CN110666778A - 六轴串并混联机器人的走线机构及六轴串并混联机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六轴串并混联机器人的走线机构组件，包括静平台走线机构、中间杆，所述静平台走线机构包括下固定座、轴、弹性件、中固定座、滑轮、上固定座，所述中间杆包括管道、上固定圈、上固定滑轮、外壳、润滑套安装座、上旋转叉组件、下旋转叉组件，本发明还公开了一种六轴串并混联机器人。本发明采用独特的走线结构，多个部件相互之间运动、旋转时，线束随之灵活运动，避免过多的牵扯和磨损。将电机安装在活动盘中，实现电机下置，获得更高的运动精度；通过电机下置和一个中间轴的方案，使末端执行器获得更大的运动范围；采取轻量化且模块化的设计，方便制造和安装，使机器人的获得更快的运动速度和较好的稳定性。

Description

六轴串并混联机器人的走线机构及六轴串并混联机器人

技术领域

本发明公开了一种六轴串并混联机器人的走线机构及六轴串并 混联机器人，涉及机器人领域。

背景技术

随着劳动力成本的不断增加，工业生产中对机器人的速度依赖越 来越大，因此并联机器人的运行速度成为了该系列机器人性能的重要 指标，传统的并联机器人由静平台、大臂、中间杆、活动盘组成，目 前并联机器人具有以下缺点：

(1)电机安装在静平台上，需要通过中间杆传递到末端执行器， 会造成末端执行器为的误差过大、导致精度过差。

(2)电机传递到末端执行器需要中间杆作为中间的介质，其中 传递绕XYZ轴的三个自由度需要安装三个中间轴，但在实际运动中， 中间杆的伸缩量有限往往会对末端执行器的行程造成很大影响。

(3)三个中间杆传递方案需要在末端执行器上通过一些同步带 机构和锥齿轮结构才能使末端获得三个自由度。这样会对末端执行器 的制造和装配造成困难、其次会加大末端执行器的自重，影响机器人 运动速度，机械结构在运动过程控制精度得不到保证，可能在某些运 动过程中存在死点的问题，这样会因活动盘的缺陷导致机器人的整体 性能得不到提升。

发明内容

本发明提供了一种轴串并混联机器人的走线机构及六轴串并混 联机器人，优化活动盘的结构，减轻活动盘的重量，控制运动过程的 控制精度，提升机器人的整体性能。

本发明的一方面涉及一种六轴串并混联机器人的走线机构组件， 包括静平台走线机构、中间杆，所述静平台走线机构包括下固定座、 轴、弹性件、中固定座、滑轮、上固定座，所述中间杆包括管道、上 固定圈、上固定滑轮、外壳、润滑套安装座、上旋转叉组件、下旋转 叉组件；

所述下固定座与所述轴固定安装，所述弹性件套装于所述轴上， 所述中固定座套装于所述轴上，且位于所述弹性件上方，所述滑轮转 动安装于所述中固定座上，所述上固定座安装于所述轴上部；

所述上固定圈安装于所述管道一端，所述上固定滑轮安装于所述 上固定圈上，所述润滑套安装座套装于所述管道上，所述润滑套安装 座与所述外壳固定连接，所述上旋转叉组件安装于所述外壳一端，所 述下旋转叉组件安装于所述管道另一端；

线束经过所述滑轮，从所述中固定座、所述下固定座穿过，依次 穿过所述上旋转叉组件、所述管道，从所述下旋转叉组件中穿出。

具体的，所述上旋转叉组件包括上旋转叉底座、上圆环、上旋转 叉，所述上旋转叉转动安装于所述外壳上，所述上圆环转动安装于所 述上旋转叉之间，所述上旋转叉底座与所述上圆环转动连接。

具体的，所述下旋转叉组件包括下旋转叉底座、下圆环、下旋转 叉，所述下旋转叉转动安装于所述管道一端，所述下圆环转动安装于 所述下旋转叉之间，所述下旋转叉底座与所述下圆环转动连接。

优选的，为了优化物理性能，减轻重量，所述管道选用碳管。

本发明的另一方面涉及一种六轴串并混联机器人，包括走线机构 组件、线束、大臂、活动盘、静平台、从动臂，所述走线机构组件包 括静平台走线机构、中间杆，所述静平台走线机构安装于所述静平台 中，所述中间杆的两端分别与所述静平台、所述活动盘连接，所述静 平台外侧与所述大臂转动连接，所述大臂另一端与所述从动臂转动连 接，所述从动臂另一端与所述活动盘转动连接。

具体的，所述活动盘包括活动盘本体、J4电机、J4第一带轮、 J4第二带轮、J4转轴、J4减速机、J5本体、J5电机、J5减速机、J6 本体、J6电机、J6减速机、末端执行器，所述J4电机安装于所述活 动盘本体中，所述J4第一带轮与所述J4电机输出轴连接，所述J4 第二带轮套装于所述J4转轴中，所述J4第一带轮与所述J4第二带 轮之间连接有同步带，所述J4转轴另一端依次连接所述J4减速机、 所述活动盘本体、所述J5本体，所述J5电机安装于所述J5本体中， 所述J5减速机与所述J5电机的输出轴连接，所述J5减速机与所述 J6本体固定连接，所述J6电机安装于所述J6本体中，所述J6减速 机与所述J6电机的输出轴连接，所述J6减速机与所述末端执行器连 接。

优选的，为了便于走线，所述J4转轴为中空轴，线束从J4转轴 中穿过。

优选的，所述J4减速机、所述J5减速机、所述J6减速机为谐 波减速机，线束从J4减速机中穿过，便于走线。

优选的，所述活动盘还包括走线通道，所述走线通道包括第一走 线通道、第二走线通道、第三走线通道，所述第一走线通道、所述第 二走线通道、所述第三走线通道依次转动连接，所述第一走线通道与 所述J5本体连通，所述第三走线通道与所述J6本体连通，线束从所 述下旋转叉组件中穿出，从所述J4转轴、所述J4减速机中穿过，依 次从所述J5本体、所述第一走线通道、所述第二走线通道、所述第 三走线通道穿过，进入所述J6本体中汇合。电机和减速机选择轻量 化且采取模块化的设计，方便制造和安装。第一走线通道、第二走线 通道、第三走线通道能灵活随着J5本体和J6本体旋转而旋转，防止 线束发生牵扯。

优选的，所述活动盘本体上还包括球头支架、球头柱，所述球头 柱安装于所述球头支架两端，中间杆一端与球头柱连接。

本发明具有以下优点：

(1)采用独特的走线结构，多个部件相互之间运动、旋转时， 线束随之灵活运动，避免过多的牵扯和磨损；

(2)在活动盘安装电机和减速机，做到电机下置，获得更高的 精度；

(3)通过在活动盘实现电机下置，仅采用一个中间轴即可使末 端执行器获得更大的运动范围；

(4)电机和减速机采取轻量化且模块化的设计，方便制造和安 装，使机器人的获得更快的运动速度和较好的稳定性。

附图说明

图1为本发明所述的六轴串并混联机器人的立体结构示意图；

图2为本发明中所述的静平台去掉上盖后的结构示意图；

图3为本发明中所述的静平台走线机构的立体结构示意图；

图4为本发明中所述的静平台走线机构的平面结构示意图；

图5为本发明中所述的中间杆的立体结构示意图；

图6为本发明中所述的中间杆的平面结构示意图；

图7为本发明中所述的活动盘的平面结构示意图一；

图8为本发明中所述的活动盘的平面结构示意图二；

图9为图7的剖面示意图；

其中，1为静平台走线机构、2为中间杆、3为线束、4为大臂、 5为活动盘、6为静平台、7为从动臂、11为下固定座、12为轴、13 为弹性件、14为中固定座、15为滑轮、16为上固定座、21为管道、 22为上固定圈、23为上固定滑轮、24为外壳、25为润滑套安装座、 26为上旋转叉组件、27为下旋转叉组件、261为上旋转叉底座、262 为上圆环、263为上旋转叉、271为下旋转叉底座、272为下圆环、 273为下旋转叉、51为活动盘本体、52为J4电机、53为J4第一带 轮、54为J4第二带轮、55为J4转轴、56为J4减速机、57为J5本 体、58为J5电机、59为J5减速机、510为J6本体、511为J6电机、 512为J6减速机、513为末端执行器、514为第一走线通道、515为 第二走线通道、516为第三走线通道、517为球头支架、518为球头 柱。

具体实施方案

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体 的实施方式对上述技术方案做详细的说明。

实施例

一种六轴串并混联机器人的走线机构组件，包括静平台走线机构 1、中间杆2。如图3所示，静平台走线机构1包括下固定座11、轴 12、弹性件13、中固定座14、滑轮15、上固定座16。下固定座11 和中固定座14中央均开设有槽，便于穿线。上固定座16中央设计为 镂空，便于减轻重量，同时增加静平台走线机构1整体强度。下固定 座11与三个轴12竖直固定安装，弹性件13选用弹簧，弹性件13、 中固定座14依次套装于轴12上，中固定座14位于弹性件13上方， 滑轮15转动安装于中固定座14上，上固定座16安装于轴12上部。 如图4所示，箭头为线束3的走向，线束3沿着滑轮15圆周设置， 当线束3受到拉力时，线束3随着滑轮15、中固定座14向下移动， 当拉力减小时，线束3随着滑轮15、中固定座14复位。

如图5-6所示，中间杆2包括管道21、上固定圈22、上固定滑 轮23、外壳24、润滑套安装座25、上旋转叉组件26、下旋转叉组件 27。管道21选用碳管，碳管轻便且强度高。上固定圈22安装于管道 21一端，上固定滑轮23安装于上固定圈22上，润滑套安装座25套 装于管道21上，润滑套安装座25与外壳24固定连接，管道21可在 润滑套安装座25之间滑动。上旋转叉组件26包括上旋转叉底座261、 上圆环262、上旋转叉263，上旋转叉263转动安装于外壳24上，上 圆环262转动安装于上旋转叉263之间，上旋转叉底座261与上圆环 262转动连接。下旋转叉组件27包括下旋转叉底座271、下圆环272、 下旋转叉273，下旋转叉273转动安装于管道21一端，下圆环272 转动安装于下旋转叉273之间。下旋转叉底座271与下圆环272之间 通过改进的十字轴万向节连接，改进的十字轴万向节通过把现有的十 字轴万向节中央区域换成圆环，下圆环272一端与改进的十字轴万向 节连接，改进的十字轴万向节的圆环与下旋转叉底座271连接。

如图1所示，本发明还公开了一种六轴串并混联机器人，包括走 线机构组件、线束3、大臂4、活动盘5、静平台6、从动臂7。走线 机构组件包括静平台走线机构1、中间杆2。如图2所示，静平台6 中央开设有通孔，静平台走线机构1通过四个螺钉安装于静平台6中 央，下固定座11和中固定座14中央的槽与静平台6中央的通孔相对 应。静平台6通孔的下端与中间杆2的上旋转叉底座261通过螺钉固 定连接，中间杆2的另一端与活动盘5连接。大臂4设置三个，静平 台6外侧分别与三个大臂4转动连接，三个大臂4另一端分别与从动 臂7转动连接，从动臂7另一端与活动盘5转动连接。如图7-9所示， 活动盘5包括活动盘本体51、J4电机52、J4第一带轮53、J4第二 带轮54、J4转轴55、J4减速机56、J5本体57、J5电机58、J5减速机59、J6本体510、J6电机511、J6减速机512、末端执行器513、 走线通道、球头支架517、球头柱518。J4电机52安装于活动盘本体 51中，J4第一带轮53与J4电机52输出轴连接，J4第二带轮54套 装于J4转轴55中，J4第一带轮53与J4第二带轮54之间连接有同 步带，J4转轴55另一端依次连接J4减速机56、活动盘本体51、J5 本体57。为了便于穿线，J4转轴55选用中空轴，J4减速机56、J5 减速机59、J6减速机512选用谐波减速机。J5电机58安装于J5本 体57中，J5减速机59与J5电机58的输出轴连接，J5减速机59的 输出端与J6本体510固定连接。J6电机511安装于J6本体510中， J6减速机512与J6电机511的输出轴连接，J6减速机512与末端执 行器513连接。球头柱518安装于球头支架517两端。走线通道包括 第一走线通道514、第二走线通道515、第三走线通道516，第一走 线通道514、第二走线通道515、第三走线通道516依次转动连通， 第一走线通道514与J5本体57连通，第三走线通道516与J6本体 510连通。

本发明的作用原理为首先J4电机52带动J4第一带轮53旋转， J4第一带轮53带动J4第二带轮54旋转，从而带动J5本体57绕Z 轴旋转，J5电机58带动J6本体510绕X轴旋转，J6电机511带动 末端执行器513绕Y轴旋转，其余三自由沿X、Y、Z平移由机器人 本体控制，共组成六自由度。随着活动盘5运动，中间杆2的管道 21根据运动轨迹进行伸缩，线束3在中间杆2内部上下滑动，从而 带动静平台走线机构1的线束上下滑动。

线束3进入静平台走线机构1后，线束走向如图4所示，沿着滑 轮15的圆周，依次从中固定座14、下固定座11、静平台6中央穿出。 静平台6的其余部分为驱动大臂4运动的电机和减速机的安装区域， 驱动大臂4运动的电机和减速机的线束单独走线，不从静平台走线机 构1走线，互不干涉。线束3随后进入中间杆2，线束走向如图6所 示，依次穿过上旋转叉组件26、管道21，从下旋转叉组件27中穿出 后进入活动盘5，线束3的走向如图9中箭头方向所示，因为J4转轴 55为中空轴，J4减速机56、J5减速机59、J6减速机512均选用谐 波减速机，使得线束3从J4转轴55、J4减速机56内部穿过，进入 J5本体57后，从J5电机58上方走线，依次穿过第一走线通道514、 第二走线通道515、第三走线通道516，进入J6本体510中汇合。当 中间杆2和活动盘5运动时，管道21可在润滑套安装座25之间滑动， 线束3在中间杆2内部上下滑动，静平台走线机构1中的线束3受到 拉力时，线束3带动中固定座14在轴12向下滑动，当拉力减小时， 线束3随着滑轮15、中固定座14复位，静平台走线机构1使线束3 在末端运动过程中不会受到过多的牵扯，保护线束3，避免线束3不 及时收回产生挤压从而进一步加剧线束3的磨损。活动盘5运动时， J5本体57和J6本体510发生旋转，第一走线通道514、第二走线通 道515、第三走线通道516能随之灵活转动。

本发明采用独特的走线结构，多个部件相互之间运动、旋转时， 线束随之灵活运动，避免过多的牵扯和磨损。将电机和减速机设计于 活动盘中，选择轻量化的电机和减速机，并采取模块化的设计，方便 制造和安装，精简活动盘的结构和重量，使机器人的获得更快的运动 速度和较好的稳定性。通过电机下置和一个中间轴的方式使末端执行 器获得更大的运动范围，提高运动精度。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦 得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。 所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围 的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种 改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些 修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明 也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种六轴串并混联机器人的走线机构组件，其特征在于：包括静平台走线机构(1)、中间杆(2)，所述静平台走线机构(1)包括下固定座(11)、轴(12)、弹性件(13)、中固定座(14)、滑轮(15)、上固定座(16)，所述中间杆(2)包括管道(21)、上固定圈(22)、上固定滑轮(23)、外壳(24)、润滑套安装座(25)、上旋转叉组件(26)、下旋转叉组件(27)；

所述下固定座11)与所述轴(12)固定安装，所述弹性件(13)套装于所述轴(12)上，所述中固定座(14)套装于所述轴(12)上，且位于所述弹性件(13)上方，所述滑轮(15)转动安装于所述中固定座(14)上，所述上固定座(16)安装于所述轴(12)上部；

所述上固定圈(22)安装于所述管道(21)一端，所述上固定滑轮(23)安装于所述上固定圈(22)上，所述润滑套安装座(25)套装于所述管道(21)上，所述润滑套安装座(25)与所述外壳(24)固定连接，所述上旋转叉组件(26)安装于所述外壳(24)一端，所述下旋转叉组件(27)安装于所述管道(21)另一端；

线束(3)经过所述滑轮(15)，从所述中固定座(14)、所述下固定座(11)穿过，依次穿过所述上旋转叉组件(26)、所述管道(21)，从所述下旋转叉组件(27)中穿出。

2.如权利要求1所述的六轴串并混联机器人的走线机构组件，其特征在于：所述上旋转叉组件(26)包括上旋转叉底座(261)、上圆环(262)、上旋转叉(263)，所述上旋转叉(263)转动安装于所述外壳(24)上，所述上圆环(262)转动安装于所述上旋转叉(263)之间，所述上旋转叉底座(261)与所述上圆环(262)转动连接。

3.如权利要求1所述的六轴串并混联机器人的走线机构组件，其特征在于：所述下旋转叉组件(27)包括下旋转叉底座(271)、下圆环(272)、下旋转叉(273)，所述下旋转叉(273)转动安装于所述管道(21)一端，所述下圆环(272)转动安装于所述下旋转叉(273)之间，所述下旋转叉底座(271)与所述下圆环(272)转动连接。

4.如权利要求1-3任意一项所述的六轴串并混联机器人的走线机构组件，其特征在于：所述管道(21)选用碳管。

5.一种六轴串并混联机器人，其特征在于：包括权利要求1所述的走线机构组件、线束(3)、大臂(4)、活动盘(5)、静平台(6)、从动臂(7)，所述走线机构组件包括静平台走线机构(1)、中间杆(2)，所述静平台走线机构(1)安装于所述静平台(6)中，所述中间杆(2)的两端分别与所述静平台(6)、所述活动盘(5)连接，所述静平台(6)外侧与所述大臂(4)转动连接，所述大臂(4)另一端与所述从动臂(7)转动连接，所述从动臂(7)另一端与所述活动盘(5)转动连接。

6.如权利要求5所述的六轴串并混联机器人，其特征在于：所述活动盘(5)包括活动盘本体(51)、J4电机(52)、J4第一带轮(53)、J4第二带轮(54)、J4转轴(55)、J4减速机(56)、J5本体(57)、J5电机(58)、J5减速机(59)、J6本体(510)、J6电机(511)、J6减速机(512)、末端执行器(513)，所述J4电机(52)安装于所述活动盘本体(51)中，所述J4第一带轮(53)与所述J4电机(52)输出轴连接，所述J4第二带轮(54)套装于所述J4转轴(55)中，所述J4第一带轮(53)与所述J4第二带轮(54)之间连接有同步带，所述J4转轴(55)另一端依次连接所述J4减速机(56)、所述活动盘本体(51)、所述J5本体(57)，所述J5电机(58)安装于所述J5本体(57)中，所述J5减速机(59)与所述J5电机(58)的输出轴连接，所述J5减速机(59)与所述J6本体(510)固定连接，所述J6电机(511)安装于所述J6本体(510)中，所述J6减速机(512)与所述J6电机(511)的输出轴连接，所述J6减速机(512)与所述末端执行器(513)连接。

7.如权利要求6所述的六轴串并混联机器人，其特征在于：所述J4转轴(55)为中空轴。

8.如权利要求7所述的六轴串并混联机器人，其特征在于：所述J4减速机(56)、所述J5减速机(59)、所述J6减速机(512)为谐波减速机。

9.如权利要求8所述的六轴串并混联机器人，其特征在于：所述活动盘(5)还包括走线通道，所述走线通道包括第一走线通道(514)、第二走线通道(515)、第三走线通道(516)，所述第一走线通道(514)、所述第二走线通道(515)、所述第三走线通道(516)依次转动连接，所述第一走线通道(514)与所述J5本体(57)连通，所述第三走线通道(516)与所述J6本体(510)连通，线束(3)从所述下旋转叉组件(27)中穿出，从所述J4转轴(55)、所述J4减速机(56)中穿过，依次从所述J5本体(57)、所述第一走线通道(514)、所述第二走线通道(515)、所述第三走线通道(516)穿过，进入所述J6本体(510)中汇合。

10.如权利要求5-9任意一项所述的六轴串并混联机器人，其特征在于：所述活动盘本体(51)上还包括球头支架(517)、球头柱(518)，所述球头柱(518)安装于所述球头支架(517)两端。

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