CN111347400A - 一种带弹簧平衡缸装置的重载荷通用型多关节机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工业机器人技术领域，尤其为一种带弹簧平衡缸装置的重载荷通用型多关节机器人，包括：转座，放置在基座上通过一轴RV减速机连接，由一轴电机驱动带动整个机器人本体旋转；五轴，与三四轴本体中的四轴通过四轴RV减速机相连，由四轴电机驱动四轴RV减速机可以绕着四轴正方方向上旋转；六轴，与五轴左侧通过五轴减速机相连接，由五轴电机驱动齿轮组并带动五轴减速机绕着五轴旋转；六轴末端固定着六轴RV减速机，其减速机末端连接着减速机连接板；弹簧钢部分，其中间部位由弹簧缸体支撑轴固定在转座一端，末端部分则和大臂的末端相转接。本发明，其大负载能力主要适用于搬运、码垛、拆垛、上下料、装配等场景。
Description
技术领域
本发明涉及工业机器人技术领域，具体为一种带弹簧平衡缸装置的重载荷通用型多关节机器人。
背景技术
随着市场上对工业机器人的需求不断加大，同时要求不断的提高，市场上的机器人负载重量都在几十公斤的范围内，无法满足客户搬运较大质量的物体，无法满足生产需求；同时同等负载的机器人臂展较小，又无法满足客户大范围搬运取料需求，同时目前市面上所使用的重载荷六轴通用机器人也普遍存在一些问题，其中包括：体积笨重、安装复杂、精度低、效率不高、维护困难、安全性差等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带弹簧平衡缸装置的重载荷通用型多关节机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种带弹簧平衡缸装置的重载荷通用型多关节机器人，包括：
基座，位于机器人最底部；
转座，放置在基座上通过一轴RV减速机连接，由一轴电机驱动带动整个机器人本体旋转；
大臂，固定在转座左侧，通过二轴RV减速机连接，由二轴电机驱动二轴RV减速机旋转带动大臂在空间内上下转动，并且随着二轴转座来回转动；
三四轴本体，该三四轴本体中的三轴与大臂通过三轴RV减速机相连，由三轴电机驱动三轴RV减速机随着大臂来回转动；
五轴，与三四轴本体中的四轴通过四轴RV减速机相连，由四轴电机驱动四轴RV减速机可以绕着四轴正方方向上旋转；
六轴，与五轴左侧通过五轴减速机相连接，由五轴电机驱动齿轮组并带动五轴减速机绕着五轴旋转；
六轴末端固定着六轴RV减速机，其减速机末端连接着减速机连接板；
弹簧钢部分，其中间部位由弹簧缸体支撑轴固定在转座一端，末端部分则和大臂的末端相转接。
进一步的，所述基座包括基座本体，所述一轴RV减速机安装在基座本体上，且中部设有一轴过线管，所述基座本体的侧面设有电源及数据线接口。
进一步的，所述转座包括转座本体、波纹管固定夹Ⅰ以及线缆固定夹，所述转座本体位于基座本体正上方，且垂直贯穿安装有一轴电机，所述一轴电机与一轴RV减速机驱动连接，所述二轴电机与二轴RV减速机驱动连接，并且横向安装在三脚架上，所述三脚架与转座本体固定，所述波纹管固定夹Ⅰ位于转座本体的侧面，所述线缆固定夹位于三脚架上且贯穿转座本体。
进一步的，所述大臂包括大臂本体、弹簧缸体轴、波纹管固定夹Ⅱ，所述大臂本体通过底部的弹簧缸体轴转动安装在三脚架的左侧。
进一步的，所述三四轴本体包括三四轴本体以及线缆固定座，所述三轴电机安装在三四轴本体的底部，并驱动连接三轴RV减速机，所述三轴RV减速机安装在大臂本体的顶部，所述三四轴本体套装有四轴电机，所述四轴电机前端具有四轴连接板，所述线缆固定座安装在三四轴本体外壁。
进一步的，所述五轴包括五轴本体，所述五轴本体的后端与四轴连接板固定，所述五轴电机安装在五轴本体的前端，所述五轴本体的前端安装有斜齿轮组和五轴减速机连接轴，所述五轴电机通过斜齿轮组驱动连接五轴减速机。
进一步的，所述五轴本体具有适配的五轴侧盖，所述斜齿轮组的端部具有齿轮压盖，并且斜齿轮组通过齿轮支撑盖安装到五轴本体上，所述五轴减速机连接轴通过轴承安装座安装到五轴本体上，并且轴承安装座具有轴承压盖，所述五轴本体的外壁安装有线缆固定板Ⅰ。
进一步的，所述六轴包括六轴本体以及线缆固定板Ⅱ，所述六轴本体安装有六轴电机，所述六轴RV减速机与六轴电机驱动连接，所述线缆固定板Ⅱ安装在六轴本体外侧。
进一步的，所述弹簧钢部分包括弹簧缸体、弹簧缸光轴以及弹簧缸端盖，所述弹簧缸光轴的前端插装到弹簧缸体内，且安装有弹簧缸端盖，位于弹簧缸体内的弹簧缸光轴上套装有弹簧，所述弹簧缸光轴的末端通过弹簧缸光轴座和大臂的末端相转接。
进一步的，所述弹簧缸体的末端安装有弹簧缸顶盖，前端安装有弹簧缸体封体盖，所述弹簧末端与弹簧缸顶盖相抵连接，前端与弹簧缸端盖相抵连接，所述弹簧缸端盖的前端安装有与弹簧缸体前端连接的锁紧螺母，所述锁紧螺母安装有防松螺母，所述弹簧缸体支撑轴为对称的两组，其上套装深沟球轴承并配装有卡簧。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所述的带弹簧平衡缸装置的重载荷通用型多关节机器人是一种高精度大臂展的重载荷六轴通用机器人，和传统的重载荷六轴通用机器人相比的优点是：
1、成本低和安装简单：在结构上采用了易拆卸式平衡缸装置(弹簧钢部分)，使结构更加紧凑简单，零件更少，安装更加方便，成本也更低。
2、效率和精度高：由于采用了基座、转座、大臂、五轴等配合，其臂展较大，可实现大范围动作；响应速度快，运动灵活，工作效率也更高；精度高，定位精准。
3、维护方便和安全系数高：一轴过设置线管和波纹管固定夹，采用内外走线结合，使用和维护便利，并为RV伺服电机增加了动态制动装置，实时监测，预防电机抱闸失效或电源突然关闭引起的安全事故。
4、应用领域广：其大负载能力主要适用于搬运、码垛、拆垛、上下料、装配等场景。
附图说明
图1为本发明整机外观结构示意图。
图2为本发明整机爆炸示意图。
图3为本发明基座结构示意图。
图4为本发明转座结构示意图。
图5为本发明大臂结构示意图。
图6为本发明三四轴本体结构示意图。
图7为本发明五轴本体结构示意图。
图8为本发明六轴本体结构示意图。
图9为本发明弹簧钢部分结构示意图。
图中：1-基座、1-1-基座本体、1-2-一轴RV减速机、1-3-一轴过线管、1-4-电源及数据线接口、2-转座、2-1-二轴电机、2-2-转座本体、2-3-二轴RV减速机、2-4-一轴电机、2-5-波纹管固定夹Ⅰ、2-6-线缆固定夹、2-7-三脚架、3-大臂、3-1-大臂本体、3-2-弹簧缸体轴、3-3-波纹管固定夹Ⅱ、3-4-防撞块、4-三四轴本体、4-1-三轴电机、4-2-三轴RV减速机、4-3-四轴电机、4-4-四轴连接板、4-5-线缆固定座、4-6-四轴RV减速机、4-7-三四轴本体、5-五轴、5-1-五轴本体、5-2-五轴侧盖、5-3-五轴电机、5-4-齿轮支撑盖、5-5-斜齿轮组、5-6-齿轮压盖、5-7-五轴减速机、5-8-轴承压盖、5-9-轴承安装座、5-10-线缆固定板Ⅰ、6-六轴、6-1-六轴本体、6-2-六轴电机、6-3-减速机连接板、6-4-六轴RV减速机、6-5-线缆固定板Ⅱ、7-弹簧钢部分、7-1-弹簧缸光轴座、7-2-弹簧缸体、7-3-弹簧、7-4-弹簧缸光轴、7-5-弹簧缸顶盖、7-6-卡簧、7-7-深沟球轴承、7-8-弹簧缸体支撑轴、7-9-弹簧缸端盖、7-10-锁紧螺母。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上/下端”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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”、“设置/套设有”、“套接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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。
请参阅图1-9，本发明提供一种技术方案：
一种带弹簧平衡缸装置的重载荷通用型多关节机器人，包括：
基座1，位于机器人最底部，起到固定和支撑机台的作用；
转座2是放置在基座1上通过一轴RV减速机1-2连接，由一轴电机2-4驱动带动整个机器人本体旋转，工作的频率根据调节电机的转速来改变；
大臂3是固定在转座2左侧，通过二轴RV减速机2-3连接，由二轴电机2-1驱动二轴RV减速机2-3旋转带动大臂3在空间内上下转动，并且随着二轴转座2来回转动；
三四轴本体4中的三轴与大臂3通过三轴RV减速机4-2相连，由三轴电机4-1驱动三轴RV减速机4-2随着大臂3来回转动；
五轴5与三四轴本体4中的四轴通过四轴RV减速机4-6相连，由四轴电机4-3驱动四轴RV减速机4-6可以绕着四轴正方方向上旋转；
六轴6与五轴5左侧同样通过五轴减速机5-7相连接，由五轴电机5-3驱动齿轮组并带动五轴减速机5-7绕着五轴5旋转；
六轴6末端固定着六轴RV减速机6-4，其减速机末端连接着减速机连接板6-3，方便使用者固定夹治具；工作时由六轴电机6-2驱动其减速机在正反方向上进行旋转；
弹簧钢部分7，其中间部位由弹簧缸体支撑轴7-8固定在转座2一端，末端部分则和大臂3的末端相转接，在机器人运行过程中大臂3在空间内上下回转时，大臂3末端带动弹簧钢体7-2中的弹簧缸光轴7-4在线性方向做伸缩运动，从而迫使弹簧伸7-3长或者压缩以提供拉力矩或压力矩，以此来平衡掉因整个机器在工作时二轴所产生的力矩，为二轴RV减速机2-3和二轴电机2-1分担一部分力矩。上述固定都是通过对应的螺纹孔由相应的内六角螺钉固定和连接；各轴与轴之间通过其对应的RV减速机相连接，驱动由各轴的相应电机驱动；系统由华成统一提供并做技术支持。
具体的，如图3所示，所述基座1包括基座本体1-1，所述一轴RV减速机1-2安装在基座本体1-1上，且中部设有一轴过线管1-3，所述基座本体1-1的侧面设有电源及数据线接口1-4。
具体的，如图4所示，所述转座2包括转座本体2-2、波纹管固定夹Ⅰ2-5以及线缆固定夹2-6，所述转座本体2-2位于基座本体1-1正上方，且垂直贯穿安装有一轴电机2-4，所述一轴电机2-4与一轴RV减速机1-2驱动连接，所述二轴电机2-1与二轴RV减速机2-3驱动连接，并且横向安装在三脚架2-7上，所述三脚架2-7与转座本体2-2固定，所述波纹管固定夹Ⅰ2-5位于转座本体2-2的侧面，所述线缆固定夹2-6位于三脚架2-7上且贯穿转座本体2-2。
具体的，如图5所示，所述大臂3包括大臂本体3-1、弹簧缸体轴3-2、波纹管固定夹Ⅱ3-3，所述大臂本体3-1通过底部的弹簧缸体轴3-2转动安装在三脚架2-7的左侧。在大臂上还安装有防撞块3-4，作用是便于设置机械结构限位，防止撞机。
具体的，如图6所示，所述三四轴本体4包括三四轴本体4-7以及线缆固定座4-5，所述三轴电机4-1安装在三四轴本体4-7的底部，并驱动连接三轴RV减速机4-2，所述三轴RV减速机4-2安装在大臂本体3-1的顶部，所述三四轴本体4-7套装有四轴电机4-3，所述四轴电机4-3前端具有四轴连接板4-4，所述线缆固定座4-5安装在三四轴本体4-7外壁。
具体的，如图7所示，所述五轴5包括五轴本体5-1，所述五轴本体5-1的后端与四轴连接板4-4固定，所述五轴电机5-3安装在五轴本体5-1的前端，所述五轴本体5-1的前端安装有斜齿轮组5-5和五轴减速机5-7连接轴，所述五轴电机5-3通过斜齿轮组5-5(即上述的齿轮组)驱动连接五轴减速机5-7。
具体的，如图7所示，所述五轴本体5-1具有适配的五轴侧盖5-2，所述斜齿轮组5-5的端部具有齿轮压盖5-6，并且斜齿轮组5-5通过齿轮支撑盖5-4安装到五轴本体5-1上，所述五轴减速机5-7连接轴通过轴承安装座5-9安装到五轴本体5-1上，并且轴承安装座5-9具有轴承压盖5-8，所述五轴本体5-1的外壁安装有线缆固定板Ⅰ5-10。
具体的，如图8所示，所述六轴6包括六轴本体6-1以及线缆固定板Ⅱ6-5，所述六轴本体6-1安装有六轴电机6-2，所述六轴RV减速机6-4与六轴电机6-2驱动连接，所述线缆固定板Ⅱ6-5安装在六轴本体6-1外侧。
具体的，如图9所示，所述弹簧钢部分7包括弹簧缸体7-2、弹簧缸光轴7-4以及弹簧缸端盖7-9，所述弹簧缸光轴7-4的前端插装到弹簧缸体7-2内，且安装有弹簧缸端盖7-9，位于弹簧缸体7-2内的弹簧缸光轴7-4上套装有弹簧7-3，所述弹簧缸光轴7-4的末端通过弹簧缸光轴座7-1和大臂3的末端相转接。
具体的，如图9所示，所述弹簧缸体7-2的末端安装有弹簧缸顶盖7-5，前端安装有弹簧缸体封体盖7-12，所述弹簧7-3末端与弹簧缸顶盖7-5相抵连接，前端与弹簧缸端盖7-9相抵连接，所述弹簧缸端盖7-9的前端安装有与弹簧缸体7-2前端连接的锁紧螺母7-10，所述锁紧螺母7-10安装有防松螺母7-11，所述弹簧缸体支撑轴7-8为对称的两组，其上套装深沟球轴承7-7并配装有卡簧7-6。
在本发明中，波纹管固定夹Ⅰ2-5、波纹管固定夹Ⅱ3-3、线缆固定座4-5、线缆固定板Ⅰ5-10、线缆固定板Ⅱ6-5等数量和位置分布可根据实际使用情况灵活设置，具体如下各图所示。
在本发明中，过线管路径如图2、3所示，线路先由一轴过线管1-3通过基座本体1-1内部，由二轴的转座2出，后一路沿着二轴的大臂3，三四轴本体4，五轴本体5-1，五轴本体5-1外部通过波纹管固定夹走线。
外观设计如图1所示，整体为动力美学的流线型设计，美感十足：一轴的转座2、二轴的大臂3、五轴本体5-1、六轴6等采用半圆柱设计；如图1中的所示，一轴的基座1、三四轴本体4采用方中带圆弧设计，通过电机与RV减速机及齿轮组配合为高精度传动的齿轮传动机器人设备。
材质：为保证机器的强度和刚度，以及机器的平稳运行，基座1、转座2、大臂3采用砂模铸铁件；为降低整机重量、节约成本，提升机器性能，提高机器人的运行的灵活性三四轴本体4、五轴本体5-1、六轴本体6-1采用低压铸造钢模铸铝件。
本发明所述的带弹簧平衡缸装置的重载荷通用型多关节机器人是一种高精度大臂展的重载荷六轴通用机器人，和传统的重载荷六轴通用机器人相比的优点是：
1、成本低和安装简单：在结构上采用了易拆卸式平衡缸装置(弹簧钢部分7)，使结构更加紧凑简单，零件更少，安装更加方便，成本也更低。
2、效率和精度高：由于采用了基座1、转座2、大臂3、五轴5等配合，其臂展较大，可实现大范围动作；响应速度快，运动灵活，工作效率也更高；精度高，定位精准。
3、维护方便和安全系数高：一轴过设置线管1-3和波纹管固定夹，采用内外走线结合，使用和维护便利，并为RV伺服电机增加了动态制动装置，实时监测，预防电机抱闸失效或电源突然关闭引起的安全事故。
4、应用领域广：其大负载能力主要适用于搬运、码垛、拆垛、上下料、装配等场景。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种带弹簧平衡缸装置的重载荷通用型多关节机器人，其特征在于，包括：
基座(1)，位于机器人最底部；
转座(2)，放置在基座(1)上通过一轴RV减速机(1-2)连接，由一轴电机(2-4)驱动带动整个机器人本体旋转；
大臂(3)，固定在转座(2)左侧，通过二轴RV减速机(2-3)连接，由二轴电机(2-1)驱动二轴RV减速机(2-3)旋转带动大臂(3)在空间内上下转动，并且随着二轴转座(2)来回转动；
三四轴本体(4)，该三四轴本体(4)中的三轴与大臂(3)通过三轴RV减速机(4-2)相连，由三轴电机(4-1)驱动三轴RV减速机(4-2)随着大臂(3)来回转动；
五轴(5)，与三四轴本体(4)中的四轴通过四轴RV减速机(4-6)相连，由四轴电机(4-3)驱动四轴RV减速机(4-6)可以绕着四轴正方方向上旋转；
六轴(6)，与五轴(5)左侧通过五轴减速机(5-7)相连接，由五轴电机(5-3)驱动齿轮组并带动五轴减速机(5-7)绕着五轴(5)旋转；
六轴(6)末端固定着六轴RV减速机(6-4)，其减速机末端连接着减速机连接板(6-3)；
弹簧钢部分(7)，其中间部位由弹簧缸体支撑轴(7-8)固定在转座(2)一端，末端部分则和大臂(3)的末端相转接。
2.根据权利要求1所述的一种带弹簧平衡缸装置的重载荷通用型多关节机器人，其特征在于：所述基座(1)包括基座本体(1-1)，所述一轴RV减速机(1-2)安装在基座本体(1-1)上，且中部设有一轴过线管(1-3)，所述基座本体(1-1)的侧面设有电源及数据线接口(1-4)。
3.根据权利要求2所述的一种带弹簧平衡缸装置的重载荷通用型多关节机器人，其特征在于：所述转座(2)包括转座本体(2-2)、波纹管固定夹Ⅰ(2-5)以及线缆固定夹(2-6)，所述转座本体(2-2)位于基座本体(1-1)正上方，且垂直贯穿安装有一轴电机(2-4)，所述一轴电机(2-4)与一轴RV减速机(1-2)驱动连接，所述二轴电机(2-1)与二轴RV减速机(2-3)驱动连接，并且横向安装在三脚架(2-7)上，所述三脚架(2-7)与转座本体(2-2)固定，所述波纹管固定夹Ⅰ(2-5)位于转座本体(2-2)的侧面，所述线缆固定夹(2-6)位于三脚架(2-7)上且贯穿转座本体(2-2)。
4.根据权利要求3所述的一种带弹簧平衡缸装置的重载荷通用型多关节机器人，其特征在于：所述大臂(3)包括大臂本体(3-1)、弹簧缸体轴(3-2)、波纹管固定夹Ⅱ(3-3)，所述大臂本体(3-1)通过底部的弹簧缸体轴(3-2)转动安装在三脚架(2-7)的左侧。
5.根据权利要求4所述的一种带弹簧平衡缸装置的重载荷通用型多关节机器人，其特征在于：所述三四轴本体(4)包括三四轴本体(4-7)以及线缆固定座(4-5)，所述三轴电机(4-1)安装在三四轴本体(4-7)的底部，并驱动连接三轴RV减速机(4-2)，所述三轴RV减速机(4-2)安装在大臂本体(3-1)的顶部，所述三四轴本体(4-7)套装有四轴电机(4-3)，所述四轴电机(4-3)前端具有四轴连接板(4-4)，所述线缆固定座(4-5)安装在三四轴本体(4-7)外壁。
6.根据权利要求5所述的一种带弹簧平衡缸装置的重载荷通用型多关节机器人，其特征在于：所述五轴(5)包括五轴本体(5-1)，所述五轴本体(5-1)的后端与四轴连接板(4-4)固定，所述五轴电机(5-3)安装在五轴本体(5-1)的前端，所述五轴本体(5-1)的前端安装有斜齿轮组(5-5)和五轴减速机(5-7)连接轴，所述五轴电机(5-3)通过斜齿轮组(5-5)驱动连接五轴减速机(5-7)。
7.根据权利要求6所述的一种带弹簧平衡缸装置的重载荷通用型多关节机器人，其特征在于：所述五轴本体(5-1)具有适配的五轴侧盖(5-2)，所述斜齿轮组(5-5)的端部具有齿轮压盖(5-6)，并且斜齿轮组(5-5)通过齿轮支撑盖(5-4)安装到五轴本体(5-1)上，所述五轴减速机(5-7)连接轴通过轴承安装座(5-9)安装到五轴本体(5-1)上，并且轴承安装座(5-9)具有轴承压盖(5-8)，所述五轴本体(5-1)的外壁安装有线缆固定板Ⅰ(5-10)。
8.根据权利要求6所述的一种带弹簧平衡缸装置的重载荷通用型多关节机器人，其特征在于：所述六轴(6)包括六轴本体(6-1)以及线缆固定板Ⅱ(6-5)，所述六轴本体(6-1)安装有六轴电机(6-2)，所述六轴RV减速机(6-4)与六轴电机(6-2)驱动连接，所述线缆固定板Ⅱ(6-5)安装在六轴本体(6-1)外侧。
9.根据权利要求4所述的一种带弹簧平衡缸装置的重载荷通用型多关节机器人，其特征在于：所述弹簧钢部分(7)包括弹簧缸体(7-2)、弹簧缸光轴(7-4)以及弹簧缸端盖(7-9)，所述弹簧缸光轴(7-4)的前端插装到弹簧缸体(7-2)内，且安装有弹簧缸端盖(7-9)，位于弹簧缸体(7-2)内的弹簧缸光轴(7-4)上套装有弹簧(7-3)，所述弹簧缸光轴(7-4)的末端通过弹簧缸光轴座(7-1)和大臂(3)的末端相转接。
10.根据权利要求9所述的一种带弹簧平衡缸装置的重载荷通用型多关节机器人，其特征在于：所述弹簧缸体(7-2)的末端安装有弹簧缸顶盖(7-5)，前端安装有弹簧缸体封体盖(7-12)，所述弹簧(7-3)末端与弹簧缸顶盖(7-5)相抵连接，前端与弹簧缸端盖(7-9)相抵连接，所述弹簧缸端盖(7-9)的前端安装有与弹簧缸体(7-2)前端连接的锁紧螺母(7-10)，所述锁紧螺母(7-10)安装有防松螺母(7-11)，所述弹簧缸体支撑轴(7-8)为对称的两组，其上套装深沟球轴承(7-7)并配装有卡簧(7-6)。
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