CN104647364B - 一种可重构的垂直关节型四轴机器人 - Google Patents

Abstract

一种可重构的垂直关节型四轴机器人，其特征是包括腕部、臂部、肩部和腰部，所述腕部、臂部、肩部和腰部依次顺序连接，所述腕部和臂部之间为摆动连接，所述臂部和肩部之间为旋转连接，所述肩部和腰部之间为摆动连接。本发明，通过腰部的固定安装面将本发明机器人安装固定在实际应用的机械上；本发明机器人的肩部能够实现在腰部的轴向方向360°的角度内摆动，臂部能够实现沿着肩部的圆周方向360°旋转，腕部能够实现沿着臂部的轴向方向360°的角度内摆动，最终，腕部自由端的位置变化很灵活，大大增强了传统机器人的活动位置的功能，腕部、臂部、肩部和腰部实现四段轴调整本发明机器人的活动端，能够实现的操作位置更加广。

Description

一种可重构的垂直关节型四轴机器人

技术领域

本发明涉及一种可重构的垂直关节型四轴机器人，属于机器人技术领域。

背景技术

近几年来，随着国际制造业自动化发展潮流的来临，国内工业制造业正在快速转型，对于自动化软件以及硬件设备的需求都是高居不下，在这个过程中，不可避免的工业机器人的市场需求正在强劲上涨，工业机器人应用领域正不断拓宽，种类更加繁多。

目前，工业自动化生产线所使用的工业机器人尺寸多数比较大，不适合进行窄小空间的作业，对工业机器人的选型应用就比较严格，既要实现高精度的作业还要提高工业机器人的可靠性，同时标准的六自由度机器人结构不可重构，限定了其应用场合和二次开发。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种可重构的垂直关节型四轴机器人，具体方案如下：

一种可重构的垂直关节型四轴机器人，其特征是包括腕部、臂部、肩部和腰部，所述腕部、臂部、肩部和腰部依次顺序连接，所述腕部和臂部之间为摆动连接，所述臂部和肩部之间为旋转连接，所述肩部和腰部之间为摆动连接。

所述臂部表面设置有臂部壳体，

所述臂部壳体的一端中部向内凹陷形成“凹”字形的连接孔，该连接孔中横向贯穿有一根臂部轴承，所述腕部通过该臂部轴承与臂部连接，所述臂部轴承的一端设置有同步带轮，所述臂部壳体内还设置有腕部伺服电机，该腕部伺服电机的一端设置有同步带轮，该同步带轮与臂部轴承端部的同步带轮通过同步带连接；

所述臂部壳体的另一端设置有向外伸出的连接法兰，臂部壳体内还设置有臂部伺服电机。

所述肩部表面设置有肩部壳体，

所述肩部壳体的一端设置有旋转法兰，所述旋转法兰与臂部的连接法兰通过连接件连接固定，所述肩部壳体内设置有旋转驱动机构，所述旋转法兰与旋转驱动机构啮合连接，所述肩部壳体内设置有肩部伺服电机，所述肩部伺服电机连接控制肩部的旋转驱动机构，旋转法兰能够围绕肩部的纵向轴线旋转；

所述肩部壳体的另一端设置有固定法兰，所述肩部壳体通过固定法兰与腰部连接。

所述腰部表面设置有腰部壳体，所述腰部壳体的一端设置固定安装面，腰部壳体的另一端设置摆动转座。

所述摆动转座的一端通过一根横向设置在腰部内的腰部轴承与腰部连接，所述腰部轴承的一端设置有同步带轮，所述腰部壳体内设置有腰部伺服电机，所述腰部伺服电机通过传动构件连接同步带轮，该同步带轮与腰部轴承端部的同步带轮通过同步带连接，

所述摆动转座的另一端与肩部的固定法兰连接。

所述腰部轴承与摆动转座、臂部轴承与腕部以及肩部壳体与旋转法兰均为啮合传动连接。

所述腕部、臂部、肩部和腰部内均贯穿有电缆，所述电缆与腕部伺服电机、臂部伺服电机、肩部伺服电机和腰部伺服电机连接，所述腰部壳体设置有电缆快速插座，所述肩部内设置有中空管，所述电缆从中空管中穿过肩部。

所述腕部、臂部、肩部和腰部均设置有注油观察孔，所述注油观察孔分别连接到腕部、臂部、肩部和腰部内对应的啮合传动部位。

所述腕部的自由端设置有法兰盘。

本发明的工作原理为：

本发明，通过腰部的固定安装面将本发明机器人安装固定在实际应用的机械上；本发明机器人的肩部能够实现在腰部的轴向方向360°的角度内摆动，臂部能够实现沿着肩部的圆周方向360°旋转，腕部能够实现沿着臂部的轴向方向360°的角度内摆动，最终，腕部自由端的位置变化很灵活，大大增强了传统机器人的活动位置的功能，腕部、臂部、肩部和腰部实现四段轴调整本发明机器人的活动端，能够实现的操作位置更加广。

本发明在实际使用中，将腰部的固定安装面固定安装在发送命令的机械上，通过将电缆快速插座接通电源，使得本机器人通电，处于待运行状态；根据本发明机器人运行执行的命令，在腕部自由端的法兰盘上安装上相应的操作执行部件，比如，应用本发明机器人于焊接领域，尤其适用于船舶分段、煤矿液压支架等结构件内部紧凑空间焊缝的焊接，在腕部自由端的法兰盘上安装焊接喷嘴，通过腕部、臂部、肩部和腰部的同步、分段调节，焊接喷嘴的位置变化在三维空间内更加自由和灵活，能够实现，各个角度和位置的准确定位，能够根据焊接工艺需要，实现摆动焊接和变坡度焊缝的焊接；同时本发明机器人也能够应用于搬运、抓取，在腕部自由端的法兰盘上安装夹持装置，夹持装置抓紧物品后，通过腕部、臂部、肩部和腰部设定物品被转移的路径。

本发明的有益效果为：

1.本发明腕部安装执行操作的机械部件，通过腕部、臂部、肩部和腰部四段机械轴调整变化腕部操作端的位置，调节更加灵活；

2.本发明机器人的肩部摆动方向和臂部的旋转方向处于不同的截面，属于空间异面上调整，能够实现变化的空间位置更加广泛；

3.本发明可以根据实际使用情况拆除腕部或腰部，实现三段机械轴的空间位置调整，或者拆除腕部、臂部、肩部和腰部中的任何一个或多个，以能够高效、准确完成工作任务为目的，应用灵活；

4.本发明装配简单，啮合传动部分的间隙可调，刚性好，传动效率高；

5.本发明的电缆从腕部、臂部、肩部和腰部内部走线，避免电缆缠绕，同时兼顾了机器人各关节运动的灵活性；

6.本发明的腕部、臂部、肩部和腰部均设置有相对应的壳体，保护内部各机构免受焊接烟尘、飞溅以及油污等的破坏。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，

图2是本发明的腕部和臂部的结构示意图，

图3是本发明的肩部的结构示意图，

图4是本发明的腰部结构示意图，

图5是本发明的腕部和臂部连接处的局部剖视图，

图6是本发明实际应用的一个实施例结构示意图（即去除腰部后结构示意图），

附图标记列表：A1—腕部，A2—臂部，A3—肩部，A4—腰部，1—臂部壳体，2—连接孔，3—同步带轮，4—腕部伺服电机，5—同步带，6—连接法兰，7—臂部伺服电机，8—肩部壳体，9—旋转法兰，10—固定法兰，11—腰部壳体，12—固定安装面，13—摆动转座，14—腰部伺服电机，15—电缆，16—中空管，17—电缆快速插座，18—法兰盘。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

图1是本发明的整体结构示意图，结合附图可见，本可重构的垂直关节型四轴机器人，包括腕部A1、臂部A2、肩部A3和腰部A4，所述腕部A1、臂部A2、肩部A3和腰部A4依次顺序连接，所述腕部A1和臂部A2之间为摆动连接，所述臂部A2和肩部A3之间为旋转连接，所述肩部A3和腰部A4之间为摆动连接。

图2是本发明的腕部A1和臂部A2的结构示意图，图3是本发明的肩部A3的结构示意图，结合这两幅附图可见，所述臂部A2表面设置有臂部壳体1，所述臂部壳体1的一端中部向内凹陷形成“凹”字形的连接孔2，该连接孔2中横向贯穿有一根臂部A2轴承，所述腕部A1通过该臂部A2轴承与臂部A2连接，所述臂部A2轴承的一端设置有同步带轮3，所述臂部壳体1内还设置有腕部伺服电机4，该腕部伺服电机4的一端设置有同步带轮3，该同步带轮3与臂部A2轴承端部的同步带轮3通过同步带5连接；所述臂部壳体1的另一端设置有向外伸出的连接法兰6，臂部壳体1内还设置有臂部A2伺服电机7。

图3是本发明的肩部A3的结构示意图，结合附图可见，所述肩部A3表面设置有肩部A3壳体8，所述肩部A3壳体8的一端设置有旋转法兰9，所述旋转法兰9与臂部A2的连接法兰6通过连接件连接固定，所述肩部A3壳体8内设置有旋转驱动机构，所述旋转法兰9与旋转驱动机构啮合连接，所述肩部A3壳体8内设置有肩部A3伺服电机，所述肩部A3伺服电机连接控制肩部A3的旋转驱动机构，旋转法兰9能够围绕肩部A3的纵向轴线旋转；所述肩部A3壳体8的另一端设置有固定法兰10，所述肩部A3壳体8通过固定法兰10与腰部A4连接。

图4是本发明的腰部A4结构示意图，结合附图可见，所述腰部A4表面设置有腰部A4壳体11，所述腰部A4壳体11的一端设置固定安装面12，腰部A4壳体11的另一端设置摆动转座13。

所述摆动转座13的一端通过一根横向设置在腰部A4内的腰部A4轴承与腰部A4连接，所述腰部A4轴承的一端设置有同步带轮3，所述腰部A4壳体11内设置有腰部A4伺服电机14，所述腰部A4伺服电机14通过传动构件连接同步带轮3，该同步带轮3与腰部A4轴承端部的同步带轮3通过同步带5连接，所述摆动转座13的另一端与肩部A3的固定法兰10连接。

所述腰部A4轴承与摆动转座13、臂部A2轴承与腕部A1以及肩部A3壳体8与旋转法兰9均为啮合传动连接。啮合传动连接使各部件在各自的伺服电机控制下，完成相应的动作。

图5是本发明的腕部A1和臂部A2连接处的局部剖视图，结合附图可见，所述腕部A1、臂部A2、肩部A3和腰部A4内均贯穿有电缆15，所述电缆15与腕部伺服电机4、臂部A2伺服电机7、肩部A3伺服电机和腰部A4伺服电机14连接，所述腰部A4壳体11设置有电缆15快速插座17，所述肩部A3内设置有中空管16，所述电缆15从中空管16中穿过肩部A3。通过电缆15给腕部伺服电机4、臂部A2伺服电机7、肩部A3伺服电机和腰部A4伺服电机14供电，使其能够正常运动工作，电缆15快速插座17用于将电缆15与电源接通，中空管16对电缆15起到保护作用，避免电缆15缠绕到其他东西，电缆15在腕部A1、臂部A2、肩部A3和腰部A4之间的连接处，更加灵活，不影响腕部A1、臂部A2、肩部A3和腰部A4各自执行动作。

所述腕部A1、臂部A2、肩部A3和腰部A4均设置有注油观察孔，所述注油观察孔分别连接到腕部A1、臂部A2、肩部A3和腰部A4内对应的啮合传动部位。啮合传动部位需要施加润滑油起到减小摩擦和传动顺利的作用，通过注油观察孔注入润滑油，并能够管擦啮合传动部位润滑油是否充分，便于及时补充。

所述腕部A1的自由端设置有法兰盘18。法兰盘18用来安装执行部件，可以通过本发明将执行部件灵活伸到执行部位，来完成在常规状态下，人工不能达到或者无法在特定环境下作业的执行部位。

图6是本发明实际应用的一个实施例结构示意图（即去除腰部A4后结构示意图），结合附图可见，去除本发明的腰部A4后，本发明可以作为三轴机器人使用，根据使用实际需要，可以任意去除腕部A1、臂部A2、肩部A3和腰部A4中的任意一个或多个，将需要使用的腕部A1、臂部A2、肩部A3和腰部A4中的多个连接起来，或者单独使用腕部A1、臂部A2、肩部A3和腰部A4中的任意一个。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种可重构的垂直关节型四轴机器人，其特征是包括腕部、臂部、肩部和腰部，所述腕部、臂部、肩部和腰部依次顺序连接，所述腕部和臂部之间为摆动连接，所述臂部和肩部之间为旋转连接，所述肩部和腰部之间为摆动连接；

所述臂部表面设置有臂部壳体，

所述臂部壳体的一端中部向内凹陷形成“凹”字形的连接孔，该连接孔中横向贯穿有一根臂部轴承，所述腕部通过该臂部轴承与臂部连接，所述臂部轴承的一端设置有同步带轮，

所述臂部壳体内还设置有腕部伺服电机，该腕部伺服电机的一端设置有同步带轮，该同步带轮与臂部轴承端部的同步带轮通过同步带连接；

所述臂部壳体的另一端设置有向外伸出的连接法兰，臂部壳体内还设置有臂部伺服电机；

所述肩部表面设置有肩部壳体，

所述肩部壳体的一端设置有旋转法兰，所述旋转法兰与臂部的连接法兰通过连接件连接固定，所述肩部壳体内设置有旋转驱动机构，所述旋转法兰与旋转驱动机构啮合连接，所述肩部壳体内设置有肩部伺服电机，所述肩部伺服电机连接控制肩部的旋转驱动机构，旋转法兰能够围绕肩部的纵向轴线旋转；

所述肩部壳体的另一端设置有固定法兰，所述肩部壳体通过固定法兰与腰部连接；

所述腰部表面设置有腰部壳体，所述腰部壳体的一端设置固定安装面，腰部壳体的另一端设置摆动转座；

所述摆动转座的一端通过一根横向设置在腰部内的腰部轴承与腰部连接，所述腰部轴承的一端设置有同步带轮，所述腰部壳体内设置有腰部伺服电机，所述腰部伺服电机通过传动构件连接同步带轮，该同步带轮与腰部轴承端部的同步带轮通过同步带连接，所述摆动转座的另一端与肩部的固定法兰连接；

所述腰部轴承与摆动转座、臂部轴承与腕部以及肩部壳体与旋转法兰均为啮合传动连接；

所述腕部、臂部、肩部和腰部内均贯穿有电缆，所述电缆与腕部伺服电机、臂部伺服电机、肩部伺服电机和腰部伺服电机连接，所述腰部壳体设置有电缆快速插座，所述肩部内设置有中空管，所述电缆从中空管中穿过肩部。

2.根据权利要求1所述的一种可重构的垂直关节型四轴机器人，其特征是所述腕部、臂部、肩部和腰部均设置有注油观察孔，所述注油观察孔分别连接到腕部、臂部、肩部和腰部内对应的啮合传动部位。

3.根据权利要求2所述的一种可重构的垂直关节型四轴机器人，其特征是所述腕部的自由端设置有法兰盘。