CN112025676A - 一种双桁架长行程重负载高精度多角度桁架混联机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双桁架混联机器人，其包括双桁架底座、底座支撑横梁、XYZ三个直角坐标关节和ABC三个旋转关节。其中双桁架混联机器人的底座采用四根立柱支撑其整个机器人的运动部分，X轴为两根主横梁分别横架于两个立柱之上，Y轴垂直横架于X轴之上，Z轴叠加于Y轴末端，XYZ三轴均为高精密的直线导轨配合高转速的伺服马达以及高精密行星减速机传动，实现三个平移自由度；ABC三个旋转关节安装于直角坐标关节Z轴的末端，实现三个旋转自由度，每一个旋转关节都由伺服电机、精密机器人专用减速机、轴本体和附件构成。适用于喷涂、焊接、搬运、金属加工、医疗保健等多种场合。

Description

一种双桁架长行程重负载高精度多角度桁架混联机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，具体涉及一种双桁架长行程重负载高精度多角度桁架混联机器人，是基于爽桁架、XYZ直角坐标关节和ABC旋转关节的六自由度混联机器人，可用于工业和医疗保健场景，属于机器人技术领域。

背景技术

现有的主流通用型工业机器人为关节机器人和直角坐标机器人。关节机器人大多有采用串联结构的三个以上的自由度，但这种结构对于大范围远行程重负载跨工站的智能生产线无法适应。而直角坐标机器人虽然能够满足前面所述的功能，但他的末端灵活性和定位精度无法满足智能工厂的需要。因此现实中为了解决以上应用中的矛盾，大多采用多台进口关节机器人协作工作来弥补单一机器人的局限。这一方法虽然可行，但造价昂贵，且因为不同品牌机器人通讯协议不一样，零部件接口也无法统一，导致终端用户必须在机器人品牌上站队，其集成的复杂性也使得用户后期的使用维护费用高涨，一定程度上降低了用户使用机器人完成自动化升级的意愿。中国专利文献201310746524.0中虽提到了一种三个线性模组两两正交的方式组成的XY直角坐标关节，但没有考虑平行的直角坐标关节在实际应用中的可集成性，该文献的姿态腕的后三个关节没有定义实际受限的关节的运动角度，给落地应用带来一些不便，该文献中的机器人设计负载6KG，不适合重负载(300KG-1200KG)。

鉴于现有技术上的缺陷和实际应用的需求，有必要设计一种兼顾关节机器人和直角坐标机器人优点的一种双桁架长行程重负载高精度多角度桁架混联机器人。

发明内容

本发明的目的是克服现有直角坐标机器人和关节机器人的技术不足，提供一种双桁架长行程重负载高精度多角度桁架混联机器人。所述双桁架混联机器人主体框架为龙门架结构形式，联合直角坐标机械手和六轴关节机器人的结构及性能优势研发孕育而生，可替代所有的坐标式机械手和绝大部分的六轴工业机器人运作。

本发明解决其技术问题的技术方案是：

一种双桁架长行程重负载高精度多角度桁架混联机器人，其包括双桁架混联机器人底座、双桁架底座支撑横梁、两两垂直的双X轴Y轴Z轴三个直角坐标关节和串联在一起的A轴B轴C轴三个旋转关节，三个直角坐标关节和三个旋转关节共同构成六个自由度。其中ABC旋转关节安装于直角坐标关节Z轴末端，A轴为旋转轴，活动角度为0-360°，B轴为翘曲轴，活动角度为0-180°，C轴为姿态轴，活动角度为0-720°。所述双桁架混联机器人底座采用四根或者多根立柱支撑其整个机器人的运动部分，其龙门架式结构简单稳固，且占用空间小，所述龙门架式结构设计需根据手臂末端的载荷以及运行速度综合考虑。本发明所述双X轴为两根主横梁分别横架于两组立柱之上，其行程可根据实际需求以及场地空间限制加长或是缩短，本发明双X轴行程范围在0.5m到10m之内(通过拼接理论上行程不受限制)，本发明所述Y轴垂直横架于双X轴之上，Y轴行程范围在0.5m到10m之内，拼接可做的更长，主要根据需抓取物件的范围来制定，由此XY轴即可实现平面内多点多范围运动，而本发明所述Z轴叠加于Y轴末端，为上下方向运动，于此，由XYZ三轴组成的桁架结构可实现三维空间多点多范围运动，三轴均为高精密的直线导轨配合高转速的伺服马达以及高精密性的行星减速机传动，整机运行稳定高效，最高重复定位精度可达+/-0.1mm,基本可满足各行业的搬运抓取工作。

所述的ABC三个旋转关节由六轴工业机器人的腕部关节演变而来，由于有较高的自由度，其运动灵活，适合各种轨迹或角度的工作，所述A轴连接于Z轴末端，其路径绕着Z轴0-360°旋转，无任何死点，B轴与A轴末端连接，其路径可垂直A轴轴线翻旋0-180°，而C轴与B轴连接，其路径绕B轴轴线可0-360°多点旋转，由此ABC三轴配合可联动可独立运动，使其运动范围更加多角度化，此三轴均为精密性的机器人专用减速机配合高转速的伺服电机传动，特别适用于各种长行程高精密的金属加工搬运或是自动化工站间的抓取动作。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

将双桁架与直角坐标关节和旋转关节相结合，形成一种行程可达10米(拼接可更远)，负载可达300KG-1200KG，重复定位精度最高可达+/-0.1mm的一种长行程重负载高精度多角度桁架混联机器人，其结构简单，占用空间小，制造成本低，易于集成，同时可以完成单一工业机器人无法完成的跨工站重负载高精度协作生产任务，可替代所有的坐标式机械手和绝大部分的六轴机器人运作。在日益紧张的用工成本下，可有效降低企业的生产和运行成本，为工厂智能化升级提供有益帮助。

附图说明

图1为本发明的整体结构立体图。

图2为本发明旋转关节ABC三轴的示意图。

图3为本发明各功能模块的示意图。

图4为旋转关节A轴和B轴的结构示意图

图5为旋转关节C轴的结构示意图。

图中各编号对应模组如下，

立柱(双桁架支撑)1，双桁架底座支撑横梁25，X轴(横行出入)2，Y轴(前进后退)3，Z轴(上下)4，旋转关节ABC轴(旋转翘曲姿态)5，A轴伺服电机6，A轴谐波减速机7，A轴本体8，主动轮9，高精度无缝带10，从动轮11，B轴谐波减速机12，B轴本体13，B轴伺服电机14，B+C轴旋转组15，精密深沟球轴承16，轴谐波减速机17，C轴伺服电机18，轴本体19，旋转连接座20,电控部21

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1至图3所示，为符合本发明的一种长行程重负载高精度多角度桁架混联器人，其包括立柱(桁架支撑)1、双桁架底座支撑横梁25、X轴(横行出入)2、Y轴(前进后退)3、Z轴(上下)4、旋转关节ABC轴(旋转翘曲姿态)5、电控部21。

所述双桁架混联机器人底座采用四根立柱1(进一步的可扩展到多根立柱的双桁架支撑***)和桁架底座支撑横梁25来支撑其整个机器人的运动部分；

所述2组X轴2为主横梁横架于立柱1之上，所述X轴2可根据实际需求以及场地空间限制加长或是缩短，常用行程范围在0.5m到10m之内，进一步的可以拼接延长到30米以上，所述X轴2完成横向(左右)运动；

所述Y轴3垂直横架于X轴2之上，所述Y轴3行程相对较短，主要根据需抓取物件的范围来制定，所述Y轴3完成垂直于X轴2的纵向(前进后退)运动，由此所述X轴2和所述Y轴3即可实现平面内多点多范围运动；

所述Z轴4叠加于Y轴3末端(牛头式结构)或是Y轴3侧面(单边式结构)，为垂直于X轴2和Y轴3的上下方向运动；

于此，由桁架立柱1、X轴2、Y轴3、Z轴4两柱三轴组成的桁架结构可实现三维空间多点多范围运动。所述X轴2、Y轴3、Z轴4均为高精密的直线导轨配合高转速的伺服马达以及高精密性的行星减速机传动，整机运行稳定高效，重复定位精度可达+/-0.1mm,基本可满足各行业的搬运抓取工作。所述电控部21可放在立柱1的外侧面的地面或者安装到立柱1外侧面，为所述一种长行程重负载高精度多角度桁架混联器人的控制部分。

所述旋转关节A轴22、B轴23、C轴24由六轴工业机器人的末端演变而来，由于有较高的自由度，其运动灵活，适合各种轨迹或角度的工作。

所述A轴22连接于Z轴4末端，与Z轴4同轴，其路径绕着Z轴4轴心0-360°旋转，无任何死点；

所述B轴23与A轴22末端连接，以垂直于A轴轴心为起始位置，可向另一侧翻转0-180°；

所述C轴24与B轴23嵌套连接且同轴，其路径绕B轴23轴心可0-360°多点旋转；

由此A轴22、B轴23、C轴24三轴配合可联动可独立运动，使其运动范围更加多角度化，其中所述A轴22由A轴伺服电机6、A轴谐波减速机7、A轴本体8及附件连接而成；所述B轴23由主动轮9、高精度无缝带10、从动轮11、B轴谐波减速机12、B轴本体13、B轴伺服电机14、B+C轴旋转组15及其附件连接而成；所述C轴24由精密深沟球轴承16、C轴谐波减速机17、C轴伺服电机18、C轴本体19、旋转连接座20及附件组成。

所述旋转关节A轴22、B轴23、C轴24均为精密性的机器人谐波减速机配合高转速的伺服电机传动，特别适用于各种高精密的搬运或是抓取动作。

本发明所述一种双桁架长行程重负载高精度多角度桁架混联机器人，具有双桁架、长行程、重负载、高精度、动作灵活、经济高效的特点，可广泛用于汽车总装、精密零部件加工、流水线搬运、智能工厂垮工站衔接、注塑自动化生产线、白色家电制造等众多工业应用领域，也可改进后用于医疗保健行业代替繁重的人工劳动。

本发明所述的长行程为X轴2和Y轴3的行程为10米(可以拼接扩展更长)，Z轴4也可以根据实际情况定制；所述的重负载为设计负载300kg，最大可增加到1200KG；所述的高精度为整机重复定位精度+-0.1mm,在300kg负载范围内重复定位精度达到同行领先水平；所述的多角度是无工作空间死角。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不断经过创造性的改进，进一步的行程可扩展到更长，负载可增加到更重，精度可优化到更高，由此所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双桁架长行程重负载高精度多角度桁架混联机器人，所述机器人包括四立柱双桁架支撑、底座支撑横梁、双X轴(横行出入)、Y轴(前进后退)、Z轴(上下)、旋转A轴、翻转B轴、姿态C轴(旋转翘曲姿态)及电控部分，其特征是：所述双桁架混联机器人底座采用平行的四根立柱支撑其整个机器人的运动部分,其电控部分单独放置于立柱的外侧地面或安装在立柱的外侧。

2.如权利要求1项所述的一种双桁架长行程重负载高精度多角度桁架混联机器人，其特征在于：所述X轴为两根主横梁分别横架于两根立柱之上，构成双X轴。所述X轴可根据实际需求以及场地空间限制加长或是缩短，常用行程范围在0.5m到10m之内，进一步的可以拼接延长。

3.如权利要求2项所述的一种双桁架长行程重负载高精度多角度桁架混联机器人，其特征在于：所述Y轴垂直横架于双X轴之上。所述Y轴可根据实际需求以及场地空间限制加长或是缩短，常用行程范围在0.5m到10m之内，进一步的可以拼接延长。

4.如权利要求3项所述的一种双桁架长行程重负载高精度多角度桁架混联机器人，其特征在于：所述Z轴叠加于Y轴末端，XYZ三轴均为高精密的直线导轨配合高转速的伺服马达以及高精密行星减速机传动，实现三个平移自由度。

5.如权利要求4项所述的一种双桁架长行程重负载高精度多角度桁架混联机器人，其特征在于：所述A轴连接于Z轴末端，与Z轴同轴，其路径绕着Z轴轴心0-360°旋转，无任何死点。所述A轴由A轴伺服电机、A轴谐波减速机、A轴本体及附件连接而成。

6.如权利要求5项所述的一种双桁架长行程重负载高精度多角度桁架混联机器人，其特征在于：所述B轴与A轴末端连接，以垂直于A轴轴心为起始位置，可向另一侧翻转0-180°。所述B轴由主动轮、高精度无缝带、从动轮、B轴谐波减速机、B轴本体、B轴伺服电机、B+C轴旋转组及其附件连接而成。

7.如权利要求6项所述的一种双桁架长行程重负载高精度多角度桁架混联机器人，其特征在于：所述C轴与B轴嵌套连接且同轴，其路径绕B轴轴心可0-360°多点旋转；所述C轴由精密深沟球轴承、C轴谐波减速机、C轴伺服电机、C轴本体、旋转连接座及附件组成。

8.如权利要求7项所述的一种双桁架长行程重负载高精度多角度桁架混联机器人，其特征在于：由此A轴B轴C轴三轴配合可联动可独立运动，使其运动范围更加多角度化。

9.如权利要求8项所述的一种双桁架长行程重负载高精度多角度桁架混联机器人，其特征在于：所述机器人双X轴、Y轴、Z轴的行程、精度均可以根据实际情况定制，驱动方式为伺服驱动或气动驱动。

10.如权利要求9项所述的一种双桁架长行程重负载高精度多角度桁架混联机器人，其特征在于：所述机器人的A轴、B轴、C轴的臂长、精度和负载均可根据实际情况定制。

Images