CN107234629A - 一种多轴机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多轴机器人，其包括至少两个水平旋转驱动关节以及至少两个竖直旋转驱动关节，所有所述水平旋转驱动关节按照其旋转轴共线设置，所有所述竖直旋转驱动关节按照其旋转轴在同一个竖直平面上设置，所述水平旋转驱动关节与所述竖直旋转驱动关节按照两者的旋转轴垂直相交且在所述竖直平面上设置。本发明采用水平旋转驱动关节和竖直旋转驱动关节，将两种旋转关节的旋转轴设置在同一个平面上，减少了不同圆点三维空间之间的坐标转换次数，为多轴机器人的无限扩展提供了基础；解决了多轴机器人编程困难的问题；大大提高了运动精度与控制精度；可扩展成五轴、六轴以及七轴等多轴机器人。

Description

一种多轴机器人

【技术领域】

本发明属于自动化技术领域，特别是涉及一种多轴机器人。

【背景技术】

随着经济的不断发展及科学技术的不断进步，为企业的发展提供强有力的经济及技术支柱，促使企业朝智能化及高集成化等的方向迈进，而机械手就是企业所研发的智能化的产品中一种。为了减轻操作人员的负担，或者替代操作人员进行危险作业，都离不开机械手的应用。通过机械手去替代操作人员的操作，因而达到提高效果或保护操作人员的目的，因此使得机械手在自动化生产的场合得到广泛地应用。

随着自动化程度的提高，对于机器人运动的复杂性要求也越来越高，对于多轴机器人的研究热度也逐渐升温。在现有技术中的六轴机器人的基础上实现七轴是非常困难的，对于编程人员而言根本无法实现精准的动作控制，其运动坐标点的多重变换极其复杂。

因此，有必要提供一种新的多轴机器人来解决上述问题。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种多轴机器人，其结构简单，运动精度高，且便于编程控制，且可扩展成五轴、六轴以及七轴等多轴机器人。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种多轴机器人，其包括至少两个水平旋转驱动关节以及至少两个竖直旋转驱动关节，所有所述水平旋转驱动关节按照其旋转轴共线设置，所有所述竖直旋转驱动关节按照其旋转轴在同一个竖直平面上设置，所述水平旋转驱动关节与所述竖直旋转驱动关节按照两者的旋转轴垂直相交且在所述竖直平面上设置。

进一步的，所述水平旋转驱动关节包括呈圆筒状的第一安装座、内嵌在所述第一安装座内部的第一驱动装置以及与所述第一驱动装置配合的第一减速机。

进一步的，所述第一安装座的外周表面的上部设置有若干围绕所述水平旋转驱动关节旋转轴等角度分布的第一销孔，所述第一销孔的轴线在同一水平面上。

进一步的，所述竖直旋转驱动关节包括第二安装座、内嵌在所述第二安装座内部的第二减速机以及驱动所述第二减速机的第二驱动装置。

进一步的，两个相邻设置的所述竖直旋转驱动关节之间设置有呈板状结构的摆臂板，所述摆臂板的两端分别安装在两个所述竖直旋转驱动关节中的所述第二减速机的旋转端。

进一步的，所述摆臂板的两端均设置有若干围绕所述竖直旋转驱动关节旋转轴等角度分布的第二销孔。

进一步的，所述第一安装座的下端延伸设置有与所述第二减速机的旋转端连接的延伸安装板，所述延伸安装板上设置有若干围绕所述竖直旋转驱动关节旋转轴等角度分布的第三销孔。

进一步的，还包括圆点标定治具。

进一步的，所述圆点标定治具固定在所述第二安装座上，所述圆点标定治具包括固定在所述第二安装座上的安装调节板以及固定在所述安装调节板上的标定板，所述标定板的中间轴线上设置有若干第四销孔。

进一步的，其中一个所述第四销孔的轴线与所述第一销孔的轴线、或所述第二销孔的轴线、或所述第三销孔的轴线位于同一水平面上。

与现有技术相比，本发明一种多轴机器人的有益效果在于：结构简单，运动精度高，且便于编程控制，可扩展成五轴、六轴以及七轴等多轴机器人。具体的，

1)整个结构中只采用两种形式的旋转关节，即水平旋转驱动关节和竖直旋转驱动关节，且将所有的水平旋转驱动关节的旋转轴共线设计，将所有竖直旋转驱动关节的旋转轴共面设计，将该两种旋转关节的旋转轴设置在同一个平面上，减少了不同圆点三维空间之间的坐标转换次数，为多轴机器人的无限扩展提供了基础；解决了多轴机器人编程困难的问题；大大提高了运动精度与控制精度；

2)通过设计圆点标定治具，能够快速的、精准的标定圆点，相比于现有技术中的圆点标定仪器而言，本设计操作简便、标定效率高、成本低、经济性好，且通过控制销孔和销轴的加工精度，在标定圆点的精度上可达到0.005mm，大大提高了机器人的控制精度和运动精度。

【附图说明】

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明俯视状态下所有水平旋转驱动关节的位置状态示意图；

图3为本发明右视状态下所有竖直旋转驱动关节的位置状态示意图；

图4为本发明实施例中第一安装座的结构示意图；

图5为本发明另一实施例中第一安装座的结构示意图；

图6为本发明实施例中竖直旋转驱动关节与摆臂板的结构示意图；

图7为本发明一实施例中水平旋转驱动关节与竖直旋转驱动关节、摆臂板以及圆点标定治具的组装结构示意图；

图8为本发明实施例中圆点标定治具的结构示意图；

图9为本发明扩展的七轴机器人的结构示意原理图；

图中数字表示：

1、1a、1b水平旋转驱动关节，11、11a第一安装座，111延伸安装板，112第三销孔，12第一销孔；

A竖直旋转驱动关节的旋转轴；B水平旋转驱动关节的旋转轴；

2、2a、2b竖直旋转驱动关节，21第二安装座，211安装平板，212承载座；

3摆臂板，31第二销孔；

4圆点标定治具，41安装调节板，411腰形孔，42标定板，421第四销孔。

【具体实施方式】

实施例

本实施例中提到的“水平旋转”是指旋转轴线是竖直方向的；“竖直旋转”是指旋转轴线是水平方向的。

请参照图1、图2、图3，本实施例为多轴机器人，其包括三个水平旋转驱动关节1、1a、1b以及三个竖直旋转驱动关节2、2a、2b，所有水平旋转驱动关节的旋转轴共线，所有竖直旋转驱动关节的旋转轴在同一个竖直平面上，所有水平旋转驱动关节的旋转轴与所有竖直旋转驱动关节的旋转轴垂直相交且在所述竖直平面上。

水平旋转驱动关节1包括呈圆筒状的第一安装座11、内嵌在第一安装座11内部的第一驱动装置(图中未标示)以及与所述第一驱动装置配合的第一减速机(图中未标示)。第一安装座11的外周表面的上部设置有若干围绕水平旋转驱动关节1旋转轴等角度分布的第一销孔12，第一销孔12的数量为四个。所以第一销孔12的轴线在同一水平面上。本实施例中的第一安装座11的结构如图4所示。

请参照图6，竖直旋转驱动关节2包括第二安装座21、内嵌在第二安装座21内部的第二减速机(图中未标示)以及驱动所述第二减速机的第二驱动装置(图中未标示)。第二安装座21包括安装在所述第一减速机旋转端的安装平板211以及垂直于安装平面211且用于收容固定所述第二减速机的承载座212。

请参照图6，两个相邻设置的竖直旋转驱动关节2之间设置有呈板状结构的摆臂板3。摆臂板3的两端分别安装在两个竖直旋转驱动关节2中的所述第二减速机的旋转端。摆臂板3的两端均设置有若干围绕竖直旋转驱动关节2旋转轴等角度分布的第二销孔31，第二销孔31的数量为四个。

本实施例为由三个水平旋转驱动关节1和三个竖直旋转驱动关节2组合而成的六轴机器人，在其他实施例中，可选择三个水平旋转驱动关节1和四个竖直旋转驱动关节2、或四个水平旋转驱动关节1和三个竖直旋转驱动关节2组合而成的七轴机器人；也可选择三个水平旋转驱动关节1和两个竖直旋转驱动关节2组合成五轴机器人。如图9所示，图9为基于本实施例的设计原理得到的七轴机器人的结构示意图。

本实施例中，在底部或中部的相邻两个水平旋转驱动关节1和竖直旋转驱动关节2的组合结构中，第二安装座21中的安装平板211与第一安装座11的上端面或下端面接触安装在一起。

另一实施例中第一安装座11a的结构示意图如图5，主要安装在顶部末端的相邻两个水平旋转驱动关节1和竖直旋转驱动关节2的组合结构中，第一安装座11a的下端延伸设置有与所述第二减速机的旋转端连接的延伸安装板111，延伸安装板111上设置有若干围绕竖直旋转驱动关节2旋转轴等角度分布的第三销孔112，第三销孔112的数量为四个。

请参照图1、图7、图8，第二安装座21上固定设置有圆点标定治具4。圆点标定治具4包括固定在第二安装座21上的安装调节板41以及固定在安装调节板41上的标定板42。安装调节板41上设置有长条形的腰形孔411，便于调整标定板42的安装位置。标定板42的中间轴线上设置有若干第四销孔421。其中一个第四销孔421与第一销孔12、或第二销孔31、或第三销孔112位置对应以便销轴能够穿过，即其中一个第四销孔421的轴线与第一销孔12的轴线、或第二销孔31的轴线、或第三销孔112的轴线位于同一水平面上。在一实施例中，安装调节板41上设置有两个标定板42，分别位于安装调节板41的上表面和下表面。

圆点标定治具4主要用于快速的找到最精准的设定圆点，请参照附图2，底部为水平旋转驱动关节1，竖直旋转驱动关节2中的第二安装座21固定在水平旋转驱动关节1中的所述第一减速机的旋转端，竖直旋转驱动关节2中的所述第二减速机的旋转端固定连接有摆臂板3，圆点标定治具4固定在第二安装座21上，水平旋转驱动关节1中的第一安装座11上部四周表面等角度设置有第一销孔12，圆点标定治具4中位于下表面的标定板42上设置有轴线与第一销孔12的轴线在同一水平线上的第四销孔421，摆臂板3的连接所述第二减速机的一端表面设置有围绕所述第二减速机旋转轴分布的第二销孔31，圆点标定治具4中位于上表面的标定板42上设置有轴线与第二销孔31的轴线在同一水平线上的第四销孔421。

圆点标定治具4对水平旋转驱动关节1进行圆点坐标标定的步骤如下：

1)设定初始状态：将第四销孔421对准其中一个第一销孔12，采用销轴检测是否能够同时穿过第四销孔421和第一销孔12，若能穿过则初始状态设定完成，若不能穿过，则启动水平旋转驱动关节1，驱动第二安装座21同时带动标定板42旋转一定角度，直到销轴能够同时穿过第四销孔421和第一销孔12；

2)设定水平旋转驱动关节1顺时针或逆时针旋转90度，采用销轴检测是否能够同时穿过第四销孔421和对应的第一销孔12，若能穿过，则进行下一步，若不能穿过，则启动水平旋转驱动关节1，驱动第二安装座21同时带动标定板42旋转一定角度，直到销轴能够同时穿过第四销孔421和对应的第一销孔12，此时，得到圆点误差；

3)修正误差得到新的设定圆点：修正误差为本领域内专业人员熟知的方法，且为成熟技术，因此，本实施例中不进行详细说明；

4)回到初始状态；

5)重复步骤2～3，其中旋转角度可以选择90度、180度、270度或360度中的一个，旋转方向可以旋转顺时针或逆时针，直到从初始状态下，水平旋转驱动关节1任意方向旋转任意个90度后，销轴都能够同时穿过第四销孔421和对应的第一销孔12，则说明水平旋转驱动关节1的设定圆点坐标已标定精准。

圆点标定治具4对竖直旋转驱动关节2进行圆点坐标标定原理与水平旋转驱动关节1圆点坐标标定原理相同，其步骤如下：

1)设定初始状态：将第四销孔421对准其中一个第二销孔31，采用销轴检测是否能够同时穿过第四销孔421和第二销孔31，若能穿过则初始状态设定完成，若不能穿过，则启动竖直旋转驱动关节2，驱动摆臂板3同时带动第二销孔31旋转一定角度，直到销轴能够同时穿过第四销孔421和第二销孔31；

2)设定竖直旋转驱动关节2顺时针或逆时针旋转90度，采用销轴检测是否能够同时穿过第四销孔421和对应的第二销孔31，若能穿过，则进行下一步，若不能穿过，则启动竖直旋转驱动关节2，驱动摆臂板3旋转一定角度，直到销轴能够同时穿过第四销孔421和对应的第二销孔31，此时，得到圆点误差；

3)修正误差得到新的设定圆点：修正误差为本领域内专业人员熟知的方法，且为成熟技术，因此，本实施例中不进行详细说明；

4)回到初始状态；

5)重复步骤2～3，其中旋转方向可以旋转顺时针或逆时针，旋转角度应控制在竖直旋转驱动关节2的旋转需求范围内选择90度的倍数，直到从初始状态下，竖直旋转驱动关节2任意方向旋转任意个90度后，销轴都能够同时穿过第四销孔421和对应的第二销孔31，则说明竖直旋转驱动关节2的设定圆点坐标已标定精准。

本实施例中，由于第一销孔12、第二销孔31以及第三销孔112的数量均为四个，因此在进行圆点标定过程中各个驱动关节的旋转角度为90度的倍数，而在其他实施例中，第一销孔12、第二销孔31以及第三销孔112的数量可设定为N个，则在进行圆点标定过程中各个驱动关节的旋转角度则为360°/N的倍数。

本实施例多轴机器人的有益效果在于：结构简单，运动精度高，且便于编程控制，可扩展成五轴、六轴以及七轴等多轴机器人。具体的，

1)整个结构中只采用两种形式的旋转关节，即水平旋转驱动关节和竖直旋转驱动关节，且将所有的水平旋转驱动关节的旋转轴共线设计，将所有竖直旋转驱动关节的旋转轴共面设计，将该两种旋转关节的旋转轴设置在同一个平面上，减少了不同圆点三维空间之间的坐标转换次数，为多轴机器人的无限扩展提供了基础；解决了多轴机器人编程困难的问题；大大提高了运动精度与控制精度；

2)通过设计圆点标定治具，能够快速的、精准的标定圆点，相比于现有技术中的圆点标定仪器而言，本设计操作简便、标定效率高、成本低、经济性好，且通过控制销孔和销轴的加工精度，在标定圆点的精度上可达到0.005mm，大大提高了机器人的控制精度和运动精度。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。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 (10)

1.一种多轴机器人，其特征在于：其包括至少两个水平旋转驱动关节以及至少两个竖直旋转驱动关节，所有所述水平旋转驱动关节按照其旋转轴共线设置，所有所述竖直旋转驱动关节按照其旋转轴在同一个竖直平面上设置，所述水平旋转驱动关节与所述竖直旋转驱动关节按照两者的旋转轴垂直相交且在所述竖直平面上设置。

2.如权利要求1所述的多轴机器人，其特征在于：所述水平旋转驱动关节包括呈圆筒状的第一安装座、内嵌在所述第一安装座内部的第一驱动装置以及与所述第一驱动装置配合的第一减速机。

3.如权利要求2所述的多轴机器人，其特征在于：所述第一安装座的外周表面的上部设置有若干围绕所述水平旋转驱动关节旋转轴等角度分布的第一销孔，所述第一销孔的轴线在同一水平面上。

4.如权利要求3所述的多轴机器人，其特征在于：所述竖直旋转驱动关节包括第二安装座、内嵌在所述第二安装座内部的第二减速机以及驱动所述第二减速机的第二驱动装置。

5.如权利要求4所述的多轴机器人，其特征在于：两个相邻设置的所述竖直旋转驱动关节之间设置有呈板状结构的摆臂板，所述摆臂板的两端分别安装在两个所述竖直旋转驱动关节中的所述第二减速机的旋转端。

6.如权利要求5所述的多轴机器人，其特征在于：所述摆臂板的两端均设置有若干围绕所述竖直旋转驱动关节旋转轴等角度分布的第二销孔。

7.如权利要求6所述的多轴机器人，其特征在于：所述第一安装座的下端延伸设置有与所述第二减速机的旋转端连接的延伸安装板，所述延伸安装板上设置有若干围绕所述竖直旋转驱动关节旋转轴等角度分布的第三销孔。

8.如权利要求7所述的多轴机器人，其特征在于：还包括圆点标定治具。

9.如权利要求8所述的多轴机器人，其特征在于：所述圆点标定治具固定在所述第二安装座上，所述圆点标定治具包括固定在所述第二安装座上的安装调节板以及固定在所述安装调节板上的标定板，所述标定板的中间轴线上设置有若干第四销孔。

10.如权利要求9所述的多轴机器人，其特征在于：其中一个所述第四销孔的轴线与所述第一销孔的轴线、或所述第二销孔的轴线、或所述第三销孔的轴线位于同一水平面上。