CN105196281A - 一种工业用六轴机器人末端结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业用六轴机器人末端结构，属于自动化控制技术领域，具体包括小臂部和手腕部，小臂部包括左小臂梁和右小臂梁，左小臂梁和右小臂梁沿着长度方向的轴线在横向上成平行设置并在纵向上成交叉错开设置；手腕部包括第六轴连接部，第六轴连接部的左右两侧分别固定有第五轴摆臂和第六轴动力传递管，第五轴摆臂和第六轴动力传递管处于左小臂梁和右小臂梁的前端部之间，第五轴摆臂通过其上端固定设置的左侧第五轴连接部与左小臂梁的前端连接，第六轴动力传递管通过其上端固定设置的右侧第五轴连接部与右小臂梁的前端连接；本发明具备制造成本低，内部走线简洁，机器人动作精准，末端负载能力强的优点。

Description

一种工业用六轴机器人末端结构

技术领域

本发明涉及自动化控制技术领域，特别是涉及一种工业用六轴机器人末端结构。

背景技术

六轴机器人能够自由地在三维空间内进行活动，能够准确快速地进行搬运、焊接、喷涂等大量重复性的工作。在传统的工厂里，搬运、焊接等工作基本上是由人工来完成的，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。其次，人工操作的工艺一致性较难达到，质量控制不容易，从而会增加企业的成本。因此，在这些领域中，是极需要机器人准确快速地对物料进行搬运、安装、焊接、喷涂等操作的。

但现有六轴机器人还存在很多不足，主要存在以下缺点：

1.第六轴电机和第五轴电机均安装于小臂前端，增大了六轴机器人末端的自重，使得机器人末端有效负载能力大大降低，且小臂走线繁杂；2.现有技术中小臂结构大多为单体结构，如果需要将第六轴电机和第五轴电机同时安装于小臂结构后端时，电机装配受小臂空间约束，而这种小尺寸电机只能从国外采购，成本较高，通用程度低；3.走线一般直接固定于小臂外部，存在可靠性隐患，线缆裸露在机器人本体外面，冗余杂乱，部分关节动作范围受限，不能很好的保护线缆，另外，有些从内部走线，第五轴、第六轴线缆和末端大电流设备之间存在信号干扰，数据传输不可靠，而且要求第五轴减速机带中空结构，限制了减速机的适用范围；4.现有六轴机器人的手腕部仅有单个第五轴连接部，承载能力有限，机器人末端称重较大的情况下，长期使用后，达不到同轴度要求，精度以及稳定性降低，另一方面，在机器人末端使用的焊枪或是其他工具的走线比较繁杂；5.缺少齿轮消隙处理工序，齿轮传动精度不高，最终导致机器人动作不精准。

发明内容

本发明的目的是提供一种工业用六轴机器人末端结构，其具有结构紧凑，设计合理的优点，采用本发明工业用六轴机器人末端结构可以扩大第五轴电机、第六轴电机和减速机的适用范围，降低采购成本，内部走线简洁，机器人动作精准，六轴机器人末端有效负载能力大大提高。

为解决现有技术中六轴机器人负载能力差，走线不规范，动作范围以及精准度受限，制造成本高，稳定性差的技术问题，本发明一种工业用六轴机器人末端结构，包括小臂部和手腕部，小臂部包括左小臂梁和右小臂梁，左小臂梁和右小臂梁的后端均与第四轴连接部固定连接，左小臂梁和右小臂梁沿着长度方向的轴线在横向上成平行设置并在纵向上成交叉错开设置，左小臂梁和右小臂梁均为中空结构并在后端部分别安装有第五轴电机和第六轴电机；手腕部包括第六轴连接部，第六轴连接部的左右两侧分别固定有第五轴摆臂和第六轴动力传递管，第五轴摆臂和第六轴动力传递管处于左小臂梁和右小臂梁的前端部之间，第五轴摆臂通过其上端固定设置的左侧第五轴连接部与左小臂梁的前端连接，第六轴动力传递管通过其上端固定设置的右侧第五轴连接部与右小臂梁的前端连接；左小臂梁和第五轴摆臂之间设有第一轮带齿轮组减速机构用于第五轴摆臂的摆动，右小臂梁与第六轴动力传递管之间设有第二轮带齿轮组减速机构用于手腕部的动力输出。

进一步的，本发明工业用六轴机器人末端结构，其中，左小臂梁和第五轴摆臂之间的第一轮带齿轮组减速机构具体为：左小臂梁的前端采用圆弧形并安装有谐波减速机作为第五轴的二级减速，谐波减速机的输入轴上套有左大带轮，第五轴电机的输出轴上套有左小带轮，左大带轮和左小带轮通过皮带连接构成第五轴的一级减速，谐波减速机的输出端和第五轴摆臂固定连接用于驱动第五轴摆臂摆动。

进一步的，本发明工业用六轴机器人末端结构，其中，右小臂梁和第六轴动力传递管之间的第二轮带齿轮组减速机构具体为：右小臂梁的前端采用圆弧形并安装有滚子轴承，滚子轴承中安装有传动轴，传动轴的外端安装有右大带轮，第六轴电机的输出轴上安装有右小带轮，右大带轮和右小带轮通过皮带连接构成第六轴的一级减速，传动轴的内端伸入第六轴动力传递管的内腔中并在内端固定安装有左螺旋圆锥齿轮，第六轴动力传递管内沿轴向通过滚子轴承安装有转向齿轮轴，转向齿轮轴与左螺旋圆锥齿轮对应的一端固定安装有右螺旋圆锥齿轮，转向齿轮轴的另一端设置有传动齿轮；左螺旋圆锥齿轮和右螺旋圆锥齿轮相啮合；第六轴连接部沿轴向通过滚子轴承安装有腕部齿轮轴，腕部齿轮轴上按过盈配合方式安装有手腕输出齿轮，传动齿轮和手腕输出齿轮相啮合构成第六轴的二级减速并用于手腕部的动力输出。

进一步的，本发明工业用六轴机器人末端结构，其中，还包括消隙齿轮，所述消隙齿轮安装于腕部齿轮轴上并和手腕输出齿轮一起与所述传动齿轮相啮合。

进一步的，本发明工业用六轴机器人末端结构，其中，腕部齿轮轴为中空结构。

进一步的，本发明工业用六轴机器人末端结构，其中，第五轴电机和第六轴电机均安装于所述左小臂梁和右小臂梁内测。

进一步的，本发明工业用六轴机器人末端结构，其中，第四轴连接部中部开设过线通道。

进一步的，本发明工业用六轴机器人末端结构，其中，左小臂梁和右小臂梁之间焊接固定有加强筋板，且加强筋板中部开设通孔。

本发明一种工业用六轴机器人末端结构与现有技术相比，具有以下优点：本发明通过将左小臂梁和右小臂梁相互错开设置留出了第五轴电机和第六轴电机的安装空间，提高了电机的通用程度，使得电机并不一定依赖于进口，降低了采购成本；同时，第五轴电机和第六轴电机均安装于靠近第四轴连接部的左右小臂梁上，减轻了六轴机器人末端的自重，使得机器人末端有效负载能力增大；且在使用过程中，第五轴电机和第六轴电机错开安装，中间有足够的走线空间，第五轴和第六轴动力传递通道分开，互不干涉，结构紧凑；通过在第六轴连接部左右侧分别固定有第五轴摆臂和第六轴动力传递管，一方面，通过第五轴摆臂可以实现手腕部的摆动，另一方面，通过第六轴动力传递管可以实现手腕部的动力输出，而不需要将第六轴电机安装于手腕部，增加了机器人末端的负载能力；除此之外，手腕部两侧均与第五轴连接，增强了末端负载能力以及稳定性，使用过程中精度要求也得以满足。

下面结合附图所示具体实施方式对本发明一种工业用六轴机器人末端结构作进一步详细说明：

附图说明

图1为本发明一种工业用六轴机器人末端结构示意图；

图2为本发明一种工业用六轴机器人末端结构的局部剖视图；

图3为本发明一种工业用六轴机器人末端结构中手腕部结构示意图。

其中：1、小臂部；100、第四轴连接部；101、左小臂梁；102、右小臂梁；103、第五轴电机；104、第六轴电机；105、谐波减速机；106、左大带轮；107、左小带轮；108、右大带轮；109、右小带轮；110、加强筋板；2、手腕部；200、第六轴连接部；201、第五轴摆臂；202、第六轴动力传递管；203、左侧第五轴连接部；204、右侧第五轴连接部；205、传动轴；206、左螺旋圆锥齿轮；207、转向齿轮轴；208、右螺旋圆锥齿轮；209、传动齿轮；210、腕部齿轮轴；211、手腕输出齿轮；212、消隙齿轮。

具体实施方式

首先需要说明的是，本发明申请中所述的左右、前后、内外方向均以左小臂梁和右小臂梁从第四轴连接部到左侧第五轴连接部或右侧第五轴连接部为正前方向为准，且其只是为表述方便进行的规定，并不表示对本发明专利申请的请求保护范围进行的限定。

如图1-3所示，一种工业用六轴机器人末端结构，包括小臂部1和手腕部2，小臂部1包括左小臂梁101和右小臂梁102，左小臂梁101和右小臂梁102的后端均与第四轴连接部100固定连接，左小臂梁101和右小臂梁102沿着长度方向的轴线在横向上成平行设置并在纵向上成交叉错开设置，左小臂梁101和右小臂梁102均为中空结构并在后端部分别安装有第五轴电机103和第六轴电机104，便于将第五轴和第六轴的动力传递机构分开安装，使得结构更为简洁，且这种结构使得第五轴电机103和第六轴电机104上下错开安装，安装空间充足，可以选用较大尺寸电机，电机的选用并不一定依赖于进口，降低了采购成本，除此之外，第五轴电机103和第六轴电机104尽量后置，降低了机器人末端的自身重量，提高了机器人末端的负载能力；手腕部2包括第六轴连接部200，第六轴连接部200的左右两侧分别固定有第五轴摆臂201和第六轴动力传递管202，第五轴摆臂201和第六轴动力传递管202处于左小臂梁101和右小臂梁102的前端部之间，第五轴摆臂201通过其上端固定设置的左侧第五轴连接部203与左小臂梁101的前端连接，第六轴动力传递管通202过其上端固定设置的右侧第五轴连接部204与右小臂梁102的前端连接，通过这种结构将手腕部2两端均与小臂部1连接，增强了机器人末端负载能力以及稳定性，使用过程中精度要求也得以满足；左小臂梁101和第五轴摆臂201之间设有第一轮带齿轮组减速机构用于第五轴摆臂201的摆动，右小臂梁102与第六轴动力传递管202之间设有第二轮带齿轮组减速机构用于手腕部2的动力输出。

同时，为了使本发明工业用六轴机器人末端结构更为紧凑，将第五轴和第六轴的动力传递机构通过左小臂梁101和右小臂梁102分开设置，左小臂梁101和第五轴摆臂201之间的第一轮带齿轮组减速机构具体为：左小臂梁101的前端采用圆弧形并安装有谐波减速机105作为第五轴的二级减速，谐波减速机105的输入轴上套有左大带轮106，第五轴电机103的输出轴上套有左小带轮107，左大带轮106和左小带轮107通过皮带连接构成第五轴的一级减速，谐波减速机105的输出端和第五轴摆臂201固定连接用于驱动第五轴摆臂201摆动。

右小臂梁102和第六轴动力传递管202之间的第二轮带齿轮组减速机构具体为：右小臂梁102的前端采用圆弧形并安装有滚子轴承，滚子轴承中安装有传动轴205，传动轴205的外端安装有右大带轮108，第六轴电机104的输出轴上安装有右小带轮109，右大带轮108和右小带轮109通过皮带连接构成第六轴的一级减速，传动轴205的内端伸入第六轴动力传递管202的内腔中并在内端固定安装有左螺旋圆锥齿轮206，第六轴动力传递管202内沿轴向通过滚子轴承安装有转向齿轮轴207，转向齿轮轴207与左螺旋圆锥齿轮206对应的一端固定安装有右螺旋圆锥齿轮208，转向齿轮轴207的另一端设置有传动齿轮209；左螺旋圆锥齿轮206和右螺旋圆锥齿轮208相啮合；第六轴连接部200沿轴向通过滚子轴承安装有腕部齿轮轴210，腕部齿轮轴210上按过盈配合方式安装有手腕输出齿轮211，传动齿轮209和手腕输出齿轮211相啮合构成第六轴的二级减速并用于手腕部2的动力输出。

作为进一步优化方案，本实施例还包括消隙齿轮212，消隙齿轮212安装于腕部齿轮轴210上并和手腕输出齿轮211一起与传动齿轮209相啮合；这种结构使得手腕部2的动力输出更稳定，提高了机器人动作精度。

同时，为了使本发明线路布局更为紧凑，以及提高机器人动作灵敏度，将腕部齿轮轴210设置为中空结构，便于末端设备布线。

作为进一步优化方案，第五轴电机103和第六轴电机104均安装于左小臂梁101和右小臂梁102内测；这种安装方式使得机器人更具整体性，结构紧凑。

为了使本发明走线更具规范性，将第四轴连接部100中部开设过线通道，便于第五轴电机103、第六轴电机104以及末端设备的布线。

作为进一步优化方案，左小臂梁101和右小臂梁102之间焊接固定有加强筋板110，便于提高末端结构的负载能力，另外，在加强筋板110中部开设通孔则是为了配合上述从过线通道引出的线缆，使得整个设备布线简洁。

以上实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行的限定，在不脱离本发明设计原理和精神的前提下，本领域工程技术人员依据本发明的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种工业用六轴机器人末端结构，其特征在于，包括小臂部和手腕部，所述小臂部包括左小臂梁和右小臂梁，左小臂梁和右小臂梁的后端均与第四轴连接部固定连接，左小臂梁和右小臂梁沿着长度方向的轴线在横向上成平行设置并在纵向上成交叉错开设置，左小臂梁和右小臂梁均为中空结构并在后端部分别安装有第五轴电机和第六轴电机；所述手腕部包括第六轴连接部，第六轴连接部的左右两侧分别固定有第五轴摆臂和第六轴动力传递管，第五轴摆臂和第六轴动力传递管处于左小臂梁和右小臂梁的前端部之间，第五轴摆臂通过其上端固定设置的左侧第五轴连接部与左小臂梁的前端连接，第六轴动力传递管通过其上端固定设置的右侧第五轴连接部与右小臂梁的前端连接；左小臂梁和第五轴摆臂之间设有第一轮带齿轮组减速机构用于第五轴摆臂的摆动，右小臂梁与第六轴动力传递管之间设有第二轮带齿轮组减速机构用于手腕部的动力输出。

2.根据权利要求1所述的工业用六轴机器人末端结构，其特征在于，所述左小臂梁和第五轴摆臂之间的第一轮带齿轮组减速机构具体为：左小臂梁的前端采用圆弧形并安装有谐波减速机作为第五轴的二级减速，谐波减速机的输入轴上套有左大带轮，第五轴电机的输出轴上套有左小带轮，所述左大带轮和左小带轮通过皮带连接构成第五轴的一级减速，谐波减速机的输出端和第五轴摆臂固定连接用于驱动第五轴摆臂摆动。

3.根据权利要求1所述的工业用六轴机器人末端结构，其特征在于，所述右小臂梁和第六轴动力传递管之间的第二轮带齿轮组减速机构具体为：右小臂梁的前端采用圆弧形并安装有滚子轴承，滚子轴承中安装有传动轴，传动轴的外端安装有右大带轮，第六轴电机的输出轴上安装有右小带轮，右大带轮和右小带轮通过皮带连接构成第六轴的一级减速，传动轴的内端伸入第六轴动力传递管的内腔中并在内端固定安装有左螺旋圆锥齿轮，第六轴动力传递管内沿轴向通过滚子轴承安装有转向齿轮轴，转向齿轮轴与左螺旋圆锥齿轮对应的一端固定安装有右螺旋圆锥齿轮，转向齿轮轴的另一端设置有传动齿轮；左螺旋圆锥齿轮和右螺旋圆锥齿轮相啮合；第六轴连接部沿轴向通过滚子轴承安装有腕部齿轮轴，腕部齿轮轴上按过盈配合方式安装有手腕输出齿轮，所述传动齿轮和手腕输出齿轮相啮合构成第六轴的二级减速并用于手腕部的动力输出。

4.根据权利要求3所述的工业用六轴机器人末端结构，其特征在于，还包括消隙齿轮，所述消隙齿轮安装于腕部齿轮轴上并和手腕输出齿轮一起与所述传动齿轮相啮合。

5.根据权利要求3所述的工业用六轴机器人末端结构，其特征在于，所述腕部齿轮轴为中空结构。

6.根据权利要求1所述的工业用六轴机器人末端结构，其特征在于，所述第五轴电机和第六轴电机均安装于所述左小臂梁和右小臂梁内测。

7.根据权利要求1所述的工业用六轴机器人末端结构，其特征在于，所述第四轴连接部中部开设过线通道。

8.根据权利要求1所述的工业用六轴机器人末端结构，其特征在于，所述左小臂梁和右小臂梁之间焊接固定有加强筋板，且加强筋板中部开设通孔。