CN109434820A - 一种六自由度工业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种六自由度工业机器人，包括依次连接的机座、腰部、大臂、小臂、回转腕部、摆动腕部、末端执行器，在摆动腕部和回转腕部之间通过微动机构传递动力，回转腕部内设有第五电机，摆动腕部内设有第五谐波减速器，微动机构包括分别与第五电机的转动轴及第五谐波减速器的驱动转轴啮合的传动齿轮，且传动齿轮与第五电机的转动轴及第五谐波减速器的驱动转轴的啮合处固定设有薄片，薄片的轮廓与传动齿轮啮合处的轮廓同轴同径分布，且薄片的轮廓设有齿部并与第五电机的转动轴及第五谐波减速器的驱动转轴啮合。与现有技术相比，本发明传动误差积累减小，传动效率高、速度快，且体积较小。

Description

一种六自由度工业机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，具体涉及一种六自由度工业机器人。

背景技术

码垛机器人是伴随物流兴起的新技术。目前，越来越多的公司对加快自家公司物流地速度及减少经济成本有着迫切的希望。综合效率、成本等因素都推动了搬运码垛机器人需求。物流行业往往是劳动密集型行业，基本都是对袋状、箱体等规则形状的物体按照一定的规则顺序摆放在规定位置，这种劳动重复性高，劳动强度大，对工人体力消耗大，以致效率低，难以满足生产要求，因此码垛机器人往往体积大，承载力大。

装配机器人是将不同的零件或材料组合成组件或成品的工业机器人，可分为组装和涂装两类，其同样属于包装机器人这一大类中。现阶段计算机、通信和消费电子行业(简称3C行业)是目前组装机器人最大的应用市场，但装配机器人却只占很小的份额。这是因为装配机器人对环境要求高，精度要求较高但现有技术却无法达到。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种精度高的六自由度工业机器人。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种六自由度工业机器人，该工业机器人包括依次连接的机座、腰部、大臂、小臂、回转腕部、摆动腕部、末端执行器，所述末端执行器与待操作工件连接，所述摆动腕部和回转腕部之间通过微动机构传递动力，所述回转腕部内设有第五电机，所述摆动腕部内设有第五谐波减速器，所述微动机构包括分别与第五电机的转动轴及第五谐波减速器的驱动转轴啮合的传动齿轮，且所述传动齿轮与第五电机的转动轴及第五谐波减速器的驱动转轴的啮合处固定设有薄片，所述薄片的轮廓与传动齿轮啮合处的轮廓同轴同径分布，且薄片的轮廓设有齿部并与第五电机的转动轴及第五谐波减速器的驱动转轴啮合。

所述薄片的齿部与传动齿轮的齿间距相同，所述薄片的齿部与传动齿轮的齿错开。由于机器人里面的轴不是一直朝某个方向旋转，而是需要正转反转，如果装配时不能保证两个齿轮轴线完全按照理论计算的数值安装，就会在机器人传动轴反转的时候出现回程误差，导致精确度降低，要克服这种情况，要求两个齿轮轴线完全与理论计算的数值相同，对于制造工艺的要求太高。而本发明通过将薄片与传动齿轮的齿错开，即采用双齿轮调隙结构，并分别与第五电机的转动轴及第五谐波减速器的驱动转轴啮合的传动齿轮，且所述传动齿轮与第五电机的转动轴及第五谐波减速器的驱动转的齿啮合，就可以有效消除回程误差。同时，通过在传动齿轮与第五电机的转动轴及第五谐波减速器的驱动转轴的啮合处增设薄片，可减小传动齿轮齿部的磨损程度，使其更好的啮合。

所述薄片的齿部与传动齿轮的齿错开的距离为齿间距的1/6～1/4。

所述传动齿轮的一端呈扇形，并与第五电机的转动轴啮合，所述传动齿轮的中部为中空结构，所述第五谐波减速器的驱动转轴位于中空结构内，所述中空结构中远离第五电机的转动轴的一端与第五谐波减速器的驱动转轴啮合。

所述包薄片包括扇环状薄片和圆形薄片，所述扇环状薄片通过多个螺钉固定安装在传动齿轮中呈扇形一端的底部，与传动齿轮中呈扇形一端同轴同径分布；

所述圆形薄片通过螺钉固定安装在传动齿轮中与第五谐波减速器的驱动转轴啮合处的底部，与传动齿轮中和第五谐波减速器的驱动转轴啮合处的轮廓同轴同径分布；所述圆形薄片的圆心与整个传动齿轮的转轴轴心重合。

所述机座内设有第一电机，并通过第一谐波减速器与腰部的底部连接，所述第一电机的转动轴竖直设置，驱动腰部及位于腰部后面的部件在水平面内转动；具体来说，机座的第一电动机转动轴和第一谐波减速器的波形发生器通过键连接在一起，再将第一电机和谐波减速器的柔轮固定在机座里面，将刚轮和腰部固定在一起，使得固定用的螺栓只承受轴向力，弯矩扭矩由交叉滚子轴承承受；

所述大臂底端设有第二电机，并通过第二谐波减速器与腰部连接，所述第二电机的转动轴水平设置，驱动大臂及位于大臂后面的部件在竖直平面内转动；具体来说，大臂内部的第二电动机通过键连接和第二谐波减速器的波形发生器连接在一起，第二谐波减速器的刚轮和腰部固定在一起，第二谐波减速器的柔轮和大臂固定在一起(第二电机是安装在大臂内部，大臂和腰部可以相对运转。但是由于腰部与机座1连接，只能在基座上坐回转运动，所以是2电机带动大臂回转。

所述小臂的一端设有第三电机，并通过第三谐波减速器与大臂的一端连接，所述第三电机的转动轴水平设置，驱动小臂及位于小臂后面的部件在竖直平面内转动，且大臂转动所在平面与小臂转动所在平面平行；具体来说，第三电机安装在小臂内部，并与第三谐波减速器通过键连接在一起，第三谐波减速器的刚轮和大臂固定在一起，第三谐波减速器的柔轮和小臂固定在一起(第三电机是安装在小臂内部，与腰部大臂带动电机的道理是一样的。

所述小臂的另一端设有第四电机，并通过第四谐波减速器与回转腕部的一端连接，所述第四电机的转动轴竖直设置，驱动回转腕部及位于回转腕部后面的部件在竖直平面内转动，且大臂转动所在平面与回转腕部转动所在平面垂直；具体来说，第四电机安装在小臂内部，并与第四谐波减速器通过键连接在一起，第四谐波减速器的柔轮通过螺栓与小臂连接在一起，第四谐波减速器的刚轮通过螺栓与回转腕部连接在一起；

所述回转腕部一端设有第五电机，并通过微动机构与第五谐波减速器连接，所述第五电机的转动轴以及五谐波减速器的驱动转轴竖直设置，所述第五谐波减速器与摆动腕部的底端固定连接；该结构还能进一步缩小机器人腕部结构尺寸；

所述回转腕部的中部设有第六电机，并通过第六谐波减速器与末端执行器连接，所述第六电机的转动轴水平设置，驱动末端执行器在竖直平面内转动，且末端执行器转动所在平面与回转腕部转动所在平面平行，具体来说，第六电机安装在腕部摆动关节内部，同样为了节省占用空间，并与第六谐波减速器通过键连接在一起，第六谐波减速器的柔轮通过螺栓与六自由度工业机器人末端执行器的安装盘连接在一起，第六谐波减速器的刚轮通过螺栓与腕部摆转关节连接在一起。

本发明各个关节采用止口的连接方式，使得刚度较大的交叉滚子轴承承受弯矩。采用的电机以及谐波减速器均为市售的产品。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：

(1)本发明通过将薄片与传动齿轮的齿错开，即采用双齿轮调隙结构，并分别与第五电机的转动轴及第五谐波减速器的驱动转轴啮合的传动齿轮，且所述传动齿轮与第五电机的转动轴及第五谐波减速器的驱动转的齿啮合，就可以有效消除回程误差；

(2)通过在传动齿轮与第五电机的转动轴及第五谐波减速器的驱动转轴的啮合处增设薄片，可减小传动齿轮齿部的磨损程度，使其更好的啮合；

(3)本发明可有效减小该工业机器人的尺寸。

附图说明

图1为本发明六自由度工业机器人的装配结构示意图；

图2为本发明六自由度工业机器人的装配主视图；

图3为本发明机座和腰部的连接结构示意图；

图4为本发明腰部和大臂的连接结构示意图；

图5为本发明大臂顶端所连接的部件结构示意图；

图6为本发明微动机构的侧视放大结构示意图；

图7为本发明微动机构的样式结构示意图；

图8为齿轮轴线完全与理论计算的数值相同时两个齿轮结合处的结构示意图；

图9为现有的结合处的结构示意图；

图10为本发明双齿轮调隙结构。

其中，1为机座，2为腰部，3为大臂，4为小臂，5为回转腕部，6为摆动腕部，7为末端执行器，8为第一电机，9为第一谐波减速器，10为第二电机，11为第二谐波减速器，12为第三电机，13为第三谐波减速器，14为第四电机，15为第四谐波减速器，16为第五电机，17为第五谐波减速器，18为第六电机，19为第六谐波减速器，20为微调机构，21为传动齿轮，22为扇环状薄片，23为圆形薄片，24为螺钉，25为中空结构。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种六自由度工业机器人，其结构如图1、2所示，包括依次连接的机座1、腰部2、大臂3、小臂4、回转腕部5、摆动腕部6、末端执行器7，末端执行器7与待操作工件连接，摆动腕部6和回转腕部5之间通过微动机构传递动力，回转腕部5内设有第五电机，摆动腕部6和回转腕部5连接处用第五谐波减速器连接，微动机构如图6、7所示，包括分别与第五电机的转动轴及第五谐波减速器的驱动转轴啮合的传动齿轮21，且传动齿轮21与第五电机的转动轴16及第五谐波减速器的驱动转轴17的啮合处固定设有薄片22，薄片的轮廓与传动齿轮21啮合处的轮廓同轴同径分布，且薄片的轮廓设有齿部并与第五电机的转动轴16及第五谐波减速器的驱动转轴17啮合。

薄片的齿部与传动齿轮的齿间距相同，薄片的齿部与传动齿轮的齿错开。由于机器人里面的轴不是一直朝某个方向旋转，而是需要正转反转，如果装配时不能保证两个齿轮轴线完全按照理论计算的数值安装，就会在机器人传动轴反转的时候出现回程误差，如图9所示，导致精确度降低，要克服这种情况，要求两个齿轮轴线完全与理论计算的数值相同，如图8所示，对于制造工艺的要求太高。而本发明通过将薄片与传动齿轮的齿错开，即采用双齿轮调隙结构，如图10所示，并分别与第五电机的转动轴及第五谐波减速器的驱动转轴啮合的传动齿轮，且传动齿轮与第五电机的转动轴及第五谐波减速器的驱动转的齿啮合，就可以有效消除回程误差。同时，通过在传动齿轮与第五电机的转动轴及第五谐波减速器的驱动转轴的啮合处增设薄片，可减小传动齿轮齿部的磨损程度，使其更好的啮合。

薄片的齿部与传动齿轮的齿错开的距离为齿间距的1/6～1/4。

传动齿轮21的一端呈扇形，并与第五电机的转动轴16啮合，传动齿轮的中部为中空结构25，第五谐波减速器的驱动转轴17位于中空结构内，中空结构中远离第五电机的转动轴16的一端与第五谐波减速器17的驱动转轴20啮合。

薄片包括扇环状薄片22和圆形薄片23，扇环状薄片22通过多个螺钉固定安装在传动齿轮21中呈扇形一端的底部，与传动齿轮21中呈扇形一端同轴同径分布；

圆形薄片23通过螺钉固定安装在传动齿轮21中与第五谐波减速器的驱动转轴17啮合处的底部，与传动齿轮21中和第五谐波减速器的驱动转轴17啮合处的轮廓同轴同径分布；圆形薄片23的圆心与整个传动齿轮21的转轴轴心重合。

机座内设有第一电机8，并通过第一谐波减速器9与腰部的底部连接，如图3所示，第一电机8的转动轴竖直设置，驱动腰部及位于腰部后面的部件在水平面内转动；具体来说，机座的第一电动机8转动轴和第一谐波减速器9的波形发生器通过键连接在一起，再将第一电机和谐波减速器的柔轮固定在机座1里面，将刚轮和腰部固定在一起，使得固定用的螺栓只承受轴向力，弯矩扭矩由交叉滚子轴承承受；

大臂底端设有第二电机10，并通过第二谐波减速器11与腰部的一端连接，第二电机10的转动轴水平设置，驱动大臂3及位于大臂后面的部件在竖直平面内转动，如图4所示，具体来说，大臂内部的第二电动机10通过键连接和第二谐波减速器11的波形发生器连接在一起，第二谐波减速器11的刚轮和腰部固定在一起，第二谐波减速器11的柔轮和大臂固定在一起

小臂4的一端设有第三电机12，并通过第三谐波减速器13与大臂3的一端连接，第三电机12的转动轴水平设置，驱动小臂4及位于小臂后面的部件在竖直平面内转动，且大臂3转动所在平面与小臂4转动所在平面平行；具体来说，第三电机12安装在小臂4内部，并与第三谐波减速器13通过键连接在一起，第三谐波减速器13的刚轮和大臂3固定在一起，第三谐波减速器13的柔轮和小臂4固定在一起；

小臂4的另一端设有第四电机14，并通过第四谐波减速器15与回转腕部5的一端连接，第四电机14的转动轴竖直设置，驱动回转腕部5及位于回转腕部后面的部件在竖直平面内转动，且大臂3转动所在平面与回转腕部5转动所在平面垂直；，具体来说，第四电机14安装在小臂内部，并与第四谐波减速器15通过键连接在一起，第四谐波减速器15的柔轮通过螺栓与小臂4连接在一起，第四谐波减速器15的刚轮通过螺栓与回转腕部5连接在一起；

回转腕部5一端设有第五电机16，并通过微动机构与第五谐波减速器17连接，第五电机16的转动轴以及五谐波减速器17的驱动转轴竖直设置，第五谐波减速器17与摆动腕部6的底端固定连接；该结构还能进一步缩小机器人腕部结构尺寸；

摆动腕部6的中部设有第六电机18，并通过第六谐波减速器19与末端执行器7连接，第六电机18的转动轴水平设置，驱动末端执行器7在竖直平面内转动，且末端执行器7转动所在平面与回转腕部5转动所在平面平行，具体来说，第六电机18安装在腕部摆动腕部6内部，同样为了节省占用空间，并与第六谐波减速器19通过键连接在一起，第六谐波减速器19的柔轮通过螺栓与六自由度工业机器人末端执行器7的安装盘连接在一起，第六谐波减速器的刚轮通过螺栓与腕部摆动关节6连接在一起，如图5所示。

Claims (10)

1.一种六自由度工业机器人，该工业机器人包括依次连接的机座、腰部、大臂、小臂、回转腕部、摆动腕部、末端执行器，所述末端执行器与待操作工件连接，其特征在于，所述摆动腕部和回转腕部之间通过微动机构传递动力，所述回转腕部内设有第五电机，所述摆动腕部内设有第五谐波减速器，所述微动机构包括分别与第五电机的转动轴及第五谐波减速器的驱动转轴啮合的传动齿轮，且所述传动齿轮与第五电机的转动轴及第五谐波减速器的驱动转轴的啮合处固定设有薄片，所述薄片的轮廓与传动齿轮啮合处的轮廓同轴同径分布，且薄片的轮廓设有齿部并与第五电机的转动轴及第五谐波减速器的驱动转轴啮合。

2.根据权利要求1所述的一种六自由度工业机器人，其特征在于，所述薄片的齿部与传动齿轮的齿间距相同，所述薄片的齿部与传动齿轮的齿错开。

3.根据权利要求2所述的一种六自由度工业机器人，其特征在于，所述薄片的齿部与传动齿轮的齿错开的距离为齿间距的1/6～1/4。

4.根据权利要求2所述的一种六自由度工业机器人，其特征在于，所述传动齿轮的一端呈扇形，并与第五电机的转动轴啮合，所述传动齿轮的中部为中空结构，所述第五谐波减速器的驱动转轴位于中空结构内，所述中空结构中远离第五电机的转动轴的一端与第五谐波减速器的驱动转轴啮合。

5.根据权利要求4所述的一种六自由度工业机器人，其特征在于，所述包薄片包括扇环状薄片和圆形薄片，所述扇环状薄片通过多个螺钉固定安装在传动齿轮中呈扇形一端的底部，与传动齿轮中呈扇形一端同轴同径分布；

所述圆形薄片通过螺钉固定安装在传动齿轮中与第五谐波减速器的驱动转轴啮合处的底部，与传动齿轮中和第五谐波减速器的驱动转轴啮合处的轮廓同轴同径分布；所述圆形薄片的圆心与整个传动齿轮的转轴轴心重合。

6.根据权利要求1所述的一种六自由度工业机器人，其特征在于，所述机座内设有第一电机，并通过第一谐波减速器与腰部的底部连接，所述第一电机的转动轴竖直设置，驱动腰部及位于腰部后面的部件在水平面内转动。

7.根据权利要求1所述的一种六自由度工业机器人，其特征在于，所述大臂底端设有第二电机，并通过第二谐波减速器与腰部连接，所述第二电机的转动轴水平设置，驱动大臂及位于大臂后面的部件在竖直平面内转动。

8.根据权利要求1所述的一种六自由度工业机器人，其特征在于，所述小臂的一端设有第三电机，并通过第三谐波减速器与大臂的一端连接，所述第三电机的转动轴水平设置，驱动小臂及位于小臂后面的部件在竖直平面内转动，且大臂转动所在平面与小臂转动所在平面平行。

9.根据权利要求1所述的一种六自由度工业机器人，其特征在于，所述小臂的另一端设有第四电机，并通过第四谐波减速器与回转腕部的一端连接，所述第四电机的转动轴竖直设置，驱动回转腕部及位于回转腕部后面的部件在竖直平面内转动，且大臂转动所在平面与回转腕部转动所在平面垂直。

10.根据权利要求1所述的一种六自由度工业机器人，其特征在于，所述回转腕部一端设有第五电机，并通过微动机构与第五谐波减速器连接，所述第五电机的转动轴以及五谐波减速器的驱动转轴竖直设置，所述第五谐波减速器与摆动腕部的底端固定连接；

所述回转腕部的中部设有第六电机，并通过第六谐波减速器与末端执行器连接，所述第六电机的转动轴水平设置，驱动末端执行器在竖直平面内转动，且末端执行器转动所在平面与回转腕部转动所在平面平行。