CN205521381U - 十字型xoy双轴联动直角坐标机器人 - Google Patents
十字型xoy双轴联动直角坐标机器人 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及十字型XOY双轴联动直角坐标机器人，包括X轴运动机构、Y轴运动机构、XY轴连接机构、驱动动力单元、机架及控制系统，其特征在于：X轴运动机构固定在机架上，XY轴连接机构连接在X轴运动机构上，Y轴运动机构连接在XY轴连接机构上，X轴运动机构、Y轴运动机构通过XY轴连接机构连接成一个整体，驱动动力单元分别对应安装在X轴运动机构横梁的两端上，控制系统控制驱动动力单元通过同步带带动X轴运动机构和Y轴运动机构在X轴和Y轴上作相应运动，从而达到对应目的。本实用新型直角坐标机器人有结构简单、智能化程度高、操作维护简便、能提高工作效率和工作能力的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种十字型XOY双轴联动直角坐标机器人。
背景技术
直角坐标机器人是多个自由度运动，每个运动自由度之间的空间夹角为直角，可自动控制、可重复编程、所有的运动均按程序运行。因其使用维护成本低、直角坐标机器人广泛的用作各种自动化设备，完成如焊接、搬运、上料、包装、码垛、拆垛、检测、探伤、分类、装配、贴标、喷码、打码、喷涂、排爆等一系列工作。特别适用于多品种，便于批量的柔性化作业，对于稳定，提高产品质量，提高劳动生产率，改善劳动条件和产品的快速更新换代有着十分重要的作用。
传统直角坐标机器人都是每一个自由度运动由一个动力系统进行驱动，现在工厂已将传统直角坐标机器人模块化，每个自由度运动动力系统组成一个直线运动单元模块，每个自由度运动由一个直线运动单元进行控制定位，这样以不同规格的直线运动单元模块适应不同规格的直角坐标机器人的要求，从而缩短产品的研发周期，增加产品的可靠性。但是直角坐标机器人的工作方式没有改变，每个自由度运动由一个直线运动单元进行控制、相互自由度之间直线运动单元在运动上没有联系，所以运行速度一般都不能做到很高、周期时间比较长；而且每个自由度运动由一个直线运动单元进行控制，结构比较复杂，特别是垂直运动的Y轴因直线运动单元的本体结构及驱动电机自重的因素、而影响直角坐标机器人工作能力。
简化直角坐标机器人结构、提高直角坐标机器人工作能力及速度是直角坐标机器人的发展方向。
发明内容
本实用新型的目的为了克服上述传统直角坐标机器人技术存在的问题及缺点，而提供一种结构简单、智能化程度高、操作维护简便、能提高工作效率和工作能力的十字型XOY双轴联动直角坐标机器人。
本实用新型的技术方案为：
十字型XOY双轴联动直角坐标机器人，包括X轴运动机构、Y轴运动机构、XY轴连接机构、驱动动力单元、机架及控制系统，其特征在于：X轴运动机构固定在机架上，XY轴连接机构连接在X轴运动机构上，Y轴运动机构连接在XY轴连接机构上，X轴运动机构、Y轴运动机构通过XY轴连接机构连接成一个整体，驱动动力单元分别对应安装在X轴运动机构横梁的两端上，控制系统控制驱动动力单元通过同步带带动X轴运动机构和Y轴运动机构在X轴和Y轴上作相应运动，从而达到对应目的。
所述的X轴运动机构由一根横梁、两根横向运动直线轨道及四个横向运动滑块组成，横梁安装固定在机架上，两根横向运动直线导轨按上下方向平行固定在横梁内侧，每根横向运动直线导轨上安装有一组两个横向运动滑块，两组四个横向运动滑块底板与XY轴连接机构的主连接侧板外表面连接。
所述的XY轴连接机构由主连接侧板、辅连接侧板和两个纵向运动滑块底座组成，两个纵向运动滑块底座侧面一侧与主连接侧板内表面连接，另一侧与辅连接侧板内表面连接，主连接侧板、辅连接侧板通过两个纵向运动滑块底座连接成一个整体，XY轴连接机构通过主连接侧板外表面与X轴运动机构四个横向运动滑块底板连接。
所述的Y轴运动机构由一根立杆、两根纵向运动直线轨道和两组四个纵向运动滑块组成，两根纵向运动直线轨道对称安装在立杆两侧面上，每根纵向运动直线轨道上安装有一组两个纵向运动滑块，两侧的两组纵向运动滑块底板分别与XY轴连接机构两个纵向运动滑块底座的正面连接，Y轴运动机构通过XY轴连接机构与X轴运动机构连接在一起。
所述的驱动动力单元由两个减速机、两个伺服电机、两个主动带轮、四个导向带轮、两个同步带固定装置、一根同步带、一个导向张紧带轮组成，两个减速机分别安装在X轴运动机构的横梁两端安装座外侧上，减速机输出轴通过安装座伸向横梁内侧，每个减速机的输入轴上安装一个伺服电机，每个减速机的输出轴上安装一个主动带轮，四个导向带轮分别安装在XY轴连接机构的主连接侧板和辅连接侧板内侧面上，两个同步带固定装置分别对称安装在Y轴运动机构立杆侧面最下端，一个导向张紧带轮安装在立杆上端，同步带套在两个主动带轮、四个导向带轮、一个导向张紧带 轮上，同步带两端分别固定在两个同步带固定装置上。
同步带一端固定在Y轴运动机构立杆下端左侧的同步带固定装置上，同步带另一端从立杆左侧下端沿垂直方向开始从下向上绕，同步带绕至XY轴连接机构左下方的导向带轮后、沿导向带轮内侧从下向上向左绕过导向带轮使同步带变向90°、然后沿水平方向从右向左绕，同步带绕至X轴运动机构左侧的主动带轮后、沿主动带轮外侧从下向上向右绕过左侧的主动带轮后变向180°、然后沿水平方向从左向右绕，同步带绕至XY轴连接机构左上方的导向带轮后、沿导向带轮内侧从左向右向上绕过导向带轮使同步带变向90°、然后沿垂直方向从下向上绕，同步带绕至Y轴运动机构立杆上端的的导向张紧带轮后、沿导向张紧带轮外侧从下向上向右绕过导向张紧带轮后变向180°、然后沿垂直方向从上向下绕，同步带绕至XY轴连接机构右止方的导向带轮后、沿导向带轮内侧从上向下向右绕过导向带轮使同步带变向90°、然后沿水平方向从左向右绕，同步带绕至X轴运动机构右侧的主动带轮后、沿主动带轮外侧从上向下向左绕过右侧的主动带轮后变向180°、然后沿水平方向从右向左绕，同步带绕至XY轴连接机构右下方的导向带轮后、沿导向带轮内侧从右向左向下绕过导向带轮使同步带变向90°、然后沿垂直方向从上向下绕，绕至Y轴运动机构立杆下端右侧、将同步带固定在立杆下端右侧固定装置上。
本实用新型的技术要点在于：
①二个自由度运动是联系在一起运动的，二个自由度运动可以单独运动也可以同时关联运动；
②二个自由度运动的二个驱动动力单元没有X轴(水平轴)驱动动力机构、Y轴(垂直轴)驱动动力机构之分，二个驱动动力机构可以同时作为X轴(水平轴)驱动动力机构、也可以同时作为Y轴(垂直轴)驱动动力机构；
③二个驱动动力机构都是固定安装在水平横梁上，而不是随着X轴(水平轴)、或Y轴(垂直轴)的运动而移动的；
④垂直轴没有驱动动力机构随垂直运动机构而一起上下移动，则大大减轻了垂直运动机构的重量，使得在同等条件下该直角坐标机构的提升重物能力大大提高；
⑤垂直运动单元重量的减轻、使得该垂直运动单元的负载转动惯量减小，则垂直运动单元(动力相同的条件下)的系统转动惯量系数变小(负载转动惯量与电机转动惯量之比)，从而提高直角坐标机器人的控制精度；
⑥是通过一根同步带同时环绕二个驱动动力单元输出轴上主动带轮后固定在Y轴(垂直轴)立杆下端而使同步带形成闭环；
⑦通过二个驱动动力机构的同方向(或异方向)的不同旋转方向、不同速度组合，而带动环绕的同步带实现X轴(水平轴)的左右运动、或Y轴(垂直轴)的上下运动，或X轴(水平轴)Y轴(垂直轴)的组合曲线运动。
⑧二个驱动动力机构可以同时动作也可以单独动作、力量既可以相加也可以相减，特别是在直角坐标机构垂直运动机构在由下向上运动启动需要大的动力而得到大的加速度时、驱动动力机构力量相加的优势就非常明显，这样选择驱动动力机构电机功率的范围就大很多，使得直角坐标机器人在驱动动力选型时方案更丰富。
附图说明
图1为本实用新型的机械原理；
图2为本实用新型的结构示意图；
图3为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
结合附图对本实用新型进行详细的说明：
如图1、图2、图3所示，本实用新型包括X轴运动机构、Y轴运动机构、XY轴连接机构、驱动动力单元、机架1及控制系统，其特征在于：X轴运动机构固定在机架上，XY轴连接机构连接在X轴运动机构上，Y轴运动机构连接在XY轴连接机构上，X轴运动机构、Y轴运动机构通过XY轴连接机构连接成一个整体，驱动动力单元分别对应安装在X轴运动机构横梁的两端上，控制系统控制驱动动力单元通过同步带带动X轴运动机构和Y轴运动机构在X轴和Y轴上作相应运动，从而达到对应目的。
如图2所示，所述的X轴运动机构由一根横梁13、两根横向运动直线轨道4及四个横向运动滑块5组成，横梁13安装固定在机架1上，两根横向运动直线导轨4按上下方向平行固定在横梁13内侧，每根横向运动直线 导轨4上安装有一组两个横向运动滑块5，两组四个横向运动滑块5的底板与XY轴连接机构的主连接侧板6外表面连接。
如图2所示，所述的XY轴连接机构由主连接侧板6、辅连接侧板16和两个纵向运动滑块底座7组成，两个纵向运动滑块底座7侧面一侧与主连接侧板6内表面连接、另一侧与辅连接侧板内表面连接，主连接侧板6、辅连接侧板16通过两个纵向运动滑块底座7连接成一个整体，XY轴连接机构通过主连接侧板6外表面与X轴运动机构四个横向运动滑块5的底板连接。
如图2所示，所述的Y轴运动机构由一根立杆12、两根纵向运动直线轨道10和两组四个纵向运动滑块8组成，两根纵向运动直线轨道10对称安装在立杆12两侧面上，每根纵向运动直线轨道10上安装有一组两个纵向运动滑块8，两侧的两组纵向运动滑块8分别与XY轴连接机构两个纵向运动滑块底座7的正面连接，Y轴运动机构通过XY轴连接机构与X轴运动机构连接在一起。
所述的驱动动力单元由两个减速机2、两个伺服电机3、两个主动带轮14、四个导向带轮9、两个同步带固定装置17、一根同步带15、一个导向张紧带轮11组成，两个减速机2分别安装在X轴运动机构的横梁13两端安装座外侧上，减速机2输出轴在横梁13内侧，每个减速机2的输入轴上安装一伺服电机3，每个减速机2的输出轴上安装一个主动带轮14，四个导向带轮9分别安装在XY轴连接机构的主连接侧板6和辅连接侧板16内侧面上，两个同步带固定装置17分别对称安装在Y轴运动机构立杆12侧面最下端，一个导向张紧带轮11安装在立杆12上端，同步带15套在两个主动带轮14、四个导向带轮9、一个导向张紧带轮11上，同步带15两端分别固定在两个同步带固定装置17上。
同步带15一端固定在Y轴运动机构立杆12最下端左侧的同步带固定装置17上，同步带15另一端从立杆12左侧最下端沿垂直方向开始从下向上绕，同步带15绕至XY轴连接机构左下方的导向带轮9后、沿导向带轮9内侧从下向上向左绕，同步带15绕过导向带轮9使同步带15变向90°后、沿水平方向从右向左绕，同步带15绕至X轴运动机构左侧的主动带轮14后、沿主动带轮14外侧从下向上向右绕，同步带15绕过左侧的主动带 轮14后使同步带15变向180°后、沿水平方向从左向右绕，同步带15绕至XY轴连接机构左上方的导向带轮9后、沿导向带轮9内侧从左向右向上绕，同步带15绕过导向带轮9使同步带15变向90°后、沿垂直方向从下向上绕，同步带15绕至Y轴运动机构立杆12上端的的导向张紧带轮11后、沿导向张紧带轮11外侧向上向右向下绕过导向张紧带轮9后变向180°后、沿垂直方向从上向下绕，同步带15绕至XY轴连接机构右上方的导向带轮9后、沿导向带轮9内侧从上向下向右绕过导向带轮9使同步带变向90°后、沿水平方向从左向右绕，同步带15绕至X轴运动机构右侧的主动带轮14后、沿主动带轮14外侧从上向下向左绕过右侧的主动带轮14后变向180°后、沿水平方向从右向左绕，同步带15绕至XY轴连接机构右下方的导向带轮9后、沿导向带轮9内侧从右向左向下绕过导向带轮9使同步带变向90°后、沿垂直方向从上向下绕，绕至Y轴运动机构立杆12最下端右侧后、将同步带15固定在立杆12下端右侧固定装置17上。
本实用新型原理是：采用二个驱动动力单元，但是二个驱动动力单元没有水平运动驱动动力单元和垂直运动驱动动力单元之分，且二个驱动动力单元都是在水平横梁上固定的，二个驱动动力单元之间通过一根同步带相串连接起来一起进行联合运动来完成直角坐标机器人的运动动作的，工作原理见附图1。
十字型XOY双轴联动直角坐标机器人，通过二个驱动动力单元的不同旋转方向、不同转速的多种输入方式组合，而带动同步带实现直角坐标机器人执行机构输出端要求的多种不同运动的轨迹，执行机构的运动形式的输出即可以是单个自由度(单轴)的单独运动、也可以是二个自由度(双轴)的同时运动，其运动轨迹既可以是直线也可以特定的弧线。
所述十字型XOY双轴联动直角坐标机器人具体工作方式是，具体工作输入输出转换见附表1。
表1、十字型XOY双轴联动直角坐标机器人工作输入输出转换表
。
Claims (5)
1.十字型XOY双轴联动直角坐标机器人，包括X轴运动机构、Y轴运动机构、XY轴连接机构、驱动动力单元、机架及控制系统，其特征在于：X轴运动机构固定在机架上，XY轴连接机构连接在X轴运动机构上，Y轴运动机构连接在XY轴连接机构上，X轴运动机构、Y轴运动机构通过XY轴连接机构连接成一个整体，驱动动力单元分别对应安装在X轴运动机构横梁的两端上，控制系统控制驱动动力单元通过同步带带动X轴运动机构和Y轴运动机构在X轴和Y轴上作相应运动，从而达到对应目的。
2.根据权利要求1所述的十字型XOY双轴联动直角坐标机器人，其特征在于：所述的X轴运动机构由一根横梁、两根横向运动直线轨道及四个横向运动滑块组成，横梁安装固定在机架上，两根横向运动直线导轨按上下方向平行固定在横梁内侧，每根横向运动直线导轨上安装有一组两个横向运动滑块，两组四个横向运动滑块的底座与XY轴连接机构的主连接侧板外表面连接。
3.根据权利要求1所述的十字型XOY双轴联动直角坐标机器人，其特征在于：所述的XY轴连接机构由主连接侧板、辅连接侧板和两个纵向运动滑块底座组成，两个纵向运动滑块底座侧面一侧与主连接侧板内表面连接，另一侧与辅连接侧板内表面连接，主连接侧板、辅连接侧板通过两个纵向运动滑块底座连接成一个整体，XY轴连接机构通过主连接侧板外表面连接与X轴运动机构四个横向运动滑块的底座连接。
4.根据权利要求1所述的十字型XOY双轴联动直角坐标机器人，其特征在于：所述的Y轴运动机构由一根立杆、两根纵向运动直线轨道和两组四个纵向运动滑块组成，两根纵向运动直线轨道对称安装在立杆两侧面上，每根纵向运动直线轨道上安装有一组两个纵向运动滑块，两侧的两组纵向运动滑块分别与XY轴连接机构两个纵向运动滑块底座的正面连接，Y轴运动机构通过XY轴连接机构与X轴运动机构连接在一起。
5.根据权利要求1所述的十字型XOY双轴联动直角坐标机器人，其特征在于：所述的驱动动力单元由两个减速机、两个伺服电机、两个主动带轮、四个导向带轮、两个同步带固定装置、一根同步带、一个导向张紧带轮组成，两个减速机分别安装在X轴运动机构的横梁两端外侧上，减速机输出轴在横梁内侧，每个减速机的输入轴上安装一伺服电机，每个减速机的输出轴上安装一个主动带轮，四个导向带轮分别安装在XY轴连接机构的主连接侧板和辅连接侧板内侧面上，两个同步带固定装置分别对称安装在Y轴运动机构立杆侧面下端，一个导向张紧带轮安装在立杆上端，同步带套在两个主动带轮、四个导向带轮、一个导向张紧带轮上，同步带两端分别固定在两个同步带固定装置上。
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