CN106737844A - 一种水平关节四轴机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水平关节四轴机器人，包括机器人本体、第一关节组件、第二关节组件及末端R旋转轴；机器人本体包括底座及设置于底座上的机器人本体外壳，机器人本体外壳内设置有主支撑板、滚珠丝杠以及可相对滚珠丝杠上下移动、与滚珠丝杠配合的固定座；固定座中设置有第一驱动电机、丝杠螺母及用于驱动第一传动轴旋转的第二驱动电机；这样的结构设计使得上下Z轴处于机器人本体部分，末端R旋转轴在末端，本发明特别适用轻负载且末端对空间有要求的场合，可以作为桌面级别的机器人末端可以安装3D打印喷头、真空吸盘、电动手爪、毛笔、电烙铁、激光光源等，例如3D打印、堆垛、写字、焊电路板、激光烧结等。亦可以应用在工业级场合，例如打螺丝。
Description
[技术领域]
本发明涉及机器人设备技术领域，尤其涉及一种上下Z轴在本体部分，结构稳定且轻巧的水平关节四轴机器人。
[背景技术]
水平关节四轴机器人目前已经被非常广泛应用，在搬运、加工、装配等环境中有非常重要的作用，它本身具有动作灵活、结构紧凑、空间要求小、重复定位精度高等特点，能够精确、快速达到空间的一点。水平关节四轴机器人相对于六轴工业机器人来说具有体积小，灵活，成本低等优势，在未来工业流水线中被大量使用将会是必然趋势。加大对水平关节四轴机器人的研究也非常必要，目前国内外水平关节四轴机器人的主要品牌包括爱普生、雅马哈、库卡等企业。
目前市场上现有的水平关节四轴机器人大多数结构采用谐波减速器或者RV减速器，其上下Z轴和旋转R轴设在末端，前面两个大臂体组成两个机械臂，从而实现四轴机器人在空间上的不同动作。这种机械臂具有负载比较大，臂长可以很长，精度高等特点，但是价格比较高。由于上下Z轴和旋转R轴设在末端，末端的结构空间比较大，不适应在空间狭小的场合工作。
基于上述问题，怎么才能通过对机器人的具体结构和传动方式进行改进和改善，来达到小负载，结构轻巧，且缩短臂体的长度，是本领域的技术人员经常考虑的问题，通过多次研发和实验，也取得了较好的成绩。
[发明内容]
为克服现有技术所存在的问题，本发明提供一种上下Z轴在本体部分，结构稳定且轻巧的水平关节四轴机器人。
本发明解决技术问题的方案是提供一种水平关节四轴机器人，包括机器人本体、与机器人本体相连的第一关节组件、与第一关节组件相连的第二关节组件以及设置于第二关节组件端头部位的末端R旋转轴；所述机器人本体包括底座以及设置于底座上的机器人本体外壳，在所述机器人本体外壳内设置有控制电路板、主支撑板、设置于主支撑板上的滚珠丝杠以及可相对滚珠丝杠上下移动、与滚珠丝杠配合的固定座；所述第一关节组件通过第一传动轴与固定座前端活动连接；在所述固定座中设置有第一驱动电机、由第一驱动电机驱动且与滚珠丝杠匹配的丝杠螺母以及用于驱动第一传动轴旋转的第二驱动电机；所述第一关节组件包括第一关节组件外壳、设置于第一关节组件外壳中的第三驱动电机以及由第三驱动电机驱动、用于连接第一关节组件和第二关节组件的第二传动轴；所述第二关节组件包括第二关节组件外壳以及设置于第二关节组件外壳内部、用于驱动末端R旋转轴转动的第四驱动电机。
优选地，所述第一驱动电机与丝杠螺母之间以及第二驱动电机与第一传动轴之间通过同步带传动；且在所述第一驱动电机的输出轴上设置第一主动同步轮，在所述滚珠丝杠上设置与第一主动同步轮通过同步带相连的第一从动同步轮；所述第二驱动电机的输出轴上设置第二主动同步轮，在所述第一传动轴上设置与第二驱动电机通过同步带相连的第二从动同步轮；所述第三驱动电机的输出轴上设置第三主动同步轮，在所述第二传动轴上设置与第三驱动电机通过同步带相连的第三从动同步轮。
优选地，所述滚珠丝杠上还套设有滚珠丝杠轴承、第一锁紧螺母以及与丝杠螺母同轴安装的丝杠螺母固定轴；所述滚珠丝杠轴承位于丝杠螺母固定轴外侧，且该滚珠丝杠轴承的外圈配合于固定座内壁，滚珠丝杠轴承的内圈与第一锁紧螺母锁紧配合，保证滚珠丝杠轴承不会轴向窜动；所述第一传动轴上还设置有第二锁紧螺母以及第一传动轴轴承；该第二锁紧螺母锁紧第一传动轴轴承的内圈，防止第一传动轴的轴向窜动；所述第二传动轴上还设置有第三锁紧螺母以及第二传动轴轴承，第三锁紧螺母锁紧第二传动轴轴承的内圈，防止第二传动轴轴向窜动；在所述第四驱动电机下部设置有用于安装所述第四驱动电机的电机安装座，且该电机固定座通过螺丝安装于第二关节组件外壳上。
优选地，所述第二驱动电机部位、第一传动轴部位、第三驱动电机部位、第二传动轴部位都对应设置有编码器。
优选地，所述机器人本体内还设置有坦克拖链以及用于设置该坦克拖链的坦克拖链支撑板；在所述固定座上方设置有固定座上盖，且机器人本体正面设有正门挡板；所述正门挡板穿过固定座中间部位；正门挡板上方设有用于安装闪烁灯的灯座；
所述机器人本体外壳为圆筒外壳，该圆筒外壳与底座固定相连；在所述圆筒外壳与底座之间设有底座装饰环。
优选地，所述控制电路板位于机器人本体下部，在机器人本体外壳上开设有与控制电路板位置对应的电路插接口。
优选地，所述主支撑板上开设有导轨槽，在所述导轨槽中安装有导轨滑块；所述固定座通过螺丝固定于导轨滑块上，且可在导轨滑块上上下滑动。
优选地，所述主支撑板固定于底座上，且主支撑板与底座成垂直状态。
优选地，所述滚珠丝杠通过设置于滚珠丝杆两端的丝杠固定座固定在主支撑板上。
优选地，所述底座为球面底座；且第二关节组件由后段向前端宽度逐渐减小。
与现有技术相比，本发明一种水平关节四轴机器人通过在机器人本体内部设置滚珠丝杠以及与滚珠丝杠配合的固定座，第一关节组件通过第一传动轴与固定座前端活动连接，第二关节组件与第一关节组件相连，这样的结构设计使得上下Z轴处于机器人本体部分，末端R旋转轴在末端，这种水平关节四轴机器人两个机械臂悬空，末端R旋转轴设置在第二关节组件末端，上下Z轴运动时，两个机械臂和末端R旋转轴同时上下运动，实际生产制造过程中，考虑到上下运动的臂体自身重量，将机器人臂体设计得较轻，臂体长度较短，负载比较小，结构轻巧，本发明一种水平关节四轴机器人特别适用轻负载且末端对空间有要求的场合，可以作为桌面级别的机器人末端可以安装3D打印喷头、真空吸盘、电动手爪、毛笔、电烙铁、激光光源等，去实现各种功能，例如3D打印、堆垛、写字、焊电路板、激光烧结等。亦可以应用在工业级场合，例如打螺丝。
[附图说明]
图1是本发明一种水平关节四轴机器人的立体状态结构示意图。
图2是本发明一种水平关节四轴机器人的爆炸状态结构示意图。
图3是本发明一种水平关节四轴机器人的内部状态结构示意图。
图4是本发明一种水平关节四轴机器人的截面状态结构示意图。
图5是本发明一种水平关节四轴机器人中第一关节组件的截面状态结构示意图。
图6是本发明一种水平关节四轴机器人中第二关节组件的截面状态结构示意图。
[具体实施方式]
为使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定此发明。
请参阅图1至图6，本发明一种水平关节四轴机器人1包括机器人本体13、与机器人本体13相连的第一关节组件15、与第一关节组件15相连的第二关节组件17以及设置于第二关节组件17端头部位的末端R旋转轴19；所述机器人本体13包括底座11以及设置于底座11上的机器人本体外壳132，在所述机器人本体外壳132内设置有控制电路板1321、主支撑板1325、设置于主支撑板1325上的滚珠丝杠1323以及可相对滚珠丝杠1323上下移动、与滚珠丝杠1323配合的固定座1324；所述第一关节组件15通过第一传动轴1357与固定座1324前端活动连接；在所述固定座1324中设置有第一驱动电机1327、由第一驱动电机1327驱动且与滚珠丝杠1323匹配的丝杠螺母13232以及用于驱动第一传动轴1357旋转的第二驱动电机1326；所述第一关节组件15包括第一关节组件外壳151、设置于第一关节组件外壳151中的第三驱动电机153以及由第三驱动电机153驱动、用于连接第一关节组件15和第二关节组件17的第二传动轴159；所述第二关节组件17包括第二关节组件外壳171以及设置于第二关节组件外壳171内部、用于驱动末端R旋转轴19转动的第四驱动电机173。
通过在机器人本体13内部设置滚珠丝杠1323以及与滚珠丝杠1323配合的固定座1324，第一关节组件15通过第一传动轴1357与固定座1324前端活动连接，第二关节组件17与第一关节组件15相连，这样的结构设计使得上下Z轴处于机器人本体13部分，末端R旋转轴19在末端，这种水平关节四轴机器人1两个机械臂悬空，末端R旋转轴19设置在第二关节组件17末端，上下Z轴运动时，两个机械臂和末端R旋转轴19同时上下运动，实际生产制造过程中，考虑到上下运动的臂体自身重量，将机器人臂体设计得较轻，臂体长度较短，负载比较小，结构轻巧，本发明一种水平关节四轴机器人1特别适用轻负载且末端对空间有要求的场合。
优选地，所述第一驱动电机1327与丝杠螺母13232之间以及第二驱动电机1326与第一传动轴1357之间通过同步带传动；且在所述第一驱动电机1327的输出轴上设置第一主动同步轮13271，在所述滚珠丝杠1323上设置与第一主动同步轮13271通过同步带相连的第一从动同步轮13231；所述第二驱动电机1326的输出轴上设置第二主动同步轮13261，在所述第一传动轴1357上设置与第二驱动电机1326通过同步带相连的第二从动同步轮1354；所述第三驱动电机153的输出轴上设置第三主动同步轮1351，在所述第二传动轴159上设置与第三驱动电机153通过同步带相连的第三从动同步轮156。采用同步带传动，与使用谐波减速器或者RV减速器的机器人比成本大幅度降低，更有利于大范围推广使用。
优选地，所述滚珠丝杠1323上还套设有滚珠丝杠轴承13235、第一锁紧螺母13234以及与丝杠螺母13234同轴安装的丝杠螺母固定轴13233；所述滚珠丝杠轴承13235位于丝杠螺母固定轴13233外侧，且该滚珠丝杠轴承13235的外圈配合于固定座1324内壁，滚珠丝杠轴承13235的内圈与第一锁紧螺母13234锁紧配合，保证滚珠丝杠轴承13235不会轴向窜动；所述第一传动轴1357上还设置有第二锁紧螺母1355以及第一传动轴轴承1356；该第二锁紧螺母1355锁紧第一传动轴轴承1356的内圈，防止第一传动轴1357的轴向窜动；所述第二传动轴159上还设置有第三锁紧螺母157以及第二传动轴轴承158，第三锁紧螺母157锁紧第二传动轴轴承158的内圈，防止第二传动轴159轴向窜动；在所述第四驱动电机173下部设置有用于安装所述第四驱动电机173的电机安装座175，且该电机固定座175通过螺丝安装于第二关节组件外壳171上。
优选地，所述第二驱动电机1326部位、第一传动轴1357部位、第三驱动电机153部位、第二传动轴159部位都对应设置有编码器(1329、1353、154、155)。有利于提高重复定位精度。
优选地，所述机器人本体13内还设置有坦克拖链以及用于设置该坦克拖链的坦克拖链支撑板；在所述固定座1324上方设置有固定座上盖13241，且机器人本体13正面设有正门挡板133；所述正门挡板133穿过固定座1324中间部位；正门挡板133上方设有用于安装闪烁灯的灯座131；
所述机器人本体外壳132为圆筒外壳，该圆筒外壳与底座11固定相连；在所述圆筒外壳与底座11之间设有底座装饰环111。
优选地，所述控制电路板1321位于机器人本体13下部，在机器人本体外壳132上开设有与控制电路板1321位置对应的电路插接口。
优选地，所述主支撑板1325上开设有导轨槽，在所述导轨槽中安装有导轨滑块1328；所述固定座1324通过螺丝固定于导轨滑块1328上，且可在导轨滑块1328上上下滑动。
优选地，所述主支撑板1325固定于底座11上，且主支撑板1325与底座11成垂直状态。
优选地，所述滚珠丝杠1323通过设置于滚珠丝杆1323两端的丝杠固定座1322固定在主支撑板1325上。
优选地，所述底座11为球面底座1；且第二关节组件17由后段向前端宽度逐渐减小。
实际运行过程中，当第一驱动电机1327驱动丝杠螺母固定轴13233转动时，丝杠螺母13234同步转动，且丝杠螺母13234同时上下运动，通过滚珠丝杠轴承13235使固定座1324上下运动。实现了丝杠螺母13234转动带动固定座1324上下运动这个动作。第一主动同步轮13271通过同步带与第一从动同步轮13231连接，此时第一驱动电机1327可以实现控制固定座1324的上下运动。
第一关节组件15固定在第一传动轴1357上，整个第一关节组件15可以随第一传动轴1357一起转动。所述第一关节组件外壳151包括臂体上盖以及臂体下盖；在该第一关节组件外壳151上方圆周安装有起到装饰效果的装饰环。
第二关节组件17固定在第二传动轴159上，整个第二关节组件17可以随第二传动轴159一起转动。在第二关节组件17上方圆周同样安装有起到装饰效果的装饰环。
与现有技术相比，本发明一种水平关节四轴机器人1通过在机器人本体13内部设置滚珠丝杠1323以及与滚珠丝杠1323配合的固定座1324，第一关节组件15通过第一传动轴1357与固定座1324前端活动连接，第二关节组件17与第一关节组件15相连，这样的结构设计使得上下Z轴处于机器人本体13部分，末端R旋转轴19在末端，这种水平关节四轴机器人1两个机械臂悬空，末端R旋转轴19设置在第二关节组件17末端，上下Z轴运动时，两个机械臂和末端R旋转轴19同时上下运动，实际生产制造过程中，考虑到上下运动的臂体自身重量，将机器人臂体设计得较轻，臂体长度较短，负载比较小，结构轻巧，本发明一种水平关节四轴机器人1特别适用轻负载且末端对空间有要求的场合，可以作为桌面级别的机器人末端可以安装3D打印喷头、真空吸盘、电动手爪、毛笔、电烙铁、激光光源等，去实现各种功能，例如3D打印、堆垛、写字、焊电路板、激光烧结等。亦可以应用在工业级场合，例如打螺丝。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水平关节四轴机器人，其特征在于：包括机器人本体、与机器人本体相连的第一关节组件、与第一关节组件相连的第二关节组件以及设置于第二关节组件端头部位的末端R旋转轴；所述机器人本体包括底座以及设置于底座上的机器人本体外壳，在所述机器人本体外壳内设置有控制电路板、主支撑板、设置于主支撑板上的滚珠丝杠以及可相对滚珠丝杠上下移动、与滚珠丝杠配合的固定座；所述第一关节组件通过第一传动轴与固定座前端活动连接；在所述固定座中设置有第一驱动电机、由第一驱动电机驱动且与滚珠丝杠匹配的丝杠螺母以及用于驱动第一传动轴旋转的第二驱动电机；所述第一关节组件包括第一关节组件外壳、设置于第一关节组件外壳中的第三驱动电机以及由第三驱动电机驱动、用于连接第一关节组件和第二关节组件的第二传动轴；所述第二关节组件包括第二关节组件外壳以及设置于第二关节组件外壳内部、用于驱动末端R旋转轴转动的第四驱动电机。
2.如权利要求1所述的一种水平关节四轴机器人，其特征在于：所述第一驱动电机与丝杠螺母之间以及第二驱动电机与第一传动轴之间通过同步带传动；且在所述第一驱动电机的输出轴上设置第一主动同步轮，在所述滚珠丝杠上设置与第一主动同步轮通过同步带相连的第一从动同步轮；所述第二驱动电机的输出轴上设置第二主动同步轮，在所述第一传动轴上设置与第二驱动电机通过同步带相连的第二从动同步轮；所述第三驱动电机的输出轴上设置第三主动同步轮，在所述第二传动轴上设置与第三驱动电机通过同步带相连的第三从动同步轮。
3.如权利要求1或2所述的一种水平关节四轴机器人，其特征在于：所述滚珠丝杠上还套设有滚珠丝杠轴承、第一锁紧螺母以及与丝杠螺母同轴安装的丝杠螺母固定轴；所述滚珠丝杠轴承位于丝杠螺母固定轴外侧，且该滚珠丝杠轴承的外圈配合于固定座内壁，滚珠丝杠轴承的内圈与第一锁紧螺母锁紧配合，保证滚珠丝杠轴承不会轴向窜动；所述第一传动轴上还设置有第二锁紧螺母以及第一传动轴轴承；该第二锁紧螺母锁紧第一传动轴轴承的内圈，防止第一传动轴的轴向窜动；所述第二传动轴上还设置有第三锁紧螺母以及第二传动轴轴承，第三锁紧螺母锁紧第二传动轴轴承的内圈，防止第二传动轴轴向窜动；在所述第四驱动电机下部设置有用于安装所述第四驱动电机的电机安装座，且该电机固定座通过螺丝安装于第二关节组件外壳上。
4.如权利要求3所述的一种水平关节四轴机器人，其特征在于：在所述第二驱动电机部位、第一传动轴部位、第三驱动电机部位、第二传动轴部位都对应设置有编码器。
5.如权利要求1所述的一种水平关节四轴机器人，其特征在于：所述所述机器人本体内还设置有坦克拖链以及用于设置该坦克拖链的坦克拖链支撑板；在所述固定座上方设置有固定座上盖，且机器人本体正面设有正门挡板；所述正门挡板穿过固定座中间部位；正门挡板上方设有用于安装闪烁灯的灯座；
所述机器人本体外壳为圆筒外壳，该圆筒外壳与底座固定相连；在所述圆筒外壳与底座之间设有底座装饰环。
6.如权利要求1或5所述的一种水平关节四轴机器人，其特征在于：所述控制电路板位于机器人本体下部，在机器人本体外壳上开设有与控制电路板位置对应的电路插接口。
7.如权利要求1所述的一种水平关节四轴机器人，其特征在于：所述主支撑板上开设有导轨槽，在所述导轨槽中安装有导轨滑块；所述固定座通过螺丝固定于导轨滑块上，且可在导轨滑块上上下滑动。
8.如权利要求1或7所述的一种水平关节四轴机器人，其特征在于：所述主支撑板固定于底座上，且主支撑板与底座成垂直状态。
9.如权利要求1所述的一种水平关节四轴机器人，其特征在于：所述滚珠丝杠通过设置于滚珠丝杆两端的丝杠固定座固定在主支撑板上。
10.如权利要求1所述的一种水平关节四轴机器人，其特征在于：所述底座为球面底座；且第二关节组件由后段向前端宽度逐渐减小。
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