CN105522574A

CN105522574A - 一种四自由度平面关节机器人

Info

Publication number: CN105522574A
Application number: CN201610051051.6A
Authority: CN
Inventors: 毕辉; 杨煜俊; 廖玉城; 郭应斌; 吴跃凯
Original assignee: Great Wheel (guangzhou) Intelligent Technology Research Institute Co Ltd; Greatoo Intelligent Equipment Inc
Current assignee: Great Wheel (guangzhou) Intelligent Technology Research Institute Co Ltd; Greatoo Intelligent Equipment Inc
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2016-04-27

Abstract

本发明涉及一种四自由度平面关节机器人，包括第一关节、第二关节、第三关节、第四关节及底座，所述第一关节安装在底座上，该关节通过第一伺服电机驱动滚珠丝杆运动以拖动垂直运动板上下运动；所述第二关节通过第二伺服电机驱动第一齿轮轴，经齿轮二级减速使第二关节臂绕第一关节中心转动；所述第三关节包括第三伺服电机、第一减速机及第三关节臂，该第三伺服电机转动经第一减速机减速驱动第三关节臂转动；第四关节包括第四伺服电机、第二减速机和末端法兰，第四伺服电机转动第二减速机驱动末端法兰转动。具有以下优点：垂直运动方向采用滚珠丝杠传动，重复精度高，负载能力强，传动平稳，速度快，成本比低，结构紧凑，适合狭小空间内作业，在Z轴方向有很大的作业行程，整体操作空间大。

Description

一种四自由度平面关节机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种四自由度平面关节机器人。

背景技术

目前，工业机器人已经广泛应用于汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、食品工业等领域中。它能够自由的在三维空间内进行运动，能够准确快速的搬运、焊接、喷涂等大量重复性的工作。

然而，目前这些机器人虽然有一定的工作半径，但是不适合工作空间狭长的工作环境。特别是需要在立体智能仓库中（左右空间狭小，上下前后方向很长）的环境自动存取料，传统的机器人都不适合。

发明内容

本发明的目的是提供一种四自由度平面关节机器人，使其不仅具有四个轴和四个运动自由度：X,Y,Z方向的平动自由度和绕Z轴的转动自由度，在Z方向有很大的行程，而且结构小，占用的空间小。

本发明，包括第一关节、第二关节、第三关节、第四关节及底座；所述第一关节安装在底座上，所述第二关节安装在第一关节垂直运动板上，所述第三关节安装在第二关节臂上，所述第四关节安装在第三关节臂上。

本发明，所述第一关节包括第一伺服电机、第一伺服电机安装座、连轴器、第一滚珠丝杠安装板、第一滚珠丝杠支座组件、滚珠丝杠、支撑杆、导向轴、滚珠导套、第二滚珠丝杠支座组件、第二滚珠丝杠安装板、滚珠丝杠螺母、垂直运动板；所述第一滚珠丝杠安装板安装在底座上，所述滚珠丝杠安装在第一滚珠丝杠安装板与第二滚珠丝杠安装板之间。所述第一滚珠丝杠安装板与第二滚珠丝杠安装板之间固定安装有支撑杆，所述滚珠丝杠螺母固定安装在垂直运动板上，所述第一伺服电机通过连轴器把旋转运功传递给滚珠丝杠，然后通滚珠丝杠螺母带动垂直运动板上下运功。所述垂直运动板上安装滚珠导套，通过滚珠导套使垂直运动板沿导向轴上下运动。

本发明，所述第二关节包括交叉滚柱轴环、第一齿轮、第二关节臂、第二伺服电机、第一齿轮轴、第二齿轮轴、第二伺服电机安装座、第二齿轮、第一轴承、齿轮箱上盖、第一骨架油封、密封圈压环、密封环、下密封板；所述交叉滚柱轴环安装在垂直运动板上，第一齿轮安装在交叉滚柱轴环上，第二关节臂安装在第一齿轮上，所述第一轴承外圈与垂直运动板固接，该第一轴承内圈与第二齿轮轴固接，该第二齿轮轴与第二齿轮固接，该第二齿轮轴与第一齿轮啮合，该第二齿轮与第一齿轮轴啮合。当第二伺服电机转动时带动第二齿轮轴转动，通过第二齿轮轴与第二齿轮啮合实现一级减速。通过第二齿轮轴与第一齿轮实现第二级减速；综上所述当第二伺服电机转动时，经过二级减速使第二关节臂绕着第一关节中轴线转动。

本发明，所述第三关节包括第一减速机、套管、第三关节臂、第三伺服电机、第三齿轮轴、第二骨架油封和第二轴承，所述第一减速机安装在第二关节臂上，所述该第一减速机另一端与第三关节臂固接，该第三关节臂与第三伺服电机固接，该第三伺服电机与第三齿轮轴固接，当第三伺服电机转动时带动第三齿轮轴转动，通过该第三齿轮轴与第一减速机啮合实现减速，综合上所述通过第三伺服电机经第一减速机减速驱动第三关节臂绕第二关节臂一端中心线转动。

本发明，所述第四关节包括第四伺服电机、第二减速机、第四齿轮轴、末端法兰，所述第二减速机一端与第三关节臂连接。该第三关节臂还与第四伺服电机固接，该第四伺服电机与第四齿轮轴固接。该第二减速机与末端法兰固接。综上所述第四伺服电机转动带动第四齿轮轴，通过该第四齿轮轴与第二减速机啮合把转动输入到该第二减速机，经该第二减速机减速带动末端法兰转动。

本发明，连接电机的电缆线由底座内腔经第一滚珠丝杠安装板出来后一端固定在滚珠丝杠安装板上，另一端固定在垂直运动板上，使电缆线沿支撑杆上下运动；所述电缆线其中一路穿过垂直运动板到达第二伺服电机，所述电缆另外一路沿着第二关节臂一侧到达第一减速机一端，经套管中心到达第三伺服电机和第四伺服电机。

本发明，具有以下优点：垂直运动方向采用滚珠丝杠传动，重复精度高，负载能力强，传动平稳，速度快，成本比低，结构紧凑，适合狭小空间内作业，在Z轴方向有很大的作业行程，整体操作空间大。

附图说明

图1为本发明实施例的立体示意图；图2为本发明实施例的侧视剖视图；图3-图5分别为图2之P、Q、R部放大图；图6-图7为部件垂直运动板18的立体示意图。

图中：1、第一关节；2、第二关节；3、第三关节；4、第四关节；5、底座；6、第一伺服电机；7、第一伺服电机安装座；8、连轴器；9、第一滚珠丝杠安装板；10、第一滚珠丝杠支座组件；11、滚珠丝杠；12、支撑杆；13、导向轴；14、滚珠导套；15、第二滚珠丝杠支座组件；16、第二滚珠丝杠安装板；17、滚珠丝杠螺母；18、垂直运动板；19、交叉滚柱轴环；20、第一齿轮；21、第二关节臂；22、第二伺服电机；23、第一齿轮轴；24、第二齿轮轴；25、第二伺服电机安装座；26、第二齿轮；27、第一轴承；28、齿轮箱上盖；29、第一骨架油封；30、密封圈压环；31、密封环；32、下密封板；33、第一减速机；34、套管；35、第三关节臂；36、第三伺服电机；37、第三齿轮轴；38、第二骨架油封；39、第二轴承；40、第四伺服电机；41、第二减速机；42、第四齿轮轴；43、末端法兰；44、安装滚珠丝杠螺母的孔；45、使支撑杆贯穿通过的孔；46、通电缆线的孔；47、轴承安装孔；48、安装滚珠导套的孔；49、凸台。

具体实施方式

参照图1-图7，一种四自由度平面关节机器人，包括第一关节1、第二关节2、第三关节3、第四关节4及底座5；所述第一关节安装在底座5上，所述第二关节安装在第一关节垂直运动板18上，所述第三关节安装在第二关节臂21上，所述第四关节安装在第三关节臂35上。其中：

第一关节包括第一伺服电机6、第一伺服电机安装座7、连轴器8、第一滚珠丝杠安装板9、第一滚珠丝杠支座组件10、滚珠丝杠11、支撑杆12、导向轴13、滚珠导套14、第二滚珠丝杠支座组件15、第二滚珠丝杠安装板16、滚珠丝杠螺母17、垂直运动板18；第一滚珠丝杠安装板9设置在底座5的上方，在第一滚珠丝杠安装板9上开有台阶孔用于安装第一滚珠丝杠支座组件10，开有台阶孔用于安装第一伺服电机安装座7，开有通孔用于通电缆线和气管，所述第一伺服电机6通过第一伺服电机安装座7设置在第一滚珠丝杠安装板9的下方，滚珠丝杆11的下端通过联轴器8与第一伺服电机6的输出轴连接；在垂直运动板18上开有安装滚珠丝杠螺母的孔44、安装滚珠导套的孔48、使支撑杆贯穿通过的孔45、通电缆线的孔46和轴承安装孔47，轴承安装孔用于安装固接为一体的齿轮和齿轮轴，所述垂直运动板18上设有一个凸台49和外沿用于安装定位交叉滚柱轴环，在垂直运动板18上还开有若干螺纹孔用于安装密封盖，所述滚珠丝杠11安装在第一滚珠丝杠安装板9与第二滚珠丝杠安装板16之间，其下端通过第一滚珠丝杠支座组件10安装在第一滚珠丝杠安装板9，其上端通过第二滚珠丝杠支座组件15安装在第二滚珠丝杠安装板16上；在所述第一滚珠丝杠安装板9与第二滚珠丝杠安装板16之间固定安装有2根支撑杆12，该支撑杆用于支撑第一关节；在第一滚珠丝杠安装板9与第二滚珠丝杠安装板16中间安装有两根导向轴13，该导向轴用于第一关节的导向；在所述垂直运动板18上安装有滚珠丝杠螺母17，所述第一伺服电机6通过连轴器8把旋转运功传递给滚珠丝杠11，然后通过滚珠丝杠螺母17带动垂直运动板18上下运功；所述垂直运动板18上安装两只滚珠导套14，通过滚珠导套14使垂直运动板18沿导向轴13上下运动。

第二关节包括交叉滚柱轴环19、第一齿轮20、第二关节臂21、第二伺服电机22、第一齿轮轴23、第二齿轮轴24、第二伺服电机安装座25、第二齿轮26、第一轴承27、齿轮箱上盖28、第一骨架油封29、密封圈压环30、密封环31、下密封板32；所述下密封板32一面与第二关节臂21固接，该下密封板32另一面与密封环31固接，该密封环31外沿面与第一骨架油封29内缘密封配合，该第一骨架油封29外缘面与齿轮箱上盖28密封配合，该齿轮箱上盖28与垂直运动板18固接；所述交叉滚柱轴环19安装在垂直运动板18上，第一齿轮20安装在交叉滚柱轴环19上，第二关节臂21安装在第一齿轮20上；第二伺服电机安装座25与垂直运动板18固接，第二伺服电机安装座25与第二伺服电机22固接，第二伺服电机22与第一齿轮轴23固接；所述第一轴承27外圈与垂直运动板18固接，该第一轴承27内圈与第二齿轮轴24固接，该第二齿轮轴24与第二齿轮26固接，该第二齿轮轴24与第一齿轮20啮合，该第二齿轮26与第一齿轮轴23啮合。当第二伺服电机22转动时带动第二齿轮轴24转动，通过第二齿轮轴24与第二齿轮26啮合实现一级减速。通过第二齿轮轴24与第一齿轮20实现第二级减速；综上所述当第二伺服电机22转动时，经过二级减速使第二关节臂21绕着第一关节中轴线转动。

第三关节包括第一减速机33、套管34、第三关节臂35、第三伺服电机36、第三齿轮轴37、第二骨架油封38和第二轴承39，所述第一减速机33安装在第二关节臂21上，所述该第一减速机33另一端与第三关节臂35固接，该第三关节臂35与第三伺服电机36固接，该第三伺服电机36与第三齿轮轴37固接，当第三伺服电机36转动时带动第三齿轮轴37转动，通过该第三齿轮轴37与第一减速机33啮合实现减速，综合上所述通过第三伺服电机36经第一减速机33减速驱动第三关节臂35绕第二关节臂21一端中心线转动。

第四关节包括第四伺服电机40、第二减速机41、第四齿轮轴42、末端法兰43，所述第二减速机41一端与第三关节臂35连接，该第三关节臂35还与第四伺服电机40固接，该第四伺服电机40与第四齿轮轴42固接，该第二减速机41与末端法兰43固接，综上所述第四伺服电机40转动带动第四齿轮轴42，通过该第四齿轮轴42与第二减速机41啮合把转动输入到该第二减速机41，经该第二减速机41减速带动末端法兰43转动。

本实施例，连接电机的电缆线由底座5内腔经第一滚珠丝杠安装板9出来后一端固定在滚珠丝杠安装板9上，另一端固定在垂直运动板18上，使电缆线沿支撑杆12上下运动；所述电缆线其中一路穿过垂直运动板18到达第二伺服电机22，所述电缆另外一路沿着第二关节臂21一侧到达减速机33一端，经套管34中心到达第三伺服电机36和第四伺服电机40。

工作原理：本机器人包括第一关节、第二关节、第三关节、第四关节及底座；第一关节安装在底座上，第二关节安装在第一关节垂直运动板上，第三关节安装在第二关节臂上，第四关节安装在第三关节臂上；第一关节、采用滚珠丝杆及滚珠导套组合使用使本机器人获得：高重复精度、高负载能力、高速度、低成本、平稳运动，垂直运动板沿导向轴上下运动，使机器人Z轴方向有很大的作业行程；第二关节、伺服电机转动通过齿轮二级减速使第二关节臂绕着第一关节中轴线转动；第三关节、第三伺服电机经减速机减速驱动第三关节臂绕第二关节臂一端中心线转动；第四关节、第四伺服电机转动经减速机减速驱动末端法兰转动。

Claims

1.一种四自由度平面关节机器人，其特征在于：包括第一关节（1）、第二关节（2）、第三关节（3）、第四关节（4）及底座（5），所述第一关节（1）安装在底座（5）上，该关节通过第一伺服电机（6）驱动滚珠丝杆（11）运动以拖动垂直运动板（18）上下运动，该垂直运动板（18）开有孔让支撑杆（12）贯穿通过，该垂直运动板（18）与滚珠导套（14）固接，在导向轴（13）的导向下使该垂直运动板（18）上下精确运动；所述第二关节（2）通过第二伺服电机（22）驱动第一齿轮轴（23），经齿轮二级减速使第二关节臂（21）绕第一关节（1）中心转动；所述第三关节（3）包括第三伺服电机（36）、第一减速机（33）及第三关节臂（35），该第一减速机（33）安装在第二关节臂（21）上，第三关节臂（35）安装在第一减速机（33）上，该第三伺服电机（36）转动经第一减速机（33）减速驱动第三关节臂（35）转动；所述第四关节（4）包括第四伺服电机（40）、第二减速机（41）和末端法兰（43），该第二减速机（41）安装在第三关节臂（35）上，末端法兰（43）安装在第二减速机（41）另一端，第四伺服电机（40）转动第二减速机（41）驱动末端法兰（43）转动。

2.根据权利要求1所述的四自由度平面关节机器人，其特征在于：在底座（5）的上方设有第一滚珠丝杠安装板（9），第一滚珠丝杠安装板（9）上开有台阶孔用于安装第一滚珠丝杠支座组件（10），开有台阶孔用于安装第一伺服电机安装座（7），开有通孔用于通电缆线和气管，所述第一伺服电机（6）通过第一伺服电机安装座（7）设置在第一滚珠丝杠安装板（9）的下方，滚珠丝杆（11）的下部通过第一滚珠丝杠支座组件（10）装设在第一滚珠丝杠安装板（9）上，滚珠丝杆（11）的下端通过联轴器（8）与第一伺服电机（6）的输出轴连接，滚珠丝杆（11）的上端通过第二滚珠丝杠支座组件（15）安装在第二滚珠丝杠安装板（16）上；在第一滚珠丝杠安装板（9）与第二滚珠丝杠安装板（16）之间安装有两根支撑杆（12）和两根导向轴（13），所述支撑杆（12）用于支撑第一关节，所述导向轴（13）用于第一关节的导向。

3.根据权利要求1所述的四自由度平面关节机器人，其特征在于：在垂直运动板（18）上开有安装滚珠丝杠螺母的孔（44）、安装滚珠导套的孔（48）、使支撑杆贯穿通过的孔（45）、通电缆线的孔（46）和轴承安装孔（47），轴承安装孔用于安装固接为一体的齿轮和齿轮轴，所述垂直运动板（18）上设有一个凸台（49）和外沿用于安装定位交叉滚柱轴环，在垂直运动板（18）上还开有若干螺纹孔用于安装密封盖。

4.根据权利要求1所述的四自由度平面关节机器人，其特征在于：在所述垂直运动板（18）上固接一只滚珠丝杠螺母（17），固接两只滚珠导套（14），当第一伺服电机（6）转动时通过连轴器（8）驱动滚珠丝杠（11）转动，在滚珠导套（14）的导向下该垂直运动板（18）做铅垂方向上下运动。

5.根据权利要求1所述的四自由度平面关节机器人，其特征在于：在垂直运动板（18）上固接有第二伺服电机安装座（25），该第二伺服电机安装座（25）与第二伺服电机（22）固接，该第二伺服电机（22）与第一齿轮轴（23）固接；所述垂直运动板（18）与交叉滚柱轴环（19）内圈固接，该交叉滚柱轴环（19）外圈与第一齿轮（20）固接，该第一齿轮（20）与第二关节臂（21）固接，实现了第二关节臂（21）绕第一关节中心线转动。

6.根据权利要求1所述的四自由度平面关节机器人，其特征在于：包括第一轴承（27）,该第一轴承（27）外圈与垂直运动板（18）固接，该第一轴承（27）内圈与第二齿轮轴（24）固接，该第二齿轮轴（24）与第二齿轮（26）固接，该第二齿轮轴（24）与第一齿轮（20）啮合，该第二齿轮（26）与第一齿轮轴（23）啮合，当第二伺服电机（22）转动时带动第二齿轮轴（24）转动，通过第二齿轮轴（24）与第二齿轮（26）啮合实现一级减速，通过第二齿轮轴（24）与第一齿轮（20）实现第二级减速，当第二伺服电机（22）转动时，经过二级减速使第二关节臂（21）绕着第一关节中轴线转动360度。

7.根据权利要求1所述的四自由度平面关节机器人，其特征在于：包括下密封板（32），该下密封板（32）一面与第二关节臂（21）固接，该下密封板（32）另一面与密封环（31）固接，该密封环（31）外沿面与第一骨架油封（29）内缘密封配合，该第一骨架油封（29）外缘面与齿轮箱上盖（28）密封配合，该齿轮箱上盖（28）与垂直运动板（18）固接。

8.根据权利要求1所述的四自由度平面关节机器人，其特征在于：所述第二关节臂（21）与第一减速机（33）一端固接，该第一减速机（33）另一端与第三关节臂（35）固接，该第三关节臂（35）与第三伺服电机（36）固接，该第三伺服电机（36）与第三齿轮轴（37）固接，当第三伺服电机（36）转动时带动第三齿轮轴（37）转动，通过该第三齿轮轴（37）与第一减速机（33）啮合实现减速，通过第三伺服电机（36）经第一减速机（33）减速驱动第三关节臂（35）绕第二关节臂（21）一端中心线转动。

9.根据权利要求1所述的四自由度平面关节机器人，其特征在于：所述第三关节臂（35）一端与第二减速机（41）一端固接，该第三关节臂（35）还与第四伺服电机（40）固接，该第四伺服电机（40）与第四齿轮轴（42）固接，该第二减速机（41）与末端法兰（43）固接，第四伺服电机（40）转动带动第四齿轮轴（42），通过该第四齿轮轴（42）与第二减速机（41）啮合把转动输入到该第二减速机（41），经该第二减速机（41）减速带动末端法兰转动。

10.根据权利要求1所述的四自由度平面关节机器人，其特征在于：连接电机的电缆线由底座（5）内腔经第一滚珠丝杠安装板（9）出来后一端固定在滚珠丝杠安装板（9）上，另一端固定在垂直运动板（18）上，使电缆线沿支撑杆（12）上下运动；所述电缆线其中一路穿过垂直运动板（18）到达第二伺服电机（22），所述电缆另外一路沿着第二关节臂（21）一侧到达第一减速机（33）一端，经套管（34）中心到达第三伺服电机（36）和第四伺服电机（40）。