CN108406751A - 一种高精度多轴机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高精度多轴机器人，包括机架、升降机构、旋转机构、直线移动机构、机械臂。升降机构活动安装于机架上，沿机架做竖直方向的升降运动。旋转机构安装于升降机构的顶端，与升降机构在竖直方向上同步运动；旋转机构包括转台、第一从动齿轮、第一主动齿轮、第一电机。直线移动机构安装于转台上；直线移动机构包括直线导轨和驱动组件。机械臂活动安装于直线导轨上；驱动组件驱动机械臂沿直线导轨运动；机械臂包括臂体以及安装于臂体上的第二电机、第二主动轮、第二从动轮、第二传动皮带。本发明结构巧妙合理，精度高，稳定性好，可快速实现三维立体空间内的作业，自由度高，动作效率高，速度快，操作简单。
Description
技术领域
本发明涉及自动化设备领域，特别涉及一种高精度多轴机器人。
背景技术
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器，它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动，工业机器人在工业生产中能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在原子能工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作，在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。
现有的工业机器人存在结构复杂，自由度低，灵活性差，需要通过外部传感器配合作业，效率低，精度差，稳定性差的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高精度多轴机器人，采用无气缸或油缸的全电机驱动，精度高，稳定性好，无需外部传感器配合，可实现多轴运动，解决了现有的工业机器人存在结构复杂，自由度低，灵活性差，需要通过外部传感器配合作业，效率低，精度差，稳定性差的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种高精度多轴机器人，包括
机架；
升降机构；所述升降机构活动安装于所述机架上，沿所述机架做竖直方向的升降运动
旋转机构；所述旋转机构安装于所述升降机构的顶端，与所述升降机构在竖直方向上同步运动；所述旋转机构包括转台、第一从动齿轮、第一主动齿轮、第一电机；所述第一从动齿轮与所述转台轴向连接，所述第一电机与所述第一主动齿轮连接；所述第一主动齿轮与所述第一从动齿轮啮合，所述第一主动齿轮和第一从动齿轮构成从所述第一电机向所述转台进行减速传动的转动副；
直线移动机构；所述直线移动机构安装于所述转台上；所述直线移动机构包括直线导轨和驱动组件；
机械臂；所述机械臂活动安装于所述直线导轨上；所述驱动组件驱动所述机械臂沿所述直线导轨运动；所述机械臂包括臂体以及安装于所述臂体上的第二电机、第二主动轮、第二从动轮、第二传动皮带；所述第二电机安装于所述臂体的尾端，所述第二电机与所述第二主动轮连接；所述第二从动轮轴向沿竖直方向设置，安装于所述臂体的前端，所述第二传动皮带套设于所述第二主动轮和第二从动轮上；所述第二电机通过所述第二传动皮带驱动所述第二从动轮转动。
作为本发明的一种优选方案，所述升降机构包括导向滑轨、丝杆副、支撑柱、第三电机、轴承座；在所述机架上设置有沿竖直方向的活动槽；所述支撑柱位于所述活动槽内；在所述机架两侧安装有所述导向滑轨，所述支撑柱两侧安装有滑轨滑块，所述支撑柱通过所述滑轨滑块卡设于所述导向滑轨上，沿所述导向滑轨运动；所述丝杆副包括滚珠丝杆和丝杆螺母；所述滚珠丝杆两端通过所述轴承座竖直安装于所述机架上，所述丝杆螺母活动套设于所述滚珠丝杆上；所述丝杆螺母与所述支撑柱固定连接；所述第三电机驱动所述滚珠丝杆转动，所述丝杆螺母沿所述滚珠丝杆运动，驱动所述支撑柱沿所述导向滑轨运动。
作为本发明的一种优选方案，所述升降机构还包括第三主动齿轮和第三从动齿轮；所述第三电机与所述第三主动齿轮连接，驱动所述第三主动齿轮转动；所述第三从动齿轮与所述滚珠丝杆同轴设置，安装于所述滚珠丝杆的下端；所述第三主动齿轮和第三从动齿轮构成从所述第三电机向所述滚珠丝杆进行减速传动的转动副。
作为本发明的一种优选方案，所述驱动组件包括第四电机、第四传动皮带、第四从动齿轮、第四主动齿轮；所述第四主动齿轮和所述第四从动齿轮分别位于所述直线导轨的两端；所述第四传动皮带套设于所述第四主动齿轮和所述第四从动齿轮上；在所述第四传动皮带上间隔排列设置有与所述第四主动齿轮和所述第四从动齿轮配合啮合的齿牙；所述第四电机与所述第四主动齿轮连接，驱动所述第四主动齿轮转动；在所述臂体的尾端下部安装有固定座；所述固定座与所述第四传动皮带卡合固定连接，所述固定座的两侧活动卡设于所述直线导轨上；在所述第四传动皮带的驱动下，所述固定座沿所述直线导轨运动。
作为本发明的一种优选方案，在所述臂体的前端安装有机械手。
作为本发明的一种优选方案，所述机械手与所述第二从动轮连接，在所述第二电机的驱动下，所述机械手进行转动。
作为本发明的一种优选方案，所述机械手为负压吸附式机械手或磁铁吸附式机械手。
作为本发明的一种优选方案，所述第一电机、第二电机、第三电机和第四电机为伺服电机或步进电机。
通过上述技术方案，本发明技术方案的显著有益效果是：本发明结构巧妙合理，采用全电机驱动，精度高，稳定性好；通过升降机构、旋转机构和直线移动机构可快速实现三维立体空间内的作业，自由度高，动作效率高，速度快，操作简单；机械臂采用第二电机后置的结构设计，使重心后移，稳定性更好，同时有效避免机械臂的前端部件冗杂，减小机械臂前端的体积，使机械臂前端小巧灵活。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1、图2为本发明不同视角的结构示意图。
图3、图4为本发明外壳打开后的结构示意图。
图5为本发明局部的结构示意图。
图中数字和字母所表示的相应部件名称：
1.机架 2.支撑柱 3.转台
4.直线导轨 5.臂体 6.第四电机
7.第二电机 8.导向滑轨 9.滑轨滑块
10.轴承座 11.丝杆螺母 12.第三从动齿轮
13.第三主动齿轮 14.第四从动齿轮 15.固定座
16.滚珠丝杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
结合图1至图5，本发明公开了一种高精度多轴机器人，用于工业自动化生产，以代替人工进行相关作业。本发明包括机架1，以及安装于机架1上的升降机构、旋转机构、直线移动机构、机械臂。本发明通过升降机构、旋转机构、直线移动机构实现机械臂的自由动作，具有动作自由度高，稳定性好，精度高，灵活性好的特点。
结合图3、图4，升降机构活动安装于机架1上，沿机架1做竖直方向的升降运动。升降机构包括导向滑轨8、丝杆副、支撑柱2、第三电机、轴承座10。在机架1上设置有沿竖直方向的活动槽。支撑柱2位于活动槽内。在机架1两侧安装有导向滑轨8，支撑柱2两侧安装有滑轨滑块9，支撑柱2通过滑轨滑块9卡设于导向滑轨8上，沿导向滑轨8运动。丝杆副包括滚珠丝杆16和丝杆螺母11；滚珠丝杆16两端通过轴承座10竖直安装于机架1上，丝杆螺母11活动套设于滚珠丝杆16上。丝杆螺母11与支撑柱2固定连接；第三电机驱动滚珠丝杆16转动，丝杆螺母11沿滚珠丝杆16运动，驱动支撑柱2沿导向滑轨8运动。具体的，升降机构还包括第三主动齿轮13和第三从动齿轮12；第三电机与第三主动齿轮13连接，驱动第三主动齿轮13转动；第三从动齿轮12与滚珠丝杆16同轴设置，安装于滚珠丝杆16的下端；第三主动齿轮13和第三从动齿轮12构成从第三电机向滚珠丝杆16进行减速传动的转动副。本发明的升降机构采用滚珠丝杆16和导向滑轨8配合的结构设计，通过第三电机进行驱动，滚珠丝杆16与两个导向滑轨8呈三角分布，稳定性好，而通过丝杆副进行行程控制，精度高。
结合图1、图2和图5，旋转机构安装于升降机构的顶端，与升降机构在竖直方向上同步运动。旋转机构包括转台3、第一从动齿轮、第一主动齿轮、第一电机。第一从动齿轮与转台3轴向连接，第一电机与第一主动齿轮连接；第一主动齿轮与第一从动齿轮啮合，第一主动齿轮和第一从动齿轮构成从第一电机向转台3进行减速传动的转动副。本发明设置旋转机构，而非通过X轴、Y轴和Z轴的三轴直线运动来实现三维空间内的动作，具有灵活性好，动作效率高，承重强度高的优点。
结合图5，直线移动机构安装于转台3上，直线移动机构包括直线导轨4和驱动组件。驱动组件包括第四电机6、第四传动皮带、第四从动齿轮14、第四主动齿轮。第四主动齿轮和第四从动齿轮14分别位于直线导轨4的两端。第四传动皮带套设于第四主动齿轮和第四从动齿轮14上。在第四传动皮带上间隔排列设置有与第四主动齿轮和第四从动齿轮14配合啮合的齿牙。第四电机6与第四主动齿轮连接，驱动第四主动齿轮转动。在臂体5的尾端下部安装有固定座15；固定座15与第四传动皮带卡合固定连接，固定座15的两侧活动卡设于直线导轨4上。在第四传动皮带的驱动下，固定座15沿直线导轨4运动。本发明的直线移动机构通过第四传动皮带来实现传动，机械臂安装拆卸方便，且动作效率高，可控性好的优点。
结合图5，机械臂活动安装于直线导轨4上，驱动组件驱动机械臂沿直线导轨4运动。机械臂包括臂体5以及安装于臂体5上的第二电机7、第二主动轮、第二从动轮、第二传动皮带。第二电机7安装于臂体5的尾端，第二电机7与第二主动轮连接。第二从动轮轴向沿竖直方向设置，安装于臂体5的前端，第二传动皮带套设于第二主动轮和第二从动轮上。第二电机7通过第二传动皮带驱动第二从动轮转动。在臂体5的前端安装有机械手。机械手与第二从动轮连接，在第二电机7的驱动下，机械手进行转动。机械手可以根据实际应用环境，采用负压吸附式机械手或磁铁吸附式机械手。机械手可以对抓取产品进行抓取、旋转等作业。
在上述方案中所使用的第一电机、第二电机7、第三电机和第四电机6可以为伺服电机或步进电机，以提高本发明的精度。
通过上述具体实施例，本发明的有益效果是：本发明结构巧妙合理，采用全电机驱动，精度高，稳定性好；通过升降机构、旋转机构和直线移动机构可快速实现三维立体空间内的作业，自由度高，动作效率高，速度快，操作简单；机械臂采用第二电机7后置的结构设计，使重心后移，稳定性更好，同时有效避免机械臂的前端部件冗杂，减小机械臂前端的体积，使机械臂前端小巧灵活。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种高精度多轴机器人，其特征在于，包括
机架；
升降机构；所述升降机构活动安装于所述机架上，沿所述机架做竖直方向的升降运动
旋转机构；所述旋转机构安装于所述升降机构的顶端，与所述升降机构在竖直方向上同步运动；所述旋转机构包括转台、第一从动齿轮、第一主动齿轮、第一电机；所述第一从动齿轮与所述转台轴向连接，所述第一电机与所述第一主动齿轮连接；所述第一主动齿轮与所述第一从动齿轮啮合，所述第一主动齿轮和第一从动齿轮构成从所述第一电机向所述转台进行减速传动的转动副；
直线移动机构；所述直线移动机构安装于所述转台上；所述直线移动机构包括直线导轨和驱动组件；
机械臂；所述机械臂活动安装于所述直线导轨上；所述驱动组件驱动所述机械臂沿所述直线导轨运动；所述机械臂包括臂体以及安装于所述臂体上的第二电机、第二主动轮、第二从动轮、第二传动皮带；所述第二电机安装于所述臂体的尾端，所述第二电机与所述第二主动轮连接；所述第二从动轮轴向沿竖直方向设置，安装于所述臂体的前端，所述第二传动皮带套设于所述第二主动轮和第二从动轮上；所述第二电机通过所述第二传动皮带驱动所述第二从动轮转动。
2.根据权利要求1所述的高精度多轴机器人，其特征在于，所述升降机构包括导向滑轨、丝杆副、支撑柱、第三电机、轴承座；在所述机架上设置有沿竖直方向的活动槽；所述支撑柱位于所述活动槽内；在所述机架两侧安装有所述导向滑轨，所述支撑柱两侧安装有滑轨滑块，所述支撑柱通过所述滑轨滑块卡设于所述导向滑轨上，沿所述导向滑轨运动；所述丝杆副包括滚珠丝杆和丝杆螺母；所述滚珠丝杆两端通过所述轴承座竖直安装于所述机架上，所述丝杆螺母活动套设于所述滚珠丝杆上；所述丝杆螺母与所述支撑柱固定连接；所述第三电机驱动所述滚珠丝杆转动，所述丝杆螺母沿所述滚珠丝杆运动，驱动所述支撑柱沿所述导向滑轨运动。
3.根据权利要求2所述的高精度多轴机器人，其特征在于，所述升降机构还包括第三主动齿轮和第三从动齿轮；所述第三电机与所述第三主动齿轮连接，驱动所述第三主动齿轮转动；所述第三从动齿轮与所述滚珠丝杆同轴设置，安装于所述滚珠丝杆的下端；所述第三主动齿轮和第三从动齿轮构成从所述第三电机向所述滚珠丝杆进行减速传动的转动副。
4.根据权利要求3所述的高精度多轴机器人，其特征在于，所述驱动组件包括第四电机、第四传动皮带、第四从动齿轮、第四主动齿轮；所述第四主动齿轮和所述第四从动齿轮分别位于所述直线导轨的两端；所述第四传动皮带套设于所述第四主动齿轮和所述第四从动齿轮上；在所述第四传动皮带上间隔排列设置有与所述第四主动齿轮和所述第四从动齿轮配合啮合的齿牙；所述第四电机与所述第四主动齿轮连接，驱动所述第四主动齿轮转动；在所述臂体的尾端下部安装有固定座；所述固定座与所述第四传动皮带卡合固定连接，所述固定座的两侧活动卡设于所述直线导轨上；在所述第四传动皮带的驱动下，所述固定座沿所述直线导轨运动。
5.根据权利要求4所述的高精度多轴机器人，其特征在于，在所述臂体的前端安装有机械手。
6.根据权利要求5所述的高精度多轴机器人，其特征在于，所述机械手与所述第二从动轮连接，在所述第二电机的驱动下，所述机械手进行转动。
7.根据权利要求5所述的高精度多轴机器人，其特征在于，所述机械手为负压吸附式机械手或磁铁吸附式机械手。
8.根据权利要求7所述的高精度多轴机器人，其特征在于，所述第一电机、第二电机、第三电机和第四电机为伺服电机或步进电机。
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