CN111975761A - 一种用于精密装配的高精度机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于精密装配的高精度机器人，属于精密装配技术领域。机器人包括三个采用电机刹车结构的旋转运动关节、一个直线运动关节、大臂、小臂和基座；三个旋转运动关节按连接顺序命名为第一、二、四关节，直线运动关节命名为第三关节；第一关节与第二关节分别固接在大臂的两端，第一关节转动进而带动大臂以及第二关节共同转动；小臂固结在第二关节上，第二关节转动带动小臂转动；第三关节固结在小臂上；第四关节固结在第三关节的直线导轨上，基座固结在第四关节上，第四关节的转动带动基座的转动，基座用于安装不同的夹具。本发明相比于现有的装配机器人具有更小的体积，并能够保证更高的重复定位精度，适用于精密微细装配领域。

Description

一种用于精密装配的高精度机器人

技术领域

本发明属于精密装配技术领域，特别涉及一种用于精密装配的高精度机器人。

背景技术

机器人是自动执行工作的机械装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，还可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动，它的任务是协助或取代人类的部分工作，例如生产业、建筑业，或是某些危险的工作。目前，机器人已经被广泛运用于生产装配的各个领域。

对于微细结构精密装配领域而言，待装配零件结构、装配工艺往往比较复杂，待装配零件装配精度往往能够达到微米级。目前市场上现有的机器人难以满足其高精度的要求。

因此亟需设计专门用于精密装配领域的微小型高精度机器人。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于精密装配的高精度机器人，相比于现有的装配机器人具有更小的体积，并能够保证更高的重复定位精度，适用于精密微细装配领域。

一种用于精密装配的高精度机器人，机器人包括三个采用电机刹车结构旋转运动关节、一个直线运动关节、大臂、小臂和基座；三个旋转运动关节按连接顺序命名为第一、二、四关节，直线运动关节命名为第三关节；

所述第一关节与第二关节分别固接在大臂的两端，第一关节转动进而带动大臂以及第二关节共同转动，第一关节和第二关节的转动轴线与大臂的长度方向垂直；所述小臂固结在第二关节上，第二关节转动带动小臂转动；所述第三关节固结在小臂上，第三关节的运动方向与第一、二关节的轴线平行；所述第四关节固结在第三关节的直线导轨上，第四关节的转动轴线与第三关节的直线运动方向垂直，所述基座固结在第四关节上，第四关节的转动带动基座的转动，基座用于安装不同的夹具。

进一步地，所述旋转运动关节包括底座、弹性挡圈、刹车、刹车连接轴、深沟球轴承、直驱电机、内胀套、外胀套和端盖；

所述刹车连接轴为一细长杆，下部为阶梯状，

所述直驱电机的主体为定子，转子位于定子的上端，定子和转子具有同轴的中心孔；

所述底座的内部具有一个安装空腔，底座的上表面具有轴承安装孔与安装空腔贯通；

所述刹车连接轴与直驱电机的中心孔间隙配合，刹车连接轴的下端通过深沟球轴承安装在底座的轴承安装孔内，弹性挡圈对刹车连接轴、刹车和深沟球轴承进行轴向限位，刹车连接轴伸入底座安装空腔的部分与安装在空腔内的刹车进行配合；刹车连接轴的上端通过内胀套、外胀套之间的过盈配合保证内外胀套同刹车连接轴固定在一起；所述大臂通过端盖产生的轴向压力将大臂、刹车连接轴和直驱电机的转子三者连接在一起；断电状态下，刹车锁紧后进而将刹车连接轴锁紧，旋转运动关节无法转动，完成刹车抱紧功能。

进一步地，所述关节三由电机通过联轴器与直线导轨连接，通过电机的旋转带动联轴器旋转进而带动直线导轨旋转，通过直线导轨将旋转运动转换为直线运动，带动直线导轨上的螺母做直线运动。

有益效果：

1、本发明采用三个旋转运动关节和一个直线运动关节外加关节间的连接零件构成了机器人的本体结构，上述关节的运动自由度能够满足自动装配中零件的上下料工作，布局方式优化了机器人各关节的内部结构，减少了机器人传动链的个数，缩小了机器人的整体体积，提高了机器人的重复定位精度，同时也减小了机器人的生产和研制成本。

2、本发明的旋转运动关节采用了直驱电机+刹车的设计方式，摒弃了传统的电机+减速器的设计方式，避免了减速器背隙所造成的误差，有效的提高了机器人的重复定位精度，旋转运动关节的刹车通过与电机连接，有效的提高了机器人的安全性和可靠性。

附图说明

图1为本发明的整体结构图；

图2为本发明所述关节一的结构组成示意图；

图3为本发明刹车连接轴与直驱电机的连接方式局部放大图。

其中，1-第一关节、2-大臂、3-第二关节、4-小臂、5-第三关节、6-第四关节、7-直驱电机、8-内胀套、9-外胀套、10-端盖、11-弹性挡圈、12-深沟球轴承、13-刹车连接轴、14-刹车、15-弹性挡圈、16-底座。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1所示，本发明提供了一种用于精密装配的高精度机器人，该机器人包括第一关节1、第二关节3、第三关节5、第四关节6、大臂2、小臂4和六面体基座。其中，第一、二、四关节为旋转运动关节，第三关节5为直线运动关节。

第一关节1与大臂2通过螺钉固结，关节一1的转动进而带动大臂2转动；关节二3通过螺钉固结在大臂2上，进而随同大臂2绕关节一1转动；小臂4通过螺钉固结在第二关节3上，第二关节3的转动进而带动小臂4转动，第三关节5通过螺钉固结在小臂4上，进而随同小臂4绕第二关节3转动；第四关节6通过螺钉固结在第三关节5上的直线导轨，第三关节5的直线运动进而带动第四关节6的运动；六面体基座固结在第四关节6上，第四关节四的转动进而带动六面体基座的转动。

如附图2所示，旋转运动关节包括底座16、弹性挡圈11、弹性挡圈15、刹车14、刹车连接轴13、深沟球轴承12、直驱电机7、内胀套8、外胀套9和端盖10；下面以第一关节1为例对旋转运动关节的结构和运动原理进行描述。

第一关节1由底座16通过螺钉固定在台面上，直驱电机7下端面与底座16上端面贴合，通过螺钉固结。直驱电机7上端面可绕轴线自由旋转，其中大臂2通过螺钉与第一关节1中的直驱电机7的上端面连接。如此，在使能之后，通过直驱电机7上端面的旋转即可带动大臂2的转动。

旋转运动关节的刹车连接轴13用于电机的断电抱紧。刹车连接轴13为一细长杆，下部为阶梯状，穿过直驱电机7的中空孔。

所述刹车连接轴13上端先连接内胀套8，而后外胀套9套在内胀套8上，通过胀套之间的过盈配合保证内外胀套同刹车连接轴固定在一起。大臂11的中空部分端面压在直驱电机7的上端面，通过螺钉保证大臂2与直驱电机7的上端面固定在一起。另外，图中所示序号10的零件为端盖，端盖10下端面压紧在外胀套9的上方，上端面压在大臂2的凹槽中，通过螺钉将端盖10同大臂2连接在一起。另外，刹车连接轴13上端开有螺纹孔，端盖10上开有通孔，通过螺钉连接进一步保证刹车连接轴同端盖10、大臂2固定在一起。

刹车连接轴13在穿过直驱电机7的中空孔后，下部首先穿过一深沟球轴承12，使得刹车连接轴13在径向得以固定，保证在直驱电机7旋转带动刹车连接轴旋转之时，刹车连接轴4不会出现偏心等问题。另外，深沟球轴承12下端面压在刹车连接轴13的阶梯端面上，上端面通过M9轴用弹性挡圈11固定在刹车连接轴13的凹槽里，由此完成了深沟球轴承轴12向的固定。

刹车连接轴13同刹车14部分的连接与深沟球轴承12的连接类似。首先，刹车连接轴13下底面穿出刹车14，在下底面上方、刹车14下端面之间的刹车连接轴部分开有凹槽，将M22轴用弹性挡圈15安装在刹车连接轴13的凹槽里，刹车连接轴13的凸台部分的下端面压在刹车3的上端面上，如此保证了刹车连接轴13同刹车14的轴向固定。在断电状态下，刹车14锁紧，进而刹车连接轴13锁紧，大臂2锁紧，关节一无法转动，完成刹车抱紧功能。

刹车14为一内外可分离结构，其中在断电锁紧状态下，内外圈相对静止；在上电打开状态下，内圈可绕外圈转动。刹车连接轴13均与刹车14内圈相连。刹车14外圈通过螺钉连接在底座16的中间孔的上端面，保证刹车14外圈的静止。

第一关节1未标示连接处均以螺钉连接。

第二关节和第四关节的结构均与第一关节类似，此处不详加赘述。

第三关节为直线运动关节，设计方式为多圈绝对值编码器电机通过联轴器与直线导轨连接，通过电机的旋转带动联轴器旋转进而带动直线导轨的滚珠丝杆旋转，通过直线导轨将旋转运动转换为直线运动，带动直线导轨上的螺母做直线运动。

上述各关节的结构设计方式，简单方便。目前市场上通用的机器人各关节的结构设计方式为电机端编码器+刹车+电机+减速器+减速器端编码器，借助双编码器构成的闭环系统补偿因减速器背隙所引起的误差，通过双闭环反馈控制保证较高的重复定位精度。这种设计方式成本较高，且各关节因为包含的零部件较多，导致各关节体积较大，另外这种补偿方式在一定程度上对于由减速器背隙所引起的误差有一定的补偿作用，但是不能完全消除。因此这种设计方式的机器人难以应用于高精度微细装配领域。

而本发明中机器人的设计采用直驱电机+刹车的设计方式，其中电机端的编码器在选用直驱电机时已包含在直驱电机的结构中。这种结构设计方式摒弃了会引起较大误差的减速器，极大的缩减了传动机构链长度，提高了机器人的重复定位精度。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于精密装配的高精度机器人，其特征在于，机器人包括三个采用电机刹车结构旋转运动关节、一个直线运动关节、大臂、小臂和基座；三个旋转运动关节按连接顺序命名为第一、二、四关节，直线运动关节命名为第三关节；

所述第一关节与第二关节分别固接在大臂的两端，第一关节转动进而带动大臂以及第二关节共同转动，第一关节和第二关节的转动轴线与大臂的长度方向垂直；所述小臂固结在第二关节上，第二关节转动带动小臂转动；所述第三关节固结在小臂上，第三关节的运动方向与第一、二关节的轴线平行；所述第四关节固结在第三关节的直线导轨上，第四关节的转动轴线与第三关节的直线运动方向垂直，所述基座固结在第四关节上，第四关节的转动带动基座的转动，基座用于安装不同的夹具。

2.如权利要求1所述的用于精密装配的高精度机器人，其特征在于，所述旋转运动关节包括底座、弹性挡圈、刹车、刹车连接轴、深沟球轴承、直驱电机、内胀套、外胀套和端盖；

所述刹车连接轴为一细长杆，下部为阶梯状，

所述直驱电机的主体为定子，转子位于定子的上端，定子和转子具有同轴的中心孔；

所述底座的内部具有一个安装空腔，底座的上表面具有轴承安装孔与安装空腔贯通；

所述刹车连接轴与直驱电机的中心孔间隙配合，刹车连接轴的下端通过深沟球轴承安装在底座的轴承安装孔内，弹性挡圈对刹车连接轴、刹车和深沟球轴承进行轴向限位，刹车连接轴伸入底座安装空腔的部分与安装在空腔内的刹车进行配合；刹车连接轴的上端通过内胀套、外胀套之间的过盈配合保证内外胀套同刹车连接轴固定在一起；所述大臂通过端盖产生的轴向压力将大臂、刹车连接轴和直驱电机的转子三者连接在一起；断电状态下，刹车锁紧后进而将刹车连接轴锁紧，旋转运动关节无法转动，完成刹车抱紧功能。

3.如权利要求2所述的用于精密装配的高精度机器人，其特征在于，所述关节三由电机通过联轴器与直线导轨连接，通过电机的旋转带动联轴器旋转进而带动直线导轨旋转，通过直线导轨将旋转运动转换为直线运动，带动直线导轨上的螺母做直线运动。

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