CN110802612B - 圆柱坐标打磨机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机器人技术领域，具体公开了一种圆柱坐标打磨机器人，包括转台、转架、第一电机、第二电机、第一连杆、第二连杆、末端执行器、第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮、第四滑轮、第五滑轮、第一销轴、第二销轴、第一传动绳、第二传动绳和第三传动绳，转台包括固定设置的底座以及能够相对于底座绕竖直轴转动的动平台，转架固定连接在动平台上，第一滑轮固定连接在第二电机的电机轴上，第二滑轮转动连接在第一销轴上且与第二连杆固定连接，第三滑轮固定连接在转架上且与第一电机的电机轴转动连接，第四滑轮转动连接在第一销轴上，第五滑轮转动连接在第二销轴上且与末端执行器固定连接。本发明具有体积小、惯量低和运动灵活的优点。

Description

圆柱坐标打磨机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种用于圆筒形零件内壁打磨的三自由度的圆柱坐标打磨机器人。
背景技术
圆柱坐标机器人具有三个自由度，即沿着竖直Z轴的移动、绕竖直Z轴的转动和沿径向的移动。圆柱坐标机器人的工作空间是空间中的圆柱体区域，其末端执行器的轴线始终沿圆柱体区域的径向，适合于圆筒形零件内壁的打磨、喷漆和清洗，也可用于圆筒形立体仓库中的零件搬运。圆柱坐标机器人结构比四自由度的SCARA机器人更简单，需要的电机更少，成本更低。但是，现有技术中的圆柱坐标机器人仍然具有体积大、惯量大和运动不灵活的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种圆柱坐标打磨机器人，以克服现有技术中的圆柱坐标机器人体积大、惯量大和运动不灵活的缺点。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种圆柱坐标打磨机器人，包括转台、转架、第一电机、第二电机、第一连杆、第二连杆、末端执行器、第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮、第四滑轮、第五滑轮、第一销轴、第二销轴、第一传动绳、第二传动绳和第三传动绳，所述转台包括固定设置的底座以及能够相对于所述底座绕竖直轴转动的动平台，所述转架固定连接在所述动平台上，所述第一电机设在所述转架的一侧，其电机轴与所述第一连杆的一端固定连接，所述第一连杆的另一端通过所述第一销轴与所述第二连杆的一端转动连接，所述第二连杆的另一端通过所述第二销轴与所述末端执行器转动连接，所述第二电机设在所述转架的另一侧，其电机轴的轴线与所述第一电机的电机轴的轴线重合，所述第一滑轮固定连接在所述第二电机的电机轴上，所述第二滑轮转动连接在所述第一销轴上且与所述第二连杆固定连接，所述第一滑轮与所述第二滑轮通过闭环的所述第一传动绳进行传动，所述第三滑轮固定连接在所述转架上且与所述第一电机的电机轴转动连接，所述第四滑轮转动连接在所述第一销轴上，所述第五滑轮转动连接在所述第二销轴上且与所述末端执行器固定连接，所述第四滑轮设有两圈凹槽，其一圈凹槽通过闭环的第二传动绳与所述第三滑轮进行传动，其另一圈凹槽通过闭环的第三传动绳与所述第五滑轮进行传动。
优选的，所述第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮、第四滑轮和第五滑轮的直径相同。
优选的，所述转架为U形板，所述转架的下端通过螺钉与所述动平台的上端固定连接。
优选的，所述第一电机通过螺钉固定连接在所述转架的一侧，所述转架的一侧设有与所述第一电机的电机轴对应的通孔，所述第二电机通过螺钉固定在所述转架的另一侧，所述转架的另一侧设有与所述第二电机的电机轴对应的通孔。
优选的，还包括交叉滚子轴承，所述第一连杆通过所述交叉滚子轴承与所述转架转动连接，所述第一电机的电机轴依次穿过所述第三滑轮、转架和交叉滚子轴承后与所述第一连杆通过紧定螺钉固定连接，所述交叉滚子轴承的外圈通过螺钉与所述第一连杆固定连接，所述交叉滚子轴承的内圈通过螺钉固定连接在所述转架上。
优选的，所述第二电机的电机轴穿过所述转架后与所述第一滑轮通过膨胀套固定连接。
优选的，所述第四滑轮、第一连杆、第二滑轮和第二连杆均通过轴承与第一销轴连接，所述第二滑轮通过螺钉与所述第二连杆固定连接，所述第四滑轮与轴承的外圈通过过盈配合进行固定连接，所述第一销轴的一端设有轴肩，另一端设有螺纹孔且通过所述螺纹孔与紧定螺钉配合。
优选的，所述第五滑轮和第二连杆均通过轴承与所述第二销轴连接，所述末端执行器通过螺钉与所述第五滑轮固定连接，所述第五滑轮与轴承的外圈通过过盈配合进行固定连接，所述第二销轴的一端设有轴肩，另一端设有螺纹孔且通过所述螺纹孔与紧定螺钉配合。
优选的，还包括两个张紧模块，两个张紧模块设在所述第一连杆的一侧且用于张紧所述第一传动绳，所述张紧模块包含张紧滑轮、张紧轴承、张紧轴、张紧套筒和紧定螺钉，所述张紧滑轮与所述张紧轴承的外圈通过过盈配合进行固定连接，所述张紧轴承的内圈与所述张紧轴通过过盈配合进行固定连接，所述张紧轴穿过所述第一连杆中部的长条孔，通过所述套筒和紧定螺钉进行轴向固定。
优选的，所述末端执行器设有打磨头、涂料喷枪或物料夹持手。
本发明的圆柱坐标打磨机器人结构紧凑，通过绳传动将安装于第一转动副处的两个电机的转动传递到第二转动副处和第三转动副处，避免在第二转动副处和第三转动副处安装电机，无需使用竖直移动模组和水平移动模组，通过钢丝绳传动使末端执行器的轴线始终保持圆柱体工作空间的径向，具有体积小、惯量低、运动灵活的优点。
附图说明
图1为本发明实施例的圆柱坐标打磨机器人的剖视图；
图2为本发明实施例的圆柱坐标打磨机器人的立体图；
图3为本发明实施例的圆柱坐标打磨机器人的立体图；
图4为本发明实施例的圆柱坐标打磨机器人的工作状态示意图；
图5为本发明实施例的圆柱坐标打磨机器人的工作状态示意图；
图6为本发明实施例的圆柱坐标打磨机器人的工作状态示意图。
图中，1：转台；2：转架；3：第一电机；4：第二电机；5：第三滑轮；6：第一连杆；7：第二连杆；8：末端执行器；9：交叉滚子轴承；10：第一滑轮；11：胀紧套；12：第四滑轮；13：第二滑轮；14：轴承；15：紧定螺钉；16：第一销轴；17：第二销轴；18：第一传动绳；19：第二传动绳；20：第三传动绳；21：第五滑轮。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1-3所示，本实施例的圆柱坐标打磨机器人包括：转台1、转架2、第一电机3、第二电机4、第一连杆6、第二连杆7、末端执行器8、第一滑轮10、第二滑轮13、第三滑轮5、第四滑轮12、第五滑轮21、第一销轴16、第二销轴17、第一传动绳18、第二传动绳19和第三传动绳20，转台1包括固定设置的底座以及能够相对于底座绕竖直轴转动的动平台，转架2固定连接在动平台上，第一电机3设在转架2的一侧，其电机轴与第一连杆6的一端固定连接，第一连杆6的另一端通过第一销轴16与第二连杆7的一端转动连接，第二连杆7的另一端通过第二销轴17与末端执行器8转动连接，第二电机4设在转架2的另一侧，其电机轴的轴线与第一电机3的电机轴的轴线重合，第一滑轮10固定连接在第二电机4的电机轴上，第二滑轮13转动连接在第一销轴16上且与第二连杆7固定连接，第一滑轮10与第二滑轮13通过闭环的第一传动绳18进行传动，第三滑轮5固定连接在转架2上且与第一电机3的电机轴转动连接，第四滑轮12转动连接在第一销轴16上，第五滑轮21转动连接在第二销轴17上且与末端执行器8固定连接，第四滑轮12设有两圈凹槽，即左右两圈凹槽，其一圈凹槽通过闭环的第二传动绳19与第三滑轮5进行传动，其另一圈凹槽通过闭环的第三传动绳20与第五滑轮21进行传动。如图4-6所示，为本实施例的圆柱坐标打磨机器人的工作状态示意图。
第一滑轮10、第二滑轮13、第三滑轮5、第四滑轮12和第五滑轮21的直径相同。
转架2为U形板，转架2的下端通过螺钉与动平台的上端固定连接。第一电机3通过螺钉固定连接在转架2的一侧，转架2的一侧设有与第一电机3的电机轴对应的通孔，第二电机4通过螺钉固定在转架2的另一侧，转架2的另一侧设有与第二电机4的电机轴对应的通孔。还包括交叉滚子轴承9，第一连杆6通过交叉滚子轴承9与转架2转动连接，第一电机3的电机轴依次穿过第三滑轮5、转架2和交叉滚子轴承9后与第一连杆6通过紧定螺钉固定连接，此处为第一转动副，交叉滚子轴承9的外圈通过螺钉与第一连杆6固定连接，交叉滚子轴承9的内圈通过螺钉固定连接在转架2上。第二电机4的电机轴穿过转架2后与第一滑轮10通过膨胀套11固定连接。第四滑轮12、第一连杆6、第二滑轮13和第二连杆7均通过轴承4与第一销轴16连接，此处为第二转动副，第二滑轮13通过螺钉与第二连杆7固定连接，第四滑轮12与轴承的外圈通过过盈配合进行固定连接，第一销轴16的一端设有轴肩，另一端设有螺纹孔且通过螺纹孔与紧定螺钉15配合，可以防止零件的轴向移动。第五滑轮21和第二连杆7均通过轴承与第二销轴17连接，此处为第三转动副，末端执行器8通过螺钉与第五滑轮21固定连接，第五滑轮21与轴承的外圈通过过盈配合进行固定连接，第二销轴17的一端设有轴肩，另一端设有螺纹孔且通过螺纹孔与紧定螺钉配合，可以防止零件的轴向移动。
本实施例的圆柱左边打磨机器人还包括两个张紧模块，两个张紧模块设在第一连杆6的一侧且用于张紧第一传动绳18，张紧模块包含张紧滑轮、张紧轴承、张紧轴、张紧套筒和紧定螺钉，张紧滑轮与张紧轴承的外圈通过过盈配合进行固定连接，张紧轴承的内圈与张紧轴通过过盈配合进行固定连接，张紧轴穿过第一连杆6中部的长条孔，通过套筒和紧定螺钉进行轴向固定。
末端执行器8上可以安装打磨头、涂料喷枪或物料夹持手。
末端执行器相对于转架的x轴的角度可以通过以下方法求得：
第一连杆的x轴相对于转架的x轴的转速为a，第二连杆的x轴相对于第一连杆的x轴的转速为b，末端执行器的x轴相对于第二连杆的x轴的转速为c。所有转速和转角均取逆时针为正。初始时a和c为正，b为负。第一滑轮相对于转架的x轴的转速为d；由于第二滑轮与第二连杆固连，因此第二滑轮相对于转架的x轴的转速为a+c；第三滑轮与转架固连，因此第三滑轮相对于转架的x轴的转速为0；第四滑轮相对于转架的x轴的转速为e；由于第五滑轮与末端执行器固连，因此第五滑轮相对于转架的x轴的转速为a+b+c。根据周转轮系的传动公式可知第二绳传动模块中各转速需满足：0-a＝e-a，因此e＝0。第三绳传动模块中各转速需满足：e-(a+b)＝((a+b+c)-(a+b))，因此a+b+c＝0。因此末端执行器的x轴与转架的x轴的相对转速为零。在安装机器人时使末端执行器上的工具轴线与转架的x轴相交，且夹角为90度，并使转架的x轴与圆筒形零件的径向重合，即可使末端执行器的x轴始终沿着圆筒形零件的径向运动。
本发明的圆柱坐标打磨机器人结构紧凑，通过绳传动将安装于第一转动副处的两个电机的转动传递到第二转动副处和第三转动副处，避免在第二转动副处和第三转动副处安装电机，无需使用竖直移动模组和水平移动模组，通过钢丝绳传动使末端执行器的轴线始终保持圆柱体工作空间的径向，具有体积小、惯量低、运动灵活的优点。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种圆柱坐标打磨机器人，其特征在于，包括转台(1)、转架(2)、第一电机(3)、第二电机(4)、第一连杆(6)、第二连杆(7)、末端执行器(8)、第一滑轮(10)、第二滑轮(13)、第三滑轮(5)、第四滑轮(12)、第五滑轮(21)、第一销轴(16)、第二销轴(17)、第一传动绳(18)、第二传动绳(19)和第三传动绳(20)，所述转台(1)包括固定设置的底座以及能够相对于所述底座绕竖直轴转动的动平台，所述转架(2)固定连接在所述动平台上，所述第一电机(3)设在所述转架(2)的一侧，其电机轴与所述第一连杆(6)的一端固定连接，所述第一连杆(6)的另一端通过所述第一销轴(16)与所述第二连杆(7)的一端转动连接，所述第二连杆(7)的另一端通过所述第二销轴(17)与所述末端执行器(8)转动连接，所述第二电机(4)设在所述转架(2)的另一侧，其电机轴的轴线与所述第一电机(3)的电机轴的轴线重合，所述第一滑轮(10)固定连接在所述第二电机(4)的电机轴上，所述第二滑轮(13)转动连接在所述第一销轴(16)上且与所述第二连杆(7)固定连接，所述第一滑轮(10)与所述第二滑轮(13)通过闭环的所述第一传动绳(18)进行传动，所述第三滑轮(5)固定连接在所述转架(2)上且与所述第一电机(3)的电机轴转动连接，所述第四滑轮(12)转动连接在所述第一销轴(16)上，所述第五滑轮(21)转动连接在所述第二销轴(17)上且与所述末端执行器(8)固定连接，所述第四滑轮(12)设有两圈凹槽，其一圈凹槽通过闭环的第二传动绳(19)与所述第三滑轮(5)进行传动，其另一圈凹槽通过闭环的第三传动绳(20)与所述第五滑轮(21)进行传动。
2.根据权利要求1所述的圆柱坐标打磨机器人，其特征在于，所述第一滑轮(10)、第二滑轮(13)、第三滑轮(5)、第四滑轮(12)和第五滑轮(21)的直径相同。
3.根据权利要求1所述的圆柱坐标打磨机器人，其特征在于，所述转架(2)为U形板，所述转架(2)的下端通过螺钉与所述动平台的上端固定连接。
4.根据权利要求3所述的圆柱坐标打磨机器人，其特征在于，所述第一电机(3)通过螺钉固定连接在所述转架(2)的一侧，所述转架(2)的一侧设有与所述第一电机(3)的电机轴对应的通孔，所述第二电机(4)通过螺钉固定在所述转架(2)的另一侧，所述转架(2)的另一侧设有与所述第二电机(4)的电机轴对应的通孔。
5.根据权利要求4所述的圆柱坐标打磨机器人，其特征在于，还包括交叉滚子轴承(9)，所述第一连杆(6)通过所述交叉滚子轴承(9)与所述转架(2)转动连接，所述第一电机(3)的电机轴依次穿过所述第三滑轮(5)、转架(2)和交叉滚子轴承(9)后与所述第一连杆(6)通过紧定螺钉固定连接，所述交叉滚子轴承(9)的外圈通过螺钉与所述第一连杆(6)固定连接，所述交叉滚子轴承(9)的内圈通过螺钉固定连接在所述转架(2)上。
6.根据权利要求4所述的圆柱坐标打磨机器人，其特征在于，所述第二电机(4)的电机轴穿过所述转架(2)后与所述第一滑轮(10)通过膨胀套固定连接。
7.根据权利要求1所述的圆柱坐标打磨机器人，其特征在于，所述第四滑轮(12)、第一连杆(6)、第二滑轮(13)和第二连杆(7)均通过轴承与第一销轴(16)连接，所述第二滑轮(13)通过螺钉与所述第二连杆(7)固定连接，所述第四滑轮(12)与轴承的外圈通过过盈配合进行固定连接，所述第一销轴(16)的一端设有轴肩，另一端设有螺纹孔且通过所述螺纹孔与紧定螺钉配合。
8.根据权利要求1所述的圆柱坐标打磨机器人，其特征在于，所述第五滑轮(21)和第二连杆(7)均通过轴承与所述第二销轴(17)连接，所述末端执行器(8)通过螺钉与所述第五滑轮(21)固定连接，所述第五滑轮(21)与轴承的外圈通过过盈配合进行固定连接，所述第二销轴(17)的一端设有轴肩，另一端设有螺纹孔且通过所述螺纹孔与紧定螺钉配合。
9.根据权利要求1所述的圆柱坐标打磨机器人，其特征在于，还包括两个张紧模块，两个张紧模块设在所述第一连杆(6)的一侧且用于张紧所述第一传动绳(18)，所述张紧模块包含张紧滑轮、张紧轴承、张紧轴、张紧套筒和紧定螺钉，所述张紧滑轮与所述张紧轴承的外圈通过过盈配合进行固定连接，所述张紧轴承的内圈与所述张紧轴通过过盈配合进行固定连接，所述张紧轴穿过所述第一连杆(6)中部的长条孔，通过所述张紧套筒和紧定螺钉进行轴向固定。
10.根据权利要求1-9中任何一项所述的圆柱坐标打磨机器人，其特征在于，所述末端执行器(8)设有打磨头、涂料喷枪或物料夹持手。
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