CN109676594A - 一种高精度四轴机器人 - Google Patents

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曹鲜红
谭军
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Shenzhen Linglve CNC Equipment Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/02Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type
    • B25J9/04Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type by rotating at least one arm, excluding the head movement itself, e.g. cylindrical coordinate type or polar coordinate type
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0009Constructional details, e.g. manipulator supports, bases
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements

Abstract

本发明公开了一种高精度四轴机器人,包含第一轴直线运动副、第二轴旋转副、第三轴升降直线运动副以及第四轴旋转副,所述第一轴直线运动副与第二轴旋转副通过连接板组合在一起,第三轴升降直线运动副与第四轴旋转副通过螺母导轨块组合在一起,第二轴旋转副、第三轴升降直线运动副与第四轴旋转副之间均通过机械臂连接。本发明第一轴直线运动副采用的是绝对值型编码器的直线电机,第二轴旋转副采用的是绝对值型编码器的旋转直驱马达,第三轴采用的是绝对值型编码器的伺服马达与丝杠传动的方式,第四轴旋转副采用的是绝对值型编码器的旋转直驱马达,所有轴没有减速机,因此,具有精度高、速度快、噪音低、寿命长、维护少的特点。

Description

一种高精度四轴机器人
技术领域
本发明涉及一种四轴机器人,特别涉及一种高精度四轴机器人。
背景技术
常用的工业用平面四轴机器人主要代表是Scara机器人或者多滑台组合结构机器人等,其中Scara机器人第一轴和第二轴通常都采用伺服马达与谐波减速机的组合,其精度与寿命完全取决于谐波减速机,第四轴采用同步带传动的方式,所以在高精度的应用场所是行不通的。而多滑台组合结构机器人由于第一轴、第二轴、第三轴都采用的是滑台,一方面空间结构不理想,显得非常笨重,由于整体惯量非常大,速度也快不起来,另一方面此类机器人通常采用的是增量型编码器,掉电时无法记录位置,需要重新归零,在使用时非常不方便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高精度四轴机器人,第一轴直线运动副采用的是绝对值型编码器的直线电机,第二轴旋转副采用的是绝对值型编码器的旋转直驱马达,第三轴采用的是绝对值型编码器的伺服马达与丝杠传动的方式,第四轴旋转副采用的是绝对值型编码器的旋转直驱马达,因此,具有精度高、速度快、噪音低、寿命长、维护少的特点。
本发明是通过以下技术方案来实现的:一种高精度四轴机器人,包含第一轴直线运动副、第二轴旋转副、第三轴升降直线运动副以及第四轴旋转副,所述第一轴直线运动副与第二轴旋转副通过连接板组合在一起,第三轴升降直线运动副与第四轴旋转副通过螺母导轨块组合在一起,第二轴旋转副、第三轴升降直线运动副与第四轴旋转副之间均通过机械臂连接。
作为优选的技术方案,所述第一轴直线运动副直接由直线马达构成;
所述第二轴旋转副由旋转直驱马达和安装座组成,所述第三轴升降直线运动副由直线导轨副、压板、第二角接触轴承、丝杠螺母、丝杠、伺服马达、带轮、同步带、丝杠座、电机座组成;
第四轴旋转副由旋转编码器、螺母、轴承压板、第一角接触轴承、轴承座、旋转马达、花键螺母、花键轴组成;
直线马达的动子与连接板相连,连接板与旋转直驱马达的转子相连,旋转马达的外壳与安装座相连,安装座与机械臂相连,机械臂分别与丝杠座、电机座以及旋转马达的外壳相连,丝杠通过角接触轴承二作为支撑安装在丝杠座上,并由压板压紧,丝杠的末端安装有带轮,伺服马达的轴上也安装有带轮,两者之间采用同步带啮合在一起,伺服马达安装在电机座上。
作为优选的技术方案,花键轴与花键螺母构成直线运动副,花键螺母与旋转马达的转子相连,花键轴的顶端通过第一角接触轴承支撑在轴承座内,第一角接触轴承的内圈采用螺母锁紧,第一角接触轴承的外圈采用轴承压板压紧,旋转编码器的轴与花键轴相连,旋转编码器的外壳则与轴承座相连,轴承座通过螺母导轨块安装在丝杠螺母上。
作为优选的技术方案,伺服马达与丝杠座并排地分布在机械臂的宽度方向。
作为优选的技术方案,第一轴直线运动副采用绝对值型编码器的直线电机,第二轴旋转副采用绝对值型编码器的旋转直驱马达,第三轴升降直线运动副采用绝对值型编码器的伺服马达与丝杠传动,第四轴旋转副采用绝对值型编码器的旋转直驱马达。
作为优选的技术方案,第四轴旋转副的旋转编码器与旋转马达为分离式结构,能跟随丝杠螺母上下运动以及跟随第四轴的旋转马达的转子一起旋转。
作为优选的技术方案,第二轴旋转副的旋转直驱马达为中空型,其转子安装在直线马达上,其外壳安装在机械臂上,让气管与电缆从中间穿过。
作为优选的技术方案,伺服马达与丝杠座并排地分布在机械臂的宽度方向,用于缩短机械臂的长度和减小头部惯量。
本发明的有益效果是:本发明的第一轴直线运动副采用的是绝对值型编码器的直线电机,第二轴旋转副采用的是绝对值型编码器的旋转直驱马达,第三轴采用的是绝对值型编码器的伺服马达与丝杠传动的方式,第四轴旋转副采用的是绝对值型编码器的旋转直驱马达,因此,具有精度高、速度快、噪音低、寿命长、维护少的特点。
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是本发明的原理图;
图2是本发明的结构示意图;
图3是本发明第四轴旋转副的结构示意图;
图4是本发明第三轴升降直线运动副的结构示意图;
图中:101、第一轴直线运动副,102、第二轴旋转副,103、第三轴升降直线运动副,104、第四轴旋转副,1、直线马达,2、连接板,3、旋转直驱马达,4、安装座,5、机械臂,6、直线导轨副,7、螺母导轨块,8、旋转编码器,9、螺母,10、轴承压板,11、第一角接触轴承,12、轴承座,13、旋转马达,14、花键螺母,15、花键轴,16、压板,17、第二角接触轴承,18、丝杠螺母,19、丝杠,20、伺服马达,21、带轮,22、同步带,23、丝杠座,24、电机座。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征,除非特别叙述,均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即,除非特别叙述,每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1所示,包含第一轴直线运动副、第二轴旋转副、第三轴升降直线运动副以及第四轴旋转副,第一轴直线运动副与第二轴旋转副通过连接板组合在一起,第三轴升降直线运动副与第四轴旋转副通过螺母导轨块组合在一起,第二轴旋转副、第三轴升降直线运动副与第四轴旋转副之间均通过机械臂连接。
具体的,第一轴直线运动副101与第二轴旋转副102通过连接板2组合在一起,第三轴升降直线运动副103与第四轴旋转副104通过螺母导轨块7组合在一起,机械臂5连接着第二轴旋转副102、第三轴升降直线运动副103与第四轴旋转副104。第一轴直线运动副101直接由直线马达1构成,第二轴旋转副102由旋转直驱马达3和安装座4组成,第三轴升降直线运动副103由直线导轨副6、压板16、第二角接触轴承17、丝杠螺母18、丝杠19、伺服马达20、带轮21、同步带22、丝杠座23、电机座24组成,第四轴旋转副104由旋转编码器8、螺母9、轴承压板10、第一角接触轴承11、轴承座12、旋转马达13、花键螺母14、花键轴15组成。
直线马达1的动子与连接板2相连,连接板2与旋转直驱马达3的转子相连,旋转马达3的外壳与安装座4相连,安装座4与机械臂5相连,机械臂5分别与丝杠座23、电机座24以及旋转马达13的外壳相连,丝杠19通过角接触轴承二17作为支撑安装在丝杠座23上,由压板16压紧,丝杠19的末端安装有带轮21,伺服马达20的轴上也安装有带轮21,两者之间采用同步带22啮合在一起,而伺服马达20安装在电机座24上。
花键轴15与花键螺母14构成直线运动副,其中花键螺母14与旋转马达13的转子相连,花键轴15的顶端通过角接触轴承一11支撑在轴承座12内,角接触轴承一11的内圈采用螺母9锁紧,角接触轴承一11的外圈采用轴承压板10压紧,旋转编码器8的轴与花键轴15相连,旋转编码器8的外壳则与轴承座12相连,轴承座12通过螺母导轨块7安装在丝杠螺母18上。
因此,当直线马达1驱动时,旋转直驱马达3跟随着做直线运动,当旋转直驱马达3驱动时,机械臂5跟随着旋转,当伺服马达20驱动时,花键轴15跟随着上下运动,当旋转马达13驱动时,花键轴15跟随着旋转。
本实施例中,旋转编码器8作为旋转马达13的反馈编码器,它是跟随花键轴15一起上下升降的,这就要求花键轴15与花键螺母14的旋转间隙非常小,本发明采用的是零回转背隙的花键组合。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何不经过创造性劳动想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种高精度四轴机器人,其特征在于:包含第一轴直线运动副、第二轴旋转副、第三轴升降直线运动副以及第四轴旋转副,所述第一轴直线运动副与第二轴旋转副通过连接板组合在一起,第三轴升降直线运动副与第四轴旋转副通过螺母导轨块组合在一起,第二轴旋转副、第三轴升降直线运动副与第四轴旋转副之间均通过机械臂连接。
2.如权利要求1所述的高精度四轴机器人,其特征在于:所述第一轴直线运动副直接由直线马达构成;
所述第二轴旋转副由旋转直驱马达和安装座组成,所述第三轴升降直线运动副由直线导轨副、压板、第二角接触轴承、丝杠螺母、丝杠、伺服马达、带轮、同步带、丝杠座、电机座组成;
第四轴旋转副由旋转编码器、螺母、轴承压板、第一角接触轴承、轴承座、旋转马达、花键螺母、花键轴组成;
直线马达的动子与连接板相连,连接板与旋转直驱马达的转子相连,旋转马达的外壳与安装座相连,安装座与机械臂相连,机械臂分别与丝杠座、电机座以及旋转马达的外壳相连,丝杠通过角接触轴承二作为支撑安装在丝杠座上,并由压板压紧,丝杠的末端安装有带轮,伺服马达的轴上也安装有带轮,两者之间采用同步带啮合在一起,伺服马达安装在电机座上。
3.如权利要求2所述的高精度四轴机器人,其特征在于:花键轴与花键螺母构成直线运动副,花键螺母与旋转马达的转子相连,花键轴的顶端通过第一角接触轴承支撑在轴承座内,第一角接触轴承的内圈采用螺母锁紧,第一角接触轴承的外圈采用轴承压板压紧,旋转编码器的轴与花键轴相连,旋转编码器的外壳则与轴承座相连,轴承座通过螺母导轨块安装在丝杠螺母上。
4.如权利要求2所述的高精度四轴机器人,其特征在于:伺服马达与丝杠座并排地分布在机械臂的宽度方向。
5.如权利要求2所述的高精度四轴机器人,其特征在于:第一轴直线运动副采用绝对值型编码器的直线电机,第二轴旋转副采用绝对值型编码器的旋转直驱马达,第三轴升降直线运动副采用绝对值型编码器的伺服马达与丝杠传动,第四轴旋转副采用绝对值型编码器的旋转直驱马达。
6.如权利要求5所述的高精度四轴机器人,其特征在于:第四轴旋转副的旋转编码器与旋转马达为分离式结构,能跟随丝杠螺母上下运动以及跟随第四轴的旋转马达的转子一起旋转。
7.如权利要求1所述的高精度四轴机器人,其特征在于:第二轴旋转副的旋转直驱马达为中空型,其转子安装在直线马达上,其外壳安装在机械臂上,让气管与电缆从中间穿过。
8.如权利要求2所述的高精度四轴机器人,其特征在于:伺服马达与丝杠座并排地分布在机械臂的宽度方向,用于缩短机械臂的长度和减小头部惯量。
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