CN106023776A - 一种用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构 - Google Patents

一种用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构 Download PDF

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白冰峰
夏庆观
温秀兰
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Abstract

本发明公开了一种用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构,包括底座组件、大臂组件、肘壳组件和小臂组件,能够实现六自由度的转动,完全依据工业六自由度串联机器人的结构特点,依照工业六自由度串联机器人特性和工业标准设计,可满足针对机器人设计制造课程的教学要求,采用模块化设计,可多次重复拆卸和装配,可满足针对机器人维修保养课程的教学要求,通过运用此次机械本体结构所研发的机器人,学员能够了解机器人基本机械结构、传动原理、装配工艺等各个方面工业六自由度串联机器人的机械性能和特点,具有良好的应用前景。

Description

一种用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构,属于教学机器人技术领域。
背景技术
[0002] 随着我国国民经济的日益增长,工业制造领域的飞速发展,机器人产业也随之迅速发展起来。目前,国际主流机器人厂家都将目光聚焦在中国机器人市场,国内的机器人企业也加大了投资和研发制造的力度,机器人领域专业技术人才的需求急剧上升,越来越多的中、高职院校及高等学府开始重视对此类专项人才的培养,逐步开设了机器人专业,创建机器人实验室以满足社会对于人才的需求。
[0003]伴随着机器人实验室的建设,相关教学机器人设备是否能符合教学要求,就显得尤为重要。现有的工业机器人技术教学平台,存在的机械结构可视型低、本体机构不可拆卸、机械模块化程度差等现状,不便于学员了解机器人基本机械结构、传动原理、装配工艺等各个方面,因此,如何贴合工业实际生产需要,以工业机器人设备为设计原型的教学机器人及其衍生出的教学综合实训平台,便于模块化组装及演示,成为广大院校的实验室大力发展的硬件设备,是当前急需解决的问题。
发明内容
[0004]本发明目的是为了克服现有的教学机器人实验室内还没有合适的教学机器人设备的问题。本发明提供的用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构,本发明的用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构,能够实现六自由度的转动,学员能够了解机器人基本机械结构、传动原理、装配工艺等各个方面工业六自由度串联机器人的机械性能和特点,具有良好的应用前景。
[0005]为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:
一种用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构,其特征在于:包括底座组件、大臂组件、肘壳组件和小臂组件,所述大臂组件的底端铰接在底座组件的上表面,所述大臂组件的前端通过肘壳组件与小臂组件实现联动,所述底座组件用于第一自由度转动;所述大臂组件用于实现第二自由度转动、第三自由度转动,所述肘壳组件用于实现第四自由度转动,所述小臂组件用于实现第五自由度转动、第六自由度转动。
[0006]前述的一种用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构,其特征在于:所述底座组件包括底座、第一减速机、第一减速机轴齿轮、第一伺服电机、电气安装板、第一气路接头固定板、第一连接电缆和第二连接电缆,所述第一伺服电机安装在底座内,所述第一伺服电机的上方安装有第一减速机轴齿轮,所述第一减速机轴齿轮与第一减速机相连接,所述第一减速机安装在底座上,所述电气安装板固定在底座的侧面,所述第一气路接头固定板安装在电气安装板的底部,机器人电气控制系统通过安装在电气安装板上的第一连接电缆、第二连接电缆和第一气路接头固定板上的气路与外部控制终端相连接,所述第一伺服电机的输出轴带动第一减速机轴齿轮转动,所述第一减速机轴齿轮带动第一减速机转动,实现第一自由度转动。
[0007]前述的一种用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构,其特征在于:所述大臂组件包括大臂、转座、转座法兰、第二减速机、第二减速机轴齿轮、第二伺服电机、支撑挡板、电机套筒、第一罩壳、第三伺服电机、第一带轮、第一挡圈、第三减速机、肘壳和第二罩壳,所述转座法兰将大臂组件的底端铰接在底座组件的第一减速机的上表面,所述转座和转座法兰相连接,第二减速机的一端与转座相连接,另一端与大臂连接,所述第二伺服电机的输出轴插入第二减速机轴齿轮,所述第二减速机轴齿轮与第二减速机相连接,所述第二伺服电机带动第二减速机轴齿轮转动,所述第二减速机轴齿轮带动第二减速机转动,所述第二减速机将动力传递到大臂上,实现第二自由度的转动,所述电机套筒套接在第二伺服电机上,用于保护第二伺服电机,所述支撑挡板固定在电机套筒上,所述第一罩壳、第二罩壳设置在大臂和支撑挡板外侧,用于保护大臂、支撑挡板,并起到可视化效果,所述第三伺服电机、第三减速机均设置在大臂上,所述第三减速机位于第三伺服电机的上方,所述第三伺服电机、第三减速机的输出轴之间通过第一带轮,配合同步带相联动,所述第一挡圈设置在第一带轮的边沿,所述肘壳设置在第三减速机相连接,所述第三伺服电机通过第一带轮驱动第三减速机转动,所述第三减速机与输出轴相对应的另一端带动肘壳转动,实现第三自由度的转动。
[0008]前述的一种用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构,其特征在于:所述肘壳组件包括设置在肘壳内的第四减速机、第四伺服电机、肘壳盖板和连接轴,所述第四伺服电机的输出端通过连接轴与第四减速机的输入轴相连接,实现联动,所述肘壳盖板设置在肘壳的后端,用于密封肘壳,所述第四伺服电机带动连接轴转动,所述连接轴带动第四减速机转动,实现第四自由度的转动。
[0009]前述的一种用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构,其特征在于:所述小臂组件包括第六减速机、旋转头、左支架、第二带轮、第二挡圈、第五减速机、轴、右支架、第三带轮、端盖、连接套筒、固定板、第二气路接头固定板、第五伺服电机和第六伺服电机,所述左支架、右支架之间底部设置有第五减速机,所述右支架、连接套筒之间设置有第五伺服电机,所述第五减速机的输入轴与第二带轮相连接,所述第五伺服电机输出轴与第三带轮相连接,所述第二带轮、第三带轮之间通过同步带相联动,所述第五伺服电机带动第三带轮转动,第三带轮带动第二带轮转动,所述第二带轮将动力传递给第五减速机,所述旋转头与第五减速机相连接,所述第五减速机带动旋转头转动,实现第五自由度的转动;所述第六伺服电机设置在旋转头内部,所述旋转头设置在左支架、右支架之间,所述第六减速机设置在旋转头的一侧,所述第六伺服电机的输出轴与第六减速机的输入轴相连接,所述第六伺服电机带动第六减速机转动,实现第六自由度的转动,所述连接套筒用于套接在与肘壳组件的第四减速机上,所述第二挡圈为两个分别设在第二带轮、第三带轮的端部,所述左支架、右支架的外端面安装端盖,所述固定板安装连接套筒上,所述第二气路接头固定板设置在固定板上。
[0010]前述的一种用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构,其特征在于:第一罩壳、第二罩壳、肘壳盖板、端盖均采用透明材料制成。
[0011]本发明的有益效果是:本发明的用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构,包括底座组件、大臂组件、肘壳组件和小臂组件,能够实现六自由度的转动,完全依据工业六自由度串联机器人的结构特点,依照工业六自由度串联机器人特性和工业标准设计,可满足针对机器人设计制造课程的教学要求,采用模块化设计,可多次重复拆卸和装配,可满足针对机器人维修保养课程的教学要求,解决工业机器人技术教学平台存在的机械结构可视型低、本体结构不可拆卸、机械模块化程度差等现状,通过运用此次机械本体结构所研发的机器人,学员能够了解机器人基本机械结构、传动原理、装配工艺等各个方面工业六自由度串联机器人的机械性能和特点,具有良好的应用前景。
附图说明
[0012]图1是本发明的用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构的结构示意图。
[0013]图2是本发明的底座组件的侧视图。
[0014]图3是本发明的底座组件的后视图。
[0015]图4是本发明的大臂组件的侧视图。
[0016]图5是本发明的肘壳组件的侧视图。
[0017]图6是本发明的小臂组件的侧视图。
具体实施方式
[0018]下面将结合说明书附图,对本发明做进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0019]如图1所示,本发明的用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构,包括底座组件1、大臂组件2、肘壳组件3和小臂组件4,所述大臂组件2的底端铰接在底座组件I的上表面,所述大臂组件2的前端通过肘壳组件3与小臂组件4实现联动,所述底座组件I用于第一自由度转动;所述大臂组件2用于实现第二自由度转动、第三自由度转动,所述肘壳组件3用于实现第四自由度转动,所述小臂组件4用于实现第五自由度转动、第六自由度转动。
[0020]如图2及图3所示,所述底座组件I包括底座5、第一减速机6、第一减速机轴齿轮7、第一伺服电机8、电气安装板9、第一气路接头固定板10、第一连接电缆11和第二连接电缆12,所述第一伺服电机8安装在底座5内,所述第一伺服电机8的上方安装有第一减速机轴齿轮7,所述第一减速机轴齿轮7与第一减速机6相连接,所述第一减速机6安装在底座5上,所述电气安装板9固定在底座5的侧面,所述第一气路接头固定板10安装在电气安装板9的底部,机器人电气控制系统通过安装在电气安装板9上的第一连接电缆11、第二连接电缆12和第一气路接头固定板10上的气路与外部控制终端相连接,所述第一伺服电机8的输出轴带动第一减速机轴齿轮7转动,所述第一减速机轴齿轮7带动第一减速机6转动,实现第一自由度转动。
[0021]如图4所示,所述大臂组件2包括大臂13、转座14、转座法兰15、第二减速机16、第二减速机轴齿轮17、第二伺服电机18、支撑挡板19、电机套筒20、第一罩壳21、第三伺服电机
22、第一带轮23、第一挡圈24、第三减速机25、肘壳26和第二罩壳27,所述转座法兰15将大臂组件2的底端铰接在底座组件I的第一减速机6上表面,所述转座14和转座法兰15相连接,第二减速机16的一端与转座14相连接,另一端与大臂13连接,所述第二伺服电机18的输出轴插入第二减速机轴齿轮17,所述第二减速机轴齿轮17与第二减速机16相连接,所述第二伺服电机18带动第二减速机轴齿轮17转动,所述第二减速机轴齿轮17带动第二减速机16转动,所述第二减速机16将动力传递到大臂13上,实现第二自由度的转动,所述电机套筒20套接在第二伺服电机18上,用于保护第二伺服电机18,所述支撑挡板19固定在电机套筒20上,所述第一罩壳21、第二罩壳27设置在大臂13和支撑挡板19外侧,用于保护大臂13、支撑挡板19,并起到可视化效果,所述第三伺服电机22、第三减速机25均设置在大臂13上,所述第三减速机25位于第三伺服电机22的上方,所述第三伺服电机22、第三减速机25的输出轴之间通过第一带轮23,配合同步带相联动,所述第一挡圈24设置在第一带轮23的边沿,所述肘壳26设置在第三减速机25相连接,所述第三伺服电机22通过第一带轮23驱动第三减速机25转动,所述第三减速机25与其输出轴相对应的另一端带动肘壳26转动,实现第三自由度的转动。
[0022]如图5所示,所述肘壳组件3包括设置在肘壳26内的第四减速机28、第四伺服电机29、肘壳盖板30和连接轴31,所述第四伺服电机29的输出端通过连接轴31与第四减速机28的输入轴相连接,实现联动,所述肘壳盖板30设置在肘壳26的后端,用于密封肘壳26,所述第四伺服电机29带动连接轴31转动,所述连接轴31带动第四减速机28转动,实现第四自由度的转动。
[0023]如图6所示,所述小臂组件4包括第六减速机32、旋转头33、左支架34、第二带轮35、第二挡圈36、第五减速机37、轴38、右支架39、第三带轮40、端盖41、连接套筒42、固定板43、第二气路接头固定板44、第五伺服电机45和第六伺服电机46,所述左支架34、右支架39之间底部设置有第五减速机37,所述右支架39、连接套筒42之间设置有第五伺服电机45,所述第五减速机37的输入轴与第二带轮35相连接,所述第五伺服电机45输出轴与第三带轮40相连接,所述第二带轮35、第三带轮40之间通过同步带相联动,所述第五伺服电机45带动第三带轮40转动,第三带轮40带动第二带轮35转动,所述第二带轮35将动力传递给第五减速机37,所述旋转头33与第五减速机37相连接,所述第五减速机37带动旋转头33转动,实现第五自由度的转动;所述第六伺服电机46设置在旋转头33内部,所述旋转头33设置在左支架34、右支架39之间,所述第六减速机32设置在旋转头33的一侧,所述第六伺服电机46的输出轴与第六减速机32的输入轴相连接,所述第六伺服电机46带动第六减速机32转动,实现第六自由度的转动,所述连接套筒42用于套接在与肘壳组件3的第四减速机28上,所述第二挡圈36为两个分别设在第二带轮35、第三带轮40的端部,所述左支架34、右支架39的外端面安装端盖41,所述固定板43安装连接套筒42上,所述第二气路接头固定板44设置在固定板43上。
[0024]所述第一罩壳21、第二罩壳27、肘壳盖板30、端盖41均米用透明材料制成,可全部或局部透明,能够便于学员观察内部的各部件联动过程及传动原理。
[0025]综上所述,本发明的用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构,包括底座组件、大臂组件、肘壳组件和小臂组件,能够实现六自由度的转动,完全依据工业六自由度串联机器人的结构特点,依照工业六自由度串联机器人特性和工业标准设计,可满足针对机器人设计制造课程的教学要求,采用模块化设计,可多次重复拆卸和装配,可满足针对机器人维修保养课程的教学要求,解决工业机器人技术教学平台存在的机械结构可视型低、本体结构不可拆卸、机械模块化程度差等现状,通过运用此次机械本体结构所研发的机器人,学员能够了解机器人基本机械结构、传动原理、装配工艺等各个方面工业六自由度串联机器人的机械性能和特点,具有良好的应用前景。
[0026]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构,其特征在于:包括底座组件(I)、大臂组件(2)、肘壳组件(3)和小臂组件(4),所述大臂组件(2)的底端铰接在底座组件(I)的上表面,所述大臂组件(2)的前端通过肘壳组件(3)与小臂组件(4)实现联动,所述底座组件(I)用于第一自由度转动;所述大臂组件(2)用于实现第二自由度转动、第三自由度转动,所述肘壳组件(3)用于实现第四自由度转动,所述小臂组件(4)用于实现第五自由度转动、第六自由度转动。
2.根据权利要求1所述的一种用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构,其特征在于:所述底座组件(I)包括底座(5)、第一减速机(6)、第一减速机轴齿轮(7)、第一伺服电机(8)、电气安装板(9)、第一气路接头固定板(10)、第一连接电缆(11)和第二连接电缆(12),所述第一伺服电机(8)安装在底座(5)内,所述第一伺服电机(8)的上方安装有第一减速机轴齿轮(7),所述第一减速机轴齿轮(7)与第一减速机(6)相连接,所述第一减速机(6)安装在底座(5)上,所述电气安装板(9)固定在底座(5)的侧面,所述第一气路接头固定板(10)安装在电气安装板(9)的底部,机器人电气控制系统通过安装在电气安装板(9)上的第一连接电缆(11)、第二连接电缆(12)和第一气路接头固定板(10)上的气路与外部控制终端相连接,所述第一伺服电机(8)的输出轴带动第一减速机轴齿轮(7)转动,所述第一减速机轴齿轮(7)带动第一减速机(6)转动,实现第一自由度转动。
3.根据权利要求1所述的一种用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构,其特征在于:所述大臂组件(2)包括大臂(13)、转座(14)、转座法兰(15)、第二减速机(16)、第二减速机轴齿轮(17)、第二伺服电机(18)、支撑挡板(19)、电机套筒(20)、第一罩壳(21)、第三伺服电机(22)、第一带轮(23)、第一挡圈(24)、第三减速机(25)、肘壳(26)和第二罩壳(27),所述转座法兰(15 )将大臂组件(2 )的底端铰接在底座组件(I)的第一减速机(6 )的上表面,所述转座(14)和转座法兰(15)相连接,第二减速机(16)的一端与转座(14)相连接,另一端与大臂(13)连接,所述第二伺服电机(18)的输出轴插入第二减速机轴齿轮(17),所述第二减速机轴齿轮(17)与第二减速机(16)相连接,所述第二伺服电机(18)带动第二减速机轴齿轮(17)转动,所述第二减速机轴齿轮(17)带动第二减速机(16)转动,所述第二减速机(16)将动力传递到大臂(13)上,实现第二自由度的转动,所述电机套筒(20)套接在第二伺服电机(18)上,用于保护第二伺服电机(18),所述支撑挡板(19)固定在电机套筒(20)上,所述第一罩壳(21)、第二罩壳(27)设置在大臂(13)和支撑挡板(19)外侧,用于保护大臂(13)、支撑挡板(19),并起到可视化效果,所述第三伺服电机(22)、第三减速机(25)均设置在大臂(13)上,所述第三减速机(25)位于第三伺服电机(22)的上方,所述第三伺服电机(22)、第三减速机(25)的输出轴之间通过第一带轮(23),配合同步带相联动,所述第一挡圈(24)设置在第一带轮(23)的边沿,所述肘壳(26)设置在第三减速机(25)相连接,所述第三伺服电机(22)通过第一带轮(23)驱动第三减速机(25)转动,所述第三减速机(25)与输出轴相对的另一端带动肘壳(26)转动,实现第三自由度的转动。
4.根据权利要求1所述的一种用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构,其特征在于:所述肘壳组件(3)包括设置在肘壳(26)内的第四减速机(28)、第四伺服电机(29)、肘壳盖板(30)和连接轴(31),所述第四伺服电机(29)的输出端通过连接轴(31)与第四减速机(28)的输入轴相连接,实现联动,所述肘壳盖板(30)设置在肘壳(26)的后端,用于密封肘壳(26),所述第四伺服电机(29)带动连接轴(31)转动,所述连接轴(31)带动第四减速机(28)转动,实现第四自由度的转动。
5.根据权利要求1所述的一种用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构,其特征在于:所述小臂组件(4)包括第六减速机(32)、旋转头(33)、左支架(34)、第二带轮(35)、第二挡圈(36)、第五减速机(37)、轴(38)、右支架(39)、第三带轮(40)、端盖(41)、连接套筒(42)、固定板(43)、第二气路接头固定板(44)、第五伺服电机(45)和第六伺服电机(46),所述左支架(34)、右支架(39)之间底部设置有第五减速机(37),所述右支架(39)、连接套筒(42)之间设置有第五伺服电机(45),所述第五减速机(37)的输入轴与第二带轮(35)相连接,所述第五伺服电机(45)输出轴与第三带轮(40)相连接,所述第二带轮(35)、第三带轮(40)之间通过同步带相联动,所述第五伺服电机(45)带动第三带轮(40)转动,第三带轮(40)带动第二带轮(35)转动,所述第二带轮(35)将动力传递给第五减速机(37),所述旋转头(33)与第五减速机(37)相连接,所述第五减速机(37)带动旋转头(33)转动,实现第五自由度的转动;所述第六伺服电机(46)设置在旋转头(33)内部,所述旋转头(33)设置在左支架(34)、右支架(39)之间,所述第六减速机(32)设置在旋转头(33)的一侧,所述第六伺服电机(46)的输出轴与第六减速机(32)的输入轴相连接,所述第六伺服电机(46)带动第六减速机(32)转动,实现第六自由度的转动,所述连接套筒(42)用于套接在与肘壳组件(3)的第四减速机(28)上,所述第二挡圈(36)为两个分别设在第二带轮(35)、第三带轮(40)的端部,所述左支架(34)、右支架(39)的外端面安装端盖(41),所述固定板(43)安装连接套筒(42)上,所述第二气路接头固定板(44)设置在固定板(43)上。
6.根据权利要求2-5任一项所述的一种用于六自由度串联教学机器人的机械本体机构,其特征在于:第一罩壳(21)、第二罩壳(27)、肘壳盖板(30)、端盖(41)均采用透明材料制成。
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