CN103817687A - 一种6自由度轻型模块化机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机器人，特别是涉及一种6自由度轻型模块化机器人；本发明的一种6自由度轻型模块化机器人，结构小巧且承载能力较高；包括底座、一号手臂、二号手臂和关节组，关节组包括六个关节，关节均包括360°转动的转动端以及与转动端转动平面相垂直的固定端；一号关节的转动端和固定端分别与底座和二号关节的转动端相连，二号关节的固定端固定在一号手臂的一端，三号关节的转动端和固定端分别与一号手臂另一端的连接部分和二号手臂的一端相连，四号关节的转动端和固定端分别与五号关节的固定端和二号手臂的另一端相连，五号关节的转动端与六号关节的固定端相连；底座、一号手臂、二号手臂和关节均为内部设置有线缆的空心管状结构。

Description

一种6自由度轻型模块化机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种6自由度轻型模块化机器人。
背景技术
工业机器人在生产生活中具有极其重要的作用，一直以来，国际机器人市场都是一些由工程师为本的制造业设计的重型、昂贵且笨拙的机器人，但在实践应用中，并非所有的工业流程环节都需要大型机器人以承担较重的负载，相反的，轻便、敏捷的机械臂越来越多地承担了组装和提取工作，而小型低噪音的机器人应是应对工业企业自动化和合理化需求最简单、最合理的解决方案。
然而机器人各关节的运动精度、承载能力、运动平稳性等均受到关节内各元件之间相互位置关系、动作关系的影响，为了实现机器人小型化设计，在机器人关节有限的空间内合理布置元件位置至关重要；同时，现阶段的工业机器人在实现小型化设计后，其额定负载会相应降低很多，如何解决机器人的结构尺寸和承载能力之间的矛盾成为一个重要的课题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种结构小巧且承载能力较高的6自由度轻型模块化机器人。
本发明的一种6自由度轻型模块化机器人，包括底座、一号手臂、二号手臂和关节组，所述关节组包括六个关节，且所述关节分别为一号关节、二号关节、三号关节、四号关节、五号关节和六号关节，所述关节均包括360°转动的转动端以及与所述转动端转动平面相垂直的固定端；
所述一号关节的转动端和固定端分别与所述底座和二号关节的转动端相连，所述二号关节的固定端固定在所述一号手臂的一端，所述三号关节的转动端和固定端分别与所述一号手臂另一端的连接部分和二号手臂的一端相连，所述四号关节的转动端和固定端分别与所述五号关节的固定端和所述二号手臂的另一端相连，所述五号关节的转动端与六号关节的固定端相连；
所述底座、一号手臂、二号手臂和关节均为内部设置有线缆的空心管状结构。
进一步的，所述关节包括设置在关节内部的伺服电机、同步带和张紧结构以及设置在关节转动端的制动器和减速器，其中，伺服电机用于提供转矩并与所述同步带传动相连，所述同步带用于一级减速并将所述转矩传递给减速器的输入端，所述减速器用于二级减速并输出转矩，所述张紧机构用于控制同步带的张紧，所述制动器用于在伺服电机失电时同步失电制动所述减速器。
进一步的，所述底座、一号手臂、二号手臂和关节组均采用铝合金材料制成。
进一步的，所述一号关节、二号关节和三号关节的转动端最大转速为120度/秒，所述四号关节、五号关节和六号关节的转动端最大转速为180度/秒。
与现有技术相比本发明的有益效果为：与传统工业机器人相比有以下特点：1)模块化设计，更易于安装和使用；2)采用六个特定自由度的运动方式，使其工作范围大大增加，减少了工业机器人工作死区；3)自身重量小，重量功率比大，负载可达10kg，是机器人自身重量的1/4.5；4)操作灵活度高，工作空间大。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中关节的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明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发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1和图2所示，本发明的一种6自由度轻型模块化机器人，包括底座1、一号手臂2、二号手臂3和关节组，关节组包括六个关节，且关节分别为一号关节21、二号关节22、三号关节23、四号关节24、五号关节25和六号关节26，关节均包括360°转动的转动端以及与转动端转动平面相垂直的固定端；一号关节21的转动端和固定端分别与底座1和二号关节22的转动端相连，二号关节22的固定端固定在一号手臂2的一端，三号关节23的转动端和固定端分别与一号手臂另2一端的连接部分4和二号手臂3的一端相连，四号关节24的转动端和固定端分别与五号关节25的固定端和二号手臂3的另一端相连，五号关节25的转动端与六号关节26的固定端相连；底座、一号手臂、二号手臂和关节均为内部设置有线缆的空心管状结构。
机器人通过底座固定在工作位置，六个关节直接或通过手臂间接串联在一起，六个关节的运动均由各自关节内部的伺服电机驱动，独立完成各自的运动，每个关节均可做+/-360度转动，这种六个特定自由度的运动方式，可以使其工作范围大大增加，减少了工业机器人工作死区(在自身运动范围内却无法到达的位置)；由于工作环境以及产品美观的要求，机器人通过内走线方式，所有线缆都从关节内部和手臂内部通过，而且结构本身采用铝合金材料，极大的减轻了自身的重量，同时由于结构的简单以及紧凑，更增加了设备的装卸速度，节省了时间。
本发明的一种6自由度轻型模块化机器人，关节包括设置在关节内部的伺服电机11、同步带14和张紧结构以及设置在关节转动端的制动器12和减速器13，其中，伺服电机用于提供转矩并与同步带传动相连，同步带用于一级减速并将转矩传递给减速器的输入端，减速器用于二级减速并输出转矩，张紧机构用于控制同步带的张紧，可在机器人外部旋转顶丝对同步带进行张紧，顶丝设有2个，其中外顶丝起到防松的作用。并且带轮结构噪音小，运动平稳；制动器用于在伺服电机失电时同步失电制动减速器，提高了机器人的位置精度。机器人每个关节的减速器都是谐波减速器，传动精度及承载能力高，可实现小体积且大减速比，运动平稳，无冲击，噪音小。
本发明的一种6自由度轻型模块化机器人，底座、一号手臂、二号手臂和关节组均采用铝合金材料制成。
本发明的一种6自由度轻型模块化机器人，机器人最高负载10kg，工作范围1300mm，一号关节、二号关节和三号关节的转动端最大转速为120度/秒，四号关节、五号关节和六号关节的转动端最大转速为180度/秒。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种6自由度轻型模块化机器人，其特征在于，包括底座、一号手臂、二号手臂和关节组，所述关节组包括六个关节，且所述关节分别为一号关节、二号关节、三号关节、四号关节、五号关节和六号关节，所述关节均包括360°转动的转动端以及与所述转动端转动平面相垂直的固定端；
所述一号关节的转动端和固定端分别与所述底座和二号关节的转动端相连，所述二号关节的固定端固定在所述一号手臂的一端，所述三号关节的转动端和固定端分别与所述一号手臂另一端的连接部分和二号手臂的一端相连，所述四号关节的转动端和固定端分别与所述五号关节的固定端和所述二号手臂的另一端相连，所述五号关节的转动端与六号关节的固定端相连；
所述底座、一号手臂、二号手臂和关节均为内部设置有线缆的空心管状结构。
2.如权利要求1所述的一种6自由度轻型模块化机器人，其特征在于，所述关节包括设置在关节内部的伺服电机、同步带和张紧结构以及设置在关节转动端的制动器和减速器，其中，伺服电机用于提供转矩并与所述同步带传动相连，所述同步带用于一级减速并将所述转矩传递给减速器的输入端，所述减速器用于二级减速并输出转矩，所述张紧机构用于控制同步带的张紧，所述制动器用于在伺服电机失电时同步失电制动所述减速器。
3.如权利要求1所述的一种6自由度轻型模块化机器人，其特征在于，所述底座、一号手臂、二号手臂和关节组均采用铝合金材料制成。
4.如权利要求1所述的一种6自由度轻型模块化机器人，其特征在于，所述一号关节、二号关节和三号关节的转动端最大转速为120度/秒，所述四号关节、五号关节和六号关节的转动端最大转速为180度/秒。
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