CN101559597A - 多功能龙门式七轴工业机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的是一种多功能龙门式七轴工业机器人。第一立柱(3)、第二立柱(6)分别通过第一移动关节轴(2)、第二移动关节轴(5)安装于第一轨道(1)与第二轨道(4)上，横梁(7)安装于第一立柱(3)和第二立柱(6)之间；移动臂(9)通过第三移动关节轴(8)安装于横梁(7)上；升降臂(11)通过第四移动关节轴(10)安装在移动臂(9)上；第一旋转臂(13)通过第一旋转关节轴(12)安装在升降臂(11)端部；第二旋转臂(15)通过第二旋转关节轴(14)安装在第一旋转臂(13)上；第三旋转臂(17)通过第三旋转关节轴(16)安装在第二旋转臂(15)上；末端执行器(19)通过第四旋转关节轴(18)安装在第三旋转臂(17)的端部。本发明具有七个自由度，其中三个为移动关节，四个为转动关节，是一种能完成多种作业和能胜任大空间作业的工业用机器人。

Description

多功能龙门式七轴工业机器人
(一)技术领域
本发明涉及的是一种工业用机器人，主要涉及一种七个自由度、串连、龙门结构可以完成多种作业的工业用机器人结构。
(二)背景技术
目前，机器人广泛被应用于检测、喷砂、装配、搬运、焊接等各种加工作业当中，工业用串连式机器人结构基本四种一下基本结构：直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、极坐标型机器人和多关节机器人，其中直角坐标机器人，它的精度和位置分辨率不随工作场合而变化，容易达到高精度，但是它的操作范围小，手臂收缩的同时，向相反方向伸出并妨碍工作。圆柱坐标型机器人可以绕中心轴旋转一个角度，因此其工作范围可以相对扩大，且计算简单，但是它的手臂可以到达的空间受到限制，不能到达靠近立柱或地面的空间；极坐标型机器人又称为球坐标型机器人，可以绕中心轴旋转，在中心支架附近的工作范围相对较大，但是，它的坐标系复杂，难以控制。多关节机器人可以实现多方向的***，其中的类型也较多，给出了它的各种类型，因其安装固定方式致使运动范围受到限制。
因传统工业用机器人结构的限制，致使其作业空间受限和无法完成大空间作业；而采用爬行或者移动式机器人完成所要求的作业，其运动精度低并且控制算法相对较难，无法胜任大空间作业，现多处于研究阶段，还无法达到实用。现实中急需能完成多种作业和能胜任大空间作业的一种工业用机器人新结构。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种能完成多种作业和能胜任大空间作业的多功能龙门式七轴工业机器人。
本发明的目的是这样实现的：
第一立柱3、第二立柱6分别通过第一移动关节轴2、第二移动关节轴5安装于第一轨道1与第二轨道4上，横梁7安装于第一立柱3和第二立柱6之间。移动臂9通过第三移动关节轴8安装于横梁7上。升降臂11通过第四移动关节轴10安装在移动臂9上。第一旋转臂13通过第一旋转关节轴12安装在升降臂11端部。第二旋转臂15通过第二旋转关节轴14安装在第一旋转臂13上。第三旋转臂17通过第三旋转关节轴16安装在第二旋转臂15上。末端执行器19通过第四旋转关节轴18安装在第三旋转臂17的端部。
第一轨道1、第一移动关节轴2、第一立柱3、第二轨道4、第二移动关节轴5、第二立柱6和横梁7构成X关节，立柱3、立柱6和横梁7构成龙门架，第一移动关节轴2和第二移动关节轴5互相平行；第三移动关节轴8和移动臂9构成Y关节，Y关节的移动方向与X关节的移动方向相垂直；第四移动关节轴10和升降臂11构成Z关节，Z关节的移动方向与Y关节的移动方向和X关节的移动方向相互垂直；第一旋转关节轴12和第一旋转臂13构成U关节，其中第一旋转关节轴12的轴心与Z关节的移动方向相平行；第二旋转关节轴14和第二旋转臂15构成V关节，其中第二旋转关节轴14的轴心与第一旋转关节轴12的轴心相垂直；第三旋转关节轴16和末端执行器17构成W关节，其中第三旋转关节轴16的轴心与旋转关节轴14的轴心相平行；第四旋转关节轴18和术端执行器19构成R关节，第四旋转关节轴18的旋转轴心与第三旋转关节轴16的旋转轴心相垂直。
为了实现在大空间范围内实现检测、喷丸、喷涂、清刷、搬运、装配和各种加工作业，本发明采用串连式结构，具有七个自由度，其中三个为移动关节，四个为转动关节，可以认为是由X、Y、Z三坐标机器人加上一个四关节手臂的机器人相组合而成，相对于多功能龙门式6轴工业机器人机构而言，具有更大工作空间和作业灵活性。
为了实现大空间作业，相对于其安装固定位置，在龙门架上连续采用三个移动自由度；在龙门架两个底脚处，为第一个移动关节，按照龙门跨度来决定采用是单边驱动还是双边驱动，无论是单边驱动还是双边驱动都不改变此处只有一个自由度的性质，并命名此处为X关节；在龙门架横梁上实现第二移动关节，沿着横梁纵向移动，并命名此处为Y关节；在横梁上相对于与X关节移动方向和Y关节移动方向都垂直的方向上实现第三个移动关节；并命名为Z关节；因此，以龙门架为基础实现了x，y和z三个方向的运动，其中的大空间是以这三个自由度实现的。在Z关节的手臂下端，即升降臂的下端安装第一个旋转关节，并且此关节的旋转轴心与Z关节上升降臂的移动方向相同，并命名为U关节；在U关节手臂上安装旋转关节V，并且V关节的旋转轴心与U关节的旋转轴心互相垂直；V关节手臂上安装W旋转关节，并且使W旋转关节的轴心与V旋转轴心相平行；在W关节臂上安装旋转关节R，并使R关节的轴心与W关节的轴心相垂直；通过上述七自由度的串连结构的协调运动，从而实现空间位姿的调整，即而实现了在大空间内确定位置和姿态。
(四)附图说明
图1为本发明的总体结构示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，本发明的组成包括第一轨道1、第一移动关节轴2、第一立柱3、第二轨道4、第二移动关节轴5、第二立柱6、横梁7、第三移动关节轴8、移动臂9、第四移动关节轴10、升降臂11、第一旋转关节轴12、第一旋转臂13、第二旋转关节轴14、第二旋转臂15、第三旋转关节轴16、第三旋转臂17、第四旋转关节轴18和末端执行器19。
第一立柱3、第二立柱6分别通过第一移动关节轴2、第二移动关节轴5安装于第一轨道1与第二轨道4上，横梁7安装于第一立柱3和第二立柱6之间。移动臂9通过第三移动关节轴8安装于横梁7上。升降臂11通过第四移动关节轴10安装在移动臂9上。第一旋转臂13通过第一旋转关节轴12安装在升降臂11端部。第二旋转臂15通过第二旋转关节轴14安装在第一旋转臂13上。末端执行器17通过第三旋转关节轴16安装在第二旋转臂15的端部。
X关节由第一轨道1、第一移动关节轴2、第一立柱3、第二轨道4、第二移动关节轴5、第二立柱6和横梁7构成，第一立柱3、第二立柱6和横梁7构成龙门架，第一移动关节轴2和第二移动关节轴5互相平行，根据龙门架的跨度，来确定是采用单边驱动还是双边驱动，但无论是单边驱动还是双边驱动其仍为一个自由度；Y关节是由第三移动关节轴8和移动臂9构成，Y关节的移动方向与X关节的移动方向相垂直；Z关节是由第四移动关节轴10和升降臂11构成，Z关节的移动方向与Y关节的移动方向和X关节的移动方向相互垂直；U关节是由第一旋转关节轴12和第一旋转臂13构成，其中第一旋转关节轴12的轴心与Z关节的移动方向相平行；V关节是由第二旋转关节轴14和第二旋转臂15构成，其中第二旋转关节轴14的轴心与第一旋转关节轴12的轴心相垂直；W关节是由第三旋转关节轴16和第三旋转臂17构成，其中点旋转关节轴16的轴心与第二旋转关节轴14的轴心相平行；R关节是由第四旋转关节轴18和末端执行器19构成，第四旋转关节轴18的旋转轴心与第三旋转关节轴16的旋转轴心相垂直。其中各轴的驱动方式可以根据使用环境、定位精度、重复定位精度和具体的作业情况来确定。

Claims (2)

1、一种多功能龙门式七轴工业机器人，其特征是：第一立柱(3)、第二立柱(6)分别通过第一移动关节轴(2)、第二移动关节轴(5)安装于第一轨道(1)与第二轨道(4)上，横梁(7)安装于第一立柱(3)和第二立柱(6)之间；移动臂(9)通过第三移动关节轴(8)安装于横梁(7)上；升降臂(11)通过第四移动关节轴(10)安装在移动臂(9)上；第一旋转臂(13)通过第一旋转关节轴(12)安装在升降臂(11)端部；第二旋转臂(15)通过第二旋转关节轴(14)安装在第一旋转臂(13)上；第三旋转臂(17)通过第三旋转关节轴(16)安装在第二旋转臂(15)上；末端执行器(19)通过第四旋转关节轴(18)安装在第三旋转臂(17)的端部。
2、根据权利要求1所述的多功能龙门式六轴工业机器人，其特征是：第一轨道(1)、第一移动关节轴(2)、第一立柱(3)、第二轨道(4)、第二移动关节轴(5)、第二立柱(6)和横梁(7)构成X关节，立柱(3)、立柱(6)和横梁(7)构成龙门架，第一移动关节轴(2)和第二移动关节轴(5)互相平行；第三移动关节轴(8)和移动臂(9)构成Y关节，Y关节的移动方向与X关节的移动方向相垂直；第四移动关节轴(10)和升降臂(11)构成Z关节，Z关节的移动方向与Y关节的移动方向和X关节的移动方向相互垂直；第一旋转关节轴(12)和第一旋转臂(13)构成U关节，其中第一旋转关节轴(12)的轴心与Z关节的移动方向相平行；第二旋转关节轴(14)和第二旋转臂(15)构成V关节，其中第二旋转关节轴(14)的轴心与第一旋转关节轴(12)的轴心相垂直；第三旋转关节轴(16)和末端执行器(17)构成W关节，其中第三旋转关节轴(16)的轴心与旋转关节轴(14)的轴心相平行；第四旋转关节轴(18)和末端执行器(19)构成R关节，第四旋转关节轴(18)的旋转轴心与第三旋转关节轴(16)的旋转轴心相垂直。
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