CN110695984A - 一种大负载水平搬运工业机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大负载水平搬运工业机器人，包括基座、回转立柱组件、Z向滑动臂组件、转动臂组件和上下料叉组件；回转立柱组件可旋转地安装在基座上方，基座上设有第一动力装置；Z向滑动臂组件以沿上下方向可滑动的方式安装在回转立柱组件侧部，在回转立柱组件上设有第二动力装置；转动臂组件包括第一、第二和第三转动臂，第一转动臂左端与Z向滑动臂组件沿水平方向可转动式连接，第一转动臂右端与第二转动臂的左端沿水平方向可转动式连接，第二转动臂右端与第三转动臂左端沿水平方向可转动式连接，第三转动臂右端与上下料叉组件固连；第一转动臂上设有第三和第四传动装置，第二转动臂上设有第五驱动装置。本发明结构简单、易于实现、承载较大、可以实现在较小空间内完成搬运动。

Description

一种大负载水平搬运工业机器人
技术领域
本发明涉及工业机器人设备技术领域，特别是一种大负载水平搬运工业机器人。
背景技术
在现代化的工业生产中，在搬运、加工、装备等场景下机器人都发挥着重要作用。然而对于大多数中小工业型企业来说，使用机器人代替人工搬运操作存在着以下问题：一是现有六轴机器人虽然负载较大但购置及维护成本高昂，增大了企业前期设备投入；二是现有水平四轴机器人多采用前段升降结构，存在着承载重量较小、不能满足大负载搬运需求的问题；三是中小企业多存在着设备间距小的实际工况，现有四轴水平搬运机器人灵活性不足，在较小空间内无法实现完整动作。以上问题的存在限制了中小工业型企业的自动化转型与发展。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结构简单、易于实现、承载较大、可以实现在较小空间内完成搬运动作的大负载水平搬运工业机器人。
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：
一种大负载水平搬运工业机器人，其特征在于：包括基座、回转立柱组件、Z向滑动臂组件、转动臂组件和上下料叉组件；
所述回转立柱组件可旋转地安装在基座上方，所述基座上设置有驱动回转立柱组件的第一动力装置；所述Z向滑动臂组件以沿上下方向可滑动的方式安装在回转立柱组件的侧部，在回转立柱组件上设置有驱动Z向滑动臂组件的第二动力装置；所述转动臂组件包括第一转动臂、第二转动臂和第三转动臂，第一转动臂的左端与Z向滑动臂组件沿水平方向可转动式连接，第一转动臂的右端与第二转动臂的左端沿水平方向可转动式连接，第二转动臂的右端与第三转动臂的左端沿水平方向可转动式连接，第三转动臂的右端与上下料叉组件固定连接；在第一转动臂上设置有驱动第一转动臂的第三传动装置和驱动第二转动臂的第四传动装置，在第二转动臂上设置有驱动第三转动臂的第五驱动装置。
而且的，所述基座采用设置有侧部电缆开口的底盘结构，所述第一动力装置包括设置在底盘上的第一RV减速器、支撑座、第一伺服电机；所述第一RV减速器与所述底盘固定连接，所述第一RV减速器为中空型RV减速器，所述第一伺服电机与支撑座固定连接，所述第一伺服电机的输出轴通过联轴器连接有第一齿轮轴，所述第一齿轮轴的齿轮与所述第一RV减速器输入端齿轮啮合，所述第一RV减速器输出端与支撑座固定连接。
而且的，所述回转立柱组件包括外壳和竖向设置的主支撑板，所述外壳为一侧呈开口状的箱型立柱结构，外壳的内侧面设置有米字型加强筋；所述主支撑板焊接于外壳的开口侧，在外壳与主支撑板之间焊接有凹型加强筋；回转立柱组件的下端与所述支撑座的上端焊接连接。
而且的，所述Z向滑动臂组件包括竖向设置的滑动板和垂直于滑动板的外伸臂两部分，滑动板与外伸臂通过焊接方式连接，在滑动板与外伸臂之间连接有加强筋，采用角筋和圆形筋；滑动板的外侧固定有两组滑块，两组滑块分别与固定于主支撑板外侧的两根直线导轨滑动连接。
而且的，所述第二动力装置包括第二伺服电机、滚珠丝杠、与滚珠丝杠相匹配的丝杠螺母；第二伺服电机通过电机支架固定安装在主支撑板靠近上部的外侧位置，滚珠丝杠通过位于两端的丝杠支座固定于主支撑板的外侧，丝杠螺母与滑动板的内侧固定连接。
而且的，所述第三动力装置包括第二RV减速器、第三伺服电机，所述第二RV减速器为中空型RV减速器，所述第二RV减速器固定安装在外伸臂上，所述第一转动臂与第二RV减速器输出端固定连接，所述第三伺服电机通过联轴器连接有第二齿轮轴，所述第二齿轮轴的齿轮与所述第二RV减速器输入端齿轮啮合。
而且的，所述第四动力装置包括第四伺服电机、第一谐波减速器，所述第一谐波减速器为轴输入型谐波减速器，所述第四伺服电机通过免键轴衬固定连接有第一主动同步轮，所述第一主动同步轮通过同步带与设置在第一谐波减速器输入轴上的第一从动同步轮连接，所述第一谐波减速器的输出端与第二转动臂的左端驱动连接。
而且的，所述第五动力装置包括第五伺服电机、第二谐波减速器，所述第二谐波减速器为轴输入型谐波减速器，所述第五伺服电机通过免键轴衬固定连接有第二主动同步轮，所述第二主动同步轮通过同步带与设置在第二谐波减速器输入轴上的第二从动同步轮连接，所述第二谐波减速器的输出端与第三转动臂的左端驱动连接。
而且的，五个伺服电机均带有抱闸，五个伺服电机均对应设置有编码器。
而且的，所述第一转动臂和第二转动臂由左端至右端方向宽度逐渐减小，在第一转动臂内部和第二转动臂内部设置有多道加强筋，加强筋采用电加工方式一体成型。
本发明具有的优点和积极效果：
1、本水平搬运工业机器人通过第一动力装置带动回转立柱组件在基座上可进行360°旋转，从而带动转动臂组件和上下料叉组件进行360°旋转；通过第二动力装置带动Z向滑动臂组件沿上下方向滑动，从而可实现带动转动臂组件和上下料叉进行上下移动；转动臂组件由三节转动臂依次连接构成，三节转动臂分别通过第三动力装置、第四动力装置和第五动力装置来驱动，从而能带动上下料叉在平面空间内进行运动，实现工件的水平搬运。本发明相比现有搬运工业机器人，具有负载能力强、工作空间小、应用领域广等优点。
2、所述回转立柱组件内结构件之间多出设置有加强筋，第一转动臂和第二转动臂内部多道加强筋采用电加工方式一体成型，所述上下料叉主要结构为一块钢板加工的钣金件，增强了机器人整体结构强度，确保了机器人负载达到200kg水平；
3、回转立柱组件通过第一RV减速器与基座组件连接，由第一伺服电机驱动第一RV减速器带动回转立柱进行360°回转动作，由此带动转动臂组件实现水平方向上360°回转动作，保证了机器人整体的灵活性。
4、由于本发设计的机器人为悬臂结构，该结构易存在铅锤载荷引起倾覆弯矩过大的问题。本发明通过将回转立柱组件设计为箱形立柱结构，增强整体刚性。对于回转立柱组件中的主支撑板使用厚度达20mm钢板，增强立柱抗弯矩能力，增加立柱组件重量，将机器人重心向着回转立柱组件的位置移动，解决了倾覆弯矩过大的问题，保证了机器人的稳定性。
5、第二伺服电机驱动滚珠丝杠旋转，滚珠丝杠通过丝杠螺母、直线导轨、滑块带动转动臂组件实现Z向上下平稳移动，其移动行程可达到1220mm。现有水平搬运机器人Z向上下移动行程一般在500mm以内，相同定位精度下，行程越大对滚珠丝杠及直线导轨的装配要求越高。所述主支撑板的一端设置有直线导轨靠肩，以靠肩为基准对两直线导轨进行调平找正，再以两调平后直线导轨为基准对滚珠丝杠进行调平找正，即完成滚珠丝杠及直线导轨的装配。上述结构保证了机器人在实现较大Z向移动行程时仍然具有较高定位精度，提高了机器人的高度适应性及搬运能力。
6、第三伺服电机驱动第二RV减速器带动第一转动臂以第二RV减速器为轴心进行逆时针或顺时针旋转；第四伺服电机通过第一主动轮、皮带、第一从动轮将动力传递给第一谐波减速器的输入轴，驱动第一谐波减速器输出轴带动第二转动臂以第一谐波减速器为轴心进行逆时针或顺时针旋转；第五伺服电机通过第二主动轮、皮带、第二从动轮将动力传递给第二谐波减速器的输入轴，驱动第二谐波减速器输出轴带动第三转动臂以第二谐波减速器为轴心进行逆时针或顺时针旋转。转动臂组件设置三轴心旋转的动作方式，能够让三个转动臂之间位置关系形成C型进行动作，结合回转立柱进行360°回转动作，能够实现水平面内360°全位置覆盖，C型蜷缩的动作方式，便于转动臂组件在狭小空间内完成物品的取放，大大增强了机器人对工作环境的适应能力，这是传统四轴机器人无法实现的。
附图说明
图1是本发明的立体图。
图2是本发明的侧视图；
图3是本发明的侧向剖视体
图4是图2的仰视图；
图5是本发明基座和第一动力装置的连接结构示意图；
图6是本发明回转立柱组件和Z向滑动臂组件的连接示意图；
图7是本发明转动臂组件与第三动力装置、第四动力装置及第五动力装置的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种大负载水平搬运工业机器人，请参见图1-7，其发明点为：包括基座1、回转立柱组件3、Z向滑动臂组件5、转动臂组件和上下料叉组件11。
所述回转立柱组件可旋转地安装在基座上方，所述基座上设置有驱动回转立柱组件的第一动力装置2。所述Z向滑动臂组件以沿上下方向可滑动的方式安装在回转立柱组件的侧部，在回转立柱组件上设置有驱动Z向滑动臂组件的第二动力装置4。所述转动臂组件包括第一转动臂8、第二转动臂10和第三转动臂12，第一转动臂的左端与Z向滑动臂组件沿水平方向可转动式连接，第一转动臂的右端与第二转动臂的左端沿水平方向可转动式连接，第二转动臂的右端与第三转动臂的左端沿水平方向可转动式连接，第三转动臂的右端与上下料叉组件固定连接。在第一转动臂上设置有驱动第一转动臂的第三传动装置6和驱动第二转动臂的第四传动装置7，在第二转动臂上设置有驱动第三转动臂的第五驱动装置9。
上述基座采用设置有侧部电缆开口1-1的底盘结构，便于机器人电缆线束集中布置。所述第一动力装置包括设置在底盘上的第一RV减速器2-4、支撑座2-3、第一伺服电机2-1；所述第一RV减速器与所述底盘固定连接，所述第一RV减速器为中空型RV减速器，所述第一伺服电机与支撑座固定连接，所述第一伺服电机的输出轴通过联轴器连接有第一齿轮轴，所述第一齿轮轴的齿轮2-4-1与所述第一RV减速器输入端齿轮2-4-2啮合，所述第一RV减速器输出端与支撑座固定连接。优选地，第一伺服电机与支撑座通过电机支板2-2连接，所示电机支板上设置有减速器油封环2-5。
上述所述回转立柱组件包括外壳3-1和竖向设置的主支撑板3-2，所述外壳为一侧呈开口状的箱型立柱结构，外壳的内侧面设置有米字型加强筋。所述主支撑板焊接于外壳的开口侧，在外壳与主支撑板之间焊接有凹型加强筋；回转立柱组件的下端与支撑座的上端焊接连接。
优选地，所述外壳外侧面与支撑座连接处焊接有多个加强筋，提高了回转立柱组件与支撑座的连接强度。
优选地，主支撑板选择为20mm厚钢板，即保证了支撑强度，又达到将整个机器人重心向回转立柱一侧移动效果，使机器人运行更稳固。
上述结构中，所述Z向滑动臂组件包括竖向设置的滑动板5-1和垂直于滑动板的外伸臂5-2两部分，滑动板与外伸臂通过焊接方式连接，在滑动板与外伸臂之间连接有加强筋5-3，采用角筋和圆形筋，确保Z向滑动臂组件有足够承重；滑动板的外侧固定有两组滑块5-4，两组滑块分别与固定于主支撑板外侧的两根直线导轨5-5滑动连接。
优选地，在主支撑板上下两端设置有滑动臂限位，限制Z向滑动臂组件上下移动范围，以保证Z向滑动臂组件在安全位移范围内运动。
上述结构中，所述第二动力装置包括第二伺服电机4-1、滚珠丝杠4-2、与滚珠丝杠相匹配的丝杠螺母4-4。第二伺服电机通过电机支架固定安装在主支撑板靠近上部的外侧，滚珠丝杠通过位于两端的丝杠支座4-3固定于主支撑板的外侧，丝杠螺母与滑动板的内侧固定连接。
优选地，所述主支撑板的一端设置有导轨靠肩5-6，为滚珠丝杠及直线导轨的安装提供基准，方便对两直线导轨进行调平找正，保证滚珠丝杠及直线导轨的定位精度。
上述结构中，所述第三动力装置包括第二RV减速器6-2、第三伺服电机6-1，所述第二RV减速器为中空型RV减速器，所述第二RV减速器固定安装在外伸臂上，所述第一转动臂与第二RV减速器输出端固定连接，所述第三伺服电机通过联轴器连接有第二齿轮轴，所述第二齿轮轴的齿轮6-2-1与所述第二RV减速器输入端齿轮6-2-2啮合。
上述结构中，所述第四动力装置包括第四伺服电机7-1、第一谐波减速器7-2，所述第一谐波减速器为轴输入型谐波减速器，所述第四伺服电机通过免键轴衬固定连接有第一主动同步轮7-3，所述第一主动同步轮通过同步带7-4与设置在第一谐波减速器输入轴上的第一从动同步轮7-5连接，所述第一谐波减速器的输出端与第二转动臂的左端驱动连接。
上述结构中，所述第五动力装置包括第五伺服电机9-1、第二谐波减速器9-2，所述第二谐波减速器为轴输入型谐波减速器，所述第五伺服电机通过免键轴衬固定连接有第二主动同步轮9-3，所述第二主动同步9-4轮通过同步带与设置在第二谐波减速器输入轴上的第二从动同步轮9-5连接，所述第二谐波减速器的输出端与第三转动臂的左端驱动连接。
上述结构中，所述第一转动臂和第二转动臂由左端至右端方向宽度逐渐减小，在第一转动臂内部和第二转动臂内部设置有多道加强筋，加强筋采用电加工方式一体成型。大幅提高转动臂本体整体结构强度。
上述结构中，五个伺服电机均带有抱闸，五个伺服电机均对应设置有编码器。这样，可及时准确获得五个伺服电机的旋转角度值，对五个伺服电机的启停进行准确控制。
优选地，所述第三转动臂通过连接板13与上下料叉固定连接，如需根据需求更换不同型号上下料叉，只需更换配套连接板，即可实现不同型号上下料叉与转动臂连接。
优选地，在第一转动臂和第二转动臂的下端面设置有多个皮带轮安装调节开孔，同时起到减重作用。
优选的，所述上下料叉主要结构为一块钢板加工的钣金件，保证了上下料叉的结构强度，增强机器人载重能力。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (10)

1.一种大负载水平搬运工业机器人，其特征在于：包括基座、回转立柱组件、Z向滑动臂组件、转动臂组件和上下料叉组件；
所述回转立柱组件可旋转地安装在基座上方，所述基座上设置有驱动回转立柱组件的第一动力装置；所述Z向滑动臂组件以沿上下方向可滑动的方式安装在回转立柱组件的侧部，在回转立柱组件上设置有驱动Z向滑动臂组件的第二动力装置；所述转动臂组件包括第一转动臂、第二转动臂和第三转动臂，第一转动臂的左端与Z向滑动臂组件沿水平方向可转动式连接，第一转动臂的右端与第二转动臂的左端沿水平方向可转动式连接，第二转动臂的右端与第三转动臂的左端沿水平方向可转动式连接，第三转动臂的右端与上下料叉组件固定连接；在第一转动臂上设置有驱动第一转动臂的第三传动装置和驱动第二转动臂的第四传动装置，在第二转动臂上设置有驱动第三转动臂的第五驱动装置。
2.根据权利要求1所述的大负载水平搬运工业机器人，其特征在于：所述基座采用设置有侧部电缆开口的底盘结构，所述第一动力装置包括设置在底盘上的第一RV减速器、支撑座、第一伺服电机；所述第一RV减速器与所述底盘固定连接，所述第一RV减速器为中空型RV减速器，所述第一伺服电机与支撑座固定连接，所述第一伺服电机的输出轴通过联轴器连接有第一齿轮轴，所述第一齿轮轴的齿轮与所述第一RV减速器输入端齿轮啮合，所述第一RV减速器输出端与支撑座固定连接。
3.根据权利要求2所述的大负载水平搬运工业机器人，其特征在于：所述回转立柱组件包括外壳和竖向设置的主支撑板，所述外壳为一侧呈开口状的箱型立柱结构，外壳的内侧面设置有米字型加强筋；所述主支撑板焊接于外壳的开口侧，在外壳与主支撑板之间焊接有凹型加强筋；回转立柱组件的下端与所述支撑座的上端焊接连接。
4.根据权利要求3所述的大负载水平搬运工业机器人，其特征在于：所述Z向滑动臂组件包括竖向设置的滑动板和垂直于滑动板的外伸臂两部分，滑动板与外伸臂通过焊接方式连接，在滑动板与外伸臂之间连接有加强筋，采用角筋和圆形筋；滑动板的外侧固定有两组滑块，两组滑块分别与固定于主支撑板外侧的两根直线导轨滑动连接。
5.根据权利要求4所述的大负载水平搬运工业机器人，其特征在于：所述第二动力装置包括第二伺服电机、滚珠丝杠、与滚珠丝杠相匹配的丝杠螺母；第二伺服电机通过电机支架固定安装在主支撑板靠近上部的外侧位置，滚珠丝杠通过位于两端的丝杠支座固定于主支撑板的外侧，丝杠螺母与滑动板的内侧固定连接。
6.根据权利要求5所述的大负载水平搬运工业机器人，其特征在于：所述第三动力装置包括第二RV减速器、第三伺服电机，所述第二RV减速器为中空型RV减速器，所述第二RV减速器固定安装在外伸臂上，所述第一转动臂与第二RV减速器输出端固定连接，所述第三伺服电机通过联轴器连接有第二齿轮轴，所述第二齿轮轴的齿轮与所述第二RV减速器输入端齿轮啮合。
7.根据权利要求6所述的大负载水平搬运工业机器人，其特征在于：所述第四动力装置包括第四伺服电机、第一谐波减速器，所述第一谐波减速器为轴输入型谐波减速器，所述第四伺服电机通过免键轴衬固定连接有第一主动同步轮，所述第一主动同步轮通过同步带与设置在第一谐波减速器输入轴上的第一从动同步轮连接，所述第一谐波减速器的输出端与第二转动臂的左端驱动连接。
8.根据权利要求7所述的大负载水平搬运工业机器人，其特征在于：所述第五动力装置包括第五伺服电机、第二谐波减速器，所述第二谐波减速器为轴输入型谐波减速器，所述第五伺服电机通过免键轴衬固定连接有第二主动同步轮，所述第二主动同步轮通过同步带与设置在第二谐波减速器输入轴上的第二从动同步轮连接，所述第二谐波减速器的输出端与第三转动臂的左端驱动连接。
9.根据权利要求8所述的大负载水平搬运工业机器人，其特征在于：五个伺服电机均带有抱闸，五个伺服电机均对应设置有编码器。
10.根据权利要求1所述的大负载水平搬运工业机器人，其特征在于：所述第一转动臂和第二转动臂由左端至右端方向宽度逐渐减小，在第一转动臂内部和第二转动臂内部设置有多道加强筋，加强筋采用电加工方式一体成型。
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