CN104308832A - 一种四轴摆臂关节机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于工业生产制造及相关技术领域的机器人，也就是一种四轴摆臂关节机器人，包括由基座组件、二轴组件、三轴组件和用于拿放工件的四轴组件组成的串联型的机器结构，二轴组件竖直的固定在基座组件上，基底组件带动二轴组件轴向旋转，三轴组件水平设置，其一端滑动连接在二轴组件上，三轴组件可在二轴组件上垂直运动，四轴组件也水平设置，其一端转动连接在三轴组件远离二轴组件的一端上，四轴组件围绕四轴组件与三轴组件的连接处为轴水平转动，本发明解决了传统的四轴机器人在工作时安全系数低、轴与轴之间的通信线路容易损坏、机器人工作地方狭窄无法正常工作，以及在低价产品的流水线上生产作业时，成本过高不宜推广的问题。

Description

一种四轴摆臂关节机器人

技术领域

本发明涉及一种工业机器人，特别涉及一种应用于工业生产制造及相关技术领域的机器人，也就是一种四轴摆臂关节机器人。

背景技术

市场上的四轴机器人，具有结构简单、运转平稳、效率较高等优点，被各行业广泛应用，其末端要实现竖直方向上下移动与水平自旋，使得末端手指实现装配、轻型搬运的功能，在现有技术中，这种关键功能依赖于采用复合型丝杆、中空减速机来实现。采用复合型丝杆和中空电机结合的技术缺点在于成本高、工艺复杂、加工时间长。当需要应用于一些低价产品的流水线上生产作业时，若使用六轴摆臂关节机器人或一般的四轴机器人，则成本过高，不利于推广应用；而且现有的四轴机器人缺少必要的安全措施，无论对其本身或外界操作人员、生产设备来说安全系数较低。一方面，因为四轴机器人设置在较为宽敞的地方工作，导致在垂直面较为狭窄的地方无法正常工作；还有一方面，现有的四轴机器人轴与轴之间设有通信线路，当四轴机器人运动时，很容易因为外部环境对通信线路造成干扰，严重时可能影响四轴机器人的正常运转。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供是一种四轴摆臂关节机器人，用于克服传统的四轴机器人在工作时安全系数低、轴与轴之间的通信线路容易损坏、机器人工作地方狭窄无法正常工作，以及在低价产品的流水线上生产作业时，成本过高不宜推广的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种四轴摆臂关节机器人，包括由基座组件、二轴组件、三轴组件和用于拿放工件的四轴组件组成的串联型的机器结构，所述二轴组件竖直的固定在基座组件上，所述基底组件带动二轴组件轴向旋转，所述三轴组件水平设置，其一端滑动连接在二轴组件上，所述三轴组件可在所述二轴组件上垂直运动，所述四轴组件也水平设置，其一端转动连接在所述三轴组件远离所述二轴组件的一端上，所述四轴组件围绕所述四轴组件与所述三轴组件的连接处为轴水平转动。

本发明的有益效果：通过机座组件、二轴组件、三轴组件与四轴组件的配合，基座组件带动二轴组件做轴向运动旋转，二轴组件带动三轴组件在竖直方向上自由滑动，四轴组件围绕所述四轴组件与所述三轴组件的连接处为轴水平转动，从而形成串联型的机器人，通过搭配U形管与限位块，不仅提升了机器人旋转的精度，还提高了防撞的安全系数。

在上述技术方案的基础上，本发明还做如下改进。

进一步，所述基座组件包括基座、第一伺服电机、第一减速机、旋转台与两个限位块，所述基座内部安装有第一伺服电机，所述第一伺服电机的输出端连接有第一减速机，所述第一减速机的输出端上安装有旋转台，所述旋转台的下方设置有控制所述旋转台旋转角度的一个限位块，所述基座的顶端上设置有与上述限位块配合的另一个限位块。

采用上述进一步方案的有益效果是：可以支撑整个机器人在水平方向旋转，而通过旋转台与基座顶端上的两个限位块的配合，可以为整个机器人在水平旋转时定位，提高了其水平旋转的精度。

进一步，所述旋转台旋转的角度范围为0～300度。

进一步，在所述基座的一侧设置有用于外接电源的电源线接头。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过电源线接头提升了整个机器人的电机旋转与信号传输运转的方便度。

进一步，所述二轴组件包括第二伺服电机、联轴器、丝杆传动机构、导轨传动机构、立柱与导轨副，所述立柱底端固定在所述旋转台上，所述第二伺服电机安装在所述立柱的顶端，所述丝杆传动机构贯穿于所述立柱内部，所述第二伺服电机的输出端通过联轴器与所述丝杆传动机构转动连接，并带动所述丝杆传动机构轴向旋转，所述立柱的一侧上设置有供所述三轴组件上下滑动的导轨副，所述导轨传动机构安装在所述导轨副上。

采用上述进一步方案的有益效果是：所述导轨传动机构通过丝杆传动机构带动所述三轴组件垂直运动，为整个机器人上升与下降操作提供动力。

进一步，所述立柱远离所述三轴组件的一侧上固定有用于安装通信线路和电源线的拖链。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过所述拖链固定安装在二轴组件上的通信线路与电源线，这样外形更美观，运转更方便。

进一步，所述三轴组件包括三轴大臂、第三伺服电机、第三减速机、走线管，所述三轴大臂一端固定在所述导轨传动机构上，所述三轴大臂的另一端上安装有第三伺服电机，所述第三减速机的输出端与所述四轴组件转动连接，所述走线管为U型管，所述走线管的一端固定在所述三轴大臂下表面，所述走线管的另一端与所述四轴组件靠近所述三轴组件的一端下表面悬空连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过在三轴组件与四轴组件之间的走线管，解决了机器人在工作时，因为通信线路容易损坏或阻碍，影响机器人正常工作。

进一步，在所述三轴大臂下表面上靠近所述走线管的两侧还各安装一个用于限制所述四轴组件水平旋转角度的限位块。

采用上述进一步方案的有益效果是：用于定位所述四轴组件在水平方向旋转的角度，同时限制四轴大臂在水平旋转的位置。

进一步，所述四轴组件包括四轴小臂、第四伺服电机、第四减速机、电机支架、同步带轮与电机锁紧块，所述四轴小臂的一端通过第三减速器与所述走线管悬空连接，另一端水平的并列安装有第四伺服电机与第四减速机，所述第四伺服电机与所述第四减速机通过电机支架固定在所述四轴小臂上，且所述第四伺服电机的输出端与所述第四减速机输出端之间通过同步带轮连接，所述电机锁紧块固定在靠近所述第四伺服电机的四轴小臂上。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过电机锁紧块保证了第四伺服电机与所述第四减速机之间传动的紧凑性，拉紧同步带轮，使得四轴组件在拿放工件时，更稳定。

进一步，在所述四轴小臂上远离三轴组件的一端上安装有用于检测外部环境的传感器。

采用上述进一步方案的有益效果是:通过传感器安装在所述四轴小臂的前端，可以对整个外部环境进行检测，当外部条件不能满足其安全工作时，***将对机器人自动控制，立即停止运行。

附图说明

图1为本发明的四轴摆臂关节机器人结的构示意图；

图2为本发明的四轴摆臂关节机器人的侧视图；

图3为本发明的四轴摆臂关节机器人的侧视图；

图4为本发明的四轴摆臂关节机器人的仰视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、基底组件，2、二轴组件，3、三轴组件，4、四轴组件，5、基座，6、第一伺服电机，7、第一减速机,8、旋转台,9、限位块，10、电源线接头，11、第二伺服电机，12、联轴器,13、丝杆传动机构,14、导轨传动机构,15、立柱，16、导轨副，17拖链，18、三轴大臂，19、第三伺服电机,20、第三减速机,21、走线管，22、四轴小臂，23、第四伺服电机,24、第四减速机,25、电机支架,26、同步带轮,27、电机锁紧块，28、传感器，29、气管接头。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明四轴摆臂关节机器人结的构示意图。包括由基座组件1、二轴组件2、三轴组件3和用于拿放工件的四轴组件4组成的串联型的机器结构，所述二轴组件2竖直的固定在基座组件1上，所述基底组件1带动二轴组件2轴向旋转，所述三轴组件3水平设置，其一端滑动连接在二轴组件2上，所述三轴组件3可在所述二轴组件2上垂直运动，所述四轴组件4也水平设置，其一端转动连接在所述三轴组件3远离所述二轴组件2的一端上，所述四轴组件4围绕所述四轴组件4与所述三轴组件3的连接处为轴水平转动。

如图2至图3所示，为四轴摆臂关节机器人的侧视图。其中，所述基座组件1包括基座5、第一伺服电机6、第一减速机7、旋转台8与两个限位块9，所述基座5内部安装有第一伺服电机6，所述第一伺服电机6的输出端连接有第一减速机7，所述第一减速机7的输出端上安装有旋转台8，所述旋转台8的下方设置有控制所述旋转台8旋转角度的一个限位块9，所述基座5的顶端上设置有与所述限位块9配合的另一个限位块9。

在本实例中，所述第一伺服电机6竖直安装基座5内部，且输出端向上，所述可以支撑整个机器人在水平方向旋转，而通过旋转台8与基座5顶端上的两个限位块9的配合，可以为整个机器人在水平旋转时定位，同时纵向第一伺服电机6的安装提高了其水平旋转的精度。

优选的，所述旋转台8旋转的角度范围为0～300度。

优选的，在所述基座5的一侧设置有用于外接电源的电源线接头10。

通过电源线接头10提升了整个机器人的电机旋转与信号传输运转的方便度。

优选的，所述二轴组件2包括第二伺服电机11、联轴器12、丝杆传动机构13、导轨传动机构14、立柱15与导轨副16，所述立柱15底端固定在所述旋转台8上，所述第二伺服电机11安装在所述立柱15的顶端，所述丝杆传动机构13贯穿于所述立柱15内部，所述第二伺服电机11的输出端通过联轴器12与所述丝杆传动机构13转动连接，并带动所述丝杆传动机构13轴向旋转，所述立柱15的一侧上设置有供所述三轴组件3上下滑动的导轨副16，所述导轨传动机构14安装在所述导轨副16上。

在本实例中，所述第二伺服电机11的输出端是垂直向下的，且所述导轨传动机构14通过丝杆传动机构13带动导轨传动机构14垂直运动，所述三轴组件3固定轨传动机构14上随其做垂直运动，为整个机器人上升与下降操作提供动力。

优选的，所述立柱15远离所述三轴组件3的一侧上固定有用于安装通信线路和电源线的拖链17。

通过所述拖链17固定安装在二轴组件2上的通信线路与电源线，这样外形更美观，运转更方便。

优选的，所述三轴组件3包括三轴大臂18、第三伺服电机19、第三减速机20、走线管21，所述三轴大臂18一端固定在所述导轨传动机构14上，所述三轴大臂18的另一端上安装有第三伺服电机19，所述第三伺服电机19的输出端连接有所述第三减速机20，所述第三减速机19的输出端与所述四轴组件4转动连接，所述走线管21为U型管，所述走线管21的一端固定在所述三轴大臂18下表面，所述走线管21的另一端与所述四轴组件4靠近所述三轴组件3的一端下表面悬空连接。

在本实例中，所述走线管21的另一端是呈喇叭状，包裹连接在第三减速机20上的四轴组件4，并与四轴组件4该端上的旋转中心并悬空连接，实现效果为三轴组件3、四轴组件5相对运动而使四轴组件4相关通讯线路相对静止，从而避免相对运动对通讯线路损害。该设计实现全封闭式布线，完全避免外部环境对通讯线干扰，是机器人完全适应恶劣工况。

优选的，所述走线管21的两侧还各安装一个用于限制所述四轴组件4水平旋转角度的限位块9。两个所述限位块9用于定位所述四轴组件在水平方向旋转的角度，定位水平旋转的角度。

优选的，所述四轴组件4包括四轴小臂22、第四伺服电机23、第四减速机24、电机支架25、同步带轮26与电机锁紧块27，所述四轴小臂22的一端通过第三减速器20与所述走线管21悬空连接，另一端水平的并列安装有第四伺服电机23与第四减速机24，所述第四伺服电机23与所述第四减速机24通过电机支架25固定在所述四轴小臂22上，且所述第四伺服电机23的输出端与所述第四减速机24输出端之间通过同步带轮26连接，所述电机锁紧块27固定在靠近所述第四伺服电机24的四轴小臂22上。

在本实例中，所述第四伺服电机23与第四减速机24的输出端垂直向上，通过电机支架25固定它们外形，呈现水平向上形态，通过电机锁紧块27保证了第四伺服电机23与所述第四减速机24之间传动的紧凑性，拉紧同步带轮，使得四轴组件4在拿放工件时，更稳定。

优选的，还包括传感器28，所述传感器28安装在所述四轴小臂22上远离三轴组件3的一端上。在四轴小臂22下端靠近第四伺服电机23的位置上还设置有用于安装电源线与通信线路及控制线路的气管接头29。

在本实例中，所属传感器28的安装位置优选安装在四轴小臂22靠近工件一端的两侧上与所述四轴小臂22的前端，所述传感器28优选为电容式接近开关传感器，可以对整个外部环境进行检测，当外部条件不能满足其安全工作时，***将对机器人自动控制，立即停止运行。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种四轴摆臂关节机器人，其特征在于，包括由基座组件、二轴组件、三轴组件和用于拿放工件的四轴组件组成的串联型的机器结构，所述二轴组件竖直的固定在基座组件上，所述基底组件带动二轴组件轴向旋转，所述三轴组件水平设置，其一端滑动连接在二轴组件上，所述三轴组件可在所述二轴组件上垂直运动，所述四轴组件也水平设置，其一端转动连接在所述三轴组件远离所述二轴组件的一端上，所述四轴组件围绕所述四轴组件与所述三轴组件的连接处为轴水平转动。

2.根据权利要求1所述的一种四轴摆臂关节机器人，其特征在于，所述基座组件包括基座、第一伺服电机、第一减速机、旋转台与两个限位块，所述基座内部安装有第一伺服电机，所述第一伺服电机的输出端连接有第一减速机，所述第一减速机的输出端上安装有旋转台，所述旋转台的下方设置有控制所述旋转台旋转角度的一个限位块，所述基座的顶端上设置有与上述限位块配合的另一个限位块。

3.根据权利要求2所述的一种四轴摆臂关节机器人，其特征在于，所述旋转台旋转的角度范围为0～300度。

4.根据权利要求2所述的一种四轴摆臂关节机器人，其特征在于，在所述基座的一侧设置有用于外接电源的电源线接头。

5.根据权利要求2所述的一种四轴摆臂关节机器人，其特征在于，所述二轴组件包括第二伺服电机、联轴器、丝杆传动机构、导轨传动机构、立柱与导轨副，所述立柱底端固定在所述旋转台上，所述第二伺服电机安装在所述立柱的顶端，所述丝杆传动机构贯穿于所述立柱内部，所述第二伺服电机的输出端通过联轴器与所述丝杆传动机构转动连接，并带动所述丝杆传动机构轴向旋转，所述立柱的一侧上设置有供所述三轴组件上下滑动的导轨副，所述导轨传动机构安装在所述导轨副上。

6.根据权利要求5所述的一种四轴摆臂关节机器人，其特征在于，所述立柱远离所述三轴组件的一侧上固定有用于安装通信线路和电源线的拖链。

7.根据权利要求5所述的一种四轴摆臂关节机器人，其特征在于，所述三轴组件包括三轴大臂、第三伺服电机、第三减速机、走线管，所述三轴大臂一端固定在所述导轨传动机构上，所述三轴大臂的另一端上安装有第三伺服电机，所述第三伺服电机的输出端连接有所述第三减速机，所述第三减速机的输出端与所述四轴组件转动连接，所述走线管为U型管，所述走线管的一端固定在所述三轴大臂下表面，所述走线管的另一端与所述四轴组件靠近所述三轴组件的一端下表面悬空连接。

8.根据权利要求7所述的一种四轴摆臂关节机器人，其特征在于，在所述三轴大臂下表面上靠近所述走线管的两侧还各安装一个用于限制所述四轴组件水平旋转角度的限位块。

9.根据权利要求7所述的一种四轴摆臂关节机器人，其特征在于，所述四轴组件包括四轴小臂、第四伺服电机、第四减速机、电机支架、同步带轮与电机锁紧块，所述四轴小臂的一端通过第三减速器与所述走线管悬空连接，另一端上水平的并列安装有第四伺服电机与第四减速机，所述第四伺服电机与所述第四减速机通过电机支架固定在所述四轴小臂上，且所述第四伺服电机的输出端与所述第四减速机输出端之间通过同步带轮连接，所述电机锁紧块固定在靠近所述第四伺服电机的四轴小臂上。

10.根据权利要求9所述的一种四轴摆臂关节机器人，其特征在于，在所述四轴小臂上远离三轴组件的一端上安装有用于检测外部环境的传感器。