CN107378927B

CN107378927B - 一种连杆同步带联合传动的平面关节型机器人

Info

Publication number: CN107378927B
Application number: CN201710822191.3A
Authority: CN
Inventors: 张良安; 刘俊; 张鹏; 张节; 王彪; 卢杰; 赵学峰
Original assignee: Anhui Hiseed Robot Co ltd
Current assignee: Anhui Hiseed Robot Co ltd
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2023-03-03
Anticipated expiration: 2037-09-13
Also published as: CN107378927A

Abstract

本发明公开了一种连杆同步带联合传动的平面关节型机器人，属于工业机器人技术领域，包括机架、X轴电机、Y轴电机、Z轴电机、R轴电机、大臂、小臂、花键轴及丝杠；X轴电机、Y轴电机、Z轴电机与R轴电机均通过相对应的电机安装板固定在机架上，X轴电机驱动大臂上，Y轴电机的动力经两级同步带传递到小臂上，Z轴动力和R轴电机经三级同步带分别传递到丝杠和花键轴上，同步带分别安装在套筒和传动轴上，套筒和传动轴通过轴承以同轴心间隙安装，从而套筒和传动轴分开转动，本发明机器人可以减小转动惯量，扩大运动空间，缩短电机的响应时间。

Description

一种连杆同步带联合传动的平面关节型机器人

技术领域

本发明属于工业机器人技术领域，具体涉及一种连杆同步带联合传动的平面关节型机器人。

背景技术

轻工、医药、食品和电子等行业的自动化生产线中，诸如分拣、包装、封装等作业往往需要末端执行器在空间中进行高速作业的机械手。一般平面关节型机器人，驱动装置布置在关节上，该种布置方式存在转动惯量大、刚度差、响应速度慢的缺点，在操作空间大和大负载的工作环境中，缺点表现的尤为明显。同时，驱动装置布置在关节上，小臂上的零部件较多占据的空间较大，因此，小臂的防尘罩壳体积较大。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供一种连杆同步带联合传动的平面关节型机器人，该平面关节型机器人相比传统平面关节型机器人，具有转动惯量小、刚度好、响应速度快、传动精度高的优点。

本发明所提供的一种连杆同步带联合传动的平面关节型机器人包括机架4、X轴电机3、Y轴电机5、Z轴电机52、R轴电机9、大臂46、小臂24、花键轴36和丝杠39；X轴电机3与固定在机架4上的X轴电机安装板2固定连接，Y轴电机5与固定在机架4上的Y轴电机安装板6固定连接，Z轴电机52与固定在机架4上的Z轴电机安装板53固定连接，R轴电机9与固定在机架4上的R轴电机安装板10固定连接，X轴电机安装板2、Y轴电机安装板6、Z轴电机安装板53及R轴电机安装板10固定在机架4的不同平面且相互平行设置，X轴减速器1固定在X轴电机安装板2，X轴电机3的输出端与X轴减速器1的输入端固定连接，X轴减速器1的输出轴与大臂46固定连接，支撑套筒20与安装在机架4中的轴承内圈配合，支撑套筒20与X轴电机3的输出轴同轴心，Y轴电机5的输出端与第一主动带轮8固定连接，第一主动带轮8与第一从动带轮17连接，第一套筒19与支撑套筒20同轴心间隙安装，第一从动带轮17固定在第一套筒19的下端部，第一套筒19的上端部与第四主动带轮21固定连接，第四主动带轮21与第四从动带轮43连接，第三套筒22与安装在大臂46中的轴承内圈配合，第四从动带轮43固定在第三套筒22的上端部，第三套筒22的下端部与Y轴减速器23的输入端固定连接，Y轴减速器23固定在大臂46上，Y轴减速器23的输出端与小臂24固定连接，Z轴电机52的输出轴与第二主动带轮54固定连接，第二主动带轮54与第二从动带轮15连接，第二套筒18与第一套筒19同轴心间隙安装，第二从动带轮54固定在第二套筒18的下端部，第二套筒18的上端部与第五主动带轮50固定连接，第五主动带轮50与第五从动带轮44连接，第四套筒42与第三套筒22同轴心间隙安装，第五从动带轮44与第四套筒42的上端固定连接，第四套筒42的下端部与第七主动带轮26固定连接，第七主动带轮26与第七从动带轮41连接，第七从动带轮41与丝杠螺母40固定连接，丝杠螺母40固定在小臂24上，丝杠螺母40与丝杠39相配合，R轴电机9的输出轴与第三主动带轮11固定连接，第三主动带轮11与第三从动带轮13连接，第一传动轴14与第二套筒18同轴心间隙安装，第三从动带轮13固定在第一传动轴14的下端部，第一传动轴14的上端部与第六主动带轮51固定连接，第六主动带轮51与第六从动带轮45连接，第二传动轴29与第四套筒42同轴心间隙安装，第二传动轴29的上端部与第六从动带轮45固定连接，第二传动轴29的下端部与第八主动带轮28固定连接，第八主动带轮28与第八从动带轮32连接，第八从动带轮32与R轴减速器33的输入端固定连接，R轴减速器33与小臂24固定连接，R轴减速器33的输出端与花键螺母35固定连接，花键螺母35通过第一连接盘34固定在小臂24上，花键螺母35与花键轴36配合使用，丝杠39固定在连接板31上，花键轴36与安装在连接板31上的轴承配合，连接法兰30与花键轴30固定连接。

X轴减速器1、Y轴减速器23及R轴减速器33均为谐波减速器。

本发明具有以下技术特点：

（1）四套驱动装置均采用后置形式，大大地小臂上的零件数量和质量，可以大大减低机械臂的转动惯量，提高了机器人刚性，可以适应大负载和较大的操作空间，扩大了该平面关节型机器人的应用范围；

（2）四套驱动装置均采用后置形式，缩短了电机响应时间；

（3）套筒和传动轴配合使用，把关节的转动和同步带的传动分开进行，结构紧凑；

（4）小臂24的防尘罩壳体积可以做的较小；

（5）减速器前置可以把同步带的传动误差按比例缩小，达到更高的传动精度。

附图说明

图1 为本发明装置极限位置的剖视结构示意图。

图2 为本发明中第一传动轴处的局部放大结构示意图。

图3 为本发明中第二传动轴处的局部放大结构示意图。

图4 为本发明中丝杠和花键轴处的局部放大结构示意图。

图5 为本发明装置的俯视结构示意。

图6 为本发明装置的仰视结构示意图。

图中：1.X轴减速器；2.X轴电机安装板；3.X轴电机；4.机架；5.Y轴电机；6.Y轴电机安装板；7.第一同步带；8.第一主动带轮；9.R轴电机；10.R轴电机安装板；11.第三主动带轮；12.第三同步带；13.第三从动带轮；14.第一传动轴；15.第二从动带轮；16.第二同步带；17.第一从动带轮；18.第三套筒；19.第二套筒；20.第一套筒；21.第四主动带轮；22.第四套筒；23.Y轴减速器；24.小臂；25.第七同步带；26.第七主动带轮；27.第八同步带；28.第八主动带轮；29.第二传动轴；30.连接法兰；31.连接板；32.第八从动带轮；33.R轴减速器；34.第一连接盘；35.花键螺母；36.花键轴；37.第二轴端挡圈；38.第一轴端挡圈；39.丝杠；40.丝杠螺母；41.第七从动带轮；42.第四套筒；43.第四从动带轮；44.第五从动带轮；45.第六从动带轮；46.大臂；47.第四同步带；48.第五同步带；49.第六同步带；50.第五主动带轮；51.第六主动带轮；52.Z轴电机；53.Z轴电机安装板；54.第二主动带轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1-图6所示，一种连杆同步带联合传动的平面关节型机器人，该装置包机架4、X轴电机3、Y轴电机5、Z轴电机52、R轴电机9、大臂46、小臂24、花键轴36和丝杠39，X轴电机3与固定在机架4上的X轴电机安装板2固定连接，Y轴电机5与固定在机架4上的Y轴电机安装板6固定连接，Z轴电机52与固定在机架4上的Z轴电机安装板53固定连接，R轴电机9与固定在机架4上的R轴电机安装板10固定连接，X轴电机安装板2、Y轴电机安装板6、Z轴电机安装板53及R轴电机安装板10位于不同平面且相互平行设置，X轴电机3的输出端与X轴减速器1的输入端固定连接，X轴减速器1固定在X轴电机安装板2，X轴减速器1的输出轴与大臂46固定连接，支撑套筒20与安装在机架4中轴承的内圈配合，支撑套筒20与X轴电机3的输出轴同轴心设置，轴承的固定为所属领域的一般技术手段，在此不再在叙述，支撑套筒20与大臂46固定连接，支撑套筒20与大臂46一起运动，从而大臂46的运动更加平稳。

Y轴电机5的输出端与第一主动带轮8固定连接，第一主动带轮8与第一从动带轮17通过第一同步带7连接，第一套筒19的上下两端分别与安装在支撑套筒20上下端中轴承的内圈配合，第一套筒19与支撑套筒20同轴心间隙安装，从而，第一套筒19与支撑套筒20分开转动，第一从动带轮17与第一套筒19的下端通过螺钉以固定连接，第一套筒19的上端与第四主动带轮21通过螺钉以固定连接，第四主动带轮21与第四从动带轮43通过第四同步带47以连接，第三套筒22与安装在大臂46中轴承的内圈配合，第四从动带轮43通过螺钉以固定在第三套筒22的上端，第三套筒22的下端与Y轴减速器23的输入端固定连接，Y轴减速器23固定在大臂46上，Y轴减速器23的输出端与小臂24固定连接，从而，带动小臂24及小臂24上的部件绕第三套筒22的轴线旋转。

Z轴电机52的输出轴与第二主动带轮54通过胀紧套固定连接，第二主动带轮54与第二从动带轮54通过第二同步带16连接，第二套筒18的下端与安装在第一从动带轮17中轴承的内圈配合，第二套筒18的上端与安装在第一从动带轮17中轴承的内圈配合，第二套筒18与第一套筒19同轴心间隙安装，从而，第二套筒18与第一套筒19分开转动，第二从动带轮15通过胀紧套固定在第二套筒18的下端，第二套筒18的上端与第五主动带轮50通过螺钉固定连接，第五主动带轮50与第五从动带轮44通过第五同步带48连接，第四套筒42的上端与安装在第四从动带轮43中轴承的内圈配合，第四套筒42的下端与安装在小臂24中轴承的内圈配合，第四套筒42与第三套筒22同轴心间隙安装，从而，第四套筒42与第三套筒22分开转动，第五从动带轮44与第四套筒42的上端通过螺钉以固定连接，第四套筒42的下端与第七主动带轮26通过胀紧套以固定连接，第七主动带轮26与第七从动带轮41通过第七同步带25连接，第七从动带轮41与丝杠螺母40固定连接，丝杠螺母40固定在小臂24上，丝杠螺母40与丝杠39配合使用。

R轴电机9的输出轴与第三主动带轮11通过胀紧套固定连接，第三主动带轮11与第三从动带轮13通过第三同步带12连接，第一传动轴14的下端与安装在轴承套的轴承内圈配合，轴承套与第二从动带轮15通过螺钉固定连接，第一传动轴14的上端与安装在第五主动带轮50上的轴承配合，第一传动轴14与第二套筒18同轴心间隙安装，从而，第二套筒18与第一传动轴14分开转动，第三从动带轮13通过螺钉和轴端压盖固定在第一传动轴14的下端，第一传动轴14的上端与第六主动带轮51通过螺钉和轴端压盖固定连接，第六主动带轮51与第六从动带轮45通过第六同步带49连接，第二传动轴29的上端与安装在第五从动带轮44上的轴承的内圈配合，第二传动轴29的下端与安装在轴承套上的轴承的内圈配合，轴承套与第七主动带轮26固定连接，第二传动轴29与第四套筒42同轴心间隙安装，从而，第二传动轴29与第四套筒42分开转动，第二传动轴29的上端与第六从动带轮45通过螺钉和轴端压盖以固定连接，第二传动轴29的下端与第八主动带轮28通过螺钉和轴端压盖以固定连接，第八主动带轮28与第八从动带轮32通过第八同步带27连接，第八从动带轮32与R轴减速器33的输入端固定连接，R轴减速器33与小臂24固定连接，R轴减速器33的输出端与花键螺母35固定连接，花键螺母35通过第一连接盘34固定在小臂24上，花键螺母35与花键轴36配合使用。

丝杠39固定在连接板31上，花键轴36与安装在连接板31上的轴承配合，连接法兰30与花键轴30固定连接，第一轴端挡圈38固定在丝杠39的上端，用来限制丝杠39的运动范围，第二轴端挡圈37固定在花键轴38的上端，用来限制花键轴38的运动范围。

同步带均配有张紧轮，当皮带的中心距不能调节时，可以采用张紧轮将同步带张紧。

X轴电机的动力传递路线如下：X轴电机到X轴减速器1，X轴减速器1到大臂46。

Y轴电机的动力传递路线如下：Y轴电机5到第一主动带轮8，第一主动带轮8经第一同步带7传递到第一从动带轮17，第一从动带轮17到第一套筒19，第一套筒19到第四主动带轮21，第四主动带轮21经第四同步带47传递到第四从动带轮43，第四从动带轮43到第三套筒43，第三套筒43经Y轴减速器1到小臂24。

Z轴电机52的动力传递路线如下：Z轴电机52到第二主动从带轮54，第二主动从带轮54经第二同步带16传递到第二从动带轮15，第二从动带轮15到第二套筒18，第二套筒18到第五主动带轮50，第五主动带轮50经第五同步带48传递到第五从动带轮44，第五从动带轮44传递到第四套筒42，第四套筒42到第七主动带轮26，第七主动带轮26第七同步带25传递到第七从动带轮41，第七从动带轮41到丝杠螺母40，丝杠螺母40到丝杠39，丝杠39到连接板31，连接板31到连接法兰30。

R轴电机9的动力传递路线如下：R轴电机9到第三主动从带轮11，第三主动从带轮11经第三同步带12传递到第三从动带轮13，第三从动带轮13到第一传动轴14，第一传动轴14到第六主动带轮51，第六主动带轮51经第六同步带49传递到第六从动带轮45第五从动带轮44与第四套筒42的，第六从动带轮45传递到第二传动轴29，第二传动轴29到第八主动带轮28，第八主动带轮28经第八同步带27传递到第八从动带轮32，第八从动带轮32经R轴减速器33到花键螺母35，花键螺母35到花键轴36，花键轴36到连接板31，连接板31到连接法兰30。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案类似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种连杆同步带联合传动的平面关节型机器人，其特征在于包括机架（4）、X轴电机（3）、Y轴电机（5）、Z轴电机（52）、R轴电机（9）、大臂（46）、小臂（24）、花键轴（36）和丝杠（39），所述X轴电机（3）与固定在所述机架（4）上的X轴电机安装板（2）固定连接，所述Y轴电机（5）与固定在所述机架（4）上的Y轴电机安装板（6）固定连接，所述Z轴电机（52）与固定在所述机架（4）上的Z轴电机安装板（53）固定连接，所述R轴电机（9）与所述固定在机架（4）上的R轴电机安装板（10）固定连接，所述X轴电机安装板（2）、Y轴电机安装板（6）、Z轴电机安装板（53）及所述R轴电机安装板（10）固定在所述机架（4）的不同平面且相互平行设置，X轴减速器（1）固定在所述X轴电机安装板（2）上，所述X轴电机（3）的输出端与所述X轴减速器（1）的输入端固定连接，所述X轴减速器（1）的输出轴与所述大臂（46）固定连接，支撑套筒（20）与安装在所述机架（4）中的轴承内圈配合，所述支撑套筒（20）与所述X轴电机（3）的输出轴同轴心，所述Y轴电机（5）的输出端与第一主动带轮（8）固定连接，所述第一主动带轮（8）与第一从动带轮（17）连接，第一套筒（19）与所述支撑套筒（20）同轴心间隙安装，所述第一从动带轮（17）固定在所述第一套筒（19）的下端，所述第一套筒（19）的上端与第四主动带轮（21）固定连接，所述第四主动带轮（21）与第四从动带轮（43）连接，第三套筒（22）与安装在所述大臂（46）中的轴承内圈配合，所述第四从动带轮（43）与所述第三套筒（22）的上端固定连接，所述第三套筒（22）的下端与Y轴减速器（23）的输入端固定连接，所述Y轴减速器（23）固定在所述大臂（46）上，所述Y轴减速器（23）的输出端与所述小臂（24）固定连接，所述Z轴电机（52）的输出轴与第二主动带轮（54）固定连接，所述第二主动带轮（54）与第二从动带轮（15）连接，第二套筒（18）与所述第一套筒（19）同轴心间隙安装，所述第二从动带轮（15 ）固定在所述第二套筒（18）的下端，所述第二套筒（18）的上端与第五主动带轮（50）固定连接，所述第五主动带轮（50）与第五从动带轮（44）连接，第四套筒（42）与所述第三套筒（22）同轴心间隙安装，所述第五从动带轮（44）与所述第四套筒（42）的上端固定连接，所述第四套筒（42）的下端与第七主动带轮（26）固定连接，所述第七主动带轮（26）与第七从动带轮（41）连接，所述第七从动带轮（41）与丝杠螺母（40）固定连接，所述丝杠螺母（40）固定在所述小臂（24）上，所述丝杠螺母（40）与所述丝杠（39）相配合，所述R轴电机（9）的输出轴与第三主动带轮（11）固定连接，所述第三主动带轮（11）与第三从动带轮（13）连接，第一传动轴（14）与所述第二套筒（18）同轴心间隙安装，所述第三从动带轮（13）固定在所述第一传动轴（14）的下端，所述第一传动轴（14）的上端与第六主动带轮（51）固定连接，所述第六主动带轮（51）与第六从动带轮（45）连接，第二传动轴（29）与所述第四套筒（42）同轴心间隙安装，所述第二传动轴（29）的上端与所述第六从动带轮（45）固定连接，所述第二传动轴（29）的下端与第八主动带轮（28）固定连接，所述第八主动带轮（28）与第八从动带轮（32）连接，所述第八从动带轮（32）与R轴减速器（33）的输入端固定连接，所述R轴减速器（33）与所述小臂（24）固定连接，所述R轴减速器（33）的输出端与花键螺母（35）固定连接，所述花键螺母（35）通过第一连接盘（34）固定在所述小臂（24）上，所述花键螺母（35）与所述花键轴（36）配合使用，所述丝杠（39）固定在连接板（31）上，所述花键轴（36）与安装在所述连接板（31）上的轴承配合，所述连接法兰（30）与所述花键轴（36 ）固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种连杆同步带联合传动的平面关节型机器人，其特征在于所述X轴减速器（1）、Y轴减速器（23）及所述R轴减速器（33）均为谐波减速器。