CN105619393A - 一种工业机器人 - Google Patents

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Inventor
陈海斌
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常州市海德工业自动化系统有限公司
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Abstract

本发明公开了一种工业机器人,通过在机身上设置水平驱动轴和垂直驱动轴来驱动手腕的水平和垂直运动,使连杆、拉杆、大臂和上臂的一部分构成了一个四条边可以相互转动的平行四边形,也就能带动上臂及上臂上的手腕做水平或垂直运动(类似于放大尺的原理),运动盲区小。水平驱动轴和垂直驱动轴的运动轨迹是直线,给驱动的伺服电机的编程带来了便利。从受力情况看,拉杆承受了很大的拉力,大大减轻了大臂的受力,可以减小大臂的横截面面积,使大臂重量更轻,而且也不必使用两根或多根大臂,简化了结构。该发明的一种工业机器人,能更简单的实现机械手的水平和垂直运动,减少运动盲区,降低手臂重量,降低成本。

Description

一种工业机器人
技术领域
[0001] 本发明涉及工业自动化设备领域,具体涉及一种工业机器人。
背景技术
[0002] 工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置,是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥,也可以按照预先编排的程序运行。
[0003] 1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念,1959年第一台工业机器人在美国诞生,该工业机器人借助伺服技术控制机器人的关节,实现类似于人手的动作,现有的机器人差不多也采用这种控制方式,只是控制更复杂和精确,且越来越智能化。
[0004] 工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业,或是危险、恶劣环境下的作业,例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上,以及在原子能工业等部门中,完成对人体有害物料的搬运或工艺操作。而现在随着中国人口红利的逐渐下降,企业用工成本不断上涨,工业机器人迎来了新的发展机遇。
[0005] 在自动包装行业,常见的工业机器人的种类有四轴和六轴,四轴的除了机身能以垂直轴转动外,还可以完成手臂的前后移动,垂直的上下和垂直的旋转,六轴的除了四轴的功能,还能完成上臂的转动和摆动。当然还有其种类的轴数,可以适应更多的使用场合,但是这种机器人的驱动原理基本差不多,一般多为关节旋转驱动,其有以下多个缺点:
[0006] I)实现机械手的水平和垂直运动,需要编程控制关节的旋转运动,其算法非常复杂;
[0007] 2)关节的旋转运动带动机械手的水平和垂直运动,往往还有运动盲区;
[0008] 3)要使用2根或多根大尺寸的承载梁作为大臂,手臂重量重、运动惯量大,机器负载高,动作不够灵敏;
[0009] 4)需要采用昂贵的RV减速机或谐波减速机。
[0010] 因此,设计一种新型的工业机器人,能更简单的实现机械手的水平和垂直运动,减少运动盲区,降低手臂重量,降低成本,简化结构,是本领域需要解决的技术问题。
发明内容
[0011] 本发明要解决的技术问题:设计一种新型的工业机器人,能更简单的实现机械手的水平和垂直运动,减少运动盲区,降低手臂重量,降低成本。
[0012] 为解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:
[0013] 一种工业机器人,包括基座、机身、大臂、上臂、手腕,所述机身能围绕垂直轴相对基座转动,所述机身设有两个导轨,分别为水平方向的水平导轨和垂直方向的垂直导轨,所述水平导轨和垂直导轨均设有滑块,分别为滑块一和滑块二 ;所述水平导轨内设有可在所述水平导轨内做水平移动并驱动滑块一的水平驱动轴,所述垂直导轨内设有可在所述垂直导轨内做垂直移动并驱动滑块二的垂直驱动轴;所述大臂距其最下端一预设距离的部位通过水平销轴一铰接到所述滑块一,其上端通过水平销轴二与所述上臂铰接;所述上臂一端安装有所述手腕,为手腕端,另一端通过水平销轴三铰接有只承受拉力的拉杆,为拉杆端,所述拉杆端到所述大臂的距离小于所述手腕端到所述大臂的距离;所述拉杆上端铰接到所述上臂,下端通过水平销轴四铰接到所述滑块二;所述拉杆和大臂之间设有连杆,所述连杆一端通过水平销轴五铰接到所述大臂下端,另一端铰接到所述水平销轴四,所述连杆到所述水平销轴一的距离小于所述上臂到所述水平销轴一的距离。
[0014] 优选的,所述手腕中心设有垂直轴,所述手腕能以所述垂直轴为中心旋转。
[0015] 优选的,所述手腕通过小臂连接在所述上臂上,所述小臂能以所述上臂的轴线转动。
[0016] 优选的,所述手腕通过水平销轴六铰接在所述小臂上,所述手腕能基于所述水平销轴六摆动。
[0017] 优选的,所述水平导轨和垂直导轨均为直线导轨。
[0018] 优选的,所述水平驱动轴和垂直驱动轴均设有与其配合的丝杆,所述丝杆连接到电机的输出轴。
[0019] 优选的,所述电机为一种伺服电机。
[0020] 优选的,所述丝杠为一种滚珠丝杠。
[0021] 通过上述技术方案,本发明提供的一种工业机器人,通过在机身上设置水平驱动轴和垂直驱动轴来驱动机械手的水平和垂直运动,具体是水平驱动轴铰接在大臂上,垂直驱动轴分别通过连杆和拉杆连接到大臂和上臂,连杆、拉杆、大臂和上臂的一部分构成了一个四条边可以相互转动的平行四边形,也就能带动上臂及上臂上的手腕做水平或垂直运动(类似于放大尺的原理),运动盲区小。水平驱动轴和垂直驱动轴的运动轨迹是直线,给驱动的伺服电机的编程带来了便利。从受力情况看,拉杆承受了很大的拉力,大大减轻了大臂的受力情况,可以减小大臂的横截面面积,使大臂重量更轻,而且也不必使用两根或多根大臂,简化了结构。其有益效果是:能更简单的实现机械手的水平和垂直运动,减少运动盲区,降低手臂重量,简化结构,降低成本。
附图说明
[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023] 图1为本发明实施例所公开的一种工业机器人的示意图;
[0024] 图2为本发明实施例所公开的一种工业机器人在提升重物的示意图(相比图1略有简化);
[0025] 图3本发明实施例所公开的一种工业机器人在将重物放到低处的示意图(相比图1略有简化)。
[0026] 图中数字和字母所表示的相应部件名称:
[0027] 1.基座2.机身21.水平导轨211.水平驱动轴22.垂直导轨221.垂直驱动轴3.大臂4.上臂41.小臂42.手腕5.连杆6.拉杆71.水平销轴一 72.水平销轴二73.水平销轴三74.水平销轴四75.水平销轴五76.水平销轴六8.重物。
具体实施方式
[0028] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0029] 本发明的原理是:通过在机身上设置水平驱动轴和垂直驱动轴来驱动机械手的水平和垂直运动,具体是水平驱动轴铰接在大臂上,垂直驱动轴分别通过连杆和拉杆连接到大臂和上臂,连杆、拉杆、大臂和上臂的一部分构成了一个四条边可以相互转动的平行四边形,也就能带动上臂及上臂上的手腕做水平或垂直运动(类似于放大尺的原理),运动盲区小。水平驱动轴和垂直驱动轴的运动轨迹是直线,给驱动的伺服电机的编程带来了便利。从受力情况看,拉杆承受了很大的拉力,大大减轻了大臂的受力情况,可以减小大臂的横截面面积,使大臂重量更轻,而且也不必使用两根或多根大臂,简化了结构。
[0030] 实施例:
[0031] 如图1-3所示,一种工业机器人,包括基座1、机身2、大臂3、上臂4、手腕42,机身2能围绕垂直轴相对基座I转动,机身设有两个导轨,分别为水平方向的水平导轨21和垂直方向的垂直导轨22,水平导轨21和垂直导轨22均设有滑块,分别为滑块一和滑块二(未在图中示出);水平导轨内设有可在水平导轨内做水平移动并驱动滑块一的水平驱动轴211,垂直导轨内设有可在垂直导轨内做垂直移动并驱动滑块二的垂直驱动轴221 ;大臂3距其最下端一预设距离的部位通过水平销轴一 71铰接到滑块一,其上端通过水平销轴二 72与上臂4铰接;上臂4 一端安装有手腕42,为手腕端,另一端通过水平销轴三73铰接有只承受拉力的拉杆6,为拉杆端,拉杆端到大臂3的距离小于手腕端到大臂3的距离;拉杆6上端铰接到上臂,下端通过水平销轴四74铰接到滑块二 ;拉杆6和大臂3之间设有连杆5,连杆一端通过水平销轴五75铰接到大臂3下端,另一端铰接到水平销轴四74,连杆5到水平销轴一 71的距离小于上臂到水平销轴一 71的距离。
[0032] 连杆5、拉杆6、大臂3和上臂4的一部分构成了一个四条边可以相互转动的平行四边形(四条边相互之间都是铰接),也就能带动上臂及上臂上的手腕做水平或垂直运动。这其实类似于放大尺的原理,通过水平驱动轴或垂直驱动轴的短距离运动,带动手腕的大范围运动,而且运动盲区小。
[0033] 水平导轨21和垂直导轨22的位置关系也是有要求的,从图中看就是水平导轨在垂直导轨的右边,也就是水平导轨在垂直导轨和手腕的中间,这是根据本发明的重物是在右边设计的,这样就能保证拉杆在大臂的外侧,保证平行四边形具有应有的功能。
[0034] 水平驱动轴211和垂直驱动轴221的运动轨迹都是直线,相对于控制2个关节的旋转运动来带动大臂、上臂实现手腕的水平和垂直移动,其编程的算法要简单多了。这对于本领域的技术人员都是可以理解的,不作详述。
[0035] 大臂3距其最下端一预设距离的部位通过水平销轴一 71铰接到滑块一,也就是大臂铰接到滑块一的部位靠近其最下端,但不是在最下端,因为在最下端,就没法达到相应的功能,而靠近最下端,连杆到水平销轴一的距离就小于上臂到水平销轴一的距离,同理,拉杆端到大臂的距离小于手腕端到大臂的距离。这主要是为了使水平驱动轴和垂直驱动轴能在移动较小距离的情况下,带动手腕大范围的运动,也能减小运动盲区。实际制作时,大概是5:1的比例,即拉杆端到大臂的距离是手腕端到大臂距离的1/5,连杆到水平销轴一的距离是上臂到水平销轴一的距离的1/5。当然,其它比例也是可以的,只是运动的范围会有差另1J。
[0036] 从图中可以看出,手腕42在抓取重物时,拉杆6会成承受很大的拉力,而原来承受很大压力和弯矩的大臂3、上臂4,尤其是大臂3,其受力大大减少,因此可以减小其横截面的面积,即减轻了重量。而拉杆的杆径不需要太大,因为同样材质和大小的物件,其承受的拉力要远大于其承受的弯矩。
[0037] 本实施例中,手腕42中心设有垂直轴,手腕能以垂直轴为中心旋转。这样,手腕能将搬运的货物转动,改变方向,这也是四轴机器人的基本功能,旋转一般通过电动机等动力装置实现,具体的实现结构可以有很多种,这是本领域技术人员能够理解的,不再详述。
[0038] 本实施例中,手腕42通过小臂41连接在上臂4上,小臂41能以上臂4的轴线转动。这个功能可以实现倾倒货物,可以使用在有特殊要求的场合,这是六轴机器人的功能。
[0039] 本实施例中,手腕42通过水平销轴六76铰接在小臂41上,手腕42能基于水平销轴六76摆动。这也是六轴机器人的功能。
[0040] 本实施例中,水平导轨21和垂直导轨22均为直线导轨。直线导轨具有精度高、阻力小、响应快等特点,能提高机器人的工作效率。
[0041 ] 本实施例中,水平驱动轴211和垂直驱动轴221均设有与其配合的丝杆,丝杆连接到电机的输出轴。即通过电机驱动丝杠转动,丝杠的转动带动水平驱动轴或垂直驱动轴的直线移动。通过丝杠来带动,具有精度高、回程误差小,速比大、效率高的优点,是优选的方式。
[0042] 本实施例中,电机为一种伺服电机。伺服电机是一种常用的控制电机,相比于步进电机等,其具有精度高(速度、位置)、高速性能好、过载能力大、稳定、响应快速等特点,是工业机器人优选的控制电机。
[0043] 本实施例中,丝杠为一种滚珠丝杠。滚珠丝杆具有精度高、阻力小,使用寿命长的特点。
[0044] 在上述实施例中,本发明提供的一种工业机器人,通过在机身上设置水平驱动轴和垂直驱动轴来驱动机械手的水平和垂直运动,具体是水平驱动轴铰接在大臂上,垂直驱动轴分别通过连杆和拉杆连接到大臂和上臂,连杆、拉杆、大臂和上臂的一部分构成了一个四条边可以相互转动的平行四边形,也就能带动上臂及上臂上的手腕做水平或垂直运动(类似于放大尺的原理),运动盲区小。水平驱动轴和垂直驱动轴的运动轨迹是直线,给驱动的伺服电机的编程带来了便利。从受力情况看,拉杆承受了很大的拉力,大大减轻了大臂的受力情况,可以减小大臂的横截面面积,使大臂重量更轻,而且也不必使用两根或多根大臂,简化了结构。其有益效果是:能更简单的实现机械手的水平和垂直运动,减少运动盲区,降低手臂重量,简化结构,降低成本。
[0045] 以上所述的仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种工业机器人,包括基座、机身、大臂、上臂、手腕,所述机身能围绕垂直轴相对基座转动,其特征在于,所述机身设有两个导轨,分别为水平方向的水平导轨和垂直方向的垂直导轨,所述水平导轨和垂直导轨均设有滑块,分别为滑块一和滑块二;所述水平导轨内设有可在所述水平导轨内做水平移动并驱动滑块一的水平驱动轴,所述垂直导轨内设有可在所述垂直导轨内做垂直移动并驱动滑块二的垂直驱动轴;所述大臂距其最下端一预设距离的部位通过水平销轴一铰接到所述滑块一,其上端通过水平销轴二与所述上臂铰接;所述上臂一端安装有所述手腕,为手腕端,另一端通过水平销轴三铰接有只承受拉力的拉杆,为拉杆端,所述拉杆端到所述大臂的距离小于所述手腕端到所述大臂的距离;所述拉杆上端铰接到所述上臂,下端通过水平销轴四铰接到所述滑块二 ;所述拉杆和大臂之间设有连杆,所述连杆一端通过水平销轴五铰接到所述大臂下端,另一端铰接到所述水平销轴四,所述连杆到所述水平销轴一的距离小于所述上臂到所述水平销轴一的距离。
2.根据权利要求1所述的一种工业机器人,其特征在于,所述手腕中心设有垂直轴,所述手腕能以所述垂直轴为中心旋转。
3.根据权利要求1所述的一种工业机器人,其特征在于,所述手腕通过小臂连接在所述上臂上,所述小臂能以所述上臂的轴线转动。
4.根据权利要求1所述的一种工业机器人,其特征在于,所述手腕通过水平销轴六铰接在所述小臂上,所述手腕能基于所述水平销轴六摆动。
5.根据权利要求1所述的一种工业机器人,其特征在于,所述水平导轨和垂直导轨均为直线导轨。
6.根据权利要求1所述的一种工业机器人,其特征在于,所述水平驱动轴和垂直驱动轴均设有与其配合的丝杆,所述丝杆连接到电机的输出轴。
7.根据权利要求6所述的一种工业机器人,其特征在于,所述电机为一种伺服电机。
8.根据权利要求6所述的一种工业机器人,其特征在于,所述丝杠为一种滚珠丝杠。
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