CN106239509A - 一种精密机器人 - Google Patents

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许安鹏
朱明�
杨兆万
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陈立平
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Abstract

本发明提供一种精密机器人，包括机座组件、大臂组件、小臂组件和控制系统；所述大臂组件的一端可转动地设置在机座组件上，机座组件上设置有与大臂组件同轴转动的第一角度编码器；所述小臂组件的一端可转动地设置在大臂组件的另一端上，大臂组件的另一端上设置有与小臂组件同轴转动的第二角度编码器；所述小臂组件另一端用于连接负载；所述第一角度编码器和第二角度编码器均与控制系统的输入端信号连接；所述机座组件和大臂组件均与控制系统的输出端信号连接。本发明的精密机器人可通过控制系统实时在线检测机械臂的位置和运动轨迹，从而实现输入与输出的全闭环控制，大大提高了机器人的运动速度和精度。

Description

一种精密机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，更具体地说，涉及一种精密机器人。
背景技术
机器人是集机械工程、电子工程、计算机技术、自动控制及人工智能等多种科学的研究成果，是机电一体化技术的典型代表，是当代科技发展最活跃的领域。近些年，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。
而现有的串联式工业机器人已广泛应用于制造行业中，包括冲压、搬运、涂装、码垛、抛光等操作。但是在一些定位精度高、轨迹精度高、工作效率高的场合，现有的串联式机器人将无法满足要求。由于目前绝大多数串联式工业机器人是采用开环的系统，即机器人在接收控制系统的脉冲指令后进行运动或工作，并没有将机器人的机械臂位置反馈给控制系统，因此，在控制系统无法得知机器人的运动轨迹或位置的情况下对机器人进行控制，这样很难保证机器人工作的定位精度和轨迹精度，从而导致机器人的精度难以满足产品精度的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种精密机器人，该机器人可通过控制系统实时在线检测机械臂的位置和运动轨迹，从而实现输入与输出的全闭环控制，大大提高了机器人的运动速度和精度。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种精密机器人，其特征在于：包括机座组件、大臂组件、小臂组件和控制系统；所述大臂组件的一端可转动地设置在机座组件上，机座组件上设置有与大臂组件同轴转动的第一角度编码器；所述小臂组件的一端可转动地设置在大臂组件的另一端上，大臂组件的另一端上设置有与小臂组件同轴转动的第二角度编码器；所述小臂组件另一端用于连接负载；所述第一角度编码器和第二角度编码器均与控制系统的输入端信号连接；所述机座组件和大臂组件均与控制系统的输出端信号连接。
在上述方案中，本发明的精密机器人的控制系统通过与大臂组件同轴转动连接的第一角度编码器反馈的信号，可得到大臂组件的转动角度信息和大臂组件的实时位置信息，从而可精确地对大臂组件进行相应控制。同时，本发明的控制系统通过与小臂组件同轴转动连接的第二角度编码器反馈的信号，可得到小臂组件的转动角度信息和小臂组件的实时位置信息，从而可精确地对小臂组件进行相应控制。本发明实现输入与输出的全闭环控制，大大提高了机器人的运动速度和精度。
所述机座组件包括机座、设置在机座上的第一伺服电机、第一伺服电机安装法兰、第一减速器和第一角度编码器；所述第一伺服电机通过第一伺服电机安装法兰与第一减速器的输入端连接，第一减速器的输出端与大臂组件连接；所述第一角度编码器与第一减速器同轴连接；
所述第一伺服电机与控制系统的输出端信号连接。
所述机座上设置有用于限制大臂组件转动角度的大臂正转极限限位开关和大臂反转极限限位开关；所述大臂正转极限限位开关和大臂反转极限限位开关均设置在大臂组件转动的轨迹上，并分别位于大臂组件的两侧；所述大臂正转极限限位开关和大臂反转极限限位开关均与控制系统的输入端信号连接。本发明的大臂组件与大臂正转极限限位开关或大臂反转极限限位开关接触时，该接触信号也作为控制系统的输入信号，使得控制系统控制第一伺服电机停止工作，从而控制大臂组件停止，这样可进一步提高机器人的可靠性和安全性。
所述大臂组件包括一端与第一减速器输出端连接的大臂、设置在大臂另一端上的第二伺服电机、第二伺服电机安装法兰、第二减速器和第二角度编码器；所述第二伺服电机通过第二伺服电机安装法兰与第二减速器的输入端连接，第二减速器的输出端与小臂组件连接；所述第二角度编码器与第二减速器同轴连接；
所述大臂位于第一减速器和第一角度编码器之间；所述第二伺服电机与控制系统的输出端信号连接。
所述大臂的另一端设置有用于限制小臂组件转动角度的小臂正转极限限位开关和小臂反转极限限位开关；所述小臂正转极限限位开关和小臂反转极限限位开关均设置在小臂组件转动的轨迹上，并分别位于小臂组件的两侧；所述小臂正转极限限位开关和小臂反转极限限位开关均与控制系统的输入端信号连接。本发明的小臂组件与小臂正转极限限位开关或小臂反转极限限位开关接触时，该接触信号也作为控制系统的输入信号，使得控制系统控制第二伺服电机停止工作，从而控制小臂组件停止，这样可进一步提高机器人的可靠性和安全性。
所述大臂与第一减速器连接的一端侧面上设置有大臂角度标尺；所述机座端面设置有大臂零位标识，大臂角度标尺高于机座端面，并与大臂零位标识相对设置；所述大臂角度标尺为圆弧状。本发明设置有大臂角度标尺和大臂零位标识，可在大臂转动过程中，操作人员可清楚知道大臂转动的具体角度。
所述小臂组件包括小臂、设置在小臂内部的小臂转换块和设置在小臂侧面上的小臂角度标尺；所述小臂的一端通过小臂转换块与第二减速器的输出端连接，并位于第二减速器和第二角度编码器之间。
所述大臂的另一端设置有小臂零位标识，小臂零位标识与小臂角度标尺相对设置；所述小臂角度标尺为圆弧状。本发明设置有小臂角度标尺和小臂零位标识，可在小臂转动过程中，操作人员可清楚知道小臂转动的具体角度。
所述第一减速器为RV减速器，第二减速器为谐波减速器。
本发明还包括用于安装负载的负载圆盘；所述负载圆盘通过安装法兰与小臂组件的另一端连接。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：本发明的精密机器人可通过控制系统实时在线检测机械臂的位置和运动轨迹，从而实现输入与输出的全闭环控制，大大提高了机器人的运动速度和精度。
附图说明
图1是本发明精密机器人的结构示意图；
图2是本发明精密机器人的正面示意图；
图3是本发明精密机器人的侧面示意图；
图4是本发明精密机器人的内部示意图；
图5是本发明精密机器人中小臂组件的示意图；
其中，1为机座组件、12为第一伺服电机、13为第一伺服电机安装法兰、14为大臂反转极限限位开关、15为RV减速器、16为大臂零位标识、17为第一角度编码器、18为机座、19为大臂正转极限限位开关、2为大臂组件、21为大臂角度标尺、22为小臂反转极限限位开关、24为第二伺服电机、25为第二伺服电机安装法兰、26为谐波减速器、27为第二角度编码器、28为小臂零位标识、29为小臂正转极限限位开关、210为大臂、3为小臂组件、31为小臂转换块、32为小臂角度标尺、33为小臂、4为负载圆盘。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例
如图1至图5所示，本发明精密机器人，包括机座组件1、大臂组件2、小臂组件3和控制系统；其中，大臂组件2的一端可转动地设置在机座组件1上，机座组件1上设置有与大臂组件2同轴转动的第一角度编码器17；小臂组件3的一端可转动地设置在大臂组件2的另一端上，大臂组件2的另一端上设置有与小臂组件3同轴转动的第二角度编码器27。小臂组件3另一端用于连接负载，第一角度编码器17和第二角度编码器27均与控制系统的输入端信号连接，机座组件1和大臂组件2均与控制系统的输出端信号连接。
本发明的机座组件包括机座18、设置在机座18上的第一伺服电机12、第一伺服电机安装法兰13、RV减速器15和第一角度编码器17，其中，第一伺服电机12通过第一伺服电机安装法兰13与RV减速器15的输入端连接，RV减速器15的输出端与大臂组件2连接，第一角度编码器17与RV减速器15同轴连接；第一伺服电机12与控制系统的输出端信号连接。
本发明的机座18上设置有用于限制大臂组件2转动角度的大臂正转极限限位开关19和大臂反转极限限位开关14，大臂正转极限限位开关19和大臂反转极限限位开关14均设置在大臂组件2转动的轨迹上，并分别位于大臂组件2的两侧，而且，大臂正转极限限位开关19和大臂反转极限限位开关14均与控制系统的输入端信号连接。
本发明的大臂组件2包括一端与RV减速器15输出端连接的大臂210、设置在大臂210另一端上的第二伺服电机24、第二伺服电机安装法兰25、谐波减速器26和第二角度编码器27，其中，第二伺服电机24通过第二伺服电机安装法兰25与谐波减速器26的输入端连接，谐波减速器26的输出端与小臂组件3连接，第二角度编码器27与谐波减速器26同轴连接；大臂210位于RV减速器15和第一角度编码器17之间，第二伺服电机24与控制系统的输出端信号连接。
大臂210的另一端设置有用于限制小臂组件3转动角度的小臂正转极限限位开关29和小臂反转极限限位开关22，其中，小臂正转极限限位开关29和小臂反转极限限位开关22均设置在小臂组件3转动的轨迹上，并分别位于小臂组件3的两侧，而且，小臂正转极限限位开关29和小臂反转极限限位开关22均与控制系统的输入端信号连接。
大臂210与RV减速器15连接的一端侧面上设置有大臂角度标尺21，机座18端面设置有大臂零位标识16，大臂角度标尺21高于机座18端面，并与大臂零位标识16相对设置，大臂角度标尺21为圆弧状。
小臂组件3包括小臂33、设置在小臂33内部的小臂转换块31和设置在小臂33侧面上的小臂角度标尺32，其中，小臂33的一端通过小臂转换块31与谐波减速器26的输出端连接，并位于谐波减速器26和第二角度编码器27之间。大臂210的另一端设置有小臂零位标识28，小臂零位标识28与小臂角度标尺32相对设置，小臂角度标32为圆弧状。
本发明还包括用于安装负载的5kg负载圆盘4，该负载圆盘4通过安装法兰与小臂组件3的另一端连接。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种精密机器人，其特征在于：包括机座组件、大臂组件、小臂组件和控制系统；所述大臂组件的一端可转动地设置在机座组件上，机座组件上设置有与大臂组件同轴转动的第一角度编码器；所述小臂组件的一端可转动地设置在大臂组件的另一端上，大臂组件的另一端上设置有与小臂组件同轴转动的第二角度编码器；所述小臂组件另一端用于连接负载；所述第一角度编码器和第二角度编码器均与控制系统的输入端信号连接；所述机座组件和大臂组件均与控制系统的输出端信号连接。
2.根据权利要求1所述的精密机器人，其特征在于：所述机座组件包括机座、设置在机座上的第一伺服电机、第一伺服电机安装法兰、第一减速器和第一角度编码器；所述第一伺服电机通过第一伺服电机安装法兰与第一减速器的输入端连接，第一减速器的输出端与大臂组件连接；所述第一角度编码器与第一减速器同轴连接；
所述第一伺服电机与控制系统的输出端信号连接。
3.根据权利要求2所述的精密机器人，其特征在于：所述机座上设置有用于限制大臂组件转动角度的大臂正转极限限位开关和大臂反转极限限位开关；所述大臂正转极限限位开关和大臂反转极限限位开关均设置在大臂组件转动的轨迹上，并分别位于大臂组件的两侧；所述大臂正转极限限位开关和大臂反转极限限位开关均与控制系统的输入端信号连接。
4.根据权利要求2所述的精密机器人，其特征在于：所述大臂组件包括一端与第一减速器输出端连接的大臂、设置在大臂另一端上的第二伺服电机、第二伺服电机安装法兰、第二减速器和第二角度编码器；所述第二伺服电机通过第二伺服电机安装法兰与第二减速器的输入端连接，第二减速器的输出端与小臂组件连接；所述第二角度编码器与第二减速器同轴连接；
所述大臂位于第一减速器和第一角度编码器之间；所述第二伺服电机与控制系统的输出端信号连接。
5.根据权利要求4所述的精密机器人，其特征在于：所述大臂的另一端设置有用于限制小臂组件转动角度的小臂正转极限限位开关和小臂反转极限限位开关；所述小臂正转极限限位开关和小臂反转极限限位开关均设置在小臂组件转动的轨迹上，并分别位于小臂组件的两侧；所述小臂正转极限限位开关和小臂反转极限限位开关均与控制系统的输入端信号连接。
6.根据权利要求4所述的精密机器人，其特征在于：所述大臂与第一减速器连接的一端侧面上设置有大臂角度标尺；所述机座端面设置有大臂零位标识，大臂角度标尺高于机座端面，并与大臂零位标识相对设置；所述大臂角度标尺为圆弧状。
7.根据权利要求4所述的精密机器人，其特征在于：所述小臂组件包括小臂、设置在小臂内部的小臂转换块和设置在小臂侧面上的小臂角度标尺；所述小臂的一端通过小臂转换块与第二减速器的输出端连接，并位于第二减速器和第二角度编码器之间。
8.根据权利要求7所述的精密机器人，其特征在于：所述大臂的另一端设置有小臂零位标识，小臂零位标识与小臂角度标尺相对设置；所述小臂角度标尺为圆弧状。
9.根据权利要求4所述的精密机器人，其特征在于：所述第一减速器为RV减速器，第二减速器为谐波减速器。
10.根据权利要求1所述的精密机器人，其特征在于：还包括用于安装负载的负载圆盘；所述负载圆盘通过安装法兰与小臂组件的另一端连接。
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