CN106737634A - 模块化多自由度工业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模块化多自由度工业机器人，其包括：基座；X轴一体机模块，设于所述基座上；大臂，一端连接于所述X轴一体机模块的输出结构，所述X轴一体机模块驱动所述大臂运动；Y轴一体机模块，设于所述大臂的另一端；小臂，一端连接于所述Y轴一体机模块的输出结构，所述Y轴一体机模块驱动所述小臂运行；ZR两自由度一体机模块，设于所述小臂的另一端。该模块化多自由度工业机器人能够在一系列标准化模块中选择合适的模块进行搭配，即可达到使用要求，大大缩短研发周期，使得产品性能更加稳定，也方便后期的维护，对工业机器人在各行业进一步的普及有很大推动作用。

Description

模块化多自由度工业机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种模块化多自由度工业机器人。

背景技术

随着德国工业4.0、中国智能制造2025规划的提出，机器人等制造行业日益受到各方面关注，成为社会热点。劳动力成本的上升和外部发展环境的变化，也迫使中国等国家的传统劳动密集型产业面临改造升级。一场机器换人的改造无论从全局还是局部层面，都势不可挡。

传统的机器人机械结构主要是由基座、各个机械臂、电机、减速器、丝杠等部分组成，构成零件多，结构复杂，通用性不强，安装维护起来相当不便，而且影响机器人末端执行器精度的主次因素不好区分，总结起来就是：传统机器人机械结构不够简洁，通用性不强，没有实现模块化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模块化多自由度工业机器人，解决现有技术存在的结构复杂、零部件通用性弱、后期维护难等问题。

为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种模块化多自由度工业机器人，其包括：基座；X轴一体机模块，设于所述基座上；大臂，一端连接于所述X轴一体机模块的输出结构，所述X轴一体机模块驱动所述大臂运动；Y轴一体机模块，设于所述大臂的另一端；小臂，一端连接于所述Y轴一体机模块的输出结构，所述Y轴一体机模块驱动所述小臂运行；ZR两自由度一体机模块，设于所述小臂的另一端。

在如上所述的模块化多自由度工业机器人中，优选地，所述X轴一体机模块包括第一电机壳、第一定子、第一转子、第一柔性轴承、第一柔轮、第一减速器轴承；所述第一定子位于所述第一电机壳内部；所述第一转子同轴穿过所述第一定子内部，并包括第一电机转轴和第一磁钢，所述第一电机转轴前端的部分截面呈椭圆形；所述第一柔性轴承嵌套安装在所述第一电机转轴截面呈椭圆形的部分；所述第一柔轮嵌套安装在所述第一柔性轴承的外圈；所述第一减速器轴承的外圈与所述第一柔轮的外翻法兰相连。

在如上所述的模块化多自由度工业机器人中，优选地，所述大臂呈长条扁平状，两端为半圆形，且于两端的两个平行平面上各自设有一内孔和环形凹槽，与所述X轴一体机模块连接的一端环形凹槽设有一环列盲孔，与所述Y轴一体机模块连接的一端环形凹槽设有一环列通孔。

在如上所述的模块化多自由度工业机器人中，优选地，所述小臂呈长条扁平状，上下两平面之间环绕一圈台阶，所述台阶上套设有外机壳，所述外机壳覆盖于所述Y轴一体机模块、ZR两自由度一体机模块。

在如上所述的模块化多自由度工业机器人中，优选地，所述ZR两自由度一体机模块包括第三电机壳、第三定子、第三转子、第三前端盖、第三后端盖、滚珠丝杠模块、制动器模块、第四电机壳、第四定子、第四转子、第四前端盖、第四后端盖、第四柔性轴承、第四柔轮、第四减速器轴承、滚珠导向轴模块、连接模块；所述第三前端盖、第三后端盖分别位于所述第三电机壳的两端；所述第三转子包括第三电机转轴；所述第三电机转轴位于所述第三电机壳内部，并且所述第三电机转轴的前端、后端分别设于所述第三前端盖、第三后端盖中；所述制动器模块安装在所述第三后端盖外侧，且与所述第三电机转轴同轴安装；所述第四转子包括第四电机转轴，所述第四电机转轴前端的部分截面呈椭圆形，所述第四柔性轴承的内圈嵌套安装在所述第四电机转轴截面呈椭圆形的部分，所述第四柔轮嵌套安装在所述第四柔性轴承的外圈；所述第四减速器轴承的外圈与所述第四柔轮的外翻法兰相连；所述滚珠丝杠模块包括丝杠、丝杠螺帽、螺帽连接件，所述滚珠丝杠模块通过所述螺帽连接件与所述第三电机转轴相连接；所述滚珠导向轴模块包括导向轴、导向轴螺帽、固定环，所述导向轴螺帽与所述第四减速器轴承废热外圈、第四柔轮废热外翻法兰相连，所述固定环安装在所述导向轴下端；所述连接模块连接于所述丝杠下端和所述导向轴上端之间。

在如上所述的模块化多自由度工业机器人中，优选地，所述制动器模块包括静铁芯、线圈骨架、线圈、动铁芯、第一摩擦片、制动盘、外齿轮、定板、第二摩擦片、限位管、制动弹簧；所述静铁芯为环形结构，在所述静铁芯的边缘交替设有一圈通孔和盲孔，所述静铁芯的内侧设有一环状凹槽，所述线圈缠绕在所述线圈骨架上，且嵌入所述环形凹槽中；所述动铁芯位于所述静铁芯、线圈外侧，所述制动弹簧一端插入所述盲孔中，另一端抵顶所述动铁芯，所述外齿轮套设固定于所述第三电机转轴的前端，所述制动盘呈环形，位于所述动铁芯外侧，并设有与所述外齿轮啮合的内齿，所述定板呈环状，位于所述制动盘外侧，若干所述限位管设于所述定板和静铁芯之间，且所述限位管与所述静铁芯通孔同心固定，所述第一摩擦片设于所述动铁芯、制动盘之间，所述第二摩擦片设于所述定板、制动盘之间，所述制动弹簧用于驱动所述动铁芯向所述制动盘、摩擦片、定板方向移动。

在如上所述的模块化多自由度工业机器人中，优选地，所述连接模块包括第一连接轴、第二连接轴、公共轴、第一公共轴盖板、第二公共轴盖板、第一轴承、第二轴承、第一螺母、第二螺母；所述第一连接轴、第二连接轴均为一端中空并设有内螺纹，另一端为实心并设有台阶和外螺纹的回转体零件，所述公共轴为一内部中空，两端设有内凹环形台阶，且两端面设有环列螺纹孔的回转体零件，所述第一公共轴盖板、第二公共轴盖板均为设有环列通孔的环状零件；所述丝杠下端和所述第一连接轴螺纹连接，所述导向轴上端和所述第二连接轴螺纹连接，所述第一公共轴盖板、第二公共轴盖板的内孔对应先穿过所述第一连接轴、第二连接轴的外螺纹，处于所述外螺纹和台阶之间位置，所述第一螺母、第二螺母对应与所述第一连接轴、第二连接轴的外螺纹配合安装，所述第一公共轴盖板、第二公共轴盖板与所述公共轴连接固定。

在如上所述的模块化多自由度工业机器人中，优选地，还包括：走线支架，为两端90度折弯的板状结构，折弯两端设有若干用于安装和连接的通孔，中间部分设有通孔和半圆形缺口；波纹管，为一可自由弯曲的管状结构，其一端连接上述走线支架，另一端连接所述基座；大臂机械限位挡轴、小臂机械限位挡轴，分别设于所述大臂、小臂下方。

分析可知，本发明提供一种模块化多自由度工业机器人，能够在一系列标准化模块中选择合适的模块进行搭配，即可达到使用要求，大大缩短研发周期，使得产品性能更加稳定，也方便后期的维护，对工业机器人在各行业进一步的普及有很大推动作用。

附图说明

图1为本发明实施例的主视结构示意图。

图2为本发明实施例的立体结构示意图(去外壳)。

图3为本发明实施例的基座示意图。

图4为本发明实施例的X轴一体机模块的立体示意图。

图5为本发明实施例的X轴一体机模块的剖面图。

图6为本发明实施例的X轴一体机模块的定子示意图。

图7为本发明实施例的大臂的立体示意图一。

图8为本发明实施例的大臂的立体示意图二。

图9为本发明实施例的Y轴一体机模块的立体示意图。

图10为本发明实施例的Y轴一体机模块的剖面图。

图11为本发明实施例的Y轴一体机模块的定子示意图。

图12为本发明实施例的小臂结构示意图。

图13为本发明实施例的ZR两自由度一体机模块的整体结构示意图。

图14为本发明实施例的ZR两自由度一体机模块的局部结构图。

图15为本发明实施例的ZR两自由度一体机模块的剖面图(沿图14中线F-F)。

图16本发明实施例的制动器模块剖面图。

图17本发明实施例的连接模块剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明/发明做进一步详细说明。

如图1-2所示，本发明实施例主要包括基座1、X轴一体机模块2、大臂3、Y轴一体机模块4、小臂5、ZR两自由度一体机模块6、走线支架7、波纹管8、大臂机械限位挡轴9、小臂机械限位挡轴10、机壳11等。

其中，如图3所示，基座1呈一体式结构，包括底板101和两侧肋板102、103，一设有通孔和台阶的上盖板104设置在两侧肋板102、103上部，并与上述肋板102、103相连接，此外其前部还设有方形前盖板105，后部(如图3中面对读者的一侧)设有带通孔的方形后盖板106。

如图4、5所示，X轴一体机模块2包括第一电机壳201、第一定子202、第一转子203、第一油封204、第一前轴承205、第一后轴承206、第一前端盖207、第一后端盖208、第一编码器209、第一编码器盖210、第一柔性轴承212、第一柔轮211、第一减速器轴承213。

第一电机壳201，外侧呈方形，内侧为圆筒状。

如图6所示，第一定子202为一中空柱状结构，嵌入到第一电机壳201圆筒内部。第一定子202包括第一定子齿2021和第一接线板2022，绕有线圈的第一定子齿2021拼接成圆柱状结构，第一接线板2022与拼成柱状结构的第一定子齿2021一端相连接。

第一转子203包括第一电机转轴2031和第一磁钢2032，第一磁钢2032呈圆环状，与第一电机转轴2031中间部位同心安装。

第一前端盖207呈环状，前侧(如图5中第一前端盖207的右侧)设一环形凸台2071以及多个通孔。第一油封204为一个环形密封圈，安装在第一电机转轴2031和第一前端盖207的环形凸台的中心内孔壁之间。

第一后端盖208呈方形，前侧(如图5中第一后端盖208的右侧)设有环形凹槽2081和多个通孔。第一前端盖207、第一后端盖208分别位于第一电机壳201的两端(如图5中第一前端盖207、第一后端盖208分别位于第一电机壳201的右端和左端)。

第一电机转轴2031位于第一电机壳201内部，并且第一电机转轴2031的前端、后端分别通过前第一后轴承206设于第一前端盖207、第一后端盖208中。

第一电机转轴2031前端(如图5中第一电机转轴2031的右端)的部分截面20311呈椭圆形，即第一电机转轴2031前端的该部分为一椭圆形轴肩。椭圆形截面部分20311实现谐波减速器的波发生器功能。

第一编码器209安装在第一后端盖208外侧(如图5中第一后端盖208的左侧)，且与第一电子转轴2031同轴安装。第一编码器盖210罩在第一编码器209上，固定在电机第一后端盖208外侧。

第一柔性轴承内圈2121嵌套安装在第一电机转轴椭圆形截面部分20311。

第一柔轮211嵌套安装在第一柔性轴承外圈2122，且第一柔轮211与上述第一前端盖凸台2071内壁相配合(如图5中沿第一电机转轴2031的径向依次为第一柔性轴承外圈2122、第一柔轮211和第一前端盖207的凸台2071)。

第一减速器轴承213内圈2131与上述第一前端盖凸台2071相连接(如图5中沿第一电机转轴2031的轴向，由左至右依次为第一前端盖207的凸台2071和第一减速器轴承213的内圈2131)，第一减速器轴承外圈2132与上述第一柔轮211外翻法兰2111相连(如图5中沿第一电机转轴2031的轴向，由左至右依次为第一减速器轴承213的外圈2132和第一柔轮211的外翻法兰2111)。

如图7、8所示，大臂3呈长条扁平状，两端301、302为半圆形，且于两端两个平行平面上各自设有环形凹槽303、304，靠近基座安装的一端凹槽303设有一环列盲孔305，靠近小臂5安装的一端凹槽304设有一环列通孔306。

如图9、10所示，Y轴一体机模块4包括第二电机壳401、第二定子402、第二转子403、第二油封404、第二前轴承405、第二后轴承406、第二前端盖407、第二后端盖408、第二编码器409、第二编码器盖410、第二柔性轴承412、第二柔轮411、第二减速器轴承413组成。

第二电机壳401，外侧呈方形，内侧为圆筒状。

如图11所示，第二定子402为一中空柱状结构，嵌入到第二电机壳401圆筒内部。第二定子402包括第二定子齿4021和第二接线板4022组成，绕有线圈的第二定子齿4021拼接成圆柱状结构，第二接线板4022与拼成柱状结构的第二定子齿4021一端相连接。

第二转子403包括第二电机转轴4031和第二磁钢4032，第二磁钢4032呈圆环状，与第二电机转轴4031中间部位同心安装。

第二前端盖407呈环状，前侧(如图10中第二前端盖407的右侧)设一环形凸台4071以及多个通孔。第二油封404为一个环形密封圈，安装在第二电机转轴4031和第二前端盖407的中心内孔壁之间，且位于第二前端盖407的环形凸台4071的左侧。第二后端盖408呈方形，前侧设有环形凹槽4081和多个通孔。第二前端盖407、第二后端盖408分别位于第二电机壳401的两端(如图10中第二前端盖407、第二后端盖408分别位于第二电机壳401的右端和左端)。

第二电机转轴4031位于第二电机壳401内部，并且第二电机转轴4031的前端、后端分别通过第二前轴承05、第二后轴承06设于第二前端盖407、第二后端盖408中。

第二电机转轴4031前端(如图10中第二电机转轴4031的右端)的部分截面40311呈椭圆形，即第二电机转轴4031前端的该部分为一椭圆形轴肩。椭圆形的部分截面40311具有实现谐波减速器的波发生器功能。

第二编码器409安装在第二后端盖408外侧(如图10中第二后端盖408的左侧)，且与第二电机转轴4031同轴安装。第二编码器盖410罩在第二编码器409上，固定在电机第二后端盖408外侧。

第二柔性轴承内圈4121嵌套安装在第二电机转轴4031的部分截面(轴阶)40311上。

第二柔轮411嵌套安装在第二柔性轴承外圈4122，且第二柔轮411与第二前端盖凸台4071内壁相配合(如图10中沿第二电机转轴4031的径向依次为第二柔性轴承412外圈、第二柔轮411和第二前端盖407的凸台4071)。

第二减速器轴承内圈4132与上述第二前端盖的凸台4071相连接(如图10中沿第二电机转轴4031的轴向，由右至左依次为第二前端盖407的凸台4071和第二减速器轴承413的内圈4132)，第二减速器轴承外圈4131与上述第二柔轮外翻法兰4111相连(如图10中沿第二电机转轴4031的轴向，由右至左依次为第二减速器轴承413的外圈4131和第二柔轮411的外翻法兰4111)。

如图12所示，小臂5呈长条扁平状，上下两平面之间环绕一圈台阶501。小臂一端为半圆形502，另一端为方形503，且倒有两个圆角504、505。小臂两端设有贯通内孔506、507，对应内孔边缘外沉有凹槽508、509，凹槽内均设有一圈螺纹孔5010、5011。小臂中间设有若干螺纹孔5012。

如图13、14、15所示，ZR两自由度一体机模块6包括第三电机壳601、第三定子602、第三转子603、第三油封604、第三前轴承605、第三后轴承606、第三前端盖607、第三后端盖608、制动器模块609、第三编码器610、滚珠丝杠模块611、第四电机壳612、第四定子613、第四转子614、第四油封615、第四前轴承616、第四后轴承617、第四前端盖618、第四后端盖619、第四编码器620、电机端盖转接件621、第四柔性轴承622、第四柔轮623、唇形密封圈624、第四减速器轴承625、法兰626、滚珠导向轴模块627、连接模块628。其中，第三电机壳601、第三定子602、第三转子603、第三油封604、第三前轴承605、第三后轴承606、第三前端盖607、第三后端盖608、制动器模块609和第三编码器610可合称为第三电机模块，第四电机壳612、第四定子613、第四转子614、第四油封615、第四前轴承616、第四后轴承617、第四前端盖618、第四后端盖619、第四编码器620、电机端盖转接件621、第四柔性轴承622、第四柔轮623、唇形密封圈624、第四减速器轴承625和法兰626可合称为一体机。

第三电机壳601，外侧呈方形，内侧为圆筒状。

第三定子602为一中空柱状结构，嵌入到第三电机壳601圆筒内部。第三定子602的结构与上述X轴一体机模块2和Y轴一体机模块4的定子结构相同，也包括第三定子齿和第三接线板，因此不再赘述。

第三转子603的结构与上述X轴一体机模块2、Y轴一体机模块4的转子结构相同，也包括第三电机转轴和第三磁钢6031，因此不再赘述。

第三前端盖607为方形，前侧(如图15中第三前端盖607的下侧)设一环形凸台6071以及多个通孔。第三油封604为一个环形密封圈，安装在第三电机转轴和第三前端盖607的环形凸台的中心内孔壁之间。

第三后端盖608呈圆形，前侧(如图15中第三后端盖608的下侧)设有环形凹槽6081和多个通孔。第三前端盖607、第三后端盖608分别位于第三电机壳601的两端(如图15中第三前端盖607、第三后端盖608分别位于第三电机壳601的下端和上端)。

第三电机转轴位于第三电机壳601内部，并且第三电机转轴的前端、后端分别通过第三前轴承605、第三后轴承606设于第三前端盖607、第三后端盖608中。

如图16所示，制动器模块609安装在第三后端盖608外侧(如图15中第三后端盖608的上侧)，且与第三电机转轴同轴安装。制动器模块609包括静铁芯6091、线圈骨架6092、线圈6093、动铁芯6094、第一摩擦片6095、制动盘6096、外齿轮6099、定板6098、第二摩擦片6097、限位管60910、制动弹簧60913。

静铁芯6091为环形结构，其边缘交替设有一圈通孔和盲孔60912，通孔和盲孔60912的轴向与静铁芯6091的轴向一致，该盲孔60912开在静铁芯6091的靠近动铁芯1094的表面上，静铁芯6091内侧(如图16中静铁芯的上侧)设有一环状凹槽60911，线圈6093缠绕在线圈骨架6092上，且嵌入第一环形凹槽中60911。动铁芯6094位于静铁芯6091、线圈6093外侧(如图16中静铁芯6091、线圈6093的上侧)，制动弹簧60913一端插入盲孔60912中，另一端抵顶动铁芯6094。外齿轮6099套设固定于第三电机转轴的前端(如图16中第三电机转轴的上端)。制动盘6096呈环形，位于动铁芯6094外侧(如图16中动铁芯6094的上侧)，并设有与外齿轮6099啮合的内齿。定板6098呈环状，位于制动盘6096外侧(如图16中制动盘6096的上侧)。，若干限位管60910设于定板6098和静铁芯6091之间，且限位管60910与静铁芯6091上设置的通孔同心固定。第一摩擦片6095设于(例如粘接于)动铁芯6094、制动盘6096之间，第二摩擦片6097设于(例如粘接于)定板6098、制动盘6096之间。制动弹簧60913用于驱动动铁芯6094向制动盘6096、第一摩擦片6095、定板6098方向移动。

第三编码器610紧挨制动器模块609外侧(如图15中制动器模块609的上侧)安装，且与第三电机转轴603同轴。

第四电机壳612，外侧呈方形，内侧为圆筒状。

第四定子613为一中空柱状结构，嵌入到第四电机壳612圆筒内部。第四定子613的结构与X轴一体机模块2、Y轴一体机模块4的定子结构类似，也包括第四定子齿和第四接线板，在此不再赘述。

第四转子614的结构与X轴一体机模块2、Y轴一体机模块4的转子结构类似，也包括第四电机转轴和第四磁钢，第四磁钢呈圆环状，与第四电机转轴中间部位同心安装，在此不再赘述。

第四前端盖618呈环状，前侧(如图15中第四前端盖618的下侧)设一环形凸台6181以及多个通孔。第四油封615为一个环形密封圈，安装在第四电机转轴和第四前端盖618的环形凸台的中心内孔壁之间。第四后端盖619也呈环形，前侧设有环形凹槽和多个通孔。第四前端盖618、第四后端盖619分别位于第四电机壳612的两端(如图15中第四前端盖618、第四后端盖619分别位于第四电机壳612的下端和上端)。

第四电机转轴位于第四电机壳612内部，并且第四电机转轴的前端、后端分别通过第四前轴承616、第四后轴承617设于第四前端盖618、第四后端盖619中。

第四电机转轴前端(如图15中第四电机转轴的下端)的部分截面6141呈椭圆形，即第四电机转轴前端的该部分为一椭圆形轴肩。椭圆形的部分截面(轴阶)可以实现谐波减速器的波发生器功能。第四编码器620安装在第四后端盖619外侧(如图15中第四后端盖619的上侧)，且与第四电机转轴同轴安装。第四柔性轴承622内圈嵌套安装在上述第四电机转轴部分截面(轴阶部分)6141。

第四柔轮623嵌套安装在第四柔性轴承622外圈，且第四柔轮623与上述第四前端盖凸台6181内壁相配合(如图15中沿第四电机转轴的径向依次为第四柔性轴承622外圈、第四柔轮623和第四前端盖618的凸台6181)。

第四减速器轴承内圈6251与上述第四前端盖凸台6181相连接(如图15中沿第四电机转轴的轴向，由下至上依次为第四前端盖618的凸台6181和第四减速器轴承625的内圈6251)，第四减速器轴承外圈6252与上述第四柔轮外翻法兰6231相连(如图15中沿第四电机转轴的轴向，由下至上依次为减速器轴承625的外圈6252和第四柔轮623的外翻法兰6231)。唇形密封圈624连接于法兰626内孔边缘向上侧延伸形成的的环状凸台与第四电机转轴的端面之间。

滚珠丝杠模块611包括丝杠6111、丝杠螺帽6112、螺帽连接件6113，丝杠螺帽6112与丝杠6111同轴安装。滚珠丝杠模块611通过螺帽连接件6113与第三电机转轴603相连接。

滚珠导向轴模块627包括导向轴6271、导向轴螺帽6272、固定环6273，导向轴螺帽6272与导向轴6271同轴安装，导向轴螺帽6272与上述第四减速器轴承外圈6252、第四柔轮外翻法兰6231相连。固定环6273安装在导向轴6271最下端位置。

如图17所示，连接模块包括第一连接轴6281、第二连接轴6282、公共轴6283、第一公共轴盖板6284、第二公共轴盖板6285、第一轴承6286、第二轴承6287、第一螺母6288、第二螺母6289。第一、第二连接轴6281、6282为一端中空并设有内螺纹62813、62823，另一端实心并设有台阶62811、62821和外螺纹62812、62822的回转体零件。公共轴6283为一内部中空，两端设有内凹环形台阶，且两端面设有环列螺纹孔的回转体零件。公共轴盖板6284、6285为设有环列通孔的环状零件。优选地，第一连接轴6281的内螺纹62813的内径尺寸小于第二连接轴6282的内螺纹62823。第一连接轴6281的外径小于第二连接轴6282的外径。

丝杠6211下端和第一连接轴6281通过上述螺纹62813连接，导向轴6271上端和第二连接轴6282通过螺纹62823连接。第一公共轴盖板、26284、6285内孔对应先穿过第一连接轴、第二连接轴的外螺纹62812、62822部分，处于连接轴外螺纹62812、62822和台阶62811、62821之间位置，然第一轴承、6286、第二轴承6287分别与第一连接轴6281、第二连接轴6282对应同心安装，且轴承内圈与对应连接轴的台阶相接触。第一螺母6288、第二螺母6289对应与第一连接轴6281、第二连接轴6282的外螺纹配合安装，并与对应轴承内圈相接触。对应安装完毕的第一轴承6286、第二轴承6287分别与公共轴6283内部同心安装，且轴承外圈分别与内凹环形台阶相接触，上述已被限定位置范围的公共轴盖板分别从第一连接轴、第二连接轴两侧压住第一轴承、第二轴承外圈，并与公共轴6283通过螺纹连接固定。

电机端盖转接件621为一内部中空且内部带有台阶的回转体零件，其一端面近外边缘处设有一圈环列通孔，另一端面外边缘处设有环列螺纹盲孔。电机端盖转接件621两端面分别与第三前端盖607和第四编码器620相连接。如图2，走线支架7呈一两端90度折弯的结构，即L型，折弯两端设有若干用于安装和连接的通孔，中间部分设有通孔和半圆形缺口。

如图2，波纹管8为一可自由弯曲的管状结构，其一端连接上述走线支架7，另一端连接基座后盖板106，中间部分根据受力情况呈悬空状。

大臂3、小臂5相应的机械限位挡轴9、10，为一带螺纹的圆轴状结构，其上设有缓冲橡胶套。

机壳11为一具有复杂曲面外形和视觉美感的薄壁状结构，与上述小臂3的一圈环绕台阶501相契合，并通过对应螺纹孔相连接。

在本实施例中，X轴一体机模块2的第一前端盖207与基座上盖板104相配合连接。大臂3一端内孔台阶303与X轴一体机模块2配合连接，另一端304与Y轴一体机模块4配合连接，同时，Y轴一体机模块4与小臂一端内孔台阶508也相配合连接。ZR两自由度一体机模块6与小臂另一端内孔台阶509配合连接。走线支架7折弯一端与小臂5的中间螺纹孔5012连接。大、小臂机械限位挡轴9、10分别固定在大小臂底部螺纹孔内。

本实施例工作时，X轴一体机模块2的第一前端盖207固定在基座1的上盖板104上，第一柔轮211与大臂3的环形凹槽303相配合连接，故X轴一体机模块转动时，会带动大臂3相对基座1转动，实现机器人的第一个自由度。Y轴一体机模块4的第二前端盖407与小臂的凹槽508配合固定，第二柔轮411与大臂3的环形凹槽304相配合固定，故Y轴一体机模块4转动时，会使小臂5与大臂3发生相对转动，实现机器人的第二个自由度。ZR两自由度一体机6安装固定在小臂的凹槽509上；由第三电机壳601、第三定子602、第三转子603等构成的第三电机模块通过螺帽连接件6113带动丝杠螺帽6112转动，实现滚珠丝杠模块611及与其相连的滚珠导向轴模块627的上下运动，实现机器人第三个自由度，值得注意的是：当第三电机模块需要转动的时候，制动器模块609会先松开抱闸制动，当第三电机模块不转动时，制动器模块609开启抱闸，防止滚珠丝杠模块611及与其相连的滚珠导向轴模块627因重力或外力而下落。由第四电机壳612、第四定子613、第四转子614等构成的一体机通过法兰626与滚珠导向轴模块627相连接，当一体机转动时，会带动滚珠导向轴模块627旋转，实现机器人的第四个自由度。

上述四个自由度即可满足一般平面上的工作需求。值得注意的是：滚珠丝杠模块611、滚珠导向轴模块627之间是采用第一轴承6286、第二轴承6287相连接，因此它们之间具有相对转动的自由度，故当滚珠导向轴模块627旋转时，滚珠丝杠模块611可不旋转，而当滚珠丝杠模块611上下移动时，滚珠导向轴模块627一定同时移动。

综上，本发明主要包括：基座、X轴一体机模块、大臂、Y轴一体机模块、小臂、ZR两自由度一体机模块、走线支架、波纹管、大臂机械限位挡轴、小臂机械限位挡轴、机壳等。其中，X轴一体机模块固定在基座上，且X轴一体机模块输出轴侧朝上。大臂一端通过X轴一体机模块连接到基座上，另一端安装Y轴一体机模块。大臂机械限位挡轴安装在大臂底部，靠近基座一侧。小臂一端通过Y轴一体机模块连接到大臂上，另一端安装ZR两自由度一体机模块。另外，小臂中部上侧安装走线支架，底部靠近大臂侧安装小臂机械限位挡轴。波纹管连接小臂上走线支架和基座。机壳安装在小臂上，并笼罩小臂及其上部安装零件。分析可知，本发明可以取得多项有益效果：使用三个一体机模块即可满足机器人四自由度的要求。把机器人基座、大臂、小臂、X轴一体机模块、Y轴一体机模块、ZR两自由度一体机模块各自设计成系列化模块，设计人员只需从相应系列产品中选出合适的模块进行搭配，组合成满足需求的机器人，使得整机设计、装配、维护变得更加简单、高效、灵活。同时，整体结构也变得十分简洁、紧凑。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (8)

1.一种模块化多自由度工业机器人，其特征在于，包括：

基座；

X轴一体机模块，设于所述基座上；

大臂，一端连接于所述X轴一体机模块的输出结构，所述X轴一体机模块驱动所述大臂运动；

Y轴一体机模块，设于所述大臂的另一端；

小臂，一端连接于所述Y轴一体机模块的输出结构，所述Y轴一体机模块驱动所述小臂运行；

ZR两自由度一体机模块，设于所述小臂的另一端。

2.根据权利要求1所述的模块化多自由度工业机器人，其特征在于，

所述X轴一体机模块包括第一电机壳、第一定子、第一转子、第一柔性轴承、第一柔轮、第一减速器轴承；

所述第一定子位于所述第一电机壳内部；

所述第一转子同轴穿过所述第一定子内部，并包括第一电机转轴和第一磁钢，所述第一电机转轴前端的部分截面呈椭圆形；

所述第一柔性轴承嵌套安装在所述第一电机转轴截面呈椭圆形的部分；

所述第一柔轮嵌套安装在所述第一柔性轴承的外圈；

所述第一减速器轴承的外圈与所述第一柔轮的外翻法兰相连。

3.根据权利要求1所述的模块化多自由度工业机器人，其特征在于，

所述大臂呈长条扁平状，两端为半圆形，且于两端的两个平行平面上各自设有一内孔和环形凹槽，与所述X轴一体机模块连接的一端环形凹槽设有一环列盲孔，与所述Y轴一体机模块连接的一端环形凹槽设有一环列通孔。

4.根据权利要求1所述的模块化多自由度工业机器人，其特征在于，

所述小臂呈长条扁平状，上下两平面之间环绕一圈台阶，所述台阶上套设有外机壳，所述外机壳覆盖于所述Y轴一体机模块、ZR两自由度一体机模块。

5.根据权利要求1所述的模块化多自由度工业机器人，其特征在于，

所述ZR两自由度一体机模块包括第三电机壳、第三定子、第三转子、第三前端盖、第三后端盖、滚珠丝杠模块、制动器模块、第四电机壳、第四定子、第四转子、第四前端盖、第四后端盖、第四柔性轴承、第四柔轮、第四减速器轴承、滚珠导向轴模块、连接模块；

所述第三前端盖、第三后端盖分别位于所述第三电机壳的两端；

所述第三转子包括第三电机转轴；所述第三电机转轴位于所述第三电机壳内部，并且所述第三电机转轴的前端、后端分别设于所述第三前端盖、第三后端盖中；

所述制动器模块安装在所述第三后端盖外侧，且与所述第三电机转轴同轴安装；

所述第四转子包括第四电机转轴，所述第四电机转轴前端的部分截面呈椭圆形，所述第四柔性轴承的内圈嵌套安装在所述第四电机转轴截面呈椭圆形的部分，所述第四柔轮嵌套安装在所述第四柔性轴承的外圈；所述第四减速器轴承的外圈与所述第四柔轮的外翻法兰相连；

所述滚珠丝杠模块包括丝杠、丝杠螺帽、螺帽连接件，所述滚珠丝杠模块通过所述螺帽连接件与所述第三电机转轴相连接；

所述滚珠导向轴模块包括导向轴、导向轴螺帽、固定环，所述导向轴螺帽与所述第四减速器轴承废热外圈、第四柔轮废热外翻法兰相连，所述固定环安装在所述导向轴下端；

所述连接模块连接于所述丝杠下端和所述导向轴上端之间。

6.根据权利要求5所述的模块化多自由度工业机器人，其特征在于，

所述制动器模块包括静铁芯、线圈骨架、线圈、动铁芯、第一摩擦片、制动盘、外齿轮、定板、第二摩擦片、限位管、制动弹簧；

所述静铁芯为环形结构，在所述静铁芯的边缘交替设有一圈通孔和盲孔，所述静铁芯的内侧设有一环状凹槽，所述线圈缠绕在所述线圈骨架上，且嵌入所述环形凹槽中；所述动铁芯位于所述静铁芯、线圈外侧，所述制动弹簧一端插入所述盲孔中，另一端抵顶所述动铁芯，所述外齿轮套设固定于所述第三电机转轴的前端，所述制动盘呈环形，位于所述动铁芯外侧，并设有与所述外齿轮啮合的内齿，所述定板呈环状，位于所述制动盘外侧，若干所述限位管设于所述定板和静铁芯之间，且所述限位管与所述静铁芯通孔同心固定，所述第一摩擦片设于所述动铁芯、制动盘之间，所述第二摩擦片设于所述定板、制动盘之间，所述制动弹簧用于驱动所述动铁芯向所述制动盘、摩擦片、定板方向移动。

7.根据权利要求5所述的模块化多自由度工业机器人，其特征在于，

所述连接模块包括第一连接轴、第二连接轴、公共轴、第一公共轴盖板、第二公共轴盖板、第一轴承、第二轴承、第一螺母、第二螺母；

所述第一连接轴、第二连接轴均为一端中空并设有内螺纹，另一端为实心并设有台阶和外螺纹的回转体零件，所述公共轴为一内部中空，两端设有内凹环形台阶，且两端面设有环列螺纹孔的回转体零件，所述第一公共轴盖板、第二公共轴盖板均为设有环列通孔的环状零件；

所述丝杠下端和所述第一连接轴螺纹连接，所述导向轴上端和所述第二连接轴螺纹连接，所述第一公共轴盖板、第二公共轴盖板的内孔对应先穿过所述第一连接轴、第二连接轴的外螺纹，处于所述外螺纹和台阶之间位置，所述第一螺母、第二螺母对应与所述第一连接轴、第二连接轴的外螺纹配合安装，所述第一公共轴盖板、第二公共轴盖板与所述公共轴连接固定。

8.根据权利要求1-7任一所述的模块化多自由度工业机器人，其特征在于，还包括：

走线支架，为两端90度折弯的板状结构，折弯两端设有若干用于安装和连接的通孔，中间部分设有通孔和半圆形缺口；

波纹管，为一可自由弯曲的管状结构，其一端连接上述走线支架，另一端连接所述基座；

大臂机械限位挡轴、小臂机械限位挡轴，分别设于所述大臂、小臂下方。