CN108045970B - 四轴码垛工业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种四轴码垛工业机器人，包括：底盘组件、腰盘组件、机械臂、平衡缸；其中：所述腰盘组件安装在所述底盘组件上，所述机械臂安装在所述腰盘组件上；所述平衡缸的一端与所述腰盘组件紧固连接，所述平衡缸的另一端与所述机械臂紧固连接；所述机械臂上安装有机械夹具；且所述腰盘组件的腰关节轴线与所述机械臂的肩关节轴线为空间交叉关系。本发明通过设置四轴码垛工业机器人腰关节轴线与肩关节轴线空间交叉，从而有效减小机器人腰部回转包络，增大了机器人作业空间，便于车间流水线布局，并且，本发明中的四轴码垛工业机器人结构件均采用金属板材焊接，结构简单紧凑，便于定制化小批量的码垛机器人生产。

Description

四轴码垛工业机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体地，涉及四轴码垛工业机器人。

背景技术

目前市场上的码垛机器人以ABB、KUKA、FANUC和SINSUN等品牌为主。这些品牌的码垛机器人构型一致，均采用腰关节轴线与肩关节轴线空间交错；这一设计使得机器人腰部回转包络变大，浪费了部分有效作业空间，限制了车间流水线布局。此外，这些品牌的码垛机器人属于大批量生产的货架产品，其结构件均采用铸造工艺，不利于定制化小批量的码垛机器人生产。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种四轴码垛工业机器人。

根据本发明提供的一种四轴码垛工业机器人，包括：底盘组件、腰盘组件、机械臂、平衡缸；其中：

所述腰盘组件安装在所述底盘组件上，所述机械臂安装在所述腰盘组件上；所述平衡缸的一端与所述腰盘组件紧固连接，所述平衡缸的另一端与所述机械臂紧固连接；所述机械臂上安装有机械夹具；且所述腰盘组件的腰关节轴线与所述机械臂的肩关节轴线为空间交叉关系。

可选地，所述底盘组件通过垫圈C、平垫圈A、螺钉A、螺钉B以及平垫圈B与所述腰盘组件15紧固连接。

可选地，所述平衡缸的一端通过螺钉与所述腰盘组件紧固连接，所述平衡缸的另一端通过垫环、垫圈A、螺钉C与所述机械臂紧固连接。

可选地，所述机械臂通过垫环、垫圈A、螺钉C、螺钉E、垫圈B、螺钉F、螺钉D与所述腰盘组件紧固连接。

可选地，所述底盘组件，包括：底座、支撑机构、腰减速器、腰电机；其中：

所述支撑机构安装在所述底座上，所述腰电机通过腰法兰与所述支撑机构紧固连接，所述腰电机的输出轴与腰输入轴相连，所述腰输入轴通过齿轮副与所述腰减速器的输入端匹配连接；所述腰减速器的上端面与所述腰盘组件连接。

可选地，所述平衡缸包括：柄轴、缸轴、缸体、摇臂、垫环、活塞以及至少一个压缩弹簧；其中：

所述缸体的两端分别设置有密封的缸盖，所述缸轴的第一端与柄轴的一端紧固连接，所述缸轴的第二端穿过所述缸体顶端的缸盖进入缸体内部与垫环相连并从所述缸体底端的缸盖穿出；所述缸体内部的顶端和底端分别安装有活塞，且所述垫环位于所述缸体的底端的缸盖和活塞之间，所述至少一个压缩弹簧安装在缸体内部的两个活塞之间；所述柄轴通过连接机构与摇臂相连，所述摇臂与工业机器人的大臂相连。

可选地，所述机械臂包括：大臂组件、小臂组件、腕盘组件、腕法兰、腕连杆、三角板、肘轴、连架杆、肘连杆、肘销、腕轴、连杆销、连架销、摇臂销、电机；其中：

所述大臂组件的一端通过肘轴与所述小臂组件的第一端和三角板的第一端相连；所述小臂组件的第二端通过腕轴与腕盘组件的第一端相连；所述小臂组件的第三端通过肘销与所述肘连杆的一端相连；所述腕盘组件的第二端与所述腕连杆的一端相连，所述腕盘组件的第三端安装有电机和腕法兰，所述腕法兰的底端安装有机械夹具；所述腕连杆的另一端与所述三角板的第二端相连，所述三角板的第三端通过连杆销与所述连架杆的一端相连；所述连架杆的另一端通过连架销与码垛机器人的腰盘相连；所述肘连杆的另一端通过摇臂销与码垛机器人的腰盘上的曲柄相连；所述大臂组件的另一端与码垛机器人的腰盘组件上的减速器相连。

可选地，所述腰盘组件包括：腰盘、法兰、曲柄、减速器、伺服电机A、伺服电机B；

所述腰盘的底面与码垛机器人的底座连接，所述腰盘左端面和右端面的孔内均套接有减速器，所述减速器通过法兰与所述腰盘组件紧固连接；所述伺服电机A和伺服电机B与所述法兰相连，其中：

所述伺服电机A与腰盘左端面的减速器的高速端匹配连接；且所述腰盘左端面的减速器与曲柄相连，所述伺服电机A经减速器驱动曲柄转动，并经连杆传动驱动码垛机器人小臂摆动；

所述伺服电机B与腰盘右端面的减速器的高速端匹配连接；且所述腰盘右端面的减速器的端面与码垛机器人的大臂相连，所述伺服电机B通过所述腰盘右端面的减速器驱动码垛机器人的大臂摆动。

可选地，所述支撑机构包括：支圈、外扣圈、套杯，其中：

所述套杯通过螺钉和垫圈紧固安装在所述底座的上端面上；

所述外扣圈通过螺钉和垫圈与所述套杯紧固连接，且所述外扣圈位于所述套杯的环内侧；

所述支圈位于所述外扣圈的环内侧，且所述支圈上套装有两个圆锥滚子轴承，所述两个圆锥滚子轴承的内环面与所述支圈的外侧壁匹配连接，所述两个圆锥滚子轴承的外环面与所述外扣圈的内侧壁匹配连接；且所述两个圆锥滚子轴承之间还设置有内垫筒，所述内垫筒用于隔离和限定所述两个圆锥滚子轴承的位置。

可选地，所述连接机构包括：两个轴承、内筒、外筒；所述柄轴上安装有两个轴承，所述两个轴承之间同轴安装有内筒、外筒，所述摇臂通过两个轴承、内筒、外筒与柄轴相连。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本实施例，通过设置四轴码垛工业机器人腰关节轴线与肩关节轴线空间交叉，从而有效减小机器人腰部回转包络，增大了机器人作业空间，便于车间流水线布局，并且，本发明中的四轴码垛工业机器人结构件均采用金属板材焊接，结构简单紧凑，便于定制化小批量的码垛机器人生产。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的四轴码垛工业机器人的主视图；

图2为本发明提供的四轴码垛工业机器人的左视图；

图3为本发明提供的四轴码垛工业机器人的局部俯视图；

图4为本发明提供的四轴码垛工业机器人的第一视角的立体视图；

图5为本发明提供的四轴码垛工业机器人的第二视角的立体视图；

图6为本发明提供的四轴码垛工业机器人的第一视角的立体视图.

图中：

1-垫环

2-平衡缸

3-螺钉A

4-螺钉B

5-螺钉C

6-螺钉D

7-螺钉E

8-螺钉F

9-垫圈A

10-垫圈B

11-垫圈C

12-平垫圈A

13-平垫圈B

14-底盘组件

15-腰盘组件

16-机械臂

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

图1为本发明提供的四轴码垛工业机器人的主视图，结合图2-图6，本发明中的四轴码垛工业机器人，包括：底盘组件14、腰盘组件15、机械臂16、平衡缸2；其中：腰盘组件15安装在底盘组件14上，机械臂16安装在腰盘组件15上；平衡缸2的一端与腰盘组件15紧固连接，平衡缸2的另一端与机械臂16紧固连接；机械臂上安装有机械夹具；且腰盘组件15的腰关节轴线与机械臂的肩关节轴线为空间交叉关系。

本实施例，通过设置四轴码垛工业机器人腰关节轴线与肩关节轴线空间交叉，从而有效减小机器人腰部回转包络，增大了机器人作业空间，便于车间流水线布局，并且，本发明中的四轴码垛工业机器人结构件均采用金属板材焊接，结构简单紧凑，便于定制化小批量的码垛机器人生产。

进一步地，底盘组件14，包括：底座、支撑机构、腰减速器、腰电机；其中：

支撑机构安装在底座上，腰电机通过腰法兰与支撑机构紧固连接，腰电机的输出轴与腰输入轴相连，腰输入轴通过齿轮副与腰减速器的输入端匹配连接；腰减速器的上端面与腰盘组件15连接。具体地，底盘组件14通过垫圈C11、平垫圈A12、螺钉A3、螺钉B4以及平垫圈B13与腰盘组件15紧固连接。

进一步地，支撑机构包括：支圈、外扣圈、套杯，其中：套杯通过螺钉和垫圈紧固安装在底座的上端面上；外扣圈通过螺钉和垫圈与套杯紧固连接，且外扣圈位于套杯的环内侧；支圈位于外扣圈的环内侧，且支圈上套装有两个圆锥滚子轴承，两个圆锥滚子轴承的内环面与支圈的外侧壁匹配连接，两个圆锥滚子轴承的外环面与外扣圈的内侧壁匹配连接；且两个圆锥滚子轴承之间还设置有内垫筒，内垫筒用于隔离和限定两个圆锥滚子轴承的位置。

进一步地，平衡缸2的一端通过螺钉与腰盘组件15紧固连接，平衡缸2的另一端通过垫环1、垫圈A9、螺钉C5与机械臂16紧固连接。具体地，平衡缸2包括：柄轴、缸轴、缸体、摇臂、垫环1、活塞以及至少一个压缩弹簧；其中：

缸体的两端分别设置有密封的缸盖，缸轴的第一端与柄轴的一端紧固连接，缸轴的第二端穿过缸体顶端的缸盖进入缸体内部与垫环相连并从缸体底端的缸盖穿出；缸体内部的顶端和底端分别安装有活塞，且垫环1位于缸体的底端的缸盖和活塞之间，至少一个压缩弹簧安装在缸体内部的两个活塞之间；柄轴通过连接机构与摇臂相连，摇臂与工业机器人的大臂相连。进一步地，压缩弹簧包括三组同轴安装的压缩弹簧，分别记为：压缩弹簧A、压缩弹簧B、压缩弹簧C；其中，压缩弹簧A的内径大于压缩弹簧B的内径，压缩弹簧B的内径大于压缩弹簧C的内径。

具体地，连接机构包括：两个轴承、内筒、外筒；柄轴上安装有两个轴承，两个轴承之间同轴安装有内筒、外筒，摇臂通过两个轴承、内筒、外筒与柄轴相连。

上述平衡缸2还包括：压盖、两个端盖、缸座、缸销，两个端盖分别通过沉头螺钉安装在柄轴的两端；压盖位于柄轴远离缸轴的一端的端面上，摇臂的一端经螺钉B、弹簧垫片与压盖连接。缸销经轴承A与缸体的外壁相连；缸销通过螺钉B、弹簧垫圈A与缸座相连；缸座通过螺钉A和弹簧垫圈C与工业机器人的腰盘相连。

上述平衡缸2还包括：还包括：弹簧垫圈D和螺母，缸轴的第二端连接弹簧垫圈D和螺母；螺母通过扣紧螺母锁紧，并通过位于扣紧螺母外端的销进行轴向限位。

具体地，在工业机器人的大臂处于俯身作业状态时，工业机器人的大臂带动摇臂绕肩关节轴线向前摆动，摇臂带动柄轴运动，柄轴通过缸轴、垫环带动缸体底端的活塞沿缸体的轴向向上运动，缸体顶端的活塞通过缸盖、缸体的外壁、缸销、缸座与工业机器人的腰盘连接，并通过位于两个活塞之间的压缩弹簧A、压缩弹簧B、压缩弹簧C进行压缩储能，以平衡工业机器人大臂俯身作业时载荷。

具体地，在工业机器人的大臂处于仰身作业状态时：工业机器人的大臂带动摇臂绕肩关节轴线向后摆动，摇臂带动柄轴运动，柄轴通过缸轴带动缸体顶端的活塞沿缸体的轴向向下运动；缸体底端的活塞通过缸盖、缸体、缸销、缸座与工业机器人的腰盘连接，并通过位于两个活塞之间的压缩弹簧A、压缩弹簧B、压缩弹簧C进行压缩储能，以平衡工业机器人大臂仰身作业载荷。

进一步地，机械臂16通过垫环1、垫圈A9、螺钉C5、螺钉E7、垫圈B10、螺钉F8、螺钉D6与腰盘组件15紧固连接。具体地，机械臂16，包括：大臂组件、小臂组件、腕盘组件、腕法兰、腕连杆、三角板、肘轴、连架杆、肘连杆、肘销、腕轴、连杆销、连架销、摇臂销、电机；其中：大臂组件的一端通过肘轴与小臂组件的第一端和三角板的第一端相连；小臂组件的第二端通过腕轴与腕盘组件的第一端相连；小臂组件的第三端通过肘销与肘连杆的一端相连；腕盘组件的第二端与腕连杆的一端相连，腕盘组件的第三端安装有电机和腕法兰，腕法兰的底端安装有机械夹具；腕连杆的另一端与三角板的第二端相连，三角板的第三端通过连杆销与连架杆的一端相连；连架杆的另一端通过连架销与码垛机器人的腰盘相连；肘连杆的另一端通过摇臂销与码垛机器人的腰盘上的曲柄相连；大臂组件的另一端与码垛机器人的腰盘组件上的减速器相连。

上述机械臂16还包括：减速器、电机法兰、螺钉、垫圈；其中：减速器通过电机法兰、螺钉、垫圈与腕盘组件的第三端相连；电机通过螺钉、垫圈与电机法兰相连；电机法兰上的注油口通过螺钉与腕法兰上的排油口相连，电机的输出轴通过螺钉、垫圈连接减速器的输入轴；腕法兰通过螺钉、垫圈连接减速器的下端面。

进一步地，肘轴通过两组轴承与小臂组件第一端相连，其中：每组轴承包含两个背对背安装的轴承，两组轴承之间经肘轴筒连接；肘轴通过两个肘轴环分别连接两个油封，油封通过肘压盖、螺钉与小臂组件的一端相连。肘轴通过平垫、垫圈、螺母与大臂组件的一端相连；大臂组件的另一端通过螺钉连接有堵头；肘轴通过两个背对背安装的轴承连接肘杯，两个轴承通过肘杯筒连接，位于肘轴轴端的轴承经小端垫和螺钉轴向压紧，肘杯通过螺钉与三角板相连。

腕轴通过两组轴承连接小臂组件的第二端，其中：每组轴承包含两个背对背安装的轴承，两组轴承之间通过腕轴筒连接，腕轴的一端通过腕轴环、油封连接小臂组件，腕轴的另一端经油封连接小臂组件；腕轴较大的端部通过垫圈、螺钉与腕盘组件连接，腕轴的较小的端部通过垫圈、垫圈、螺母与小臂组件紧固连接。

腕盘组件的第二端通过螺钉与连杆销的相连，连杆销通过轴承与腕连杆的一端相连，腕连杆的另一端通过连杆压盖、小端垫、垫圈、螺钉与三角板的第二端相连，且小端垫通过螺钉、垫圈与连架销连接；连架杆的一端通过连杆销、轴承连接三角板的第三端相连；连架杆的两端通过垫圈、螺钉与连杆压盖连接；连架杆的另一端通过轴承连接连架销，连架销连接码垛机器人的腰盘。

小臂组件通过螺钉、垫圈与肘销相连，肘销与肘销筒相连；肘销的尾端通过垫圈、螺母紧固，肘销头端通过轴承与肘连杆的一端相连；中端垫通过螺钉、垫圈与肘销的头端相连，肘连杆的另一端通过轴承与摇臂销相连；摇臂销通过螺钉、垫圈与中端垫相连；且摇臂销与码垛机器人的腰盘上的曲柄相连；其中，肘连杆的两端通过螺钉、垫圈分别与两个肘杆压盖相连。

进一步地，腰盘组件15包括：腰盘、法兰、曲柄、减速器、伺服电机A、伺服电机B；腰盘的底面与码垛机器人的底座连接，腰盘左端面和右端面的孔内均套接有减速器，减速器通过法兰与腰盘组件紧固连接；伺服电机A和伺服电机B与法兰相连，其中：伺服电机A与腰盘左端面的减速器的高速端匹配连接；且腰盘左端面的减速器与曲柄相连，伺服电机A经减速器驱动曲柄转动，并经连杆传动驱动码垛机器人小臂摆动；伺服电机B与腰盘右端面的减速器的高速端匹配连接；且腰盘右端面的减速器的端面与码垛机器人的大臂相连，伺服电机B通过腰盘右端面的减速器驱动码垛机器人的大臂摆动。

本发明中的四轴码垛工业机器人腰部回转包络小、适应小批量定制化生产，便于推广应用。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种四轴码垛工业机器人，其特征在于，包括：底盘组件(14)、腰盘组件(15)、机械臂(16)、平衡缸(2)；其中：

所述腰盘组件(15)安装在所述底盘组件(14)上，所述机械臂(16)安装在所述腰盘组件(15)上；所述平衡缸(2)的一端与所述腰盘组件(15)紧固连接，所述平衡缸(2)的另一端与所述机械臂(16)紧固连接；所述机械臂上安装有机械夹具；且所述腰盘组件(15)的腰关节轴线与所述机械臂的肩关节轴线为空间交叉关系；

所述底盘组件(14)，包括：底座、支撑机构、腰减速器、腰电机；

所述支撑机构安装在所述底座上，所述腰电机通过腰法兰与所述支撑机构紧固连接，所述腰电机的输出轴与腰输入轴相连，所述腰输入轴通过齿轮副与所述腰减速器的输入端匹配连接；所述腰减速器的上端面与所述腰盘组件(15)连接；

所述平衡缸(2)包括：柄轴、缸轴、缸体、摇臂、垫环(1)、活塞以及至少一个压缩弹簧；

所述缸体的两端分别设置有密封的缸盖，所述缸轴的第一端与柄轴的一端紧固连接，所述缸轴的第二端穿过所述缸体顶端的缸盖进入缸体内部与垫环相连并从所述缸体底端的缸盖穿出；所述缸体内部的顶端和底端分别安装有活塞，且所述垫环(1)位于所述缸体的底端的缸盖和活塞之间，所述至少一个压缩弹簧安装在缸体内部的两个活塞之间；所述柄轴通过连接机构与摇臂相连，所述摇臂与工业机器人的大臂相连；

所述机械臂(16)包括：大臂组件、小臂组件、腕盘组件、腕法兰、腕连杆、三角板、肘轴、连架杆、肘连杆、肘销、腕轴、连杆销、连架销、摇臂销、电机；

所述大臂组件的一端通过肘轴与所述小臂组件的第一端和三角板的第一端相连；所述小臂组件的第二端通过腕轴与腕盘组件的第一端相连；所述小臂组件的第三端通过肘销与所述肘连杆的一端相连；所述腕盘组件的第二端与所述腕连杆的一端相连，所述腕盘组件的第三端安装有电机和腕法兰，所述腕法兰的底端安装有机械夹具；所述腕连杆的另一端与所述三角板的第二端相连，所述三角板的第三端通过连杆销与所述连架杆的一端相连；所述连架杆的另一端通过连架销与码垛机器人的腰盘相连；所述肘连杆的另一端通过摇臂销与码垛机器人的腰盘上的曲柄相连；所述大臂组件的另一端与码垛机器人的腰盘组件上的减速器相连。

2.根据权利要求1所述的四轴码垛工业机器人，其特征在于，所述底盘组件(14)通过垫圈C(11)、平垫圈A(12)、螺钉A(3)、螺钉B(4)以及平垫圈B(13)与所述腰盘组件(15)紧固连接。

3.根据权利要求1所述的四轴码垛工业机器人，其特征在于，所述平衡缸(2)的一端通过螺钉与所述腰盘组件(15)紧固连接，所述平衡缸(2)的另一端通过垫环(1)、垫圈A(9)、螺钉C(5)与所述机械臂(16)紧固连接。

4.根据权利要求1所述的四轴码垛工业机器人，其特征在于，所述机械臂(16)通过垫环(1)、垫圈A(9)、螺钉C(5)、螺钉E(7)、垫圈B(10)、螺钉F(8)、螺钉D(6)与所述腰盘组件(15)紧固连接。

5.根据权利要求1所述的四轴码垛工业机器人，其特征在于，所述腰盘组件(15)包括：腰盘、法兰、曲柄、减速器、伺服电机A、伺服电机B；

所述腰盘的底面与码垛机器人的底座连接，所述腰盘左端面和右端面的孔内均套接有减速器，所述减速器通过法兰与所述腰盘组件紧固连接；所述伺服电机A和伺服电机B与所述法兰相连，其中：

所述伺服电机A与腰盘左端面的减速器的高速端匹配连接；且所述腰盘左端面的减速器与曲柄相连，所述伺服电机A经减速器驱动曲柄转动，并经连杆传动驱动码垛机器人小臂摆动；

所述伺服电机B与腰盘右端面的减速器的高速端匹配连接；且所述腰盘右端面的减速器的端面与码垛机器人的大臂相连，所述伺服电机B通过所述腰盘右端面的减速器驱动码垛机器人的大臂摆动。

6.根据权利要求1所述的四轴码垛工业机器人，其特征在于，所述支撑机构包括：支圈、外扣圈、套杯，其中：

所述套杯通过螺钉和垫圈紧固安装在所述底座的上端面上；

所述外扣圈通过螺钉和垫圈与所述套杯紧固连接，且所述外扣圈位于所述套杯的环内侧；

所述支圈位于所述外扣圈的环内侧，且所述支圈上套装有两个圆锥滚子轴承，所述两个圆锥滚子轴承的内环面与所述支圈的外侧壁匹配连接，所述两个圆锥滚子轴承的外环面与所述外扣圈的内侧壁匹配连接；且所述两个圆锥滚子轴承之间还设置有内垫筒，所述内垫筒用于隔离和限定所述两个圆锥滚子轴承的位置。

7.根据权利要求1所述的四轴码垛工业机器人，其特征在于，所述连接机构包括：两个轴承、内筒、外筒；所述柄轴上安装有两个轴承，所述两个轴承之间同轴安装有内筒、外筒，所述摇臂通过两个轴承、内筒、外筒与柄轴相连。

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