CN212372174U - 一种多功能工业机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多功能工业机器人。该多功能工业机器人包括底座，底座上设有工作台，底座上滑动装配有架体，架体上设有移动横梁，移动横梁上滑动装配有第一旋转移动架，第一旋转移动架的下侧铰接有第三旋转移动架，第三旋转移动架的下侧铰接有第二旋转移动架，第三旋转移动架与第一旋转移动架的连接处设有第六电机，第二旋转移动架与第三旋转移动架的连接处设有第一电机，第二旋转移动架上安装有第二电机，第二电机的转轴上连接有连接板，连接板的下侧固定连接有第二伸缩缸，第二伸缩缸固定连接有电磁铁，连接板的下侧接有第一伸缩缸，第一伸缩缸的活塞杆上连接有第三电机，第三电机的转轴上连接有刀具。本实用新型实现了一机多功能操作。

Description

一种多功能工业机器人

技术领域

本实用新型涉及工业机器人技术领域，特别是涉及一种多功能工业机器人。

背景技术

近年来，机器人在工业上的应用，推动了工业生产模式的变革。未来数年，工业生产中，将引入大量机器人，以取代高危、高重复率、低技术人力劳动工作，既可提高生产精度、生产效率，又可降低生产成本。实际上，目前大部分应用于生产中的机器人属于第一代机器人，其结构和功能均较为简单，它们的共性是具有特定功能，比如其运动形式有抓取，拆除、移动、翻转，在工业中，主要应用于磨削、焊接、切割、分拣等，但其功能较单一。每个工业机器人均由两部分组成，一部分是机器人的执行器——机械手，另一部分是机器人的大脑——控制器。机械手的结构形式直接决定机器人可完成的工作类型，应用于工业的机械手自由度一般有6～8个。目前，大部分工业机器人仅有一只机械手，其结构简单，可完成简单固定的工作，比如焊接、磨削等，但是其缺点也显而易见，功能过于单一，只能完成特定功能，具有一定局限性。

随着目前市场对于机器人的需求量的增加，对其期望值也与日俱增，需要机器人执行的任务复杂性也不断增加。单个机器人在操作能力或功能方面存在较大的局限性，对于复杂的工作任务，能力略显不足，如复杂的装配、安装或维修等任务。多臂机器人应运而生，目前市场上主要有两三只或更多机械手的机器人，其除具备单只机械手的功能外，还具备更多扩展功能，比如装配等需要多手臂共同协作完成的工作。

但是，实际生产中发现，加工、装配、焊接、码垛等工业机器人操作上往往只能完成一项工作。不仅仅是能源的浪费也是资源、空间的浪费，如果在生厂线上加工零件时会由于加工工件的机床改变而使装夹位置的改变，再次装夹时造成加工基准改变使加工零件的尺寸精度、形状位置精度达不到设计要求。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种多功能工业机器人，以解决加工操作中一台现有工业机器人仅能完成一项工作而存在资源浪费、空间浪费的技术问题。

本实用新型的一种多功能工业机器人的技术方案是：

一种多功能工业机器人，包括底座，所述底座上设有工作台，所述底座上滑动装配有位于所述工作台两侧的架体，所述架体上设有可沿架体上下运动的移动横梁，所述移动横梁上滑动装配有可沿移动横梁运动的第一旋转移动架，所述第一旋转移动架的下侧铰接有第三旋转移动架，所述第三旋转移动架的下侧铰接有第二旋转移动架，所述第三旋转移动架与第二旋转移动架的转动轴线相垂直，所述第二旋转移动架上安装有第二电机，所述第二电机的转轴上连接有连接板，所述连接板的下侧固定连接有第二伸缩缸，所述第二伸缩缸的下端固定连接有用于搬运工件的电磁铁，所述连接板的下侧还固定连接有第一伸缩缸，所述第一伸缩缸的活塞杆上连接有第三电机，第三电机的转轴上连接有刀具。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述底座上于工作台的两侧设有平行布置的燕尾导轨，所述燕尾导轨上滑动装配有滑座，所述架体固定连接在所述滑座上。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述滑座呈倒U形结构，所述滑座的两个竖直边的端部设有与所述燕尾导轨相匹配的燕尾槽，所述滑座的凹槽内设有固定块，所述固定块与所述架体固定连接，所述固定块上螺纹连接有沿燕尾导轨延伸的第一丝杠，所述第一丝杠转动时带动所述架体沿燕尾导轨滑动。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述架体内侧通过轴承组件安装有第二丝杠，所述第二丝杠上设有第二升降螺母，所述第二升降螺母与移动横梁固定连接。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述第二丝杠的端部设有第一齿形带轮，所述架体上设有第五电机，所述第五电机的转轴上固定连接有第二齿形带轮，所述第一齿形带轮与第二齿形带轮通过齿形带传动连接。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述第二电机的转轴上固定连接有轴承安装套，所述轴承安装套通过轴承座固定在所述第二旋转移动架上，所述轴承安装套与所述连接板固定连接。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述轴承安装套向下穿出所述连接板，所述轴承安装套于连接板的下侧设有将轴承安装套与连接板固定的锁紧螺母。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述连接板的下侧连接有环状的安装架，所述安装架上滑动装配有多个沿安装架周向布置的滑块，所述第三电机和第一伸缩缸均具有多个，多个第三电机一一对应连接在所述滑块上，多个滑块一一对应连接在所述第一伸缩缸的活塞杆的下端，所述安装架上设有用于监测刀具转动角度的角度传感器，所述电磁铁位于所述安装架的内部，所述第二伸缩缸驱动所述电磁铁进出所述安装架。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述架体的上端设有机械臂，所述机械臂的关节处安装有角度传感器以及速度传感器。

作为对上述技术方案的进一步改进，所述架体的上端固定连接有上横梁，所述上横梁为管状结构，所述上横梁内安装有第三伸缩缸，所述第三伸缩缸的活塞杆与所述机械臂固定连接，以使所述机械臂能够收回至所述上横梁内。

本实用新型的一种多功能工业机器人，与现有技术相比，其有益效果在于：

本实用新型的多功能工业机器人具有多个自由度，可以实现工件搬运、焊接、钻孔、扩孔、铰孔、攻丝等操作，解决了现有技术中一台工业机器人只能完成一个工作任务的缺点，实现一机多功能的操作。本实用新型的多功能工业机器人解决零件工位的改变而影响加工精度和节省转料时间，减少了能源的浪费和机器人作业空间。本实用新型的多功能工业机器人提高了加工质量、生产率和销售利润，创产创收。本实用新型的多功能工业机器人可以实现多角度、多个加工种类的加工，同时可以实现工件的搬运和装配。

本实用新型的多功能工业机器人通过在架体上安装第三伸缩缸，机械臂不受用时可将机械臂折叠后收回至架体的上横梁内，避免了因机械臂影响其他操作空间的问题。

本实用新型的多功能工业机器人通过设置电磁铁，使得机器人具有搬运功能，电磁铁不使用时可以收回至安装架内，不影响其他加工操作。

附图说明

图1是本实用新型的多功能工业机器人的侧视图；

图2是本实用新型的多功能工业机器人的主视图；

图3是本实用新型的多功能工业机器人的俯视图；

图中：1、底座；2、第一螺栓；3、第一螺母；4、第一丝杠；5、工作台；6、燕尾导轨；7、第二螺栓；8、滑座；9、架体；10、第二丝杠；11、第二升降螺母；12、第一轴承座；13、第一轴承；14、第一轴承压盖；15、第三压盖螺栓；16、第一上横梁；17、移动横梁；18、第四螺栓；19、第二轴承座；20、第二轴承；21、第三螺母；22、第三丝杠；23、第三螺母；24、第一旋转移动架；25、第一伺服电机；26、第五螺栓；27、第二旋转移动架；28、第二伺服电机；29、第一连接板；30、第一气缸；31、第一活塞杆；32、第六螺栓；33、第二连接板；34、减速机；35、第三轴承；36、第三轴承座；37、锁紧螺母；38、第一平键；39、第二气缸；40、第二活塞杆；41、电磁铁；42、第三伺服电机；43、刀具；44、第一位移传感器；45、第一角度传感器；46、第三气缸；47、第三活塞杆；48、第五伺服电机；49、第一谐波减速机；50、第一关节；51、第一手臂；52、第二关节；53、第二手臂；54、第三关节；55、第三手臂；56、第四关节；57、第四手臂；58、第五关节；59、机械手；60、第四轴承；61、第四轴承座；62、第四轴承盖；63、第六伺服电机；64、第四丝杠；65、第四伺服电机；66、第一转轴；67、第二平键；68、滑道；69、滑块；70、第二角度传感器；71、第二旋转移动架；72、第二位移传感器；73、轴承套；74、第二转轴；75、第三角度传感器；76、第三平键；77、第二位移传感器；78、滑道；79、滑块；80、第二上横梁；81、第一齿形带轮；82、第四平键；83、第二齿形带轮；84、第三齿形带轮；85、第六平键；86、第五平键；87、第五伺服电机；88、第一齿形带；89、第二齿形带；90、第三旋转移动架；91、轴承安装套；92、第七伺服电机；93、第四齿形带轮；94、第三齿形带；95、第五齿形带轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型的多功能工业机器人的具体实施例，如图1至图3所示，包括底座1，底座1上固定连接有工作台5以及燕尾导轨6，其中，燕尾导轨6具有四条，四条燕尾导轨6两两一组，两份燕尾导轨6通过第二螺栓7平行固定在工作台5两侧。燕尾导轨6上滑动装配有滑座8，滑座8呈倒U形结构，倒U形的滑座8的两个竖直边的下端具有与燕尾导轨6相匹配的燕尾槽。滑座8上固定连接有架体9。架体9的上部固定连接有第一上横梁16和第二上横梁80。优选的，倒U形的滑座8的内凹区域内设置有固定块，架体9通过第一螺栓2与固定块固定连接，继而实现架体9与滑座8固定连接。本实施例中，底座1上固定连接有第四伺服电机65，第四伺服电机65的转轴上传动连接有第一丝杠4，第四伺服电机65转动时，带动第一丝杠4转动。具体的，第一丝杠4的两端通过第四轴承60、第四轴承座61以及第四轴承盖62固定安装在底座1上。固定块上具有与第一丝杠4相匹配的螺孔，第一丝杠4螺纹连接在所述螺孔内。第四伺服电机65驱动第一丝杠4转动时，带动架体9沿燕尾导轨6滑动。

架体9上安装有第一轴承座12、第一轴承13以及第一轴承压盖14，第三压盖螺栓15将第一轴承座12固定在架体9上。第一轴承13内安装有第二丝杠10，第二丝杠10上安装有第一齿形带轮88、第三齿形带轮84、第四平键82以及第六平键85。第一上横梁16上固定连接有第五伺服电机87，第五伺服电机87的转轴通过第五平键86与第二齿形带轮83连接。本实施例中，第二丝杠10上螺纹连接有第二升降螺母11，第二升降螺母11上固定连接有移动横梁17。第五伺服电机87转动时，带动第二丝杠10转动，第二丝杠10带动移动横梁17上下移动。

本实施例中，移动横梁17上安装有第三丝杠22，第三丝杠22上安装有与第三丝杠22相匹配的第三螺母23，第三螺母23上固定连接有第一旋转移动架24。第一旋转移动架24上安装有第一转轴66，第一转轴66上设置有第二平键67，第一转轴66通过第二平键67连接有第二旋转移动架27以及第三旋转移动架90。第三旋转移动架90上安装有第一伺服电机25，第一伺服电机25传动连接有第二转轴74。第二转轴74通过第三平键76与第二连接板连接。第二连接板上安装有第二伺服电机28以及减速机，第二伺服电机28与减速机传动连接，减速机安装在轴承安装套91内。轴承安装套91通过第一平键38与第一连接板29固定连接，轴承安装套91于第一连接板29的下侧螺纹连接有锁紧螺母37，锁紧螺母37将轴承安装套91于第一连接板29锁紧。第一连接板29的下侧固定连接有环状的安装架，安装架的外壁滑动装配有八个沿上下方向滑动的滑道78，各个滑道78内滑动装配有滑块79，八个滑块79在安装架的周向上均匀间隔布置。第一连接板的下侧于安装架的外侧固定连接有八个第一气缸30、八个第一位移传感器44以及八个角度传感器45。八个第一气缸30在上下方向上与八个滑块一一对应，且第一气缸30的活塞杆的端部与滑块79固定连接。各个滑块79上分别固定连接有第三伺服电机42，各个第三伺服电机42的转轴上分别安装有刀具43。第三伺服电机42转动时，驱动刀具43旋转，从而完成对工件的钻孔、扩孔、铰孔、攻丝或打磨等操作，其他实施例中，第三伺服电机的转轴上还可以安装焊枪对工件进行焊接，还可以装配零部件。第一气缸30带动滑块79沿滑道78滑动的同时带动第三伺服电机42和刀具43作直线往复运动。移动距离由第一位移传感器44控制，从而可以控制加工孔的深度。第二伺服电机28转动时，带动减速机、轴承安装套91、第一连接板29、第一气缸30、电磁铁41、第三伺服电机42、刀具43一起运动。旋转的角度由第一角度传感器45控制。

为了在加工过程中便于搬运工件，轴承安装套91的下端固定连接有第二气缸39，第二气缸39包括缸体以及第二活塞杆40，第二活塞杆40的端部连接有电磁铁41。电磁铁位于安装架的中间位置，电磁铁41在第二气缸39和第二活塞杆40带动下可以实现上下往复运动，可以吸附工件，起到搬运作用。不使用时可以收回隐藏到刀架内，不影响其他操作。

本实施例中，移动横梁17上安装有第七伺服电机92，第七伺服电机92轴端安装有第四齿形带轮93。第三丝杠22端部安装有第五齿形带轮95，第五齿形带轮95与第四齿形带轮93通过第三齿形带94传动连接。本实施例中，第七伺服电机92转动时，带动第四齿形带轮93转动，第四齿形带轮93通过第三齿形带94带动第五齿形带轮95和第三丝杠22转动。第三丝杠22带动第三螺母23作直线往复运动，从而带动第一旋转移动架24、第二旋转移动架27、第一连接板29作直线往复运动。

本实施例中，第一旋转移动架24上安装有第六伺服电机63，第六伺服电机63与第一转轴66传动连接。第六伺服电机63转动时，带动第一转轴66旋转，从而带动第三旋转移动架90旋转一定角度。角度的大小由第二角度传感器70控制。第一伺服电机25转动时，带动第二转轴74转动，第二转轴74带动第二连接板旋转一定的角度，旋转角度的带下由第三角度传感器75控制。

本实施例中，第二上横梁80为空心结构，第二上横梁80内安装有第三气缸46和第三活塞杆47，第三活塞杆47和第一关节50连接。第一关节50内安装有第五伺服电机87和第一谐波减速机49，第一手臂51、第二关节52、第二手臂53、第三关节54、第三手臂55、第四关节56、第四手臂57、第五关节58以及机械手59逐个连接成机器人手臂部分，并且每个关节处都安装有角度传感器45和速度传感器，以控制机械臂的运动速度和角度。

第三气缸46的第三活塞杆47可以伸缩，伸出时将第一关节50顶出，第一关节50内的第五伺服电机87和谐波减速器49的旋转360°来调整机械臂的空间姿态，同时各个关节处都有伺服电机和谐波减速器，各个机械臂都可以旋转一定的角度，角度和速度的大小可以由安装在关节处的角度传感器和速度传感器进行控制，以调整各个机械臂的空间姿态。

本实施例中，机械手59可以实现工件的搬运、码垛、焊接、打磨、安装零件等功能。机械臂和机械手59部分在完成加工后可以转动各个关节使机械臂重叠收回至架体9的第二上横梁80上，第三活塞杆47收回带动所有机械臂部分隐藏在第二上横梁80内，从而不占用空间。

本实施例中，工作台5上安装有变位机与刀具43配合可以实现多角度的加工。变位机主要可实现回转和翻转两个功能。实际上，变位机的回转功能与刀架的回转功能属于冗余功能，通过变位机与刀架配合，以最快的速度实现刀具43与工件加工位置的定位。而变位机的翻转功能，通过角度传感器和速度传感器等控制变位机的伺服电机可实现工件的角度和速度控制，使工件处于最佳的装配、加工角度。

本实用新型的多功能工业机器人的工作原理为：第三气缸46伸出时将第一关节50顶出，第一关节50内的第五伺服电机8748和谐波减速器的旋转360°来调整机械臂的空间姿态，同时各个关节处都有伺服电机和谐波减速器，各机械臂都可以旋转一定的角度，角度和速度的大小可以由安装在关节处的角度传感器和速度传感器控制，调整各个机械臂的空间姿态。机械手59(需要说明的是，机械手可以根据需要更换不同类型的机械手)可以实现对工件的搬运、码垛、焊接、打磨、安装零件。机械臂和机械手59部分在完成加工后可以转动各个关节使机械臂重叠收回放在第二上横梁80上，第三气缸46收回带动所有机械臂部分隐藏在第二架体9上横梁内。不占有空间。

隐藏在第二上横梁80内的四个对称分布的多轴机器人手臂，通过对四个多轴机器人的运动学和动力学分析，确定多轴机器人各手臂长度以及手臂旋转角度，可以使四个手臂共同构成的工作空间几乎实现360°覆盖。不仅可以使机械手59以设定速度到达目标位置，同时可以控制利用角度传感器和速度传感器使机械手59以最佳姿态接近工件；另外，机械手59可以以最佳路径到达目标位置，在不发生干涉的前提下获得最高效率。四个机械手59安装有不同工具或刀具43，可以实现对工件的焊接、打磨、钻孔、攻丝、铰孔、铣削、搬运、上下料等操作，另外，通过机械臂的配合，还能实现装配等操作。完成加工任务后可以收回到第一上横梁内，减少空间和避免与其它物体发生干涉。

第五伺服电机87旋转带动第二齿形带轮83转动，通过第一齿形带和第二齿形带带动第一齿形带轮81和第三齿形带94轮转动，从而使左右两根第二丝杠10旋转带动第二升降螺母11，进而使移动横梁17上下移动。

第六伺服电机63旋转带动第一转轴66旋转，从而带动第三旋转移动架90体9旋转一定的角度，旋转角度的大小由第二角度传感器70控制。第一伺服电机25旋转带动第二转轴74旋转从而带动第二连接板旋转一定的角度，旋转角度的大小由第三角度传感器75控制。第二伺服电机28旋转带动减速机、轴承安装套91，第一连接板29，第一气缸30、第一气缸30、电磁铁41等加工部分的零部件一起运动，旋转的角度由第一角度传感器45控制调整。第一气缸30带动滑块69沿滑道68带动第三伺服电机42和加工刀具43上下往复直线运动。移动距离由第一位移传感器44控制。第三伺服电机42旋转使加工刀具43旋转或者安装打磨工具对工件进行打磨，还可以安装焊枪对工件进行焊接，还可以装配零部件，安装不同的机械手59可以实现搬运或码垛。每次加工结束或操作结束都可以把气缸活塞杆收回，隐藏起来，其他操作项目不会受到空间的限制，发生干涉现象。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种多功能工业机器人，其特征在于，包括底座，所述底座上设有工作台，所述底座上滑动装配有位于所述工作台两侧的架体，所述架体上设有可沿架体上下运动的移动横梁，所述移动横梁上滑动装配有可沿移动横梁运动的第一旋转移动架，所述第一旋转移动架的下侧铰接有第三旋转移动架，所述第三旋转移动架的下侧铰接有第二旋转移动架，所述第三旋转移动架与第二旋转移动架的转动轴线相垂直，所述第二旋转移动架上安装有第二电机，所述第二电机的转轴上连接有连接板，所述连接板的下侧固定连接有第二伸缩缸，所述第二伸缩缸的下端固定连接有用于搬运工件的电磁铁，所述连接板的下侧还固定连接有第一伸缩缸，所述第一伸缩缸的活塞杆上连接有第三电机，第三电机的转轴上连接有刀具。

2.根据权利要求1所述的多功能工业机器人，其特征在于，所述底座上于工作台的两侧设有平行布置的燕尾导轨，所述燕尾导轨上滑动装配有滑座，所述架体固定连接在所述滑座上。

3.根据权利要求2所述的多功能工业机器人，其特征在于，所述滑座呈倒U形结构，所述滑座的两个竖直边的端部设有与所述燕尾导轨相匹配的燕尾槽，所述滑座的凹槽内设有固定块，所述固定块与所述架体固定连接，所述固定块上螺纹连接有沿燕尾导轨延伸的第一丝杠，所述第一丝杠转动时带动所述架体沿燕尾导轨滑动。

4.根据权利要求1所述的多功能工业机器人，其特征在于，所述架体内侧通过轴承组件安装有第二丝杠，所述第二丝杠上设有第二升降螺母，所述第二升降螺母与移动横梁固定连接。

5.根据权利要求4所述的多功能工业机器人，其特征在于，所述第二丝杠的端部设有第一齿形带轮，所述架体上设有第五电机，所述第五电机的转轴上固定连接有第二齿形带轮，所述第一齿形带轮与第二齿形带轮通过齿形带传动连接。

6.根据权利要求1所述的多功能工业机器人，其特征在于，所述第二电机的转轴上固定连接有轴承安装套，所述轴承安装套通过轴承座固定在所述第二旋转移动架上，所述轴承安装套与所述连接板固定连接。

7.根据权利要求6所述的多功能工业机器人，其特征在于，所述轴承安装套向下穿出所述连接板，所述轴承安装套于连接板的下侧设有将轴承安装套与连接板固定的锁紧螺母。

8.根据权利要求1所述的多功能工业机器人，其特征在于，所述连接板的下侧连接有环状的安装架，所述安装架上滑动装配有多个沿安装架周向布置的滑块，所述第三电机和第一伸缩缸均具有多个，多个第三电机一一对应连接在所述滑块上，多个滑块一一对应连接在所述第一伸缩缸的活塞杆的下端，所述安装架上设有用于监测刀具转动角度的角度传感器，所述电磁铁位于所述安装架的内部，所述第二伸缩缸驱动所述电磁铁进出所述安装架。

9.根据权利要求1所述的多功能工业机器人，其特征在于，所述架体的上端设有机械臂，所述机械臂的关节处安装有角度传感器以及速度传感器。

10.根据权利要求9所述的多功能工业机器人，其特征在于，所述架体的上端固定连接有上横梁，所述上横梁为管状结构，所述上横梁内安装有第三伸缩缸，所述第三伸缩缸的活塞杆与所述机械臂固定连接，以使所述机械臂能够收回至所述上横梁内。

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