CN108638037A - 一种六自由度工业机器人结构及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能制造领域，尤指一种六自由度工业机器人结构及控制系统，包括本体结构及安装在本体结构上的电机及控制系统；所述的本体机械结构包括有底座（1）、第一机械臂（2）、第二机械臂（3）、第三机械臂（4）、第四机械臂（5）和Y型转头（6）及控制系统（7）；第一机械臂底座（201）与底座（1）相连；第二机械臂座（301）将第一机械臂（2）与第二机械臂（3）相连；第二机械臂（3）通过法兰轴（306）、交叉滚子轴承连接在第三机械臂（4）上，第四机械臂（5）通过三角形连接板（406）连接在第三机械臂（4），Y型转头与第四机械臂（5）连接；本发明电机采用内置化设计，节约空间，结构简单，适应度广。

Description

一种六自由度工业机器人结构及控制系统

技术领域

本发明属于智能制造领域，尤指一种六自由度工业机器人结构及控制系统。

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人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制系统来实现搬运等功能的一种机器。它可以按照预先编排的程序运行，近年来我国人口红利的逐渐下降，企业用工成本不断上涨，工业机器人逐步入公众的视野中，随着制造工业的迅猛发展，无论是外国还是在我国，工业机器人已经成为提高生产效率，保证生产质量的重要技术手段，虽然工业机器人在世界范围内还属于刚刚起步不久的领域，但是在汽车、飞机、五金制造等行业已经获得了不小的成就。工业机器人的开发和研究越来越得到政府的重视和支持，对工业机器人及其零部件进行攻关，完成了示教再现示工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。

但是目前在我国使用的机器人中，绝大部分常见的工业机器人受结构及传动方式所限，所能实现的空间作业轨迹具有很大的局限性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种六自由度工业机器人结构及控制系统，伺服电机采用内置化设计，大大节约了电机和减速机所占据空间，提高了灵活性和准确性。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种六自由度工业机器人结构及控制系统，包括有本体机械结构和安装在本体机械结构的电机及控制系统，所述的本体机械结构包括有底座、第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、第四机械臂和Y型转头，所述的控制系统嵌入在底座内，底座内开有控制线走线口。

所述的底座内安有第一伺服电机，第一伺服电机通过电机座固定在底座内，底座内垂直安有传动轴，传动轴上分别安有一个锥齿轮、一个平齿轮；第一伺服电机的输出轴上安有一个锥齿轮，与传动轴上安有的锥齿轮相啮合，底座上部安有齿圈，平齿轮齿圈啮合，齿圈与交叉滚子轴承固连在一起，交叉滚子轴承外圈固定在底座上，交叉滚子轴承内圈与齿圈、底座上端盖固连在一起，第一机械臂底座通过螺栓固定在底座上端盖上，进而将第一伺服电机的动力经过锥齿轮对、平齿轮与齿圈传递出去，带动机器人本体回转。

所述的第一机械臂内安有第二伺服电机和第三伺服电机；所述的第二伺服电机安装在第一机械臂内部的下部，所述第三伺服电机安装在第一机械臂内部的上部；所述的第二伺服电机上安有第一减速机，第二伺服电机通过第一减速机减速后，经一对锥齿轮传动后带动第一机械臂摆动；所述的第三伺服电机上安有第二减速机，第三伺服电机的输出通过第二减速机减速后，经锥齿轮传动后带动第二机械臂及与第二机械臂相连的机构摆动；所述的第二机械臂内安有第四伺服电机，第四伺服电机上安有第三减速机，第四伺服电机通过第三减速机减速后，经联轴器与法兰轴相连接，法兰轴依次穿过两个轴承座，轴承座对法兰轴起支撑作用，法兰轴经交叉滚子轴承与第三机械臂相连，进而第四伺服电机带动第三机械臂及与第三机械臂相连的机构做回转运动；所述的第三机械臂与第四机械臂经过三角形连接板连接在一起，第三机械臂内安有第五伺服电机，第五伺服电机上安有第四减速机，第五伺服电机的输出轴通过一对啮合锥齿轮改变传动方向，实现第四机械臂及与第四机械臂相连的Y型转头摆动；所述的第四机械臂内安有第六伺服电机，第六伺服电机带有蜗轮蜗杆减速机，蜗轮蜗杆减速机输出轴与Y型转头连接，第六伺服电机带动Y型转头摆动，Y型转头具有快接接口，用于连接执行机构。

控制系统以stm32为核心控制器，stm32控制器嵌在底座内，壳体内开有电机控制线走线口，方便走线，控制器通过stm32芯片的定时器发送PWM信号控制伺服电机的运转，进而实现对各驱动电机的控制。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明采用各个关节自由分别控制的方式，实现各个关节间空间动作，整个机器人的动作顺畅而无滞涩，结构简单，可根据实际工作的需要，在机器人Y型转头的快接接口上安装执行机构，适应适应不同工况需求，适应度广。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明一种六自由度工业机器人结构及控制系统的本体结构示意图；

图2是本发明一种六自由度工业机器人结构及控制系统的底座的结构图；

图3是本发明一种六自由度工业机器人结构及控制系统的底座、第一机械臂、第二机械臂、第三机械臂、第四机械臂结构示意图；

图4是本发明一种六自由度工业机器人结构及控制系统第二伺服电机驱动结构示意图；

图5是本发明一种六自由度工业机器人结构及控制系统第三伺服电机驱动结构示意图；

图6是本发明一种六自由度工业机器人结构及控制系统的第三机械臂结构示意图；

图7 是本发明一种六自由度工业机器人结构及控制系统的第四臂机械结构示意图；

图8是本发明一种六自由度工业机器人结构及控制系统的第一机械臂壳体、第二机械臂壳体、第三机械臂壳体、第四机械臂壳体的结构示意图。

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、图3，图7、图8，所述的一种六自由度工业机器人结构及控制系统，包括有本体机械结构和安装在本体机械结构的电机及控制系统，本体结构包括底座1、第一机械臂2、第二机械臂3、第三机械臂4、第四机械臂5和Y型转头6、控制系统7，第一机械臂2的壳体I209、第二机械臂3的壳体II307、第三机械臂4的壳体III408、第四机械臂5的壳体IV504可拆分成两部分，两部分间通过螺栓连接，便于对伺服电机拆装。

参见图1，所述的控制系统7以Stm32为核心控制器，通过stm32芯片的定时器发送PWM信号控制伺服电机的运转，进而实现对各驱动电机的控制。

参见图1、图2、图8，所述的底座1内安有第一伺服电机101，所述的第一伺服电机101通过电机座I102固定在底座1底板108上，底座1内垂直安有传动轴105，所述的传动轴105上安有锥齿轮II104与平齿轮106，所述的第一伺服电机101的输出轴上安有锥齿轮I103，锥齿轮I103与锥齿轮II104相互啮合，交叉滚子轴承外圈在110固定在底座1上，所述的交叉滚子轴承内圈与齿圈107、底座上盖109固连在一起，平齿轮106与齿圈107啮合，第一机械臂底座201固定在底座上盖109上，第一伺服电机的动力经锥齿轮对、平齿轮与齿圈啮合传动后，带动机器人本体结构回转。

参见图3、图4、图5、图8，第一机械臂2内安有第二伺服电机203、第三伺服电机204，所述的第二伺服电机203、第三伺服电机204固定在第一机械臂的壳体I209的底板上；所述的第二伺服电机203安装在第一机械臂2内部的下部，所述第三伺服电机204安装在第一机械臂2内部的上部；所述的第二伺服电机203上安有第一减速机202，第一减速机202的输出轴上安装有锥齿轮III208,轴I206上安有锥齿轮IV207，锥齿轮III208锥齿轮IV207啮合，第一机械臂2的壳体I209、第一机械臂底座201与轴I 206，通过轴承固连在一起；所述的第二伺服电机203通过第一减速机202减速后，经一对锥齿轮III208、锥齿轮IV207传动后带动第一机械臂2摆动，进而带动与第一机械臂2相连的机构摆动。

参见图3、图4、图5、图8，所述的第三伺服电机204上安有第二减速机205，第二减速机205的输出轴上安有锥齿轮V210，轴II212上安有锥齿轮VI211，锥齿轮V210与锥齿轮VI211啮合，轴II212与第二机械臂座301通过轴承固连在一起，第二机械臂座301与第二机械臂3的壳体II307固连在一起；第三伺服电机204的输出轴经第二减速机205减速后，经锥齿轮V210、锥齿轮VI211啮合传动后带动第二机械臂3及与第二机械臂3相连的机构摆动。

参见图3、图8，第二机械臂3内安有第四伺服电机302，第四伺服电机302通过电机座II309固定在第二机械臂3内，第四伺服电机302上安有第三减速机303，第三减速机303的输出轴通过联轴器308与法兰轴306连接在一起，轴承座I、II304、305固定在第二机械臂的壳体II307的底板上，法兰轴306依次穿过轴承座I、II304、305，轴承座I、II304、305对法兰轴306起到支撑作用，法兰轴306通过交叉滚子轴承与第三机械臂的壳体III408固连在一起；第四伺服电机302经过第三减速机303减速后，通过联轴器308带动法兰轴306带动第三机械臂4及与第三机械臂4相连的机构回转。

参见图3、图6、图7、图8，所述的第三机械臂4内安有第五伺服电机401，第五伺服电机401上安有第四减速机402，第五减速机402的输出轴上安有锥齿轮VII403，轴III405上安装有锥齿轮VIII404，锥齿轮VII、VIII403、404相互啮合，所述的第三机械臂4与第四机械臂5经过三角形连接板406、轴IV407连接在一起，轴III405与三角形连接板406间安有轴承，轴IV407与第四机械臂4的壳体IV504过盈配合在一起；所述的第五伺服电机401经第四减速机402减速，再经过锥齿轮VII、VIII403、404啮合后带动第四机械臂5及第四机械臂5相连的机构摆动。

参见图3、图6、图7、图8，所述的第四机械臂5内安有第六伺服电机501，第六伺服电机501固定在第四机械臂4的壳体内，第六伺服电机501带有蜗轮蜗杆减速机，蜗轮蜗杆减速机的输出轴502与Y型转头6的一端固定连接，第四机械臂5的壳体IV504上安有传动轴503,传动轴503经轴承与Y型转头6的另一端固定连接，在轴承的作用下，第六伺服电机501的输出轴带动带动Y型转头6转动摆动，Y型转头具有快接接口，用于连接执行机构。

参见图1，所述的控制系统7以stm32为核心控制器，stm32控制器嵌在底座1内，壳体内开有控制线走线口，方便走线，控制器通过stm32芯片的定时器发送PWM信号控制伺服电机的运转，进而实现对各驱动电机的控制。

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 (8)

1.一种六自由度工业机器人结构及控制系统，包括本体机械结构和安装在本体机械结构的电机，其特征在于：所述的本体机械结构包括有底座（1）、第一机械臂（2）、第二机械臂（3）、第三机械臂（4）、第四机械臂（5）和Y型转头（6）及控制系统（7）；所述的控制系统（7）嵌入在底座（1）内，底座（1）内开有控制线走线口；所述的底座（1）通过第一机械臂底座201与第一机械臂（2）相连接，第一机械臂（2）与第二机械臂（3）通过第二机械臂座（301）相连接，第二机械臂（3）通过法兰轴（306）连接在第三机械臂（4）上；第四机械臂（5）通过三角形连接板（406）连接在第三机械臂（4），Y型转头与第四机械臂（5）连接；所述的底座（1）包括第一伺服电机（101）、电机座I（102）、锥齿轮I（103）、锥齿轮II（104）、传动轴（105）、平齿轮（106）、齿圈（107）、底板（108）、底座上盖（109）、交叉滚子轴承（110）；所述的第一机械臂（2）包括第一机械臂底座（201）、第一减速机（202）、第二伺服电机（203）、第三伺服电机（204）、第二减速机（205）、轴I （206）、锥齿轮III（208）、锥齿轮IV（207）、壳体I（209）、锥齿轮V（210）、锥齿轮VI（211）、轴II（212）、第二机械臂座（301）；所述的第二机械臂（3）包括第四伺服电机（302）、第三减速机（303）、轴承座I、II（304、305）、法兰轴（306）、壳体II（307）、联轴器（308）、电机座（309）；所述的第三机械臂（4）包括第五伺服电机（401）、第四减速机（402）、锥齿轮VII（403）、锥齿轮VIII（404）、轴III（405）、三角形连接板（406）、轴IV（407）、壳体III（408）；所述的第四机械臂（5）包括第六伺服电机（501），蜗轮蜗杆减速机的输出轴（502）、小传动轴（503）、壳体IV（504）。

2.根据权利的要求1所述的一种六自由度工业机器人结构及控制系统，其特征在于：第一机械臂（2）的壳体I（209）、第二机械臂（3）的壳体II（307）、第三机械臂（4）的壳体III（408）、第四机械臂（5）的壳体IV（504）可拆分成两部分，两部分间通过螺栓连接，便于对伺服电机拆装。

3.根据权利的要求1所述的一种六自由度工业机器人结构及控制系统，其特征在于：所述的底座（1）内安有第一伺服电机（101），所述的第一伺服电机（101）通过电机座I（102）固定在底座（1）底板（108）上，底座1内垂直安有传动轴（105），所述的传动轴（105）上安有锥齿轮II（104）与平齿轮（106），所述的第一伺服电机（101）的输出轴上安有锥齿轮I（103），锥齿轮I（103）与锥齿轮II（104）相互啮合，交叉滚子轴承外圈在（110）固定在底座（1）上，所述的交叉滚子轴承内圈与齿圈（107）、底座上盖（109）固连在一起，平齿轮（106）与齿圈（107）啮合，第一机械臂底座（201）固定在底座上盖（109）上，第一伺服电机（101）的动力经锥齿轮对、平齿轮与齿圈啮合传动后，带动机器人本体结构回转。

4.根据权利的要求1所述的一种六自由度工业机器人结构及控制系统，其特征在于：所述的第一机械臂（2）内安有第二伺服电机（203）、第三伺服电机（204），所述的第二伺服电机（203）、第三伺服电机（204）固定在第一机械臂的壳体I（209）的底板上；所述的第二伺服电机（203）安装在第一机械臂（2）内部的下部，所述第三伺服电机（204）安装在第一机械臂（2）内部的上部；所述的第二伺服电机（203）上安有第一减速机（202），第一减速机（202）的输出轴上安装有锥齿轮III（208）,轴I（206）上安有锥齿轮IV（207），锥齿轮III（208）锥齿轮IV（207）啮合，第一机械臂（2）的壳体I（209）、第一机械臂底座（201）与轴I（206），通过轴承固连在一起；所述的第二伺服电机（203）通过第一减速机（202）减速后，经一对锥齿轮III（208）、锥齿轮IV（207）传动后带动第一机械臂（2）摆动，进而带动与第一机械臂（2）相连的机构摆动；所述的第三伺服电机（204）上安有第二减速机（205），第二减速机（205）的输出轴上安有锥齿轮V（210），轴II（212）上安有锥齿轮VI（211），锥齿轮V（210）与锥齿轮VI（211）啮合，轴II（212）与第二机械臂座（301）通过轴承固连在一起，第二机械臂座（301）与第二机械臂（3）的壳体II（307）固连在一起；第三伺服电机（204）的输出轴经第二减速机（205）减速后，经锥齿轮V（210）、锥齿轮VI（211）啮合传动后带动第二机械臂（3）及与第二机械臂（3）相连的机构摆动。

5.根据权利的要求1所述的一种六自由度工业机器人结构及控制系统，其特征在于：第二机械臂（3）内安有第四伺服电机（302），第四伺服电机（302）通过电机座II（309）固定在第二机械臂（3）内，第四伺服电机（302）上安有第三减速机（303），第三减速机（303）的输出轴通过联轴器（308）与法兰轴（306）连接在一起，轴承座I、II（304、305）固定在第二机械臂的壳体II（307）的底板上，法兰轴（306）依次穿过轴承座I、II（304、305），经交叉滚子轴承与第三机械臂的壳体III（408）固连在一起；第四伺服电机（302）经过第三减速机（303）减速后，通过联轴器（308）带动法兰轴（306）带动第三机械臂（4）及与第三机械臂（4）相连的机构回转。

6.根据权利的要求1所述的一种六自由度工业机器人结构及控制系统，其特征在于：所述的第三机械臂（4）内安有第五伺服电机（401），第五伺服电机（401）上安有第四减速机（402），第五减速机（402）的输出轴上安有锥齿轮VII（403），轴III（405）上安装有锥齿轮VIII（404），锥齿轮VII、VIII（403、404）相互啮合，所述的第三机械臂（4）与第四机械臂（5）经过三角形连接板（406）、轴IV（407）连接在一起，轴III（405）与三角形连接板（406）间安有轴承，轴IV（407）与第四机械臂（4）的壳体IV（504）过盈配合在一起；所述的第五伺服电机（401）经第四减速机（402）减速，再经过锥齿轮VII、VIII（403、404）啮合后带动第四机械臂（5）及第四机械臂（5）相连的机构摆动。

7.根据权利的要求1所述的一种六自由度工业机器人结构及控制系统，其特征在于：所述的第四机械臂（5）内安有第六伺服电机（501），第六伺服电机（501）固定在第四机械臂（4）的壳体IV（504）内，第六伺服电机（501）带有蜗轮蜗杆减速机，蜗轮蜗杆减速机的输出轴（502）与Y型转头（6）的一端固定连接，第四机械臂（5）的壳体IV（504）上安有传动轴（503）,传动轴（503）经轴承与Y型转头（6）的另一端固定连接，在轴承的作用下，第六伺服电机（501）的输出轴带动带动Y型转头（6）转动摆动，Y型转头具有快接接口，用于连接执行机构。

8.根据权利的要求1所述的一种六自由度工业机器人结构及控制系统，其特征在于：所述的控制系统（7）以stm32为核心控制器，通过stm32芯片的定时器发送PWM信号控制伺服电机的运转，进而实现对各驱动电机的控制。