中机器人末端操作手和最后一根连杆之间有两维力传感器，其可实时监测操作手和外界环境之间的接触力，并反馈给控制器，从而对外力造成的位置误差进行补偿，从而提升机器人定位精度。
附图说明
图1是本发明的主剖视图，图2是发明上部结构示意图，图3是本发明的立体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种平面冗余度机器人包括基座1、第一驱动单元、关节轴2、支撑机构、第一连杆3、第二连杆4、第三连杆5、操作手6、第二驱动单元、第三驱动单元、第一中转机构、第二中转机构、传感器7和驱动单元支架16，所述第一驱动单元安装在基座1内，关节轴2通过所述支撑机构安装在基座1内，所述第一驱动单元与关节轴2的下端连接，关节轴2的上端与第一连接杆3的一端连接，第一连接杆3的另一端通过所述第一中转机构与第二连接杆4的一端连接，第二连接杆4的另一端通过所述第二中转机构与第三连接杆5的一端连接，第三连接杆5的另一端通过传感器7与操作手6连接，所述第二驱动单元和所述第三驱动单元通过驱动单元支架16并排安装在第一连杆3的一端，所述第二驱动单元和所述第三驱动单元均与所述第一中转机构连接，所述第一中转机构与所述第二中转机构连接。
本实施方式中传感器7是二维力传感器。
具体实施方式二：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种平面冗余度机器人的第一驱动单元包括第一驱动电机8和第一减速机9，第一驱动电机8的转动轴通过第一减速机9与关节轴2的下端连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种平面冗余度机器人的支撑机构包括套筒10、两个第一深沟球轴承11和两个盖板12，套筒10套装在关节轴2上，套筒10的上端通过一个盖板12与基座1的上端固定连接，套筒10的下端通过一个盖板12与第一减速机9连接，套筒10的上端和下端分别各设有一个第一深沟球轴承11，两个第一深沟球轴承11均套装在关节轴2上。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种平面冗余度机器人的第二驱动单元包括第二驱动电机13、第二减速机14和第一同步带轮15，第二减速机14安装在驱动单元支架16上，第二驱动电机13通过第二减速机14与第一同步带轮15连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种平面冗余度机器人的第三驱动单元包括第三驱动电机17、第三减速机18和第二同步带轮19，第三减速机18安装在驱动支架16上，第三驱动电机17通过第三减速机18与第二同步带轮19连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种平面冗余度机器人，其特征在于：所述第一中转机构包括第一中转带轮20、第二中转带轮21、第三中转带轮22、第一中转轴23、中转轴套筒24、第一端盖25、第一同步带26、第二同步带27、两个第二深沟球轴承28和两个第一轴承29，第一连杆3的另一端、第二连杆4的一端均套装在第一中转轴23的下部，且第一连杆3的另一端通过两个第一轴承29与第一中转轴23的下部连接，第二连杆4的一端与第一中转轴23的下部通过键连接，中转轴套筒24、第三中转带轮22由上至下依次套装在第一中转轴23的上部，且中转轴套筒24通过两个第二深沟球轴承28套装在第一中转轴23上，第一中转带轮20、第二中转带轮21由上至下依次套装在中转轴套筒24上，第一中转带轮20通过第一同步带26与第二同步带轮19连接，第三中转带轮22通过第二同步带27与第一同步带轮15连接，第一端盖25扣装在第一连杆3另一端的下表面上。其它组成及连接关系与具体实施方式一、四或五相同。
具体实施方式七：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种平面冗余度机器人的第二中转机构包括第二中转轴30、第三同步带31、第四中转带轮32、第二端盖33和两个第二轴承34，第二连杆4的另一端、第三连杆5的一端均套装在第二中转轴30的下部，且第二连杆4的另一端通过两个第二轴承34与第二中转轴30的下部连接，第三连杆5的一端与第二中转轴30的下部通过键连接，第四中转带轮32套装在第二中转轴30的上端，第四中转带轮32通过第三同步带31与第二中转带轮21连接，第二端盖33扣装在第二连杆4另一端的下表面上。其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。
本发明中所使用第一驱动电机8、第二驱动电机13、第三驱动电机17均是低压直流伺服电机；第一减速机9、第二减速机14、第三减速机18均是双段式行星减速机。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种平面冗余度机器人，其特征在于：所述一种平面冗余度机器人包括基座(1)、第一驱动单元、关节轴(2)、支撑机构、第一连杆(3)、第二连杆(4)、第三连杆(5)、操作手(6)、第二驱动单元、第三驱动单元、第一中转机构、第二中转机构、传感器(7)和驱动单元支架(16)，所述第一驱动单元安装在基座(1)内，关节轴(2)通过所述支撑机构安装在基座(1)内，所述第一驱动单元与关节轴(2)的下端连接，关节轴(2)的上端与第一连接杆(3)的一端连接，第一连接杆(3)的另一端通过所述第一中转机构与第二连接杆(4)的一端连接，第二连接杆(4)的另一端通过所述第二中转机构与第三连接杆(5)的一端连接，第三连接杆(5)的另一端通过传感器(7)与操作手(6)连接，所述第二驱动单元和所述第三驱动单元通过驱动单元支架(16)并排安装在第一连杆(3)的一端，所述第二驱动单元和所述第三驱动单元均与所述第一中转机构连接，所述第一中转机构与所述第二中转机构连接。
2.根据权利要求1所述一种平面冗余度机器人，其特征在于：所述第一驱动单元包括第一驱动电机(8)和第一减速机(9)，第一驱动电机(8)的转动轴通过第一减速机(9)与关节轴(2)的下端连接。
3.根据权利要求1或2所述一种平面冗余度机器人，其特征在于：所述支撑机构包括套筒(10)、两个第一深沟球轴承(11)和两个盖板(12)，套筒(10)套装在关节轴(2)上，套筒(10)的上端通过一个盖板(12)与基座(1)的上端固定连接，套筒(10)的下端通过一个盖板(12)与第一减速机(9)连接，套筒(10)的上端和下端分别各设有一个第一深沟球轴承(11)，两个第一深沟球轴承(11)均套装在关节轴(2)上。
4.根据权利要求1所述一种平面冗余度机器人，其特征在于：所述第二驱动单元包括第二驱动电机(13)、第二减速机(14)和第一同步带轮(15)，第二减速机(14)安装在驱动单元支架(16)上，第二驱动电机(13)通过第二减速机(14)与第一同步带轮(15)连接。
5.根据权利要求1所述一种平面冗余度机器人，其特征在于：所述第三驱动单元包括第三驱动电机(17)、第三减速机(18)和第二同步带轮(19)，第三减速机(18)安装在驱动支架(16)上，第三驱动电机(17)通过第三减速机(18)与第二同步带轮(19)连接。
6.根据权利要求1、4或5所述一种平面冗余度机器人，其特征在于：所述第一中转机构包括第一中转带轮(20)、第二中转带轮(21)、第三中转带轮(22)、第一中转轴(23)、中转轴套筒(24)、第一端盖(25)、第一同步带(26)、第二同步带(27)、两个第二深沟球轴承(28)和两个第一轴承(29)，第一连杆(3)的另一端、第二连杆(4)的一端均套装在第一中转轴(23)的下部，且第一连杆(3)的另一端通过两个第一轴承(29)与第一中转轴(23)的下部连接，第二连杆(4)的一端与第一中转轴(23)的下部通过键连接，中转轴套筒(24)、第三中转带轮(22)由上至下依次套装在第一中转轴(23)的上部，且中转轴套筒(24)通过两个第二深沟球轴承(28)套装在第一中转轴(23)上，第一中转带轮(20)、第二中转带轮(21)由上至下依次套装在中转轴套筒(24)上，第一中转带轮(20)通过第一同步带(26)与第二同步带轮(19)连接，第三中转带轮(22)通过第二同步带(27)与第一同步带轮(15)连接，第一端盖(25)扣装在第一连杆(3)另一端的下表面上。
7.根据权利要求6所述一种平面冗余度机器人，其特征在于：所述第二中转机构包括第二中转轴(30)、第三同步带(31)、第四中转带轮(32)、第二端盖(33)和两个第二轴承(34)，第二连杆(4)的另一端、第三连杆(5)的一端均套装在第二中转轴(30)的下部，且第二连杆(4)的另一端通过两个第二轴承(34)与第二中转轴(30)的下部连接，第三连杆(5)的一端与第二中转轴(30)的下部通过键连接，第四中转带轮(32)套装在第二中转轴(30)的上端，第四中转带轮(32)通过第三同步带(31)与第二中转带轮(21)连接，第二端盖(33)扣装在第二连杆(4)另一端的下表面上。
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