CN110181494A - 一种适用于倒挂机械臂的双向桁架机构 - Google Patents

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张仕进
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Abstract

本发明提供了一种适用于倒挂机械臂的双向桁架机构，适用于工业机器人倒挂安装位姿。包括机架体、X轴直线滑台、Y轴主动直线滑台、Y轴从动直线滑台。其中直线滑台结构通过螺纹连接固定于机架横梁上；X轴直线滑台与Y轴主动滑台采用伺服电机驱动，滑台内部采用精密滚珠丝杆传动，保证结构动作的精准；三个直线滑台具有两自由度的移动结构，可以扩大倒装机械臂的工作范围。风琴罩支撑板配合风琴罩在有防尘防水要求的场合下使用，机架横梁及支撑柱尺寸可根据实际需求自定义。本发明结构具有稳固可靠、动作精准、结构简单、运动范围大、适应性好等特点。

Description

一种适用于倒挂机械臂的双向桁架机构
技术领域
本发明涉及工业机械臂自动化加工领域，特别涉及一种适用于倒挂机械臂的双向桁架机构。
背景技术
在工业生产中，机器人代替人类完成繁重的体力劳动已越来越普及，生产中配合使用工业机械臂，可以大大降低成本。在绝大多数的工业加工中，通用的机械臂结构在实际生产中往往需要进行改造，其安装位姿多采用正向安装、侧向安装或倒挂安装这三种方式，添加外部轴的机器人通常只有一个直线行走轴。在加工幅面较大的场合下，单个小型机械臂工作半径不能满足工件的加工要求，而使用大型机械臂则成本增加较多，不利于成本的节约，故需要一种适用于机器人大幅面加工的辅助机构。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于倒挂机械臂的双向桁架机构。主要应对大幅面工业加工任务中，单个机械臂工作半径不能满足工件的加工要求时，可利用该机构扩大机械臂的工作范围，提高工业生产效率的同时可以减少人力。本发明最佳的安装方式为机械臂倒挂安装。在机械臂需要正向安装或侧向安装且需要两个外部移动轴的场合下，可根据需求对相关组件进行配置，或安装于其他固定台，将机械臂本体正向或侧向安装于套筒固定板上即可，机构需满足水平与竖直两个方向的力矩。
为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种适用于倒挂机械臂的双向桁架机构，包括机架体、Y轴主动直线滑台、X轴直线滑台、Y轴从动直线滑台；所述机架体与地面固定连接，所述机架体与Y轴主动直线滑台和Y轴从动直线滑台螺纹固定连接，所述X轴直线滑台与Y轴主动直线滑台和Y轴从动直线滑台螺纹固定连接。
所述机架体包括机架固定座、支撑柱、加强杆、顶部连接杆、滑台固定板、横梁、固定方管、底部连接杆；所述支撑柱、顶部连接杆、底部连接杆采用焊接固定成框架结构，并通过加强杆进行加固，框架结构底部通过机架固定座与地面固定；所述滑台固定板通过固定方管固定在横梁上，所述滑台固定板需根据实际要求进行平面粗糙度处理。
所述Y轴主动直线滑台包括第一直线导轨、第一丝杆支撑座、第一滚珠丝杆、第一滑块、第一滑块固定座、第一顶部固定板、第一电机固定板、第一联轴器、第一丝杆固定座、第一底板、第一风琴罩支撑板、第一滚珠丝杆螺母；所述第一直线导轨与第一滑块采用滑块内部滚珠与导轨轨道接触连接，所述第一丝杆支撑座、第一丝杆固定座、第一电机固定板、第一风琴罩支撑板与第一底板之间采用螺纹连接，所述第一滑块与第一滑块固定座螺纹连接，所述第一滑块固定座与第一顶部固定板采用螺纹连接，所述第一滚珠丝杆与第一丝杆固定座和第一丝杆支撑座通过轴承连接，所述第一滚珠丝杆的一端通过第一联轴器与电机连接，所述第一滚珠丝杆螺母与第一滚珠丝杆通过丝杆表面螺纹道连接。
所述X轴直线滑台包括第二直线导轨、第二丝杆支撑座、第二滚珠丝杆、第二滑块、第二滑块固定座、第二顶部固定板、套筒顶板、第二电机固定板、第二联轴器、第二丝杆固定座、第二底板、套筒侧板、套筒底板、第二滚珠丝杆螺母、第二风琴罩支撑板；所述第二直线导轨与第二滑块采用滑块内部滚珠与导轨轨道接触连接，所述第二丝杆支撑座、第二丝杆固定座、第二电机固定板、第二风琴罩支撑板与第二底板之间采用螺纹连接，所述第二滑块与第二滑块固定座螺纹连接，所述第二滑块固定座与第二顶部固定板采用螺纹连接，所述第二滚珠丝杆与第二丝杆固定座和第二丝杆支撑座通过轴承连接，所述套筒顶板、套筒侧板、套筒底板之间采用螺纹连接，所述套筒顶板与第二顶部固定板采用螺纹连接，所述第二滚珠丝杆的一端通过第二联轴器与电机连接，所述第二滚珠丝杆螺母与第二滚珠丝杆通过丝杆表面螺纹道连接。
所述Y轴从动直线滑台包括固定左侧板、第三直线导轨、第三滑块、第三滑块固定座、第三顶部固定板、固定右侧板、第三底板、第三风琴罩支撑板；所述第三直线导轨与第三滑块采用滑块内部滚珠与导轨轨道接触连接，第三风琴罩支撑板与第三底板之间采用螺纹连接，所述第三滑块与第三滑块固定座螺纹连接，所述第三滑块固定座与第三顶部固定板采用螺纹连接，所述固定左侧板和固定右侧板与第三底板之间采用螺纹连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明可扩展机械臂的两个外部水平平移自由度，进行增加机械臂的移动能力，可满足不同的加工场合，也扩大了机械臂的动作面积，使加工方式更为柔性和灵活，充分降低生产成本，本发明能够提高工业生产效率的同时可以减少人力，具有稳固可靠、动作精准、结构简单、运动范围大、适应性好等特点。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明倒挂机械臂安装位姿示意图。
图3为本发明机架体结构示意图。
图4为本发明Y轴主动直线滑台结构示意图。
图5为本发明X轴直线滑台结构示意图。
图6为本发明Y轴从动直线滑台结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施例作进一步的说明。
如图1所示，一种适用于倒挂机械臂的双向桁架机构，包括机架体1、Y轴主动直线滑台2、X轴直线滑台3、Y轴从动直线滑台4；所述机架体1与地面固定连接，所述机架体1与Y轴主动直线滑台2和Y轴从动直线滑台4螺纹固定连接，所述X轴直线滑台3与Y轴主动直线滑台2和Y轴从动直线滑台4螺纹固定连接。
如图2所示，以安川工业机器人为例，图示为机器人倒挂安装位姿，实际安装位姿可根据实际需求进行切换，如需要正装及侧装机器人，则需要对X轴套筒部件作简单修改。
如图3所示，所述机架体1包括机架固定座101、支撑柱102、加强杆103、顶部连接杆104、滑台固定板105、横梁106、固定方管107、底部连接杆108；所述支撑柱102、顶部连接杆104、底部连接杆108采用焊接固定成框架结构，并通过加强杆103进行加固，框架结构底部通过机架固定座101与地面固定；所述滑台固定板105通过固定方管107固定在横梁106上，所述滑台固定板105需根据实际要求进行平面粗糙度处理。当工业生产中操作台面积较大时，可适当增加横梁106的尺寸以适应实际需求，其中需要注意对横梁106作结构强度校核。安装时先安装XY轴直线滑台，后安装四个机架固定座101的膨胀螺栓，通过机架固定座101中间的大螺钉调整XY轴直线滑台的水平，安装完毕需要校准方向。
如图4所示，所述Y轴主动直线滑台2包括第一直线导轨201、第一丝杆支撑座202、第一滚珠丝杆203、第一滑块204、第一滑块固定座205、第一顶部固定板206、第一电机固定板207、第一联轴器208、第一丝杆固定座209、第一底板210、第一风琴罩支撑板211、第一滚珠丝杆螺母212；所述第一直线导轨201与第一滑块204采用滑块内部滚珠与导轨轨道接触连接，所述第一丝杆支撑座202、第一丝杆固定座209、第一电机固定板207、第一风琴罩支撑板211与第一底板210之间采用螺纹连接，所述第一滑块204与第一滑块固定座205螺纹连接，所述第一滑块固定座205与第一顶部固定板206采用螺纹连接，所述第一滚珠丝杆203与第一丝杆固定座209和第一丝杆支撑座202通过轴承连接，所述第一滚珠丝杆203的一端通过第一联轴器208与电机连接，所述第一滚珠丝杆螺母212与第一滚珠丝杆203通过丝杆表面螺纹道连接。
该Y轴主动直线滑台2需要采用精密滚珠丝杆传动，运行过程稳定可靠，使用前需要根据速度要求与丝杆导程要求选取伺服电机，并根据工业现场防护要求选取适合的防护措施，本实施例采用风琴罩防护，具有良好的防水防尘特性。
如图5所示，所述X轴直线滑台3包括第二直线导轨301、第二丝杆支撑座302、第二滚珠丝杆303、第二滑块304、第二滑块固定座305、第二顶部固定板306、套筒顶板307、第二电机固定板308、第二联轴器309、第二丝杆固定座310、第二底板311、套筒侧板312、套筒底板313、第二滚珠丝杆螺母314、第二风琴罩支撑板315；所述第二直线导轨301与第二滑块304采用滑块内部滚珠与导轨轨道接触连接，所述第二丝杆支撑座302、第二丝杆固定座310、第二电机固定板308、第二风琴罩支撑板315与第二底板311之间采用螺纹连接，所述第二滑块304与第二滑块固定座305螺纹连接，所述第二滑块固定座305与第二顶部固定板306采用螺纹连接，所述第二滚珠丝杆303与第二丝杆固定座310和第二丝杆支撑座302通过轴承连接，所述套筒顶板307、套筒侧板312、套筒底板313之间采用螺纹连接，所述套筒顶板307与第二顶部固定板306采用螺纹连接，所述第二滚珠丝杆303的一端通过第二联轴器309与电机连接，所述第二滚珠丝杆螺母314与第二滚珠丝杆303通过丝杆表面螺纹道连接。
该X轴直线滑台3采用精密滚珠丝杆传动，运行过程稳定可靠，使用前需要根据速度要求与丝杆导程要求选取伺服电机，并根据工业现场防护要求选取适合的防护措施，本实施例采用风琴罩防护，具有良好的防水防尘特性。
如图6所示，所述Y轴从动直线滑台4包括固定左侧板401、第三直线导轨402、第三滑块403、第三滑块固定座404、第三顶部固定板405、固定右侧板406、第三底板407、第三风琴罩支撑板408；所述第三直线导轨402与第三滑块403采用滑块内部滚珠与导轨轨道接触连接，第三风琴罩支撑板408与第三底板407之间采用螺纹连接，所述第三滑块403与第三滑块固定座404螺纹连接，所述第三滑块固定座404与第三顶部固定板405采用螺纹连接，所述固定左侧板401和固定右侧板406与第三底板407之间采用螺纹连接。
该Y轴从动直线滑台4与Y轴主动直线滑台2的区别为去掉了滚珠丝杆，作为辅助Y方向的从动支撑滑台，Y轴从动直线滑台4末端无需安装电机，但需要根据工业现场防护要求选取适合的防护措施，本实施例采用风琴罩防护，具有良好的防水防尘特性。
整体安装完成后，即可根据实际需求选择合适的机械臂安装位姿，使用过程中需考虑机械臂的静态载荷与动态载荷，以及机械臂与机架支撑柱102之间的干涉，整体装配完成后即可进行实际工业工作。

Claims (5)

1.一种适用于倒挂机械臂的双向桁架机构，其特征在于，包括机架体（1）、Y轴主动直线滑台（2）、X轴直线滑台（3）、Y轴从动直线滑台（4）；所述机架体（1）与地面固定连接，所述机架体（1）与Y轴主动直线滑台（2）和Y轴从动直线滑台（4）螺纹固定连接，所述X轴直线滑台（3）与Y轴主动直线滑台（2）和Y轴从动直线滑台（4）螺纹固定连接。
2.根据权利要求1所述的适用于倒挂机械臂的双向桁架机构，其特征在于：所述机架体（1）包括机架固定座（101）、支撑柱（102）、加强杆（103）、顶部连接杆（104）、滑台固定板（105）、横梁（106）、固定方管（107）、底部连接杆（108）；所述支撑柱（102）、顶部连接杆（104）、底部连接杆（108）采用焊接固定成框架结构，并通过加强杆（103）进行加固，框架结构底部通过机架固定座（101）与地面固定；所述滑台固定板（105）通过固定方管（107）固定在横梁（106）上，所述滑台固定板（105）需根据实际要求进行平面粗糙度处理。
3.根据权利要求1所述的适用于倒挂机械臂的双向桁架机构，其特征在于：所述Y轴主动直线滑台（2）包括第一直线导轨（201）、第一丝杆支撑座（202）、第一滚珠丝杆（203）、第一滑块（204）、第一滑块固定座（205）、第一顶部固定板（206）、第一电机固定板（207）、第一联轴器（208）、第一丝杆固定座（209）、第一底板（210）、第一风琴罩支撑板（211）、第一滚珠丝杆螺母（212）；所述第一直线导轨（201）与第一滑块（204）采用滑块内部滚珠与导轨轨道接触连接，所述第一丝杆支撑座（202）、第一丝杆固定座（209）、第一电机固定板（207）、第一风琴罩支撑板（211）与第一底板（210）之间采用螺纹连接，所述第一滑块（204）与第一滑块固定座（205）螺纹连接，所述第一滑块固定座（205）与第一顶部固定板（206）采用螺纹连接，所述第一滚珠丝杆（203）与第一丝杆固定座（209）和第一丝杆支撑座（202）通过轴承连接，所述第一滚珠丝杆（203）的一端通过第一联轴器（208）与电机连接，所述第一滚珠丝杆螺母（212）与第一滚珠丝杆（203）通过丝杆表面螺纹道连接。
4.根据权利要求1所述的适用于倒挂机械臂的双向桁架机构，其特征在于：所述X轴直线滑台（3）包括第二直线导轨（301）、第二丝杆支撑座（302）、第二滚珠丝杆（303）、第二滑块（304）、第二滑块固定座（305）、第二顶部固定板（306）、套筒顶板（307）、第二电机固定板（308）、第二联轴器（309）、第二丝杆固定座（310）、第二底板（311）、套筒侧板（312）、套筒底板（313）、第二滚珠丝杆螺母（314）、第二风琴罩支撑板（315）；所述第二直线导轨（301）与第二滑块（304）采用滑块内部滚珠与导轨轨道接触连接，所述第二丝杆支撑座（302）、第二丝杆固定座（310）、第二电机固定板（308）、第二风琴罩支撑板（315）与第二底板（311）之间采用螺纹连接，所述第二滑块（304）与第二滑块固定座（305）螺纹连接，所述第二滑块固定座（305）与第二顶部固定板（306）采用螺纹连接，所述第二滚珠丝杆（303）与第二丝杆固定座（310）和第二丝杆支撑座（302）通过轴承连接，所述套筒顶板（307）、套筒侧板（312）、套筒底板（313）之间采用螺纹连接，所述套筒顶板（307）与第二顶部固定板（306）采用螺纹连接，所述第二滚珠丝杆（303）的一端通过第二联轴器（309）与电机连接，所述第二滚珠丝杆螺母（314）与第二滚珠丝杆（303）通过丝杆表面螺纹道连接。
5.根据权利要求1所述的适用于倒挂机械臂的双向桁架机构，其特征在于：所述Y轴从动直线滑台（4）包括固定左侧板（401）、第三直线导轨（402）、第三滑块（403）、第三滑块固定座（404）、第三顶部固定板（405）、固定右侧板（406）、第三底板（407）、第三风琴罩支撑板（408）；所述第三直线导轨（402）与第三滑块（403）采用滑块内部滚珠与导轨轨道接触连接，第三风琴罩支撑板（408）与第三底板（407）之间采用螺纹连接，所述第三滑块（403）与第三滑块固定座（404）螺纹连接，所述第三滑块固定座（404）与第三顶部固定板（405）采用螺纹连接，所述固定左侧板（401）和固定右侧板（406）与第三底板（407）之间采用螺纹连接。
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