CN112549003A - 五轴机器人动平台及其五轴机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种五轴机器人动平台，涉及机器人技术领域，该动平台包括主动驱动机构、从动驱动机构以及用于安装主动驱动机构和从动驱动机构的安装平台，从动驱动机构位于安装平台的几何中心，主动驱动机构分布于从动驱动机构的四周，主动驱动机构与从动驱动机构齿轮啮合传动，主动驱动机构包括两个，一个用于控制动平台的水平方向转动，另一个用于控制动平台的垂直方向转动。本发明的各个主动驱动机构环绕于从动驱动机构的四周，机器人正向转动和反向转动，被抓取物体与动平台之间均不会存在互相干涉现象，同时抓手末端的长度也不用增加，居中的从动驱动机构受力均匀，提高了抓取精度。

Description

五轴机器人动平台及其五轴机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种五轴机器人动平台及其五轴机器人。

背景技术

目前国内外机器人可以分为串联机器人和并联机器人，其中串联机器人以其控制简单，工作空间大，在工业机器人和机床领域已经得到广泛应用。但是，由于串联机构的结构特征，其不具有良好的刚度，另外对于误差是逐级积累的，由于这些缺陷，一些学者开始尝试新的机器人构型，然后就诞生了并联构型，与串联构型相比，并联机构具有速度快，刚度大，而且其对于误差并不是叠加关系，因此合理的并联构型可以大大提高精度。

并联机构从自由度方面划分可以分为六自由度机构和少于六自由度的机构，少于六自由度的机构如五自由度机构，其主要由静平台和动平台组成，动平台作为机器人的重要组成部分，是机器人实现运动轨迹的直接输出部分，其结构的稳定性与灵活性将直接决定机器人的运动精度以及机器人可以实现的功能，机器人的旋转和翻转传动依靠齿轮啮合传动。

传统的机器人主动轮和从动轮采用偏执方式安装，导致机器人执行反向转动时，被抓取物体与动平台之间存在干涉，由此需要增加抓手末端的长度，保证正向转动和反向转动均不会存在相互干涉，但是该种方式使抓手受力不均匀，降低抓取精度。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种五轴机器人动平台，以解决现有技术中的组成机器人动平台的主动轮和从动轮采用偏执方式安装，机器人执行反向转动时，被抓取物体与动平台之间存在干涉，由此需要增加抓手末端的长度，保证正向转动和反向转动均不会存在相互干涉，但是该种方式使抓手受力不均匀，降低抓取精度的技术问题。

本发明的目的之二在于提供一种含有上述五轴机器人动平台的五轴机器人。

为了实现上述目的之一，本发明提供了一种五轴机器人动平台，包括主动驱动机构、从动驱动机构以及用于安装所述主动驱动机构和所述从动驱动机构的安装平台，其中：

所述从动驱动机构位于所述安装平台的几何中心，所述主动驱动机构分布于所述从动驱动机构的四周，所述主动驱动机构与所述从动驱动机构齿轮啮合传动，所述主动驱动机构包括两个，一个用于控制所述动平台的水平方向转动，另一个用于控制所述动平台的垂直方向转动。

根据一种优选实施方式，所述主动驱动机构包括第一主动轴、第一主动齿轮、第二主动轴以及第二主动齿轮，所述第一主动轴和所述第二主动轴纵向穿过所述安装平台，所述第一主动齿轮安装于所述第一主动轴的末端，所述第二主动齿轮安装于所述第二主动轴的末端，所述第一主动齿轮所在的水平面位于所述第二主动齿轮所在的水平面的下方。

根据一种优选实施方式，所述从动驱动机构包括第一从动齿轮和第二从动齿轮，所述第一从动齿轮位于所述第二从动齿轮的下方，且中心轴线重合，所述第一主动齿轮与所述第一从动齿轮啮合连接，所述第二主动齿轮与所述第二从动齿轮啮合连接。

根据一种优选实施方式，所述从动驱动机构还包括竖向轴和主动锥齿轮，所述竖向轴沿竖直方向同时顺次贯穿所述第二从动齿轮、所述第一从动齿轮和所述主动锥齿轮，所述第二从动齿轮与所述竖向轴驱动连接，所述第二从动齿轮转动带动所述竖向轴旋转，所述主动锥齿轮随之旋转。

根据一种优选实施方式，所述从动驱动机构还包括从动锥齿轮和横向轴，所述从动锥齿轮水平方向安装于所述横向轴上，所述主动锥齿轮与所述从动锥齿轮啮合连接。

根据一种优选实施方式，还包括输出机构，所述输出机构呈U型，末端安装于所述横向轴的两端，且与所述横向轴连接。

根据一种优选实施方式，所述输出机构包括折弯型连杆、旋转端盖和输出盘，所述折弯型连杆的一端对称设置于所述横向轴的两端，所述旋转端盖安装于所述横向轴的末端，所述折弯型连杆的另一端设置所述输出盘。

根据一种优选实施方式，所述安装平台为等边三角形，所述安装平台上具有三个安装孔，所述安装孔以所述安装平台的几何中心为中心分布，两个所述主动驱动机构分别安装于其中两个所述安装孔上。

根据一种优选实施方式，所述安装平台的三个角同时倒角设置，并且安装空心连接柱，所述空心连接柱水平设置，且与所述安装平台位于同一水平面，用于与静平台连接。

为了实现上述目的之二，本发明提供了一种五轴机器人，包括上述任一所述的五轴机器人动平台，还包括静平台和动力机构，所述静平台位于所述动平台的上方，所述动力机构安装于所述静平台上，且与位于所述动平台上的所述主动驱动机构驱动连接。

本发明提供的五轴机器人动平台，具有以下技术效果：

(1)该种动平台，同现有技术中的动平台相比，主要包括主动驱动机构、从动驱动机构以及用于安装主动驱动机构和从动驱动机构的安装平台，从动驱动机构位于安装平台的几何中心，而主动驱动机构分布于从动驱动机构的四周，机器人正向转动和反向转动，被抓取物体与动平台之间均不会存在互相干涉现象，同时抓手末端的长度也不用增加，居中的从动驱动机构受力均匀，提高了抓取精度。

(2)本发明的一个主动驱动机构与从动驱动机构配合可控制动平台的水平方向转动，另一个主动驱动机构与从动驱动机构配合可控制动平台的垂直方向转动，主动驱动机构与从动驱动机构的连接方式为齿轮啮合传动，提高了五轴机器人动平台的使用寿命。

本发明提供的五轴机器人，具有以下技术效果：

该种五轴机器人，同现有技术中的五轴机器人相比，包括动平台、静平台和动力机构，静平台位于动平台的上方，动力机构安装于静平台上，并且与位于动平台上的主动驱动机构驱动连接，即静平台上的动力机构为主动驱动机构提供驱动力，从而实现动平台的转动和翻转。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例的动平台的立体结构示意图；

图2是图1中动平台的俯视图；

图3是图1中动平台的内部结构示意图；

图4是图1中动平台的原理结构图。

其中，图1-图4：

1、主动驱动机构；101、第一主动轴；102、第一主动齿轮；103、第二主动轴；104、第二主动齿轮；

2、从动驱动机构；201、第二从动齿轮；202、第一从动齿轮；203、竖向轴；204、主动锥齿轮；205、从动锥齿轮；206、横向轴；207、折弯型连杆；208、旋转端盖；209、输出盘；

3、安装平台；301、安装孔；302、空心连接柱；4、球头连接件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

正如背景技术所述，现有技术中五轴机器人的主动轮和从动轮采用偏执方式安装，导致机器人执行反向转动时，被抓取物体与动平台之间存在干涉，影响抓取效果，故一般情况下通过增加抓手末端的长度克服该缺陷，以保证正向转动和反向转动均不会存在相互干涉现象，但是该种方式使抓手受力不均匀，降低了抓取精度。

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。

实施例1：

本实施例提供的一种五轴机器人动平台，如图1-图4所示,包括主动驱动机构1、从动驱动机构2以及用于安装主动驱动机构1和从动驱动机构2的安装平台3。

所述主动驱动机构1作为动平台的动力机构，为从动驱动机构2的运动提供动力。

所述从动驱动机构2作为动平台的执行机构，实现机器人抓手的转动和翻转。

所述安装平台3形状规则，目的在于安装主动驱动机构1和从动驱动机构2。

具体安装方式为：从动驱动机构2位于安装平台3的几何中心，例如当安装平台3为三角形时，几何中心则为三角形的重心，主动驱动机构1分布于从动驱动机构2的四周，各个主动驱动机构1与从动驱动机构2之间的距离可以相等，也可以不相等，均在本发明的保护范围之内，即主动驱动机构1围绕三角形状的安装平台3的重心分布，机器人正向转动和反向转动，被抓取物体与动平台之间均不会存在互相干涉现象，同时抓手末端的长度也不用增加，居中的从动驱动机构2受力均匀，提高了抓取精度。

进一步的，主动驱动机构1与从动驱动机构2齿轮啮合传动，主动驱动机构1包括两个，其中一个与从动驱动机构2通过齿轮啮合，用于控制动平台的水平方向转动，另一个同样的也与从动驱动机构2通过齿轮啮合，用于控制动平台的垂直方向转动，提高了五轴机器人动平台的使用寿命。

所述主动驱动机构1具体包括第一主动轴101、第一主动齿轮102、第二主动轴103以及第二主动齿轮104，如图3和图4所示，第一主动轴101和第二主动轴103纵向穿过安装平台3，第一主动齿轮102安装于第一主动轴101的末端，第二主动齿轮104安装于第二主动轴103的末端，第一主动齿轮102所在的水平面位于第二主动齿轮104所在的水平面的下方，与从动驱动机构2实现啮合连接，其中第一主动齿轮102实现动平台的水平方向转动，第二主动齿轮104则实现动平台垂直方向转动。

所述从动驱动机构2具体包括第一从动齿轮202和第二从动齿轮201，如图3和图4所示，第一从动齿轮202和第二从动齿轮201同时安装于安装平台3的下方，而第一从动齿轮202位于第二从动齿轮201的下方，中心轴线重合，第一主动齿轮102与第一从动齿轮202水平方向啮合连接，第一主动齿轮102在外力的带动下360度旋转，以实现第一从动齿轮202360度旋转，第二主动齿轮104与第二从动齿轮201水平方向啮合连接，第二主动齿轮104在外力的带动下360度旋转，实现第二从动齿轮201 360度旋转。

从动驱动机构2还包括竖向轴203和主动锥齿轮204，如图3和图4所示，竖向轴203一端位于安装平台3下方，另一端沿着竖直方向同时顺次贯穿第二从动齿轮201、第一从动齿轮202和主动锥齿轮204，第二从动齿轮201与竖向轴203驱动连接，即第二从动齿轮201将第二主动齿轮104的转动传动至竖向轴203，主动锥齿轮204随之旋转。

从动驱动机构2还包括从动锥齿轮205和横向轴206，如图3和图4所示，从动锥齿轮205水平方向安装于横向轴206上，主动锥齿轮204与从动锥齿轮205啮合连接，主动锥齿轮204在旋转的竖向轴203带动下，联动主动锥齿轮204 360度自转，由于主动锥齿轮204和从动锥齿轮205啮合连接，实现从动锥齿轮205 360度自转，横向轴206相应旋转。

具体传动方式为：获得动力的第一主动齿轮102和第二主动齿轮104，通过齿轮啮合分别将动力传递给第一从动齿轮202(负责机器人Z轴的旋转动作)和第二从动齿轮201，第一从动齿轮202通过竖向轴203转动带动主动锥齿轮204转动，主动锥齿轮204与从动锥齿轮205啮合，将Z轴方向的转动转化为X轴方向转动。

进一步的，还包括输出机构，输出机构上可用于安装抓手，如图1和图3所示，输出机构呈U型，末端安装于横向轴206的两端，并且与横向轴206连接，横向轴206的转动带动输出机构相应的发生运动。

输出机构具体包括折弯型连杆207、旋转端盖208和输出盘209，如图3所示，折弯型连杆207的一端对称设置于横向轴206的两端，旋转端盖208安装于横向轴206的末端，可保护横向轴206的末端，折弯型连杆207的另一端设置输出盘209，输出盘209上可安装抓手，从而将第一主动齿轮102和第二主动齿轮104的运动传递至抓手。

在本发明一实施例中，安装平台3为等边三角形，安装平台3的三个角同时倒角设置，倒角末端具有空心连接柱302，空心连接柱302水平设置，并且与安装平台3位于同一水平面，球头连接件4穿过空心连接柱302，方便与静平台连接。

如图2所示，安装平台3上还具有三个安装孔301，安装孔301以安装平台3的几何中心为中心分布，具体以三角形安装平台3的重心为几何中心，两个主动驱动机构1分别安装于其中两个安装孔301上，从而实现五轴机器人动平台，增加一个主动驱动机构1，改变安装平台3下方的具体结构，还可以直接形成六轴机器人动平台，达到五轴和六轴实现快速切换的目的。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上，提供了一种五轴机器人，包括实施例1中提到的动平台，还包括静平台和动力机构，静平台位于动平台的上方，动力机构安装于静平台上，并且与位于动平台上的主动驱动机构1驱动连接，即静平台上的动力机构为主动驱动机构1提供驱动力，从而实现动平台的转动和翻转。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种五轴机器人动平台，其特征在于，包括主动驱动机构、从动驱动机构以及用于安装所述主动驱动机构和所述从动驱动机构的安装平台，其中：

所述从动驱动机构位于所述安装平台的几何中心，所述主动驱动机构分布于所述从动驱动机构的四周，所述主动驱动机构与所述从动驱动机构齿轮啮合传动，所述主动驱动机构包括两个，一个用于控制所述动平台的水平方向转动，另一个用于控制所述动平台的垂直方向转动。

2.根据权利要求1所述的五轴机器人动平台，其特征在于，所述主动驱动机构包括第一主动轴、第一主动齿轮、第二主动轴以及第二主动齿轮，所述第一主动轴和所述第二主动轴纵向穿过所述安装平台，所述第一主动齿轮安装于所述第一主动轴的末端，所述第二主动齿轮安装于所述第二主动轴的末端，所述第一主动齿轮所在的水平面位于所述第二主动齿轮所在的水平面的下方。

3.根据权利要求2所述的五轴机器人动平台，其特征在于，所述从动驱动机构包括第一从动齿轮和第二从动齿轮，所述第一从动齿轮位于所述第二从动齿轮的下方，且中心轴线重合，所述第一主动齿轮与所述第一从动齿轮啮合连接，所述第二主动齿轮与所述第二从动齿轮啮合连接。

4.根据权利要求3所述的五轴机器人动平台，其特征在于，所述从动驱动机构还包括竖向轴和主动锥齿轮，所述竖向轴沿竖直方向同时顺次贯穿所述第二从动齿轮、所述第一从动齿轮和所述主动锥齿轮，所述第二从动齿轮与所述竖向轴驱动连接，所述第二从动齿轮转动带动所述竖向轴旋转，所述主动锥齿轮随之旋转。

5.根据权利要求4所述的五轴机器人动平台，其特征在于，所述从动驱动机构还包括从动锥齿轮和横向轴，所述从动锥齿轮水平方向安装于所述横向轴上，所述主动锥齿轮与所述从动锥齿轮啮合连接。

6.根据权利要求5所述的五轴机器人动平台，其特征在于，还包括输出机构，所述输出机构呈U型，末端安装于所述横向轴的两端，且与所述横向轴连接。

7.根据权利要求6所述的五轴机器人动平台，其特征在于，所述输出机构包括折弯型连杆、旋转端盖和输出盘，所述折弯型连杆的一端对称设置于所述横向轴的两端，所述旋转端盖安装于所述横向轴的末端，所述折弯型连杆的另一端设置所述输出盘。

8.根据权利要求1-7任一所述的五轴机器人动平台，其特征在于，所述安装平台为等边三角形，所述安装平台上具有三个安装孔，所述安装孔以所述安装平台的几何中心为中心分布，两个所述主动驱动机构分别安装于其中两个所述安装孔上。

9.根据权利要求8所述的五轴机器人动平台，其特征在于，所述安装平台的三个角同时倒角设置，并且安装空心连接柱，所述空心连接柱水平设置，且与所述安装平台位于同一水平面，用于与静平台连接。

10.一种五轴机器人，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的五轴机器人动平台，还包括静平台和动力机构，所述静平台位于所述动平台的上方，所述动力机构安装于所述静平台上，且与位于所述动平台上的所述主动驱动机构驱动连接。

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