CN107414817A - 一种拼插式六自由度关节型工业机器人及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种拼插式六自由度工业关节型机器人，包括第一转动关节（1）、第二转动关节（2）、第三转动关节（3）、第四转动关节（4）、第五转动关节（5）和第六转动关节（6），各关节本体采用采用拼插方式安装。第一转动关节（1）、第二转动关节（2）、第三转动关节（3）、第五转动关节（5）的动力传递方式是由伺服电机、减速机、同步轮、同步带、张紧机构实现，第四转动关节（4）、第六转动关节（6）的动力传递方式电机直接驱动法兰轴方式实现。本发明具有结构简单、制造成本低、性能稳定可靠、精度高、适用度广等优点，可有效改善我国工业机器人机械本体重量大、成本高等问题。
Description
技术领域
本发明属于工业机械领域，特别涉及一种用于工业自动化现场具有搬运、码垛等作业功能的工业机械装置，尤指一种六自由度工业关节型机器人。
背景技术
工业机器人集机构学、机械工程技术、计算机科学技术、电子工程技术、信息传感器技术、控制理论、人工智能学、仿生学等学科于一体，是靠自身所携带的动力和控制器来自动执行工作一种自动化机器，并且能对一些突发工况做出相应动作的机器装置。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，在三维空间完成各种作业的机电一体化的自动化生产设备。
近年来，随着制造工业的迅猛发展，工业机器人已经成为世界各国提高生产效率、稳定和提高生产质量、改善劳动条件的必要技术手段。我国正处于工业化过程中，生产手段必然要经历机械化、自动化、智能化、信息化的变革，工业制成品也将经历数量、品质、柔性低成本的发展阶段，目前制造业普遍需要技术和设备升级改造，以增强竞争力，提高经济效益，因此，我国机器人产业的发展空间很大，市场前景美好，把握好我国工业机器人研究的相关进展十分重要。但是，现在的工业机器人仍有一些问题限制其更广泛的应用，例如工业机器人机械结构本体多以铸造为主，重量大，同时制造成本大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种拼插式六自由度关节型工业机器人及其控制系统。六自由度关节型工业机器人本体采用拼插方式安装，伺服驱动系统的驱动方式为伺服电机驱动，具有结构简单、制造成本低、性能稳定可靠、精度高、适用度广等优点，可有效改善我国工业机器人机械本体重量大、成本高等问题。控制系统采用单片机作为核心处理器，通过光电隔离增强控制系统的抗干扰能力，降低现有工业机器人以PLC为核心控制器的成本。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种拼插式六自由度工业关节型机器人，包括第一转动关节1、第二转动关节2、第三转动关节3第四转动关节4、第五转动关节5、六转动关节6、工业机器人供电系统7、单片机控制系统8。所述的第一转动关节1，包含机器人的底座101、回转轴支撑底板102、铸直角I103、第一伺服电机固定板支架104、电机固定底板105、同步轮I、II106、107、第一减速机108、第一伺服电机109、轴承回转圆台110、交叉滚子轴承I112、轴承回转圆台支撑体上板113、轴承回转圆台支撑体立板I、II、III114、115、116及回转轴117、法兰轴承I118、张紧轮I119、同步带I120；第二机械臂立板I、II201、202插入到轴承回转圆台110上的第二机械臂定位槽111后用铸直角II216固联在一起，并对其焊接后构成一个整体，形成第二机械臂；第一转动关节1通过第一伺服电机109的输出轴与第一减速机108相连接，其动力通过同步轮I、II106、107、张紧轮I119、同步带I120来实现第二机械臂及第二机械臂上相关机构能在轴承回转圆台110上水平自由转动。
所述的第二转动关节2，包含第二机械臂立板I、II201、202、第二伺服电机203的输出轴与第二减速机204、同步轮III、IV205、208、张紧轮II206、同步带II209、法兰轴承I、II207、213、推力球轴承I、II210、212、法兰轴I、II211、215、卡簧槽214、铸直角II216。第二伺服电机203的输出轴与第二减速机204相连接，穿过第二机械臂立板I201，固定在第二机械臂立板II202上，同步轮III205通过键配合固定在第二减速机204的输出轴上，同步轮III205、同步轮IV208、张紧轮II206、同步带II209相连接来实现第三机械臂及第三机械臂上相关机构的转动。
所述的第三转动关节3，包含第三机械臂后板301、侧板I、II302、303、第三机械臂底板304、第三伺服电机305、第三减速机306、同步轮V、VI307、310、张紧轮III308、同步带III309、第四机械臂侧板I、II401、402、第四机械臂底板411、第四机械臂前板I、II405、408、第四机械臂顶板412；第三伺服电机305的输出轴与第三减速机306相连接，穿过第三机械臂侧板I302，固定在第三机械臂侧板II302上，通过同步轮V、VI307、310、同步带III309、张紧轮III308实现第四机械臂及第四机械臂上相关机构转动。
所述的第四转动关节4，包含第四机械臂侧板I、II401、402、第四机械臂底板411、第四机械臂前板I、II405、408、第四机械臂顶板412、第四伺服电机410、第四减速机409、交叉滚子轴承II403、法兰轴404、法兰轴承VI、VII406、407；通过第四伺服电机410的输出轴与第四减速机409、法兰轴404、交叉滚子轴承II410相连接，其所传输的动力实现第五机械臂及第五机械臂上相关机构转动。
所述的第五转动关节5，包含第五机械臂后板（501）、第五机械臂侧板I、II502、503、第五机械臂底板514、第五伺服电机516、第五减速515、同步轮I、II504、507、同步带IV、505、张紧轮IV506，第五伺服电机516的输出轴与第五减速机515所传输的动力经同步轮I、II504、507、同步带IV505、张紧轮IV506来实现第六机械臂及第六机械臂上相关机构的转动。
所述的第六转动关节6，包含第六机械臂前板606、第六机械臂侧板I、II601、607、第六机械臂底板602、步进电机603、法兰轴605、交叉滚子轴承III604，通过步进电机603输出轴的转动来带动执行机构的旋转。作为执行机构可以是机械手爪，也可以是各种夹持机构的组合等。
所述的工业机器人供电系统7，包括开关电源701、交流接触器主触点702、钥匙开关703、熔断器704、空气开关705、EMI电源滤波器706、急停按钮707、交流接触器辅助触点708、启动按钮709、停止按钮710、停止红灯711、启动绿灯712、交流接触器线圈713、报警继电器常闭触点I、II714、717、交流接触器辅助常闭触点715、伺服电机启动信号常开触点716、伺服电机刹车线圈718、报警继电器常开触点719、黄色报警指示灯720；所述的EMI电源滤波器EMI电源滤波器起到两个低通滤波器的作用，可以衰减共模干扰和差模干扰；所述的空气开关705、钥匙开关703是系统供电的总开关，当空气开关705、钥匙开关703均接通时，启动按钮709按下后，则交流接触器线圈713得电，所述的交流接触器主触点702吸合，则接通开关电源701的220V电压，进而为步进电机603提供24V电压，同时，为第一伺服电机109、第二伺服电机203、第三伺服电机305、第四伺服电机410、第五伺服电机516提供220V电压供电。
所述的工业机器人单片机控制系统8，包括开始控制按键801、停止控制按键802、第一关节控制按键803、第二关节控制按键804、第三关节控制按键805、第四关节控制按键806、第五关节控制按键807、第六关节控制按键808、光电隔离系统I、II809、811、单片机控制器810、脉冲、方向使能控制信号812；所述的开始控制按键信号、停止控制按键信号、第一关节控制按键信号、第二关节控制按键信号、第三关节控制按键信号、第四关节控制按键信号、第五关节控制按键信号、第六关节控制按键信号，均通过光电隔离系统I809进入单片机控制器810，所有单片机控制器810输出的电机控制信号均通过光电隔离系统II811与电机相连接，以增加系统的抗干扰能力。所述的开始控制按键信号、停止控制按键信号可以通过单片机控制器识别，实现关节型工业机器人六自由度的联合动作，所述的第一关节控制按键信号、第二关节控制按键信号、第三关节控制按键信号、第四关节控制按键信号、第五关节控制按键信号、第六关节控制按键信号实现六自由度关节型工业机器人各自由度的独立动作。
本发明的有益效果：由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明通过拼插实现了关节型工业机器人机械结构本体的安装，减轻了工业机器人本体的重量，降低了由于现有铸造工艺的成本，且以单片机作为核心控制器，通过光电隔离系统实现了输入、输出信号与单片机控制器的连接，增强了系统的抗干扰能力，相比现有的工业机器人PLC控制系统成本得到极大地降低。单片机控制器通过检测系统所配置的按键信号，既可以通过多关节的联合转动实现六自由度关节型工业机器人按任意轨迹作业，也可以实现各个关节独立地自由转动、控制，根据实际的工作需要，可在机器人安装工具部安装相应的工具以适应相应的工作需求，作业适应性强，适应度广。
附图说明：
图1为本发明六自由度关节型工业机器人示意图；
图2为第一转动关节结构示意图；
图3为第一转动关节结构分解示意图；
图4为第一转动关节支撑结构示意图；
图5为第二转动关节结构示意图；
图6为第二转动关节结构分解示意图；
图7为第三机械臂结构示意图；
图8为第三转动关节法兰轴示意图；
图9为第三转动关节、第四转动关节结构示意图；
图10第四机械臂结构示意图；
图11第四转动关节、第五转动关节、第六转动关节结构示意图；
图12第五机械臂、第六机械臂法兰连接局部示意图；
图13 第五机械臂结构示意图；
图14 第六机械臂结构示意图；
图15 工业机器人供电系统示意图；
图16 工业机器人控制系统示意图。
图中：1、第一转动关节；2、第二转动关节；3、第三转动关节；4、第四转动关节；5、第五转动关节；6、第六转动关节； 101、底座；102、回转轴支撑底板；103、铸直角I；104、第一伺服电机固定板支架；105、电机固定底板；106、107同步轮I、II；108、第一减速机；109、第一伺服电机；110、轴承回转圆台；111、第二机械臂定位槽；112、交叉滚子轴承I；113、轴承回转圆台支撑体上板；114、115、116轴承回转圆台支撑体立板I、II、III；117、回转轴；118、法兰轴承I；119、张紧轮I；120、同步带；121、轴承回转圆台支撑体立板定位孔；122、张紧轮定位孔；201、202第二机械臂立板I、II；203、第二伺服电机；204、第二减速机；205、208同步轮III、IV；206、张紧轮II；207、213法兰轴承II、III；；209、同步带II；210、212推力球轴承I、II；211、215法兰轴I、II；214、卡簧槽I；216、铸直角II；217、218法兰轴定位孔I、II；301、第三机械臂后板；302、303第三机械臂侧板I、II；304、第三机械臂底板； 305、第三伺服电机；306、第三减速机；307、310同步轮V、VI；308、张紧轮III； 309、同步带III； 311、317法兰轴承VI、V；312、315法兰轴III、IV；313、316推力球轴承III、IV；314、卡簧槽II；401、402第四机械臂侧板I、II；403、交叉滚子轴承II；404、法兰轴；405、408第四机械臂前板I、II；406、407法兰轴承VI、VII；409、第四减速机；410、第四伺服电机；411、第四机械臂底板； 412、第四机械臂顶板； 501、第五机械臂后板；502、503第五机械臂侧板I、II；504、507同步轮VII、VIII；505、同步带IV；506、张紧轮IV；508、517法兰轴承VIII、IX；509、518卡簧槽III、IV；510、512推力球轴承V、VI；511、513法兰轴V、VI；514、第五机械臂底板；515、第五减速机； 516、第五伺服电机； 519、法兰轴定位孔III；601、607第六机械臂侧板I、II；602、第六机械臂底板；603、步进电机；604、交叉滚子轴承III；605、法兰轴；606、第六机械臂前板；701、开关电源；702、交流接触器主触点；703、钥匙开关；704、熔断器；705、空气开关；706、EMI电源滤波器；707、急停按钮；708、交流接触器辅助常开触点；709、启动按钮；710、停止按钮；711、停止红灯；712、启动绿灯；713、交流接触器线圈；714、717、报警继电器常闭触点I、II；715、交流接触器辅助常闭触点；716、伺服电机启动信号常开触点；718、伺服电机刹车线圈；719、报警继电器常开触点；720、黄色报警指示灯；801、开始控制按键；802、停止控制按键；803、第一关节控制按键；804、第二关节控制按键；805、第三关节控制按键；806、第四关节控制按键；807、第五关节控制按键；808、第六关节控制按键；809、811、光电隔离系统I、II；810、单片机控制器；812、脉冲、方向使能控制信号。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，以下结合实施例结和附图对本发明的原理和特征作进一步的描述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围限定。
参见图1，本发明拼插式六自由度关节型工业机器人，包括第一转动关节1、第二转动关节2、第三转动关节3第四转动关节4、第五转动关节5、六转动关节6。6个关节的驱动分别来自于安装有第一减速机108的第一伺服电机109、第二减速机204的第二伺服电机203、第三减速机306的第三伺服电机305、第四减速机408的第四伺服电机407、第五减速机506的第五伺服电机505、步进电机603。
参见图2、图3、图4所示，所述的第一转动关节1，包含机器人的底座101、回转轴支撑底板102、铸直角I103、第一伺服电机固定板支架104、电机固定底板105、同步轮I、II106、107、第一减速机108、第一伺服电机109、轴承回转圆台110、交叉滚子轴承I112、轴承回转圆台支撑体上板112、轴承回转圆台支撑体立板I、II、III113、114、115及回转轴116、法兰轴承117、张紧轮I118、同步带I119，其中，轴承回转圆台支撑体立板I、II、III113、114、115可以通过自身所具有矩形止口拼插成一个独立的整体，并在拼插接口处进行螺栓连接后焊接在一起以增强强度，然后通过轴承回转圆台支撑体立板定位孔120将回转轴支撑底板102、轴承回转圆台支撑体上板112连接构成一个整体；交叉滚子轴承I112的内圈定位孔位通过螺栓与轴承回转圆台支撑体上板112固连在一起，交叉滚子轴承I112的外圈定位孔通过螺栓与轴承回转圆台110固连在一起；在轴承回转圆台110的中心，带有开着键槽的圆孔，回转轴116的上端通过键与轴承回转圆台110配合固连在一起，回转轴116的下端通过键槽安装好同步轮II107后，插入到法兰轴承117孔内；通过铸直角103固定在回转轴支撑底板102上；第一伺服电机109与第一减速机108固连在一起后固定在电机固定底板105上，在第一减速机108的输出轴上通过键配合安装有同步轮I106，进一步将电机固定底板通过梯形螺栓固定在通过第一伺服电机固定板支架104上；同步带119经过张紧轮I118安装于同步轮I、II106、107之间，张紧轮I通过螺栓安装在回转轴支撑底板102的张紧轮定位孔121上；第二机械臂立板I、II201、202与轴承回转圆台110通过定位槽111固接在一起构成第二机械臂，进一步进行螺栓连接后焊接在一起以增强强度；第一伺服电机109、第一减速机108所输出的动力经同步轮I、II106、107、张紧轮I118来实现第二机械臂及第二机械臂上相关机构能在轴承回转圆台110上水平自由转动。
参见图5、图6、图7、图8所示，所述的第二转动关节2，包含第二机械臂立板I、II201、202、第二伺服电机203的输出轴与第二减速机204、同步轮III、IV205、208、张紧轮II206、同步带II209、法兰轴承I、II207、213、推力球轴承I、II210、212、法兰轴I、II211、215、卡簧槽214、铸直角II216。第二伺服电机203的输出轴与第二减速机204相连接，穿过第二机械臂立板I201，固定在第二机械臂立板II202上，同步轮III205通过键配合固定在第二减速机204的输出轴上；法兰轴I211依次穿过第三机械臂侧板I302、推力球轴承I210、第二机械臂立板II202法兰轴定位孔I217、法兰轴承I207，在法兰轴I211的端部通过键配合安装有同步轮IV208，为防止法兰轴承I207沿法兰轴向串动，在法兰轴承I207与同步轮IV208间的卡簧槽I214内安装上安装卡簧；同样，法兰轴II215、依次穿过第三机械臂侧板II3023、推力球轴承II212、第二机械臂立板I201、法兰轴定位孔II218、法兰轴承II213，在法兰轴承II213外端的卡簧槽I214内安装上安装卡簧，防止法兰轴承II213轴向窜动；为了保证第三机械臂运转效果良好，法兰轴II、III211、215在定位时保证其同轴度；第三机械臂后板301、立板I、II302、303、底板304通过自身所具有矩形止口拼插成一个独立的整体，并在拼插接口处进行螺栓连接后焊接在一起以增强强度，构成第三机械臂；第二伺服电机203、第二减速机204所输出的动力，经同步轮III、IV205、208、张紧轮II206、同步带II209来实现第三机械臂及第三机械臂上相关机构的转动。
参见图9所示，所述的第三转动关节3，包含第三机械臂后板301、立板I、II302、303、底板（304）、第三伺服电机305、第三减速机306、同步轮V、VI307、310、张紧轮III308、同步带III 309、法兰轴承IV、V 311、317、法兰轴III、IV 312、315；推力球轴承III、IV 313、316；第三伺服电机305的输出轴与第三减速机306相连接，穿过第三机械臂侧板I302，固定在第三机械臂侧板II303上，同步轮V307通过键配合固定在第三减速机306的输出轴上；法兰轴III312依次穿过第四机械臂立板I401、推力球轴承III313、第三机械臂侧板II303、法兰轴承III311，在法兰轴III311的端部通过键配合安装有同步轮V307，为防止法兰轴承III311沿法兰轴III312轴向串动，在法兰轴承III311与同步轮V307间的卡簧槽II314内安装上卡簧；同样，法兰轴II315依次穿过第四机械臂立板II402、推力球轴承IV316、第三机械臂侧板I302、法兰轴承IV317，在法兰轴承IV317外端的卡簧槽II314内安装上安装卡簧，防止法兰轴承IV317沿法兰轴II315轴向窜动；第四机械臂侧板I、II401、402、第四机械臂底板411、第四机械臂前板I、II405、408、第四机械臂顶板412通过自身所具有矩形止口拼插成一个独立的整体，并在拼插接口处进行螺栓连接后焊接在一起以增强强度，构成第四机械臂；第四伺服电机410、第四减速机409暗藏于第四机械臂内，为了保证第四机械臂运转效果良好，法兰轴III、IV312、315在定位时保证其同轴度。第三伺服电机305、第三减速机306所输出的动力，经同步轮V307、同步轮VI310、张紧轮III308、同步带III309来实现第四机械臂及第四机械臂上相关机构的转动。
参见图9、图10、图11、图13所示，所述的第四转动关节4，包含第四机械臂侧板I、II401、402、第四机械臂底板411、第四机械臂前板I、II405、408、第四机械臂顶板412、交叉滚子轴承II403、法兰轴404、第四伺服电机410、第四减速机409、法兰轴承VI、VII406、407；第四伺服电机410、第四减速机409依次穿过第四机械臂前板I、II405、408，第四减速机409固定在第四机械臂前板I405上，而后利用第四机械臂侧板I、II401、402上的止口将安装有四伺服电机410、第四减速机409的第四机械臂前板I、II405、408固定在第四机械臂内；第五机械臂后板501、第五机械臂侧板I、II502、503、第五机械臂底板514，通过自身所具有矩形止口拼插成一个独立的整体，并在拼插接口处进行螺栓连接后焊接在一起以增强强度，构成第五机械臂；法兰轴404通过螺栓与交叉滚子轴承II403的内圈法兰轴固连在一起，交叉滚子轴承II403的外圈通过螺栓与法兰轴定位孔III519将第五机械臂后板501固连在一起，进而将第五机械臂与第四转动关节联结起来；第四伺服电机410、第四减速机409所输出的动力，经法兰轴404、交叉滚子轴承II403来实现第五机械臂及第无机械臂上相关机构的转动。
参见图11、图12、图13、图14，所述的第三转动关节5，包含第五机械臂、同步轮VII、VIII 504、507、同步带IV505、张紧轮IV 506、法兰轴承VIII、IX508、517、卡簧槽III、IV509、518、推力球轴承V、VI510、512、法兰轴V、VI511、513；514、第五减速机515、第五伺服电机516、法兰轴定位孔III519；第五伺服电机515的输出轴与第五减速机516相连接，穿过第五机械臂侧板I502，固定在第五机械臂侧板II503上，同步轮VII504通过键配合固定在第五减速机516的输出轴上；法兰轴V511依次穿过第六机械臂侧板I601、推力球轴承V510、第五机械臂侧板II 503、法兰轴承VIII508，在法兰轴V511的端部通过键配合安装有同步轮VIII507，为防止法兰轴承VIII508沿法兰轴V511轴向串动，在法兰轴承V511与同步轮VIII507间的卡簧槽III509内安装上卡簧；同样，法兰轴VI513依次穿过第六机械臂侧板II607、推力球轴承VI512、第五机械臂侧板I502、法兰轴承IX517，在法兰轴VI513外端的卡簧槽IV 518内安装上安装卡簧，防止法兰轴承VI513沿法兰轴VI513轴向窜动；第五伺服电机515、第五减速机516所输出的动力，经同步轮VII、VIII 504、507、张紧轮IV506、同步带IV505来实现第五机械臂及第五机械臂上相关机构的转动。
参见图11、图12、图13、图14，所述的第三转动关节6，包含第六机械臂侧板I、II601、607、第六机械臂底板602、步进电机603、交叉滚子轴承III604、法兰轴605、第六机械臂前板606；第六机械臂侧板I、II 601、607、第六机械臂底板602、第六机械臂前板606通过自身所具有矩形止口拼插成一个独立的整体，并在拼插接口处进行螺栓连接后焊接在一起以增强强度，构成第六机械臂；交叉滚子轴承III604的外圈通过螺栓与第六机械臂前板606固联在一起，法兰轴605与交叉滚子轴承III604的内圈通过螺栓固联在一起，固联有交叉滚子轴承III604的法兰轴605通过键配合与步进电机603连接在一起；步进电机603输出的动力，带动法兰轴605回转；在法兰轴605上安装机械手抓，利用6自由度关节机器人实现对工业自动化现场搬运、码垛等作业。
参见图15，所述的工业机器人供电系统7，包括开关电源701、交流接触器主触点702、钥匙开关703、熔断器704、空气开关705、EMI电源滤波器706、急停按钮707、交流接触器辅助常开触点708、启动按钮709、停止按钮710、停止红灯711、启动绿灯712、交流接触器线圈713、报警继电器常闭触点I、II714、717、交流接触器辅助常闭触点715、伺服电机启动信号常开触点716、伺服电机刹车线圈718、报警继电器常开触点719、黄色报警指示灯720；所述的EMI电源滤波器706起到两个低通滤波器的作用，可以衰减共模干扰和差模干扰；所述的空气开关705、钥匙开关703是系统供电的总开关，当空气开关705、钥匙开关703均接通时，经交流接触器辅助常闭触点715、停止红灯711构成回路使停止红灯711点亮；启动按钮709按下后，则经急停按钮707、停止按钮710、启动按钮709、交流接触器线圈713构成回路，所述的交流接触器主触点702吸合，所述的交流接触器辅助常开触点708吸合，启动绿灯712亮起，同时，则接通开关电源701的220V供电电压，为步进电机603提供24V电压，进一步，也为第一伺服电机109、第二伺服电机203、第三伺服电机305、第四伺服电机410、第五伺服电机516提供220V电压供电，而后启动按钮709在复位弹簧的作用下复位，与启动按钮709并联的交流接触器辅助常开触点708使交流接触器线圈713保持通电，进而使各电机持续供电；所述的停止按钮710按下，则交流接触器线圈713失电，进而使交流接触器主触点702断开，交流接触器辅助常开触点708由接通变为断开状态，进而，启动绿灯712熄灭，同时停止红灯711亮起，第一伺服电机109、第二伺服电机203、第三伺服电机305、第四伺服电机410、第五伺服电机516、步进电机603断电。在单片机控制器8的作用下使能电机后，伺服电机启动信号常开触点716将闭合，与报警继电器常闭触点II717、伺服电机刹车线圈718构成回路，伺服电机转动，进一步，当第一伺服电机109、第二伺服电机203、第三伺服电机305、第四伺服电机410、第五伺服电机516、步进电机603在系统运行过程中出现警报现象时，报警继电器常闭触点II717将断开，伺服电机刹车线圈718失电，电机处于抱死状态，进一步，报警继电器常开触点719闭合，与黄色报警指示灯720构成回路，提示系统报警。
参见图16，所述的工业机器人单片机控制系统8，包括开始控制按键801、停止控制按键802、第一关节控制按键803、第二关节控制按键804、第三关节控制按键805、第四关节控制按键806、第五关节控制按键807、第六关节控制按键808、光电隔离系统I、II809、811、单片机控制器810、脉冲、方向使能控制信号812；所述的开始控制按键信号、停止控制按键信号、第一关节控制按键信号、第二关节控制按键信号、第三关节控制按键信号、第四关节控制按键信号、第五关节控制按键信号、第六关节控制按键信号，均通过光电隔离系统I809进入单片机控制器810，所有单片机控制器810输出的电机控制信号均通过光电隔离系统II811与电机相连接，以增加系统的抗干扰能力。所述的开始控制按键信号、停止控制按键信号可以通过单片机控制器识别，实现关节型工业机器人六自由度的联合动作，所述的第一关节控制按键信号、第二关节控制按键信号、第三关节控制按键信号、第四关节控制按键信号、第五关节控制按键信号、第六关节控制按键信号实现六自由度关节型工业机器人各自由度的独立动作。
参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16，所述的拼插式六自由度关节型工业机器人，在工业机器人系统供电7、单片机控制系统8的控制下，第一转动关节1旋转角度范围是0~360°，所述的第二转动关节2旋转角度范围是0~200°，所述的第三转动关节3旋转角度范围是0~246°，所述的第四转动关节4旋转角度范围是0°~360°，所述的第五转动关节5的旋转角度范围是0~240°，所述的第六转动关节6旋转角度范围是0~360°。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、同等替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种拼插式关节型工业机器人及控制系统，其特征在于：包括第一转动关节（1）、第二转动关节（2）、第三转动关节（3）第四转动关节（4）、第五转动关节（5）、第六转动关节（6）、工业机器人供电系统（7）、单片机控制系统（8）。
2.根据权利要求1所述的一种拼插式关节型工业机器人及控制系统，其特征在于：所述的第一转动关节（1），包括机器人的底座（101）、回转轴支撑底板（102）、铸直角I（103）、第一伺服电机固定板支架（104）、电机固定底板（105）、同步轮I、II（106、107）、第一减速机（108）、第一伺服电机（109）、轴承回转圆台（110）、交叉滚子轴承I（112）、轴承回转圆台支撑体上板（113）、轴承回转圆台支撑体立板I、II、III（114、115、116）及回转轴（117）、法兰轴承I（118）、张紧轮I（119）、同步带I（120）；第一转动关节1通过第一伺服电机（109的输出轴与第一减速机（108）相连接，其动力通过同步轮I、II（106、107）、张紧轮I（119）、同步带I（120）来实现第二机械臂及第二机械臂上相关机构能在轴承回转圆台（110）上水平自由转动。
3.根据权利要求1所述的一种拼插式关节型工业机器人及控制系统，其特征在于：所述的第二转动关节（2），包含第二机械臂立板I、II（201、202）、第二伺服电机（203）的输出轴与第二减速机（204）、同步轮III、IV（205、208）、张紧轮II（206）、同步带II（209）、法兰轴承I、II（207、213）、推力球轴承I、II（210、212）、法兰轴I、II（211、215）、卡簧槽（214）、铸直角II（216）；第二伺服电机（203）的输出轴与第二减速机（204）相连接，穿过第二机械臂立板I（201），固定在第二机械臂立板II（202）上，同步轮III（205）通过键配合固定在第二减速机（204）的输出轴上，同步轮III、IV（205、208）、张紧轮II（206）、同步带II（209）相连接来实现第三机械臂及第三机械臂上相关机构的转动。
4.根据权利要求1所述的一种拼插式关节型工业机器人及控制系统，其特征在于：所述的第三转动关节（3），包含第三机械臂后板（301）、侧板I、II（302、303）、第三机械臂底板（304）、第三伺服电机（305）、第三减速机（306、同步轮V、VI（307、310）、张紧轮III（308）、同步带III（309）、第四机械臂侧板I、II（401、402）、第四机械臂底板（411）、第四机械臂前板I、II（405、408）、第四机械臂顶板（412）；第三伺服电机（305）的输出轴与第三减速机（306相连接，穿过第三机械臂侧板I（302），固定在第三机械臂侧板II（302）上，通过同步轮V、V（I307、310）、同步带III（309）、张紧轮III（308）实现第四机械臂及第四机械臂上相关机构转动。
5.根据权利要求1所述的一种拼插式关节型工业机器人及控制系统，其特征在于：所述的第四转动关节（4），包含第四机械臂侧板I、II（401、402）、第四机械臂底板（411）、第四机械臂前板I、II（405、408）、第四机械臂顶板（412）、第四伺服电机（410）、第四减速机（409）、交叉滚子轴承II（403）、法兰轴（404）、法兰轴承VI、VII（406、407）；通过第四伺服电机（410）的输出轴与第四减速机（409）、法兰轴（404）、交叉滚子轴承II（410）相连接，其所传输的动力实现第五机械臂及第五机械臂上相关机构转动。
6.根据权利要求1所述的一种拼插式关节型工业机器人及控制系统，其特征在于：所述的第五转动关节（5），包含第五机械臂后板（501）、第五机械臂侧板I、II（502、503）、第五机械臂底板（514）、第五伺服电机（516）、第五减速（515）、同步轮I、II（504、507）、同步带IV（505）、张紧轮IV（506），第五伺服电机（516）的输出轴与第五减速机（515）所传输的动力经同步轮I、II（504、507）、同步带IV（505）、张紧轮IV（506）来实现第六机械臂及第六机械臂上相关机构的转动。
7.根据权利要求1所述的一种拼插式关节型工业机器人及控制系统，其特征在于：所述的第六转动关节（6），包含第六机械臂前板（606）、第六机械臂侧板I、II（601、607）、第六机械臂底板（602）、步进电机（603）、法兰轴（605）、交叉滚子轴承III（604），通过步进电机（603）输出轴的转动来带动执行机构的旋转，作为执行机构可以是机械手爪，也可以是各种夹持机构的组合。
8.根据权利要求1所述的一种拼插式关节型工业机器人及控制系统，其特征在于：第一转动关节（1）中的轴承回转圆台支撑体是通过轴承回转圆台支撑体立板I、II、III（113、114、115）自身所具有矩形止口拼插成一个独立的整体，并在拼插接口处进行螺栓连接后焊接在一起以增强强度，进一步通过轴承回转圆台支撑体立板定位孔（120）将回转轴支撑底板（102）、轴承回转圆台支撑体上板（112）连接构成一个整体；第二转动关节（2）中的第二机械臂包括第二机械臂立板I、II（201、202）与轴承回转圆台（110），通过定位槽（111）固接在一起构成第二机械臂，进一步进行螺栓连接后焊接在一起以增强强度；第三转动关节（3）中的第三机械臂包括后板（301）、立板I、II（302、303）、底板（304），通过自身所具有矩形止口拼插成一个独立的整体，并在拼插接口处进行螺栓连接后焊接在一起以增强强度；第四转动关节（4）中的第四机械臂包括侧板I、II（401、402）、底板（411）、前板I、II（405、408）、顶板（412），通过自身所具有矩形止口拼插成一个独立的整体，并在拼插接口处进行螺栓连接后焊接在一起以增强强度；第五转动关节（5）中的第五机械臂包括后板（501）、第五机械臂侧板I、II（502、503）、第五机械臂底板（514），通过自身所具有矩形止口拼插成一个独立的整体，并在拼插接口处进行螺栓连接后焊接在一起以增强强度，构成第五机械臂；第六转动关节（6）中的第六机械臂包括侧板I、II （601、607）、第六机械臂底板（602）、第六机械臂前板（606），通过自身所具有矩形止口拼插成一个独立的整体，并在拼插接口处进行螺栓连接后焊接在一起以增强强度；机械臂均采用板材拼插安装后焊接方式完成，以降低铸造工艺的成本。
9.根据权利要求1所述的一种拼插式关节型工业机器人及控制系统，其特征在于：工业机器人供电系统（7），EMI电源滤波器（706）起到两个低通滤波器的作用，可以衰减共模干扰和差模干扰；空气开关（705）、钥匙开关（703）是系统供电的总开关，当空气开关（705）、钥匙开关（703）均接通时，经交流接触器辅助常闭触点（715）、停止红灯（711）构成回路使停止红灯（711）点亮；启动按钮（709）按下后，则经急停按钮（707）、停止按钮（710）、启动按钮（709）、交流接触器线圈（713）构成回路，交流接触器主触点（702）、交流接触器辅助常开触点（708）吸合，启动绿灯（712）亮起，同时，则接通开关电源（701）的220V供电电压，为步进电机（603）提供24V电压，也为第一伺服电机（109）、第二伺服电机（203）、第三伺服电机（305）、第四伺服电机（410）、第五伺服电机（516）提供220V电压供电，启动按钮（709）在复位弹簧的作用下复位，与启动按钮（709）并联的交流接触器辅助常开触点（708）使交流接触器线圈（713）保持通电，进而使各电机持续供电，而停止按钮（710）按下，则交流接触器线圈（713）失电，进而使交流接触器主触点（702）断开，交流接触器辅助常开触点（708）由接通变为断开状态，启动绿灯（712）熄灭，同时停止红灯（711）亮起，第一伺服电机（109）、第二伺服电机（203）、第三伺服电机（305）、第四伺服电机（410）、第五伺服电机（516）、步进电机（603）断电；在单片机控制器（8）的作用下使能伺服电机后，伺服电机启动信号常开触点（716）将闭合，与报警继电器常闭触点II（717）、伺服电机刹车线圈（718）构成回路，电机转动，当第一伺服电机（109）、第二伺服电机（203）、第三伺服电机(305)、第四伺服电机(410)、第五伺服电机(516)、步进电机（603）在系统运行过程中出现警报现象时，报警继电器常闭触点II（717）将断开，伺服电机刹车线圈（718）失电，电机处于抱死状态，进一步，报警继电器常开触点（719）闭合，与黄色报警指示灯（720）构成回路，提示系统报警。
10.根据权利要求1所述的一种拼插式关节型工业机器人及控制系统，其特征在于：单片机控制系统（8），开始控制按键信号、停止控制按键信号、第一关节控制按键信号、第二关节控制按键信号、第三关节控制按键信号、第四关节控制按键信号、第五关节控制按键信号、第六关节控制按键信号，均通过光电隔离系统I（809）进入单片机控制器（810），所有单片机控制器（810）输出的电机控制信号均通过光电隔离系统II（811）与电机相连接，以增加系统的抗干扰能力；开始控制按键信号、停止控制按键信号可以通过单片机控制器识别，实现关节型工业机器人六自由度的联合动作，第一关节控制按键信号、第二关节控制按键信号、第三关节控制按键信号、第四关节控制按键信号、第五关节控制按键信号、第六关节控制按键信号实现六自由度关节型工业机器人各自由度的独立动作。
11.根据权利要求1所述的一种拼插式关节型工业机器人及控制系统，其特征在于：第一转动关节（1）旋转角度范围是0~360°， 第二转动关节（2）旋转角度范围是0~200°，第三转动关节（3）旋转角度范围是0~246°， 第四转动关节（4）旋转角度范围是0°~360°，第五转动关节 （5） 旋转角度范围是0~240° ，第六转动关节 （6） 旋转角度范围是0~360°。
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