CN203566700U - 一种水平四自由度工业机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及工业机器人技术领域，尤其是指一种水平四自由度工业机器人。包括基座、主臂、副臂、主臂电机、副臂电机以及第一传动机构与第二传动机构，主臂电机通过主臂减速机带动主臂旋转，实现水平范围内粗定位，副臂电机通过副臂减速机带动副臂旋转，实现水平方向精确定位；在第一传动机构中，第一伺服电机通过同步带驱动滚珠丝杠旋转，且使得滚珠花键上下运动，实现垂直方向的精确定位；在第二传动机构中，第二伺服电机通过同步带驱动滚珠花键旋转，当在滚珠花键的末端安装上夹具，实现夹具在水平方向上姿态的精确调整。本实用新型结构简单轻化，安装调试更方便，能有效缩短研发生产周期；控制精度高，操作方便。

Description

一种水平四自由度工业机器人

技术领域

本实用新型涉及工业机器人技术领域，尤其是指一种水平四自由度工业机器人。 

背景技术

工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造***（FMS）、自动化工厂（FA）、计算机集成制造***（CIMS）的自动化工具。 

    广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量和产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以降低生产成本，有着十分重要的意义。工业机器人关键技术在于两方面：机械结构与控制***。一款优秀的工业机器人应当具备稳定、轻便、精准的机械结构和具有充分柔性控制、开放性的模块化、故障自诊断与安全维护、以及网络互联的控制***。 

在现有技术中的工业机器人存在以下缺点：机器主体采用铸件，因采用铸造件导致体积大，结构笨重，额定载重小，成本难以降低。主臂与副臂电机与减速机之间均采用同步带传动，精度难以保证。电机普遍采用相对位置编码器伺服电机，需外置零位传感器，可靠性降低；相对位置编码器导致每次开机需要回原点，因此导致潜在的结构干涉，使程序复杂化。 

发明内容

本实用新型针对现有技术的问题提供一种水平四自由度工业机器人，其结构简单轻化，安装调试更方便，故障率低；而且控制操作简单方便，使用成本小。 

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案： 

一种水平四自由度工业机器人，包括基座、主臂、副臂、主臂电机和副臂电机，所述主臂电机设置于基座，主臂电机与主臂的一端连接并驱动主臂旋转，所述主臂的另一端与副臂的一端可转动连接，所述副臂电机设置于副臂，且该副臂电机与副臂连接并驱动副臂旋转；所述副臂上安装有可作二维运动的执行装置，所述执行装置包括有第一传动机构和第二传动机构，第一传动机构与第二传动机构连接；所述基座设置有接线端头，所述主臂电机、副臂电机和传动装置均通过导线与接线端头电连接。

进一步的，所述第一传动机构包括有滚珠丝杠、同步带、同步带轮和第一伺服电机，第二传动机构包括有滚珠花键、同步带、同步带轮和第二伺服电机；所述滚珠花键、滚珠丝杠、第一伺服电机和第二伺服电机分别固定安装于副臂上，且滚珠花键、滚珠丝杠、第一伺服电机和第二伺服电机均连接有同步带轮，所述第一伺服电机通过同步带驱动滚珠丝杠旋转，所述第二伺服电机通过同步带驱动滚珠花键旋转；所述滚珠丝杠与滚珠花键之间设有连接板，所述连接板的一端与滚珠花键的顶端固定连接，其另一端与滚珠丝杠的螺母连接。 

其中，本实用新型还包括有主臂减速机和副臂减速机，所述主臂减速机安装在主臂电机与主臂之间，所述副臂减速机安装在副臂电机与副臂之间。 

其中，所述主臂电机、副臂电机、第一伺服电机和第二伺服电机均为绝对值编码器伺服电机。 

其中，所述副臂还设置有固线架，所述固线架的下端与副臂固定连接。 

进一步的，所述固线架与基座之间设置有外置护线管，所述外置护线管的一端与固线架的顶端贯通且固定连接，该外置护线管的另一端与基座的背部贯通且固定连接。 

其中，所述第一伺服电机、第二伺服电机与副臂之间均设置有“几”字型的支撑架，所述第一伺服电机、第二伺服电机分别与支撑架的上端部可拆卸连接，所述支撑架的下端部通过螺钉与副臂可拆卸连接。 

其中，所述副臂上设置有用于支撑滚珠丝杠的固定座，该固定座的下方与副臂固定连接；所述固定座的中间设置有轴承，所述滚珠丝杠通过轴承与固定座连接。 

其中，所述副臂上设置有保护外壳，所述保护外壳将执行装置包履在内部。 

本实用新型的有益效果： 

本实用新型所提供的一种水平四自由度工业机器人包括基座、主臂、副臂、主臂电机、副臂电机以及第一传动机构与第二传动机构，主臂电机通过主臂减速机带动主臂旋转，实现水平范围内粗定位，副臂电机通过副臂减速机带动副臂旋转，实现水平方向精确定位；在第一传动机构中，第一伺服电机通过同步带驱动滚珠丝杠旋转，且使得滚珠花键上下运动，实现垂直方向的精确定位；在第二传动机构中，第二伺服电机通过同步带驱动滚珠花键旋转，当在滚珠花键的末端安装上夹具，实现夹具在水平方向上姿态的精确调整。本实用新型结构简单轻化，安装调试更方便，能有效缩短研发生产周期；控制精度高，操作方便。

附图说明

图1为本实用新型一种水平四自由度工业机器人的结构示意图。 

图2为本实用新型一种水平四自由度工业机器人的内部机构图。 

图3为本实用新型一种水平四自由度工业机器人的另一视角的内部机构图。 

图4为本实用新型一种水平四自由度工业机器人的主臂和副臂的摆动角度示意图。 

图5为本实用新型一种水平四自由度工业机器人的执行装置的结构示意图 

在图1至图5中的附图标记包括：

1—基座                2—主臂            21—主臂电机 

22—主臂减速机     3—副臂             31—副臂电机 

32—副臂减速机     33—固线架        34—保护外壳 

4—滚珠花键          5—滚珠丝杠      51—螺母

6—同步带             7—同步带轮       8—第一伺服电机    

9—第二伺服电机    10—连接板        11—接线端头       

12—外置护线管     13—支撑架        14—固定座         

15—轴承。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。参见图1至图5，以下结合附图对本实用新型进行详细的描述。 

本实用新型所提供的一种水平四自由度工业机器人，包括基座1、主臂2、副臂3、主臂电机21和副臂电机31，所述基座1一般固定安装于工作台上，所述主臂电机21设置于基座1，主臂电机21与主臂2的一端连接并驱动主臂2旋转，所述主臂2的另一端与副臂3的一端可转动连接，所述副臂电机31设置于副臂3，且该副臂电机31与副臂3连接并驱动副臂3旋转；所述副臂3上安装有可作二维运动的执行装置，所述执行装置包括有第一传动机构和第二传动机构，第一传动机构与第二传动机构连接；所述基座1设置有接线端头11，所述主臂电机21、副臂电机31和传动装置均通过导线与接线端头11电连接。 

进一步的，本实用新型中所述第一传动机构包括有滚珠丝杠5、同步带6、同步带轮7和第一伺服电机8，第二传动机构包括有滚珠花键4、同步带6、同步带轮7和第二伺服电机9；所述滚珠花键4、滚珠丝杠5、第一伺服电机8和第二伺服电机9分别固定安装于副臂3上，且滚珠花键4、滚珠丝杠5、第一伺服电机8和第二伺服电机9均连接有同步带轮7，所述第一伺服电机8通过同步带6驱动滚珠丝杠5旋转，所述第二伺服电机9通过同步带6驱动滚珠花键4旋转；所述滚珠丝杠5与滚珠花键4之间设有连接板10，所述连接板10的一端与滚珠花键4的顶端固定连接，其另一端与滚珠丝杠5的螺母51连接。其中，本实用新型还包括有主臂减速机22和副臂减速机32，所述主臂减速机22安装在主臂电机21与主臂2之间，所述副臂减速机32安装在副臂电机31与副臂3之间。 

本工业机器人在作业之前，首先在电脑上离线编写好控制程序，然后通过程序从电脑上传到本工业机器人的PLC控制器。启动后，PLC控制器通过发脉冲控制各个驱动电机外置的伺服驱动器（在图中未标出），伺服驱动器驱动电机旋转，脉冲数量决定电机转动步角数。 

在本实用新型中，所述主臂电机21、副臂电机31、第一伺服电机8和第二伺服电机9均为绝对值编码器伺服电机。本实用新型所采用电机编码器均为17位绝对位置编码器，编码器转盘刻有格雷码，保证在第一次校准远点之后突然断电或外力转动后仍能随时准确读取电机当前转角从而计算出执行端当前坐标。 

当伺服驱动器发脉冲给主臂电机21，主臂电机21旋转并通过主臂减速机22带动主臂2旋转，安装在主臂2上的副臂3也跟随旋转，实现执行端大范围内初步定位。当伺服驱动器发脉冲给副臂电机31，副臂电机31旋转并通过副臂减速机32带动副臂3旋转，安装在副臂3上的执行装置随之实现小范围内最终定位。 

当伺服驱动器发脉冲给第一伺服电机8，第一伺服电机8旋转并通过同步带6传动带滚珠丝杠5转动，由于滚珠丝杠5的螺母51与连接板10固定连接，无法转动，因而将滚珠丝杠5的旋转运动转变为螺母51的直线上下运动。连接板10被螺母51带动，进而驱使滚珠花键4上下运动，实现执行端在高度方向上的精确定位； 

当伺服驱动器发脉冲给第二伺服电机9，第二伺服电机9旋转，通过同步带6传动带动固定在滚珠花键4，滚珠花键4的下方用于安装执行端的，因此能使得执行端相对副臂3转动，从而实现执行端姿态的精确调整。

上述可知，主臂电机21通过主臂减速机22带动主臂2旋转，实现水平范围内粗定位，副臂电机31通过副臂减速机32带动副臂3旋转，实现水平方向精确定位；第一伺服电机8通过同步带6驱动滚珠丝杠5旋转，且使得滚珠花键4上下运动，实现垂直方向的精确定位；第二伺服电机9通过同步带6驱动滚珠花键4旋转，当在滚珠花键4的末端安装上夹具，实现夹具在水平方向上姿态的精确调整。本实用新型结构简单轻化，安装调试更为方便，能有效缩短研发生产周期；使用绝对值编码器伺服电机进行控制，其控制精度高，操作方便。    

如图4所示，本实用新型所述的主臂2、副臂3的转动角度在-150o～+150o之间。执行装置在主臂2和副臂3的转动范围内进行作业，其工作范围广。

其中，所述副臂3还设置有固线架33，所述固线架33的下端与副臂3固定连接。进一步的，所述固线架33与基座1之间设置有外置护线管12，所述外置护线管12的一端与固线架33的顶端贯通且固定连接，该外置护线管12的另一端与基座1的背部贯通且固定连接。将各个伺服电机的电缆穿入至外置护线管12，而且电缆的线头能被固线架33固定，电缆走线固定，不会干扰到执行部件。 

在本实施例中，所述第一伺服电机8、第二伺服电机9与副臂3之间均设置有“几”字型的支撑架13，所述第一伺服电机8、第二伺服电机9分别与支撑架13的上端部可拆卸连接，所述支撑架13的下端部通过螺钉与副臂3可拆卸连接。其中，所述副臂3上设置有用于支撑滚珠丝杠5的固定座14，该固定座14的下方与副臂3固定连接；所述固定座14的中间设置有轴承15，所述滚珠丝杠5通过轴承15与固定座14连接。因为第一伺服电机8、第二伺服电机9均使用同步带6与固定在滚珠丝杠5、滚珠花键4上的同步带轮7连接，实现滚珠丝杠5、滚珠花键4的旋转动作。结合图2和图5可知，同步带6从“几”字型的支撑架13、固定座14的下方穿过的，结构简单，便于制造与维修。 

如图1所示，所述副臂3上设置有保护外壳34，所述保护外壳34将执行装置包履在内部，隐藏副臂3上的机械结构和控制部分，可起到防尘作用。 

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。 

Claims (9)

1.一种水平四自由度工业机器人，其特征在于：包括基座、主臂、副臂、主臂电机和副臂电机，所述主臂电机设置于基座上，主臂电机与主臂的一端连接并驱动主臂旋转，所述主臂的另一端与副臂的一端可转动连接，所述副臂电机设置于副臂上，且该副臂电机与副臂连接并驱动副臂旋转；所述副臂上安装有可作二维运动的执行装置，所述执行装置包括有第一传动机构和第二传动机构，第一传动机构与第二传动机构连接；所述基座设置有接线端头，所述主臂电机、副臂电机和执行装置均通过导线与接线端头电连接。

2.根据权利要求1所述的一种水平四自由度工业机器人，其特征在于：所述第一传动机构包括有滚珠丝杠、同步带、同步带轮和第一伺服电机，第二传动机构包括有滚珠花键、同步带、同步带轮和第二伺服电机；所述滚珠花键、滚珠丝杠、第一伺服电机和第二伺服电机分别固定安装于副臂上，且滚珠花键、滚珠丝杠、第一伺服电机和第二伺服电机均连接有同步带轮，所述第一伺服电机通过同步带驱动滚珠丝杠旋转，所述第二伺服电机通过同步带驱动滚珠花键旋转；所述滚珠丝杠与滚珠花键之间设有连接板，所述连接板的一端与滚珠花键的顶端固定连接，其另一端与滚珠丝杠的螺母连接。

3.根据权利要求1所述的一种水平四自由度工业机器人，其特征在于：还包括有主臂减速机和副臂减速机，所述主臂减速机安装在主臂电机与主臂之间，所述副臂减速机安装在副臂电机与副臂之间。

4.根据权利要求2所述的一种水平四自由度工业机器人，其特征在于：所述主臂电机、副臂电机、第一伺服电机和第二伺服电机均为绝对值编码器伺服电机。

5.根据权利要求1所述的一种水平四自由度工业机器人，其特征在于：所述副臂还设置有固线架，所述固线架的下端与副臂固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种水平四自由度工业机器人，其特征在于：所述固线架与基座之间设置有外置护线管，所述外置护线管的一端与固线架的顶端贯通且固定连接，该外置护线管的另一端与基座的背部贯通且固定连接。

7.根据权利要求2所述的一种水平四自由度工业机器人，其特征在于：所述第一伺服电机、第二伺服电机与副臂之间均设置有“几”字型的支撑架，所述第一伺服电机、第二伺服电机分别与支撑架的上端部可拆卸连接，所述支撑架的下端部通过螺钉与副臂可拆卸连接。

8.根据权利要求2所述的一种水平四自由度工业机器人，其特征在于：所述副臂上设置有用于支撑滚珠丝杠的固定座，该固定座的下方与副臂固定连接；所述固定座的中间设置有轴承，所述滚珠丝杠通过轴承与固定座连接。

9.根据权利要求1所述的一种水平四自由度工业机器人，其特征在于：所述副臂上设置有保护外壳，所述保护外壳将执行装置包履在内部。

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