CN215701705U - 一种六自由度重载圆柱坐标机器人 - Google Patents

Abstract

一种六自由度重载圆柱坐标机器人，包括：用于周向旋转形成圆柱空间包络的第一旋转轴机构；用于构成垂直方向直线运动自由度的第二垂直升降轴机构，其设于第一旋转轴机构的上方；用于构成水平面上铰链机器人手臂的第三水平旋转轴机构，其设于第二垂直升降轴机构一侧；用于构成机器人腕关节结构的第四旋转轴机构、第五摆动轴机构、第六旋转轴机构，所述第四旋转轴机构、第五摆动轴机构、第六旋转轴机构依次设于第三水平旋转轴机构远离第二垂直升降轴机构的一侧。该六自由度重载圆柱坐标机器人作业半径大，垂直方向刚度大，末端机器人手腕关节具有三个自由度，可以使末端设备实现三维空间任意姿态可达。

Description

一种六自由度重载圆柱坐标机器人

【技术领域】

本实用新型涉及重型特种工业机器人设备技术领域，尤其是一种六自由度的重载圆柱坐标机器人。

【背景技术】

工业机器人与传统自动化手段不同之处，首先在于它在各种生产功能上的通用性和重新调整的柔性，工业机器人和基本工业装备、辅助设备及控制系统一起形成各种不同形式的机器人综合体--柔性生产系统基本结构模块。

在重载零部件装配生产和大作业半径检测领域，如(堆垛、拧螺丝、压配、铆接、卷边、胶合、大平面玻璃打磨和检测)为实现工业机器人操作，工业机器人必须满足以下四个条件：1)在垂直方向上手臂应能作直线运动；2)结构沿垂直轴方向上要有足够的刚度，承受在装配方向上产生的相当大的作用力；3)有补偿定位误差的可能性；4)工作机构能高速运动。

而目前现有技术中应用的水平关节机器人为轻型和中型负载能力，负载能力低，多应用于轻小零部件如3C产品螺钉装配、打磨和分拣等领域，且水平关节机器人不具备机器人手腕关节；自由度和操作空间都受限制。

如何满足工业机器人在重载零部件装配生产和大作业半径检测领域，如(堆垛、拧螺丝、压配、铆接、卷边、胶合、大平面玻璃打磨和检测)等场景中的应用是工业机器人开发和研究人员急需解决的问题。

【实用新型内容】

针对上述问题，本实用新型提供一种六自由度重载圆柱坐标机器人，该机器人具有直角坐标机器人的垂直方向直线运动的自由度、水平关节机器人的水平旋转自由度、串联关节机器人的手腕关节机构及其自由度；作业半径大，垂直方向刚度大，末端机器人手腕关节具有三个自由度，可以使末端设备实现三维空间任意姿态可达。

本实用新型是通过以下技术方案实现的，提供一种六自由度重载圆柱坐标机器人，包括：

用于周向旋转形成圆柱空间包络的第一旋转轴机构；

用于构成垂直方向直线运动自由度的第二垂直升降轴机构，其设于第一旋转轴机构的上方，在第一旋转轴机构的作用下实现旋转；

用于构成水平面上铰链机器人手臂的第三水平旋转轴机构，其设于第二垂直升降轴机构一侧；

用于构成机器人腕关节结构的第四旋转轴机构、第五摆动轴机构、第六旋转轴机构，所述第四旋转轴机构、第五摆动轴机构、第六旋转轴机构依次设于第三水平旋转轴机构远离第二垂直升降轴机构的一侧。

特别的，所述第一旋转轴机构包括：底座、一轴RV减速机、第一连接件、一轴电机，所述底座与第一连接件内部皆为空心，所述第一连接件设于底座上方与底座形成一容纳空间，所述一轴RV减速机设于容纳空间内，所述一轴电机通过输入齿轮轴设于第一连接件上方。

特别的，所述一轴RV减速机为中空结构，其中空结构内部设有用于使线缆穿过的第一过线筒，所述第一过线筒的一端插设于底座上方，另一端插入第一连接件内。

特别的，所述第二垂直升降轴机构包括：中空立柱、丝杆、二轴电机、四个滑块，所述中空立柱设于第一连接件上方，所述一轴电机设于中空立柱内，且该中空立柱内沿柱体上下设有两根直线导轨，所述丝杆设于直线导轨一侧，该丝杆两端部为通过轴承座组件设于直线导轨内，所述丝杆与轴承座组件内的轴承形成旋转副使得丝杆可进行高速旋转运动，所述二轴电机设于中空立柱顶部内侧，该二轴电机通过联轴器与丝杆顶端连接使丝杆进行旋转运动，所述中空立柱靠近丝杆的一侧设有一第三臂，该第三臂上设有四个滑块，所述四个滑块远离第三臂的一端分别设于两个直线导轨上，该第三臂和中空立柱之间通过直线导轨和滑块形成导向机构，所述丝杆上设有一丝杆螺母，该丝杆螺母与第三臂连接为一体，所述丝杆螺母与丝杆形成螺旋副，在丝杆的作用下带动第三臂进行直线运动。

特别的，所述中空立柱外壁设有风琴罩，所述丝杆两端部为光杆。

特别的，所述第三水平旋转轴机构包括：三轴RV减速机、三轴电机，所述第三臂远离第二垂直升降轴机构的一端为空心臂，所述三轴RV减速机设于空心臂内，所述三轴电机外部设有壳体，且该三轴电机的输出轴端的齿轮与三轴RV减速机输入端的齿轮相啮合进行啮合传动，所述三轴RV减速机的输出端设有一第四臂。

特别的，所述第四旋转轴机构包括：设于第四臂远离第三水平旋转轴机构一端的固定座、设于固定座另一端的第四法兰、四轴电机、四轴RV减速机、四轴输入齿轮，所述四轴电机安装于第四臂内部，其输出轴与四轴输入齿轮连接，所述四轴输入齿轮与四轴RV减速机输入端的齿轮相啮合，所述四轴RV减速机的输出端设于第四法兰端面。

特别的，所述该四轴RV减速机为中空结构，其中空结构内部设有用于使线缆穿过的第二过线筒。

特别的，所述第五摆动轴机构包括：五轴壳体、五轴电机、第一同步带轮、第二同步带轮、五轴RV减速机，所述五轴壳体一端通过一连接件与第四法兰连接为一体，所述五轴电机设于五轴壳体靠近连接件的一端，所述第一同步带轮设于五轴电机的输出轴上，所述五轴 RV减速机设于五轴壳体远离连接件的一端，所述第二同步带轮设于五轴RV减速机的输入轴上，所述第一同步带轮、第二同步带轮通过一齿形带连接形成同步带传动。

特别的，所述第六旋转轴机构包括：六轴壳体、六轴电机、六轴输入齿轮轴、六轴RV减速机，所述六轴壳体一端插入五轴壳体内与五轴RV减速机输出端连接，所述六轴电机设于六轴壳体内，且该六轴电机与六轴输入齿轮轴键连接，所述六轴输入齿轮轴与六轴RV减速机的输入齿轮相啮合，所述六轴RV减速机通过一安装座设于设于六轴壳体远离五轴壳体的一端。

本实用新型提供一种六自由度重载圆柱坐标机器人，具有以下有益效果：

1、同时具有直角坐标机器人的垂直方向直线运动自由度，具有水平关节机器人的水平旋转自由度；具有串联关节机器人的手腕关节自由度；满足重载装配用机器人特性；

2、机构布局精巧、结构紧凑，防护等级高，具有独有的垂直升降直线轴，精度高，行程大；

3、机器人末端是关节机器人4/5/6轴腕关节机构，为模块化设计，可进行多变的组合方式；

4、机器人构型为高刚性、大负载、大作业半径的复合机构工业机器人。

【附图说明】

图1为本实用新型一种六自由度重载圆柱坐标机器人的结构示意图；

图2为本实用新型一种六自由度重载圆柱坐标机器人中第一旋转轴机构、第二垂直升降轴机构、第三水平旋转轴机构的截面图；

图3为本实用新型一种六自由度重载圆柱坐标机器人中四旋转轴机构、第五摆动轴机构、第六旋转轴机构的截面图。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进一步详细说明。

请参阅图1-3，本实用新型提供一种六自由度重载圆柱坐标机器人，其具有留个自由度，分别为：第一旋转轴机构100、第二垂直升降轴机构200、第三水平旋转轴机构300、第四旋转轴机构400、第五摆动轴机构500、第六旋转轴机构600，其中第一旋转轴机构100 周向旋转可形成圆柱空间包络，第二垂直升降轴机构200构成垂直方向的直线运动自由度，第三水平旋转轴机构300构成水平面上铰链的机器人手臂，第四旋转轴机构400、第五摆动轴机构500、第六旋转轴机构600构成机器人的腕关节结构。

于本实用新型中，所述一轴RV减速机102通过螺栓固定于底座 101与第一连接件103形成的容纳空间105内，中空立柱201通过一第一连接件103设于底座101上方，所述一轴RV减速机102输出端面于第一连接件103空心位置伸出后与中空立柱201一端固定连接，一输入齿轮轴106与一轴电机104的输出轴键连接，一轴电机104输入轴上的齿轮与一轴RV减速机102的输入端的齿轮相啮合，如此一轴电机104旋转通过一输入齿轮轴106传动带动一轴RV减速机102 的输出端面旋转，而一轴电机104安装在中空立柱201下方，即带动中空立柱201进行轴向旋转运动，如此构成了第一旋转轴机构。

所述二轴电机203固定设于中空立柱201顶端内壁，其通过联轴器207与丝杆202顶端连接，如此二轴电机203带动联轴器207和丝杆202进行旋转运动，同时丝杆202两端通过轴承座组件进行支撑，而轴承座组件内的轴承与丝杆202两端部的光杆部分配合形成旋转副，从而使得丝杆进行告诉旋转运动，且该中空立柱201内沿柱体上下设有两根直线导轨206，所述丝杆202设于直线导轨206一侧，所述中空立柱201靠近丝杆202的一侧设有一第三臂700，该第三臂700 上设有四个滑块204，所述丝杆202上设有一丝杆螺母205，该丝杆螺母205与第三臂700连接为一体，所述丝杆螺母205与丝杆202形成螺旋副，丝杆202转动，带动丝杆螺母205进行直线运动，相应的第三臂700进行垂直直线运动，所述四个滑块204远离第三臂700的一端分别设于两个直线导轨206上，该第三臂700和中空立柱201之间通过直线导轨206和滑块204形成导向机构，即构成了第二垂直升降轴机构。

所述第三臂700远离第二垂直升降轴机构200的一端为空心臂 701，所述三轴RV减速机301设于空心臂701内，所述三轴电机302 外部设有壳体303，且该三轴电机302的输出轴端的齿轮与三轴RV 减速机301输入端的齿轮相啮合进行啮合传动，所述三轴RV减速机301的输出端设有一第四臂800，所述三轴电机302旋转，带动三轴 RV减速机301输出端旋转，此时第四臂800做水平旋转运动，即构成第三旋转轴。

所述四轴RV减速机404法兰端安装于固定座401上，固定座401 安装于第四臂远离第三水平旋转轴机构300的一端的，四轴电机403 安装于固定座401内部，该四轴电机403的旋转运动输出至四轴输入齿轮405，所述四轴输入齿轮405通过轴承支撑，其齿轮部分与四轴 RV减速机404输入端的齿轮相啮合，使四轴RV减速机404输出端面旋转，而第四法兰402固定连接在四轴RV减速机404的输出端面上，因此四轴RV减速机404旋转将带动第四法兰402旋转，即构成第四旋转轴机构。

所述第五轴壳体501一端通过一连接件506与第四法兰402连接为一体，所述五轴电机502设于五轴壳体501靠近连接件506的一端，其输出轴上安装的第一同步带轮503，通过同步齿形带507和第二同步带轮504形成同步带传动，而第二同步带轮504安装于五轴RV减速机505的输入轴上，六轴壳体601安装于五轴RV减速机505的输出端面上，在五轴电机502旋转的情况下，通过同步带传动带动五轴 RV减速机505端面进行旋转，进而使六轴壳体601进行摆动，如此及构成第五摆动轴机构。

所述六轴电机602设于六轴壳体601内，安装座605和六轴壳体固定连接，六轴RV减速机604通过法兰和安装座605进行连接，六轴电机602与六轴输入齿轮轴603通过键连接，六轴RV减速机604 输入端的齿轮与六轴输入齿轮轴603相啮合，如此六轴电机602通过六轴输入齿轮轴603即可带动与其相啮合的六轴RV减速机604进行传动，即构成第六旋转轴机构。

特别的，所述一轴RV减速机102为中空结构，其中空结构内部设有用于使线缆穿过的第一过线筒107，所述第一过线筒107的一端插设于底座101上方，另一端插入第一连接件103内，如此设计，第一过线筒可以避免由于第一旋转轴机构旋转时，使一轴RV减速机102和其余零件划伤连接线缆，从而对线缆起到保护作用。

特别的，所述中空立柱201外壁设有风琴罩209，所述丝杆202 两端部为光杆，如此设计，风琴罩可以对内部结构起到一个防尘、防水的作用，从而间接提高其使用寿命。

特别的，所述该四轴RV减速机404为中空结构，其中空结构内部设有用于使线缆穿过的第二过线筒406，如此设计，第四旋转轴机构400、第五摆动轴机构500、第六旋转轴机构600所安装的电缆可于第二过线筒406穿过，从而对线缆起到保护作用。

Claims (10)

1.一种六自由度重载圆柱坐标机器人，其特征在于，包括：

用于周向旋转形成圆柱空间包络的第一旋转轴机构(100)；

用于构成垂直方向直线运动自由度的第二垂直升降轴机构(200)，其设于第一旋转轴机构(100)的上方，在第一旋转轴机构(100)的作用下实现旋转；

用于构成水平面上铰链机器人手臂的第三水平旋转轴机构(300)，其设于第二垂直升降轴机构(200)一侧；

用于构成机器人腕关节结构的第四旋转轴机构(400)、第五摆动轴机构(500)、第六旋转轴机构(600)，所述第四旋转轴机构(400)、第五摆动轴机构(500)、第六旋转轴机构(600)依次设于第三水平旋转轴机构(300)远离第二垂直升降轴机构(200)的一侧。

2.根据权利要求1所述的一种六自由度重载圆柱坐标机器人，其特征在于，所述第一旋转轴机构(100)包括：底座(101)、一轴RV减速机(102)、第一连接件(103)、一轴电机(104)，所述底座(101)与第一连接件(103)内部皆为空心，所述第一连接件(103)设于底座(101)上方与底座(101)形成一容纳空间(105)，所述一轴RV减速机(102)设于容纳空间(105)内，所述一轴电机(104)通过输入齿轮轴(106)设于第一连接件(103)上方，且该输入齿轮轴(106)上的齿轮与一轴RV减速机(102)的输入端齿轮相啮合。

3.根据权利要求2所述的一种六自由度重载圆柱坐标机器人，其特征在于，所述一轴RV减速机(102)为中空结构，其中空结构内部设有用于使线缆穿过的第一过线筒(107)，所述第一过线筒(107) 的一端插设于底座(101)上方，另一端插入第一连接件(103)内。

4.根据权利要求2所述的一种六自由度重载圆柱坐标机器人，其特征在于，所述第二垂直升降轴机构(200)包括：中空立柱(201)、丝杆(202)、二轴电机(203)、四个滑块(204)，所述中空立柱(201)设于第一连接件(103)上方，所述一轴电机(104)设于中空立柱(201)内，且该中空立柱(201)内沿柱体上下设有两根直线导轨(206)，所述丝杆(202)设于直线导轨(206)一侧，该丝杆(202)两端部为通过轴承座组件设于直线导轨(206)内，所述丝杆(202)与轴承座组件内的轴承形成旋转副使得丝杆(202)可进行高速旋转运动，所述二轴电机(203)设于中空立柱(201)顶部内侧，该二轴电机(203)通过联轴器(207)与丝杆(202)顶端连接使丝杆(202)进行旋转运动，所述中空立柱(201)靠近丝杆(202)的一侧设有一第三臂(700)，该第三臂(700)上设有四个滑块(204)，所述四个滑块(204)远离第三臂(700)的一端分别设于两个直线导轨(206)上，该第三臂(700)和中空立柱(201)之间通过直线导轨(206)和滑块(204)形成导向机构，所述丝杆(202)上设有一丝杆螺母(205)，该丝杆螺母(205)与第三臂(700)连接为一体，所述丝杆螺母(205)与丝杆(202)形成螺旋副，在丝杆(202)的作用下带动第三臂(700)进行直线运动。

5.根据权利要求4所述的一种六自由度重载圆柱坐标机器人，其特征在于，所述中空立柱(201)外壁设有风琴罩(209)，所述丝杆(202)两端部为光杆。

6.根据权利要求5所述的一种六自由度重载圆柱坐标机器人，其特征在于，所述第三水平旋转轴机构(300)包括：三轴RV减速机(301)、三轴电机(302)，所述第三臂(700)远离第二垂直升降轴机构(200)的一端为空心臂(701)，所述三轴RV减速机(301)设于空心臂(701)内，所述三轴电机(302)外部设有壳体(303)，且该三轴电机(302)的输出轴端的齿轮与三轴RV减速机(301)输入端的齿轮相啮合进行啮合传动，所述三轴RV减速机(301)的输出端设有一第四臂(800)。

7.根据权利要求6所述的一种六自由度重载圆柱坐标机器人，其特征在于，所述第四旋转轴机构(400)包括：设于第四臂(800)远离第三水平旋转轴机构(300)一端的固定座(401)、设于固定座(401)另一端的第四法兰(402)、四轴电机(403)、四轴RV减速机(404)、四轴输入齿轮(405)，所述四轴电机(403)安装于第四臂(800)内部，其输出轴与四轴输入齿轮(405)连接，所述四轴输入齿轮(405)与四轴RV减速机(404)输入端的齿轮相啮合，所述四轴RV减速机(404)的输出端设于第四法兰(402)端面。

8.根据权利要求7所述的一种六自由度重载圆柱坐标机器人，其特征在于，所述该四轴RV减速机(404)为中空结构，其中空结构内部设有用于使线缆穿过的第二过线筒(406)。

9.根据权利要求7所述的一种六自由度重载圆柱坐标机器人，其特征在于，所述第五摆动轴机构(500)包括：五轴壳体(501)、五轴电机(502)、第一同步带轮(503)、第二同步带轮(504)、五轴RV减速机(505)，所述五轴壳体(501)一端通过一连接件(506)与第四法兰(402)连接为一体，所述五轴电机(502)设于五轴壳体(501)靠近连接件(506)的一端，所述第一同步带轮(503)设于五轴电机(502)的输出轴上，所述五轴RV减速机(505)设于五轴壳体(501)远离连接件(506)的一端，所述第二同步带轮(504)设于五轴RV减速机(505)的输入轴上，所述第一同步带轮(503)、第二同步带轮(504)通过一齿形带(507)连接形成同步带传动。

10.根据权利要求9所述的一种六自由度重载圆柱坐标机器人，其特征在于，所述第六旋转轴机构(600)包括：六轴壳体(601)、六轴电机(602)、六轴输入齿轮轴(603)、六轴RV减速机(604)，所述六轴壳体(601)一端插入五轴壳体(501)内与五轴RV减速机(505)输出端连接，所述六轴电机(602)设于六轴壳体(601)内，且该六轴电机(602)与六轴输入齿轮轴(603)键连接，所述六轴输入齿轮轴(603)与六轴RV减速机(604)的输入齿轮相啮合，且该六轴RV减速机(604)通过一安装座(605)设于设于六轴壳体(601)远离五轴壳体(501)的一端。

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