CN104308837A - 一种六轴机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六轴机器人，包括：底座，该底座的内腔中固定有第一伺服电机；转座，该转座的内腔下端设有第一谐波减速器，该转座的内腔上端固定有第二伺服电机；支撑大臂，该支撑大臂的内腔设有第二谐波减速器和第三谐波减速器；肩关节，该肩关节的内腔固定有第三伺服电机和第四伺服电机，第四伺服电机的输出轴固接有第一带轮；支撑小臂，该支撑小臂的内腔设有第五伺服电机、第四谐波减速器和第五谐波减速器，第四谐波减速器的柔轮固接有第二带轮，该第二带轮通过第一同步带与第一带轮传动连接；腕关节，该腕关节的内腔设有第六伺服电机和第六谐波减速器；以及末端执行器，与第六谐波减速器的柔轮固接。本发明灵巧性好、动作迅速。

Description

一种六轴机器人

技术领域

本发明涉及机器人，具体涉及一种六轴机器人。

背景技术

六轴机器人是串联机械人的一种，它能够自由的在三维空间内进行运动，能够准确快速的进行搬运、焊接、喷涂等大量重复性的工作。在传统的工厂里，此类工作基本上由人工来完成，具有劳动强度大、耗时较多、枯燥无味、工作环境恶劣、易造成污染等问题，并且会增加企业的成本。因此在这些领域中，需要机器人准确快速的对物品进行搬运、焊接、喷涂等操作。

然而，目前的这类机器人虽然具有足够多的自由度，但由于其关节过多，驱动机构过于复杂，导致不够灵巧、动作速度慢，且精确度较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种灵巧性好、动作迅速的六轴机器人。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种六轴机器人，包括：

底座，该底座的内腔中固定有第一伺服电机；

转座，该转座的内腔下端设有第一谐波减速器，第一谐波减速器的波发生器与第一伺服电机的输出轴固接，第一谐波减速器的柔轮与底座固接，第一谐波减速机的刚轮与转座固接，该转座通过第一谐波减速器与底座水平铰接，该转座的内腔上端固定有第二伺服电机；

支撑大臂，该支撑大臂的内腔设有第二谐波减速器和第三谐波减速器，第二谐波减速器的波发生器与第二伺服电机的输出轴固接，第二谐波减速器的刚轮与支撑大臂的一端固接，第二谐波减速器的柔轮与转座固接，该支撑大臂通过第二谐波减速器与转座竖直铰接，支撑大臂的另一端与第三谐波减速器的刚轮固接；

肩关节，该肩关节的内腔固定有第三伺服电机和第四伺服电机，第四伺服电机位于第三伺服电机上方，第三伺服电机的输出轴与第三谐波减速器的波发生器固接，第三谐波减速器的柔轮与肩关节固接，肩关节通过第三谐波减速器与从动大臂竖直铰接，第四伺服电机的输出轴固接有第一带轮；

支撑小臂，该支撑小臂的内腔设有第五伺服电机、第四谐波减速器和第五谐波减速器，第四谐波减速器和第五谐波减速器分设于支撑小臂的两端，第五伺服电机位于第四谐波减速器和第五谐波减速器之间，第四谐波减速器的刚轮与支撑小臂的一端固接，第四谐波减速器的柔轮固接有第二带轮，该第二带轮通过第一同步带与第一带轮传动连接，该从动小臂通过第四谐波减速器与肩关节竖直铰接，第五伺服电机的输出轴固接有第三带轮，第五谐波减速器的柔轮与支撑小臂的另一端固接，第五谐波减速器的波发生器一侧固接有第四带轮，第三带轮通过第二同步带与第四带轮传动连接；

腕关节，与第五谐波减速器的刚轮另一侧固接，该腕关节通过第五谐波减速器与从动小臂竖直铰接，该腕关节的内腔设有第六伺服电机和第六谐波减速器，该第六伺服电机与腕关节固定且该第六伺服电机的输出轴固接第六谐波减速器的波发生器；

末端执行器，位于腕关节的末端且与第六谐波减速器的柔轮固接。

优选地，所述六轴机器人还包括从动大臂和从动小臂，所述支撑大臂位于肩关节和转座一侧，从动大臂与支撑大臂对称且位于肩关节和转座另一侧，从动大臂的一端与转座竖直铰接，从动大臂的另一端与肩关节竖直铰接；所述支撑小臂位于腕关节一侧，从动小臂与支撑小臂对称且位于腕关节另一侧，从动小臂一端与支撑小臂固接，从动小臂的另一端与腕关节竖直铰接。

优选地，所述支撑小臂与肩关节的竖直铰接方向垂直于肩关节与支撑大臂的竖直铰接方向。

优选地，所述第一带轮、第二带轮、第三带轮和第四带轮均为圆弧齿同步带轮。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明通过第一至第六伺服电机、第一至第六谐波减速器的设置，以及第一至第二同步带通过同步带的传动方式，使底座与转座的铰接、转座与支撑大臂的铰接、支撑大臂与肩关节的铰接、肩关节与支撑小臂的铰接、支撑小臂与腕关节的铰接、末端执行器与腕关节的铰接可以较为简单地实现，且通过控制各伺服电机，就可以精确控制转座、支撑大臂、肩关节、支撑小臂、腕关节、末端执行器的精确旋转摆动，实现六轴形式的移动、旋转功能，在各谐波减速器的减速作用下灵巧、及时反馈动作信号，同时，谐波减速器既利于提高扭力又可适配快速停止，从而使转座、支撑大臂、肩关节、支撑小臂、腕关节和末端执行器的动作可以更加迅速，而支撑小臂和腕关节通过同步带来进行传递的方式，保证了支撑小臂和腕关节具有足够小的体积，既防止机器人末端霸占空间又可减小重量，而且采用圆弧齿同步带轮的传动方式利于提高扭力，进而满足大功率的传动。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明六轴机器人的立体示意图；

图2为本发明侧视角度下的剖视图；

图3为本发明从动大臂与转座竖直铰接的示意图；

图4为图3的A-A剖视图；

图5为本发明支撑大臂、肩关节、支撑小臂、腕关节、末端执行器依次铰接装配的示意图；

图6为图5的B-B剖视图；

图7为本发明肩关节的内部结构示意图；

图8为本发明支撑小臂的内部结构示意图。

图中：1、底座；2、转座；3、支撑大臂；4、从动大臂；5、肩关节；6、支撑小臂；7、从动小臂；8、腕关节；9、末端执行器；10、第二同步带；11、第一伺服电机；12、第一谐波减速器；13、第二伺服电机；14、第二谐波减速器；15、第三伺服电机；16、第三谐波减速器；17、第四伺服电机；18、第四谐波减速器；19、第五伺服电机；20、第五谐波减速器；21、第六伺服电机；22、第六谐波减速器；23、第一带轮；24、第二带轮；25、第三带轮；26、第四带轮。

具体实施方式

如图1所示的一种六轴机器人，包括：底座1、转座2、支撑大臂3、肩关节5、支撑小臂6和腕关节8，其中：

如图2所示，底座1，该底座1的内腔中固定有第一伺服电机11；

如图2所示，转座2，该转座2的内腔下端设有第一谐波减速器12，第一谐波减速器12的波发生器与第一伺服电机11的输出轴固接，第一谐波减速器12的柔轮与底座1固接，第一谐波减速器12的刚轮与转座2固接，该转座2通过第一谐波减速器12与底座1水平铰接，该转座2的内腔上端固定有第二伺服电机13；在第一伺服电机11的驱动作用下，转座2可绕底座1水平旋转；

如图2～4所示，支撑大臂3，该支撑大臂3的内腔设有第二谐波减速器14和第三谐波减速器16，第二谐波减速器14的波发生器与第二伺服电机13的输出轴固接，第二谐波减速器14的刚轮与支撑大臂3的一端固接，第二谐波减速器14的柔轮与转座2固接，该支撑大臂3通过第二谐波减速器14与转座2竖直铰接，支撑大臂3的另一端与第三谐波减速器16的刚轮固接；在第二伺服电机13的驱动作用下，支撑大臂3可绕转座2竖直转动；

如图5～7所示，肩关节5，该肩关节5的内腔固定有第三伺服电机15和第四伺服电机17，第四伺服电机17位于第三伺服电机15上方，第三伺服电机15的输出轴与第三谐波减速器16的波发生器固接，第三谐波减速器16的柔轮与肩关节5固接，肩关节5通过第三谐波减速器16与支撑大臂3竖直铰接，第四伺服电机17的输出轴固接有第一带轮23；第三伺服电机15用于驱动肩关节5绕从动大臂3的另一端竖直转动；

如图2、图6及图8所示，支撑小臂6，该支撑小臂6的内腔设有第五伺服电机19、第四谐波减速器18和第五谐波减速器20，第四谐波减速器18和第五谐波减速器20分设于支撑小臂6的两端，第五伺服电机19位于第四谐波减速器18和第五谐波减速器20之间，第四谐波减速器18的刚轮与支撑小臂6的一端固接，第四谐波减速器18的柔轮固接有第二带轮24，该第二带轮24通过第一同步带(图中未示出)与第一带轮23传动连接，该支撑小臂6通过第四谐波减速器18与肩关节5竖直铰接，第五伺服电机19的输出轴固接有第三带轮25，第五谐波减速器20的柔轮与从动小臂6的另一端固接，第五谐波减速器20的波发生器一侧固接有第四带轮26，第三带轮25通过第二同步带10与第四带轮26传动连接；第五伺服电机19通过第三带轮25、第四带轮26、第二同步带10形成传动装置的传动作用下，可驱动腕关节8绕支撑小臂6的另一端竖直转动；第四伺服电机17通过第一带轮23、第二带轮24、第一同步带形成的传动装置的传动作用下，可驱动支撑小臂6绕肩关节5竖直转动；

如图2、图6所示，腕关节8，与第五谐波减速器20的刚轮另一侧固接，该腕关节8通过第五谐波减速器20与支撑小臂6竖直铰接，该腕关节8的内腔设有第六伺服电机21和第六谐波减速器22，该第六伺服电机21与腕关节8固定且该第六伺服电机21的输出轴固接第六谐波减速器22的波发生器；第六伺服电机21用于驱动末端执行器9绕腕关节8竖直转动；

末端执行器9，位于腕关节8的末端且与第六谐波减速器22的柔轮固接。

通过第一伺服电机11至第六伺服电机21、第一谐波减速器12至第六谐波减速器22的设置，以及第一同步带至第二同步带10通过同步带的传动方式，使底座1与转座2的铰接、转座2与支撑大臂3的铰接、支撑大臂3与肩关节5的铰接、肩关节5与支撑小臂6的铰接、支撑小臂6与腕关节8的铰接、末端执行器9与腕关节8的铰接可以较为简单地实现，且通过控制各伺服电机，就可以精确控制转座2、支撑大臂3、肩关节5、支撑小臂6、腕关节8、末端执行器9的精确旋转摆动，实现六轴形式的移动、旋转功能，在各谐波减速器的减速作用下灵巧、及时反馈动作信号，使得机器人具有最佳的轨迹精度和重复定位精度，使得机器人能够准确的对物品进行加工能够准确、快速、灵巧的对空间内的物品进行高效率的加工，适合应用于物品进行搬运、焊接、喷涂等大量重复性的工作从而节省了生产成本，大大提高了生产效率。同时，各谐波减速器既利于提高扭力又可适配快速停止，从而使转座2、支撑大臂3、肩关节5、支撑小臂6、腕关节8和末端执行器9的动作可以更加迅速，而支撑小臂6和腕关节8通过同步带来进行传动的方式，保证了支撑小臂6和腕关节8具有足够小的体积。

如图1所示，本例的六轴机器人还包括从动大臂4和从动小臂7，支撑大臂3位于肩关节5和转座2一侧，从动大臂4与支撑大臂3对称且位于肩关节5和转座2另一侧，从动大臂4的一端与转座2竖直铰接，从动大臂4的另一端与肩关节5竖直铰接；支撑小臂6位于腕关节8一侧，从动小臂7与支撑小臂6对称且位于腕关节8另一侧，从动小臂7一端与支撑小臂固接，从动小臂7的另一端与腕关节8竖直铰接。从动大臂4和从动小臂7可分别协助支撑大臂3、支撑小臂6稳定摆动，以进一步提升六轴动作的精确度。

支撑小臂6与肩关节5的竖直铰接方向垂直于肩关节5与支撑大臂3的竖直铰接方向，则六轴动作下的末端执行器9可遍及空间的各个位置，进一步增强灵活性。

第一带轮23、第二带轮24、第三带轮25和第四带轮26均为圆弧齿同步带轮，对应设置第一同步带、第二同步带10的结构以适配该圆弧齿同步带轮，利于提高扭力，进而满足大功率的传动。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种六轴机器人，其特征在于，包括：

底座，该底座的内腔中固定有第一伺服电机；

转座，该转座的内腔下端设有第一谐波减速器，第一谐波减速器的波发生器与第一伺服电机的输出轴固接，第一谐波减速器的柔轮与底座固接，第一谐波减速机的刚轮与转座固接，该转座通过第一谐波减速器与底座水平铰接，该转座的内腔上端固定有第二伺服电机；

支撑大臂，该支撑大臂的内腔设有第二谐波减速器和第三谐波减速器，第二谐波减速器的波发生器与第二伺服电机的输出轴固接，第二谐波减速器的刚轮与支撑大臂的一端固接，第二谐波减速器的柔轮与转座固接，该支撑大臂通过第二谐波减速器与转座竖直铰接，支撑大臂的另一端与第三谐波减速器的刚轮固接；

肩关节，该肩关节的内腔固定有第三伺服电机和第四伺服电机，第四伺服电机位于第三伺服电机上方，第三伺服电机的输出轴与第三谐波减速器的波发生器固接，第三谐波减速器的柔轮与肩关节固接，肩关节通过第三谐波减速器与从动大臂竖直铰接，第四伺服电机的输出轴固接有第一带轮；

支撑小臂，该支撑小臂的内腔设有第五伺服电机、第四谐波减速器和第五谐波减速器，第四谐波减速器和第五谐波减速器分设于支撑小臂的两端，第五伺服电机位于第四谐波减速器和第五谐波减速器之间，第四谐波减速器的刚轮与支撑小臂的一端固接，第四谐波减速器的柔轮固接有第二带轮，该第二带轮通过第一同步带与第一带轮传动连接，该支撑小臂通过第四谐波减速器与肩关节竖直铰接，第五伺服电机的输出轴固接有第三带轮，第五谐波减速器的柔轮与从动小臂的另一端固接，第五谐波减速器的波发生器一侧固接有第四带轮，第三带轮通过第二同步带与第四带轮传动连接；

腕关节，与第五谐波减速器的刚轮固接，该腕关节通过第五谐波减速器与支撑小臂竖直铰接，该腕关节的内腔设有第六伺服电机和第六谐波减速器，该第六伺服电机与腕关节固定且该第六伺服电机的输出轴固接第六谐波减速器的波发生器；

末端执行器，位于腕关节的末端且与第六谐波减速器的柔轮固接。

2.根据权利要求1所述的六轴机器人，其特征在于，所述六轴机器人还包括从动大臂和从动小臂，所述支撑大臂位于肩关节和转座一侧，从动大臂与支撑大臂对称且位于肩关节和转座另一侧，从动大臂的一端与转座竖直铰接，从动大臂的另一端与肩关节竖直铰接；所述支撑小臂位于腕关节一侧，从动小臂与支撑小臂对称且位于腕关节另一侧，从动小臂的一端与支撑小臂固接，从动小臂的另一端与腕关节竖直铰接。

3.根据权利要求1或2所述的六轴机器人，其特征在于，所述支撑小臂与肩关节的竖直铰接方向垂直于肩关节与支撑大臂的竖直铰接方向。

4.根据权利要求1或2所述的六轴机器人，其特征在于，所述第一带轮、第二带轮、第三带轮和第四带轮均为圆弧齿同步带轮。