CN109551515A - 水平多关节产业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平多关节产业机器人，包括底座、大臂部分、小臂部分和动作轴，所述的大臂部分一端与底座连接并可绕J1轴转动，所述的小臂部分的一端安装在大臂部分的另一端并可绕J2轴转动，所述的动作轴设置在小臂部分的另一端并可相对小臂部分做升降运动和旋转运动，所述的动作轴的端部设置有用于对零部件进行操作动作的末端执行器，所述的大臂部分和小臂部分由用于增大两者间距离的连接筒相连，所述的连接筒与小臂部分同步绕J2轴转动。本发明的有益效果是：本发明在使用中小臂部分和大臂部分不会相互干涉，机器人手臂动作范围大，灵活性高。

Description

水平多关节产业机器人

技术领域

本发明涉及一种水平多关节产业机器人。

背景技术

工业生产的自动化程度越来越高，机器人在工业生产中的应用更多，其中倒装机器人便是其中最常用的一种，倒装机器人的安装位置是在天花板上，当前的倒装机器人的结构包括用于固定于天花板上的基座、连接于基座并能够在水平面转动的第一手臂、连接于第二手臂并能够在水平面内转动的第二手臂以及设置于第二手臂的前端并安装有用于对工件进行运送等的传动轴。从与包括转动轴和动作轴的平面正交的方向观察，第二手臂的宽度比第一手臂窄，在该机器人的第二手臂固定有用于驱动动作轴的马达和减速机，并且该种机器人的第一手臂和第二手臂的垂直距离较小，在第二手臂转动时，第二手臂可能会从第二手臂的下方转过，在第二手臂通过第一手臂下方时，第一手臂容易对安装在第二手臂上的马达和减速机造成干扰，如此可能导致第二手臂不能相对第一手臂360度转动，机器人手臂的动作范围小，灵活性也差。这种结构的倒装机器人，目前是小型化设计，如果臂展变化，小臂内驱动部设置过于靠前，机器人本体惯量较大，影响机器人的运行速度，机器人小臂侧无安装孔位，且第一手臂主体与第二手臂主体的结构不一致，且第二手臂主体为异型铸件，成本较高，通用性不强。

发明内容

本发明的目的是提供一种水平多关节产业机器人，解决现有技术中小臂部分与大臂部分相互干涉导致机器人手臂动作范围小，机器人灵活性差的技术缺陷。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：一种水平多关节产业机器人，包括底座、大臂部分、小臂部分和动作轴，所述的大臂部分一端与底座连接并可绕J1轴转动，所述的小臂部分的一端安装在大臂部分的另一端并可绕J2轴转动，所述的动作轴设置在小臂部分的另一端并可相对小臂部分做升降运动和旋转运动，所述的动作轴的端部设置有用于对零部件进行操作动作的末端执行器，所述的大臂部分和小臂部分由用于增大两者间距离的连接筒相连，所述的连接筒与小臂部分同步绕J2轴转动。本发明采用连接筒连接大臂部分和小臂部分，增大了大臂部分和小臂部分的距离，为动作轴等安装在小臂部分的其余部件留出足够的空间，在小臂部分相对大臂部分转动时，大臂部分不会对小臂部分上的部件产生干涉，扩大了小臂部人转动的范围，从而整体上扩大机器人手臂的动作范围，增大了机器人手臂的灵活性。

作为本发明的进一步改进，所述的小臂部分上设置有用于驱动动作轴作升降运动的升降马达单元、用于驱动动作轴作旋转运动的旋转马达单元和连接旋转马达单元和动作轴用于降低动作轴旋转速度的中心轮单元。本发明中设置中心轮单元，将旋转马达单元输出的速度减小后再驱动动作轴旋转，控制动作轴的转速。

作为本发明的进一步改进，所述的动作轴上设置有螺旋螺纹和花键式沟槽，所述的小臂部分上转动设置有由升降马达单元驱动的升降螺母和由旋转马达单元驱动的旋转螺母，所述的升降螺母与动作轴螺纹连接，升降螺母转动用于驱动动作轴作升降运动，所述的旋转螺母内开设有与花键式沟槽相配合的内花键，旋转螺母转动用于驱动动作轴作旋转运动。本发明中的旋转螺母与动作轴通过花键配合，动作轴可相对旋转螺母在轴向方向上移动，而不能相对旋转螺母转动，螺转螺母转动，才可驱动动作轴同步转动；升降螺母与动作轴螺纹连接，在旋转螺母不转动时，动作轴不能转动，升降螺母转动，驱动动作轴沿长度方向移动，本发明中只有升降螺母转动而旋转螺母不转动时，动作轴只能上下运动，只有旋转螺母转动而升降螺母不转动时，动作轴作转动和上下运动的复合运动，而当旋转螺母和升降螺母同时转动并且旋转螺母驱动动作轴转动的速度与旋转螺母的转动速度相同时，抵消掉开降螺母对动作轴产生的上下运动，此时动作轴仅能转动。

作为本发明的进一步改进，所述的升降螺母上设置有升降从动带轮，所述的升降从动带轮与安装在升降马达单元输出端的升降主动带轮通过升降传送带连接，所述的中心轮单元包括由中心轮轴转动设置在小臂部分上的第一中心轮和第二中心轮，所述的第一中心轮的直径大于第二中心轮的直径，所述的旋转螺母上设置有旋转从动带轮，所述的第一中心轮与设置在旋转马达单元输出端的旋转主动带轮由第一旋转传送带连接，所述的旋转从动带轮与第二中心轮通过第二旋转传送带连接。本发明中的第一中心轮和第二中心轮的角速度相同，由于第一中心轮的直径小于第二中心轮的直径，因此旋转马达单元输出的转速通过中心轮单元后减小，使动作轴的转速处于适宜的范围。

作为本发明的进一步改进，所述的中心轴65通过中心轮安装板设置小臂部分上，所述的中心轴65通过两个以上的轴承转动设置在中心轮安装板上，所述的小臂部分上设置有中心轮盖，用于罩住中心轮单元。本发明设置中心轮安装板，方便中心轮单元的安装，所述的中心轮盖罩信中心轮安装板，增加中心轮单元的防护等级。

作为本发明的进一步改进，所述的旋转马达单元、中心轮单元和升降马达单元自连接筒向动作轴依次设置，并且所述的旋转马达单元、中心轮单元、升降马达单元和动作轴的中心线位于同一平面上。本发明通过带传动将零部件向J2旋转轴方向靠近，从而使机器人本体惯量相对于J2轴最小。

作为本发明的进一步改进，所述的小臂部分上设置有用于保护将动作轴、升降马达单元、中心轮单元和旋转马达单元的小臂罩壳。本发明设置小臂罩壳，将小臂部分上的所有元器件覆盖，保证机器人防护等级及整体外形。

作为本发明的进一步改进，所述的大臂部分和小臂部分采用相同的型材制成，所述的型材由上支板、下支板、前支板和后支板一体成型制得，在靠近前支板和后支板处均设置有连接上支板和下支板的加强筋，所述的上支板、下支板和加强筋构成型材内腔。本发明中的大臂部分和小臂部分共用一种型材，由此，能减少型材开模及制造成本，因此能够实现机器人的低成本化，本发明中设置加强筋，增加型材的强度。

作为本发明的进一步改进，所述的前支板和后支板上均开有贯穿其两端的沟槽，在所述的沟槽内设置有供执行器所用的电磁阀，所述的电磁阀可在沟槽内沿沟槽的长度方向移动。本发明在型材上开设沟槽，电磁阀安装位置可以在小臂部分的长度范围内随意调节，方便机器人应用。

作为本发明的更进一步改进，所述的型材的两端设置有挡板，所述的挡板可拆卸的安装在型材上。本发明设置挡板，用于密封型材的内腔，可保护型材的内腔。

综上所述，本发明的有益效果是：本发明在使用中小臂部分和大臂部分不会相互干涉，机器人手臂动作范围大，灵活性高，本发明的大臂部分和小臂部分采用相同的型材，制造成本低，本发明中的机器人本体惯量及重量低，并且本发明应用方便。

附图说明

图1是本发明的主视图。

图2是反应本发明中小臂部分的纵剖示图。

图3是反应本发明中小臂部分的俯视图。

图4是反应本发明中小臂部分型材的立体结构示意图。

图5是反应本发明中小臂部分型材的右视图。

图6是是本发明的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。为便于说明，将图1中的上侧称为“上”，将下侧称为“下”，将左侧称为“左”，将右侧称为“右”。另外，将图1中的升降方向称为“垂直方向”，将左右方向称为“水平方向”。

如图1-图6所述的水平多关节产业机器人1，广泛应用于3C等电子行业，吊装与生产线上方，对生产线上零部件进行搬运等操作，其结构包括底座20、大臂部分30、小臂部分40和动作轴81，所述的底座20的下部设置有板状的凸缘，在凸缘上开设有安装孔，可采用穿插在安装孔内的螺栓等实现底座20与诸如天花板等固定物连接，所述的大臂部分30一端与底座20连接，在所述的底座20内设置有第一驱动马达（图中未示出），所述的底座20的底部转动设置有第一关节部21，所述的第一驱动马达驱动第一关节部绕J1轴转动，所述的大臂部分30包括大臂型材33，所述的大臂型材33的一端的顶部与第一关节部21连接，所述的第一关节部21转动可驱动大臂型材33绕J1轴转动，在大臂型材33的另一端的顶部安装有第二驱动马达（图中未示出），在大臂前型材33的底部远离底座20的一端转动设置有第二关节部31，所述的第二驱动马达驱动第二关节部31绕J2轴转动，本发明在大臂型材33的顶部有用螺栓可拆卸的设置有马达罩壳，将第二驱动马达罩在马达罩壳内，保护第二驱动马达；所述的小臂部分40包括小臂型材41，所述的小臂型材41一端的顶部与第二关节部31连接，第二关节部31转动驱动小臂型材41绕J2轴转动，所述的动作轴81设置在小臂部分40的另一端并可相对小臂部分40做升降运动和旋转运动，所述的动作轴81的端部设置有用于对零部件进行操作动作的末端执行器。本发明中所述的大臂部分30和小臂部分40由用于增大两者间距离的连接筒32相连，所述的连接筒32呈筒状，所述的连接筒32与小臂部分40同步绕J2轴转动，具体的连接筒32的顶端连接第二并节部31，连接筒32的底端与小臂型材41连接。本发明中的J1轴和J2轴均为沿竖直方向，所述的大臂型材33和小臂型材41均沿水平方向设置，本发明中的连接筒32的长度可根据动作轴81的长度以及安装在小臂型材41上的其余部件决定，以小臂型材41在绕J2轴转动360度，小安在小臂型材41上的所有部件均不与大臂型材33产生干涉为宜。本发明中的连接筒32在垂直方向延伸使小臂部件40与大臂部分30互不干涉，因此扩大了机器人手臂的动作范围，极大的增大了机器人的灵活性。

本发明中所述的小臂部分40上设置有用于驱动动作轴81作升降运动的升降马达单元70、用于驱动动作轴作旋转运动的旋转马达单元50和连接旋转马达单元50和动作轴81用于降低动作轴81旋转速度的中心轮单元60。本发明实现动作轴81升降动作和旋转动作的具体结构是：在所述的动作轴81上设置有螺旋螺纹（图中未示出）和花键式沟槽（图中未示出），所述的花键式沟槽沿动作轴的长度方向开设，并且与螺纹相交，即相邻的花键式沟槽之间的部分的动作轴上设置螺纹，所述的小臂型材41上部采用轴承转动设置有由升降马达单元70驱动的升降螺母82，小臂型材41的下部采用轴承转动设置有由旋转马达单元50驱动的旋转螺母85，所述的升降螺母82的中心线、旋转螺母85的中心线和动作轴81的中心线位于同一竖直线上，所述的动作轴81上下贯穿小臂型材41并且所述的升降螺母82与动作轴81螺纹连接，升降螺母82转动用于驱动动作轴81作升降运动，所述的旋转螺母85内开设有与花键式沟槽相配合的内花键（图中未示出），动作轴81穿过旋转螺母85并且动作轴上的花键式沟槽与旋转螺母内的内花键相配合安装，旋转螺母85转动用于驱动动作轴81作旋转运动。

本发明中所述的升降螺母82上设置的底部伸入小臂型材41内，并且在升降螺母82的底端采用螺栓可拆卸的安装有升降从动带轮83，所述的升降从动带轮83与升降螺母82同步转动，所述的升降马达单元70包括升降马达71，所述的升降马达71通过升降马达安装板74可拆卸的安装在小臂型材41的顶部，升降马达71的输出轴伸入小臂型材41内，在升降马达71的输出轴上安装有升降主动带轮72，所述的升降从动带轮83与升降主动带轮72通过升降传送带73连接，所述的升降马达71工作驱动升降主动带轮72转动，升降主动带轮72通过升降传送带73驱动升降从动带轮83转动，升降螺母82与升降从动带轮83同步转动，驱动动作轴81沿上下方向移动；所述的中心轮单元60包括由中心轮轴转动设置在小臂部分40上的第一中心轮和第二中心轮，所述的第一中心轮的直径大于第二中心轮的直径并且所述的第一中心轮位于第二中心轮的上方，所述的第一中心轮的底端与第二中心轮的顶端固定（本发明优选的采用焊接的方式固定），第一中心轮和第二中心轮无相对转动，所述的旋转螺母85的多方面部伸入小臂型材41内，并且在旋转螺母85的顶部采用螺栓可拆卸的安装有旋转从动带轮84，所述的旋转马达单元包括旋转马达51，所述的旋转马达51通过旋转马达安装板54可拆卸的安装在小臂型材41的顶部，旋转马达51有输出轴伸入小臂型材41内并且在旋转马达51的输出轴上安装有旋转主动带轮52，所述的第一中心轮与旋转主动带轮52由第一旋转传送带53连接，所述的旋转从动带轮84与第二中心轮通过第二旋转传送带66连接，本发明设置中心轮单元60一方面降低动作轴81的转速，另一方面，第二旋转传送带66与升降传送带73上下错开，避免两者传动时相互发生干涉。

本发明中所述的中心轴65通过中心轮安装板67设置小臂部分40上，所述的中心轮安装板67上安装有轴承座61，所述的中心轴65通过两个以上的轴承62转动设置在轴承座61上，本发明优选的轴承62的数量为两个，两个轴承62一上一下设置在中心轴65上，轴承62的内圈与中心轴65过盈配合，轴承62的外圈与中心轴座61过盈配合，所述的中心轴的顶上部设置有螺纹，并且在中心轴的顶部设置有与中心轴螺纹配合的锁紧螺母63，所述的锁紧螺母63压紧上方一个轴承62的内圈，所述的小臂型材41顶部设置有中心轮盖64，用于罩住中心轮单元60，本发明中的中心轮盖64优选的采用橡胶材质做成的橡胶盖，本发明中的中心轮盖64底部的开口优选的略小于轴承座61，通过中心轮盖64本身的弹性力勒紧在轴承座61上。

本发明中所述的旋转马达单元50、中心轮单元60和升降马达单元70自连接筒32向动作轴81依次设置，并且所述的旋转马达单元50、中心轮单元60、升降马达单元70和动作轴81的中心线位于同一平面上，通过带传动将零部件向J2旋转轴方向靠近，从而使机器人本体惯量相对于J2轴最小，增大机器人运行速度、节拍。所述的小臂型材41的顶部采用螺栓可拆卸的安装有用于保护将动作轴81、升降马达单元70、中心轮单元60和旋转马达单元50的小臂罩壳90，本发明中的小臂罩壳90的顶部与小臂型材41的上表面间的距离小于小臂型材41上表面与大臂型材33下表面之间的距离，在小臂型材41绕J2轴转动时，小臂罩壳90从大臂型材33的下方通过，不与大臂型材33产生干涉，本发明设置小臂罩壳90保证机器人防护等级及整体外形。

本发明中所述的大臂部分30和小臂部分40采用相同的型材拉伸制成，能减少开模及制造成本，因此能够实现机器人的低成本化，所述的型材由上支板、下支板、前支板和后支板一体成型制得，在靠近前支板和后支板处分别设置有连接上支板和下支板的前加强筋413和后加强筋414，所述的上支板、下支板和前加强筋413和后加强筋414构成型材内腔，所述的旋转马达51的输出轴和升降马达71的输出轴均伸入上述型材的内腔中，所述的旋转主动带轮52、第一旋转传送带53、第一中心轮、第二中心轮、第二旋转传送带66、升降主动带轮72、升降传送带73、升降从动带轮83和旋转从动带轮84均位于内腔中。所述的前支板和后支板上分别开有贯穿其两端的前沟槽411和后沟槽412，所述的前沟槽411与后沟槽412的截面相同，前沟槽411与后沟槽412的槽口的上部和下部分别向下和向上延伸形成上翻边和下翻边，所述的前支板和后支板分别通过前水平加强筋和后水平加强筋与前加强筋413和后加强筋414连接，在所述的前沟槽411内设置有供执行器所用的电磁阀91，所述的电磁阀91可在前沟槽411内沿前沟槽411的长度方向移动，具体结构为：在前沟槽411内预埋螺母，形成可以移动的螺纹孔，所述的电磁阀91上固定有螺杆，螺杆与螺母相配合即可实现电磁阀91的安装，电磁阀91本身及其用于执行器均系现有技术，非本发明的改进点，本发明关于电磁阀91的改进在于其与小臂型材41的滑动连接方式。本发明在所述的型材的两端设置有挡板，所述的挡板通过螺栓可拆卸的安装在型材的端部，将内腔两端密封。

所述的小臂型材41用于与连接筒32相连的一端的上表面设置有圆形的凹陷101，所述的凹陷101的直径与连接筒32的直径相等，所述的凹陷101内沿圆周方向开有多个连接筒固定孔102，所述的连接筒32的底部开有数量与连接筒固定孔102数量相等并且与连接筒固定孔102位置相对应的连接筒螺纹孔（图中未示出），所述的连接筒32的底端的端面与凹陷101的底面相贴合，采用穿插过连接筒固定孔102并且与连接筒螺纹孔螺纹配合的螺栓将小臂型材可拆卸的安装在连接筒32的底端。在小臂型材41上表面和下表面远离连接筒32的一端分别开有上通孔103和下通孔（图中未示出），所述的升降螺母82采用轴承转动设置在上通孔103内，所述的轴承的内圈套设在升降螺母上并且与升降螺母过盈配合，轴承的外圈与上通孔103的圆柱面过盈配合，所述的旋转螺母85通过轴承转动设置在下通孔内，旋转螺母85与下通孔的安装方式与升降螺母82和上通孔103的配合方式相同。在小臂型材41上位于上通孔103与凹陷101之间沿小臂型材41的长度方向开有贯穿上支板上下的矩形通孔104，所述的矩形通孔104的两侧开有多个螺纹孔，所述的升降马达安装板74通过与螺纹孔相配合的螺栓可拆卸的安装在小臂型材41上，所述的中心轮安装板67通过与螺纹孔相配合的螺栓可拆卸的安装在小臂型材41上，所述的旋转马达安装板54通过与螺纹孔相配合的螺栓42可拆卸的安装在小臂型材41上。为减小机器人本体惯量，本发明中的小臂型材41采用铝合金挤压成型，也可采用玻璃或碳纤维的复合材料。

以上说明书中未做特别说明的部分均为现有技术，或者通过现有技术既能实现。而且本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims (10)

1.一种水平多关节产业机器人，包括底座（20）、大臂部分（30）、小臂部分（40）和动作轴（81），所述的大臂部分（30）一端与底座（20）连接并可绕J1轴转动，所述的小臂部分（40）的一端安装在大臂部分（30）的另一端并可绕J2轴转动，所述的动作轴（81）设置在小臂部分（40）的另一端并可相对小臂部分（40）做升降运动和旋转运动，所述的动作轴（81）的端部设置有用于对零部件进行操作动作的末端执行器，其特征在于：所述的大臂部分（30）和小臂部分（40）由用于增大两者间距离的连接筒（32）相连，所述的连接筒（32）与小臂部分（40）同步绕J2轴转动。

2.根据权利要求1所述的水平多关节产业机器人，其特征在于：所述的小臂部分（40）上设置有用于驱动动作轴（81）作升降运动的升降马达单元（70）、用于驱动动作轴作旋转运动的旋转马达单元（50）和连接旋转马达单元（50）和动作轴用于降低动作轴旋转速度的中心轮单元（60）。

3.根据权利要求2所述的水平多关节产业机器人，其特征在于：所述的动作轴（81）上设置有螺旋螺纹和花键式沟槽，所述的小臂部分（40）上转动设置有由升降马达单元（70）驱动的升降螺母（82）和由旋转马达单元（50）驱动的旋转螺母（85），所述的升降螺母（82）与动作轴（81）螺纹连接，升降螺母（82）转动用于驱动动作轴（81）作升降运动，所述的旋转螺母内开设有与花键式沟槽相配合的内花键，旋转螺母（85）转动用于驱动动作轴（81）作旋转运动。

4.根据权利要求3所述的水平多关节产业机器人，其特征在于：所述的升降螺母（82）上设置有升降从动带轮（83），所述的升降从动带轮（83）与安装在升降马达单元（70）输出端的升降主动带轮（72）通过升降传送带（73）连接，所述的中心轮单元（60）包括由中心轮轴转动设置在小臂部分（40）上的第一中心轮和第二中心轮，所述的第一中心轮的直径大于第二中心轮的直径，所述的旋转螺母（85）上设置有旋转从动带轮（84），所述的第一中心轮与设置在旋转马达单元（50）输出端的旋转主动带轮（52）由第一旋转传送带（53）连接，所述的旋转从动带轮（84）与第二中心轮通过第二旋转传送带（66）连接。

5.根据权利要求4所述的水平多关节产业机器人，其特征在于：所述的中心轴通过中心轮安装板（67）设置小臂部分（40）上，所述的中心轴通过两个以上的轴承（62）转动设置在中心轮安装板（67）上，所述的小臂部分（40）上设置有中心轮盖（64），用于罩住中心轮单元（60）。

6.根据权利要求5所述的水平多关节产业机器人，其特征在于：所述的旋转马达单元（50）、中心轮单元（60）和升降马达单元（70）自连接筒（32）向动作轴（81）依次设置，并且所述的旋转马达单元（50）、中心轮单元（60）、升降马达单元（70）和动作轴（81）的中心线位于同一平面上。

7.根据权利要求1至6任一项所述的水平多关节产业机器人，其特征在于：所述的小臂部分（40）上设置有用于保护将动作轴（81）、升降马达单元（70）、中心轮单元（60）和旋转马达单元（50）的小臂罩壳（90）。

8.根据权利要求1 至6任一项所述的水平多关节产业机器人，其特征在于：所述的大臂部分（30）和小臂部分（40）采用相同的型材制成，所述的型材由上支板、下支板、前支板和后支板一体成型制得，在靠近前支板和后支板处均设置有连接上支板和下支板的加强筋，所述的上支板、下支板和加强筋构成型材内腔。

9.根据权利要求8所述的水平多关节产业机器人，其特征在于：所述的前支板和后支板上均开有贯穿其两端的沟槽，在所述的沟槽内设置有供执行器所用的电磁阀，所述的电磁阀可在沟槽内沿沟槽的长度方向移动。

10.根据权利要求9所述的水平多关节产业机器人，其特征在于：所述的型材的两端设置有挡板，所述的挡板可拆卸的安装在型材上。