CN209175739U - 一种四轴重载工业机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种四轴重载工业机器人，包括底座部件，固定在底座部件上的竖臂部件，滑座部件安装在竖臂部件上，组成竖直方向移动轴副，在滑座部件上安装水平臂一部件，滑座部件与水平臂一部件组成第一级水平回转轴副；在水平臂一部件的端部安装水平臂二部件，水平臂一部件与水平臂二部件组成第二级水平回转轴副；在水平臂二部件上安装腕法兰，水平臂二部件与腕法兰组成第三级水平回转轴副。机器人臂杆工作范围大，可传递较大载荷，能够在较小的占地面建造较大的工作空间，用途广泛，机器人系统刚度和精度，能够得到较大的提高。

Description

一种四轴重载工业机器人

技术领域

本实用新型涉及大型工业机器人设备技术领域，具体涉及一种四轴重载工业机器人。

背景技术

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，能够替代人力完成各种复杂工况条件和高危有害环境下的长时间、高强度重复劳动，高度自动化工作。实现智能化、多功能化、柔性自动化生产。

现有应用的工业机器人产品，都能够在较小的占地面建造较大的空间工作包络面。传统四轴关节工业机器人采用六轴关节串联耦合的空间机构方式，自下而上设置的一轴为腰关节臂，大臂、小臂和水平腕关节臂组成，由于关节减速器传动负载的限定，实现重载搬运传动，有其结构的局限性。

码垛机器人采用四连杆放大机构实现，在机构运动空间放大的同时，也放大了关节臂摆动的负载转矩，重载传动有其先天的结构性缺陷。

传统SCARA工业机器人,前一、二、三关节采用水平的三平行轴关节，末端端臂杆采用升降移动副传动，因此在应用上，臂杆更短，机器应用空间更小，且无法实现重载传动。面对工业机器人向更大的深度和广度上应用的社会需要，适用于更多种应用工艺需求,工业机器人在应用中有较大的空间可达性，有较高的位姿设计精度，有较大的负载传递能力，把工业机器人应用推广到中底端产业，是研究人员急需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种四轴重载工业机器人。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种四轴重载工业机器人，包括底座部件，固定在底座部件上的竖臂部件，滑座部件安装在竖臂部件上，组成竖直方向移动轴副，在滑座部件上安装水平臂一部件，滑座部件与水平臂一部件组成第一级水平回转轴副；

在水平臂一部件的端部安装水平臂二部件，水平臂一部件与水平臂二部件组成第二级水平回转轴副；

在水平臂二部件上安装腕法兰，水平臂二部件与腕法兰组成第三级水平回转轴副。

进一步，所述竖臂部件采用箱形柱结构，竖臂部件内设有伺服电机、轴承座组件、滚珠丝杠，伺服电机安装在竖臂部件内，滚珠丝杠的头部与伺服电机联接，滚珠丝杠尾端与从动轴承座联接，从动轴承座联接安装在竖臂部件部件对应的联接面上；

竖臂部件的导轨联接面安装有两组直线导轨及滑块；升降螺母座、螺母与滚珠丝杠配合，与滑块一起安装在滑座部件对应的联接面上，形成沿直线导轨移动的竖直方向移动轴副；

竖臂部件上安装有气缸部件，气缸部件缸杆头部安装有动链轮部件和对应的链条，链条一端通过悬吊链轮部件换向与固定接头一联接，另一端与固定接头二联接，固定接头一联接安装在滑座部件对应联接面上，固定接头二固定联接在竖臂部件的上联接面上，悬吊链轮部件安装在竖臂部件上联接面上，实现滑座部件与气缸部件的倍程平衡机构。

进一步，所述滑座部件固定联接RV减速器，伺服电机安装在RV减速器输入端，RV减速器输出法兰面上安装有空心传动轴，通过与安装在滑座部件上的轴承部件配合，输出动力，空心传动轴轴端与水平臂一部件固定安装，组成第一级水平回转轴副。

进一步，水平臂一部件伸出端固定安装RV减速器，RV减速器输入端连接伺服电机，RV减速器输出法兰面上安装有空心传动轴，空心传动轴与轴承部件的轴承内孔配合，轴承部件安装在支承在水平臂二部件上，空心传动轴轴端与水平臂二部件固定安装，组成第二级水平回转轴副。

进一步，水平臂二部件伸出端固定安装RV减速器，RV减速器输入端连接伺服电机；RV减速器输出法兰面上安装有空心传动轴，与轴承部件的轴承内孔配合，轴承部件安装在支承在水平臂二部件上，输出动力，空心传动轴轴端与腕法兰固定安装，组成第三级水平回转轴副。

进一步，所述腕法兰联接外部工具。

进一步，所述底座部件上设有机器人控制器。

进一步，所述伺服电机，伺服电机，伺服电机的线缆通过各臂杆部件内部型腔联接到竖臂部件上并经由拖链联接到机器人控制器上。

进一步，所述第一级水平回转轴副，第二级水平回转轴副以及第三级水平回转轴副均采用水平回转轴副通用性结构，水平回转轴副通用性结构的伺服电机安装在RV减速器上，RV减速器与固定臂杆的轴套部分的法兰面固定联接，输出轴联接在RV减速器的输出法兰上，输出轴另一端安装轴承，轴承外圈与固定臂杆的轴套配合，调整盖压紧轴承侧隙，形成RV减速器交叉滚子轴承与外部球轴承三角支承方式，回转臂杆安装在输出轴上。回转臂杆及前端铅垂载荷产生的倾覆弯矩负载卸荷到固定臂杆的轴套面上，实现机器人臂杆的大尺寸、高精度、高刚性水平回转轴副运动。输出轴上采用中空形式，方便机器人伺服电机线缆通过、固定并实现关节线缆缠绕。

本实用新型的有益效果为：机器人臂杆工作范围大，可传递较大载荷，能够在较小的占地面建造较大的工作空间，用途广泛，机器人系统刚度和精度，能够得到较大的提高。使用特征上，末端关节轴姿态角直观性强，方便操作，有较强的适用性，可以结合各种专机类工具，多用途应用，也可实现装配、搬运、码垛等一般工业机器人应用，方便人工拖动交互式应用，具备工业机器人向中底端产业应用推广，深化工业机器人应用的诸多优势。

通过张力气缸平衡的丝杠传动方式可有效提升机器人载重能力，依照现有机器人关节减速器规格系列，可以实现500公斤至3吨以上机器人搬运能力。机器人臂杆工作范围大，在3-4米的工作半径范围内，可以实现高精度的搬运操作和重复定位精度。搬运工件高度与臂杆工作半径无关连，可以实现2-6米高度行程的搬运操作。搬运工件高度与臂杆工作半径无关连，可以实现2-6米高度行程的搬运操作。

附图说明

图1是本实用新型提供的四轴重载工业机器人的立体结构图；

图2是图1所示四轴重载工业机器人的结构剖视图；

图3是图2所示四轴重载工业机器人水平回转轴副通用结构示意图。

具体实施方式

如图1、一种四轴重载工业机器人，包括底座部件1，固定在底座部件1上的机器人控制器101和竖臂部件2；滑座部件3安装在竖臂部件2上，组成竖直方向移动轴副；水平臂一部件4安装在滑座部件3上，组成第一级水平回转轴副；水平臂二部件5安装在水平臂一部件4上，组成第二级水平回转轴副；腕法兰6安装在水平臂二部件5上，组成第三级水平回转轴副。机器人伺服电机线缆通过各臂杆部件内部型腔联接到竖臂部件2上，经由拖链联接到机器人控制器101上。

如图2所示，竖臂部件2采用箱形柱结构，用以保证业机器人的系统刚性。伺服电机201、轴承座组件202、滚珠丝杠203，整体安装在竖臂部件2上，滚珠丝杠203尾端与从动轴承座208联接，从动轴承座208联接安装在竖臂部件2部件对应的联接面上；竖臂部件2导轨联接面安装有两组直线导轨206及滑块207；升降螺母座204、螺母205与滚珠丝杠203配合，与滑块206一起，安装在滑座部件3对应的联接面上，形成沿直线导轨206移动的竖直方向移动轴副。竖臂部件2上同时安装有气缸部件209，气缸部件209缸杆头部安装有动链轮部件210和对应的链条211，链条211一端通过悬吊链轮部件212换向与固定接头一213联接，另一端与固定接头二214联接，固定接头一213联接安装在滑座部件3对应联接面上，固定接头二214固定联接在竖臂部件2上联接面上，悬吊链轮部件212亦安装在竖臂部件2上联接面上，实现滑座部件3与气缸部件209的倍程平衡机构，实现前端部件的载重张力平衡。机器人伺服电机线缆可以穿过螺母座203，至竖臂部件2。

滑座部件3与RV减速器302固定联接，伺服电机301安装在RV减速器302输入端，RV减速器302输出法兰面上安装有空心传动轴303，通过与安装在滑座部件3上的轴承部件304配合，输出动力，空心传动轴303轴端与水平臂一部件4固定安装，组成第一级水平回转轴副。机器人伺服电机线缆可以穿过空心传动轴303，至滑座部件3。

水平臂一部件4伸出端固定安装RV减速器403，以及安装在RV减速器403输入端上的伺服电机401；RV减速器403输出法兰面上安装有空心传动轴402，与轴承部件404的轴承内孔配合，轴承部件404安装在支承在水平臂二部件5上，输出动力，空心传动轴402轴端与水平臂二部件5固定安装，组成第二级水平回转轴副。机器人伺服电机线缆可以穿过空心传动轴402，至水平臂一部件4。

水平臂二部件5伸出端固定安装RV减速器501，以及安装在RV减速器501输入端上的伺服电机502；RV减速器501输出法兰面上安装有空心传动轴503，与轴承部件504的轴承内孔配合，轴承部件504安装在支承在水平臂二部件5上，输出动力，空心传动轴503轴端与腕法兰6固定安装，组成第三级水平回转轴副。腕法兰6用以联接外部工具。

进一步的说明，机器人RV关节减速器用于水平回转关节传动，减速器驱动转矩垂直于重力负载方向，末端输出法兰要承受较大的臂杆重力倾覆负载和机器人末端工具的倾覆转矩负载，大大超出的减速器正常的选型范围，刚性、精度均难以保证。图3给出了本实用新型水平回转轴副通用性结构特征，具体为：第一级水平回转轴副，第二级水平回转轴副以及第三级水平回转轴副均采用水平回转轴副通用性结构，水平回转轴副通用性结构的伺服电机A01安装在RV减速器A02上，RV减速器A02与固定臂杆A03的轴套部分的法兰面固定联接，输出轴A04联接在RV减速器A02的输出法兰上，输出轴A04另一端安装轴承A05，轴承A05外圈与固定臂杆A03的轴套配合，调整盖A06压紧轴承侧隙，形成RV减速器交叉滚子轴承与外部球轴承三角支承方式，回转臂杆A07安装在输出轴A04上。回转臂杆A07及前端铅垂载荷产生的倾覆弯矩负载卸荷到固定臂杆A03的轴套面上，实现机器人臂杆的大尺寸、高精度、高刚性水平回转轴副运动。输出轴A04上采用中空形式，方便机器人伺服电机线缆通过、固定并实现关节线缆缠绕。

该机器人臂杆工作范围大，可传递较大载荷，能够在较小的占地面建造较大的工作空间，用途广泛。机器人系统刚度和精度，能够得到较大的提高。使用特征上，末端关节轴姿态角直观性强，方便操作，有较强的适用性，可以结合各种专机类工具，多用途应用，也可实现装配、搬运、码垛等一般工业机器人应用。方便人工拖动交互式应用，具备工业机器人向中底端产业应用推广，深化工业机器人应用的诸多优势。

通过张力气缸平衡的丝杠传动方式可有效提升机器人载重能力，依照现有机器人关节减速器规格系列，可以实现500公斤至3吨以上机器人搬运能力。机器人臂杆工作范围大，在3-4米的工作半径范围内，可以实现高精度的搬运操作和重复定位精度。搬运工件高度与臂杆工作半径无关连，可以实现2-6米高度行程的搬运操作。

通过张力气缸平衡的丝杠传动方式可有效提升机器人载重能力，依照现有机器人关节减速器规格系列，可以实现500公斤至3吨以上机器人搬运能力。机器人臂杆工作范围大，在3-4米的工作半径范围内，可以实现高精度的搬运操作和重复定位精度。搬运工件高度与臂杆工作半径无关连，可以实现2-6米高度行程的搬运操作。解决了水平臂杆回转轴副铅垂载荷产生的倾覆弯矩卸荷的问题，竖臂部件采用箱形柱结构，用以保证业机器人的系统刚性。滚珠丝杠结合直线导轨的方式，实现竖直方向移动轴副高刚性、高精度、大尺寸传动问题。从而得以实现本实用新型申请机器人产品结构优势特征。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种四轴重载工业机器人，包括底座部件，固定在底座部件上的竖臂部件，滑座部件安装在竖臂部件上，组成竖直方向移动轴副，其特征在于，在滑座部件上安装水平臂一部件，滑座部件与水平臂一部件组成第一级水平回转轴副；

在水平臂一部件的端部安装水平臂二部件，水平臂一部件与水平臂二部件组成第二级水平回转轴副；

在水平臂二部件上安装腕法兰，水平臂二部件与腕法兰组成第三级水平回转轴副。

2.根据权利要求1所述的一种四轴重载工业机器人，其特征在于，所述竖臂部件采用箱形柱结构，竖臂部件内设有伺服电机、轴承座组件、滚珠丝杠，伺服电机安装在竖臂部件内，滚珠丝杠的头部与伺服电机联接，滚珠丝杠尾端与从动轴承座联接，从动轴承座联接安装在竖臂部件部件对应的联接面上；

竖臂部件的导轨联接面安装有两组直线导轨及滑块；升降螺母座、螺母与滚珠丝杠配合，与滑块一起安装在滑座部件对应的联接面上，形成沿直线导轨移动的竖直方向移动轴副；

竖臂部件上安装有气缸部件，气缸部件缸杆头部安装有动链轮部件和对应的链条，链条一端通过悬吊链轮部件换向与固定接头一联接，另一端与固定接头二联接，固定接头一联接安装在滑座部件对应联接面上，固定接头二固定联接在竖臂部件的上联接面上，悬吊链轮部件安装在竖臂部件上联接面上，实现滑座部件与气缸部件的倍程平衡机构。

3.根据权利要求1或2所述的一种四轴重载工业机器人，其特征在于，所述滑座部件固定联接RV减速器，伺服电机安装在RV减速器输入端，RV减速器输出法兰面上安装有空心传动轴，通过与安装在滑座部件上的轴承部件配合，输出动力，空心传动轴轴端与水平臂一部件固定安装，组成第一级水平回转轴副。

4.根据权利要求3所述的一种四轴重载工业机器人，其特征在于，水平臂一部件伸出端固定安装RV减速器，RV减速器输入端连接伺服电机，RV减速器输出法兰面上安装有空心传动轴，空心传动轴与轴承部件的轴承内孔配合，轴承部件安装在支承在水平臂二部件上，空心传动轴轴端与水平臂二部件固定安装，组成第二级水平回转轴副。

5.根据权利要求4所述的一种四轴重载工业机器人，其特征在于，水平臂二部件伸出端固定安装RV减速器，RV减速器输入端连接伺服电机；RV减速器输出法兰面上安装有空心传动轴，与轴承部件的轴承内孔配合，轴承部件安装在支承在水平臂二部件上，输出动力，空心传动轴轴端与腕法兰固定安装，组成第三级水平回转轴副。

6.根据权利要求5所述的一种四轴重载工业机器人，其特征在于，所述腕法兰联接外部工具。

7.根据权利要求6所述的一种四轴重载工业机器人，其特征在于，所述底座部件上设有机器人控制器。

8.根据权利要求7所述的一种四轴重载工业机器人，其特征在于，所述伺服电机，伺服电机，伺服电机的线缆通过各臂杆部件内部型腔联接到竖臂部件上并经由拖链联接到机器人控制器上。

9.根据权利要求1所述的一种四轴重载工业机器人，其特征在于，所述第一级水平回转轴副，第二级水平回转轴副以及第三级水平回转轴副均采用水平回转轴副通用性结构，水平回转轴副通用性结构的伺服电机安装在RV减速器上，RV减速器与固定臂杆的轴套部分的法兰面固定联接，输出轴联接在RV减速器的输出法兰上，输出轴另一端安装轴承，轴承外圈与固定臂杆的轴套配合，调整盖压紧轴承侧隙，形成RV减速器交叉滚子轴承与外部球轴承三角支承方式，回转臂杆安装在输出轴上，回转臂杆及前端铅垂载荷产生的倾覆弯矩负载卸荷到固定臂杆的轴套面上。