CN204976628U - 一种五自由度工业机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种五自由度工业机器人，包括：实现XYZ轴三个方向移动自由度的直角关节；以及实现两个旋转自由度的手腕关节。与现有技术相比，本实用新型具有结构紧凑、实现了模块化设计、定位精度高、控制灵活准确等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种工业机器人，尤其是涉及一种五自由度工业机器人。
背景技术
工业机器人是应用于工业领域且具有命令自动执行功能的机械装置。在恶劣的工作环境下，工业机器人具有更深入的应用价值。目前，在焊接和喷涂行业内，大量的应用了工业机器人，其具有适应恶劣工作环境、效率高的优点。然而，现有的工业机器人一般具有较少的自由度(约为3个或更少)，且定位和控制精度不高，不能完成精度要求较高的作业任务。
实用新型内容
本实用新型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结构紧凑、实现了模块化设计、定位精度高、控制灵活准确的五自由度工业机器人。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种五自由度工业机器人，其特征在于，包括：
实现XYZ轴三个方向移动自由度的直角关节；
以及实现两个旋转自由度的手腕关节。
所述的直角关节包括结构相同且两两正交的X轴直线运动模块组、Y轴直线运动模块组和Z轴直线运动模块组。
各直线运动模块包括第一交流伺服电机、第一联轴器、滚珠丝杠副、直线导轨副、支撑轴座和运动平台，所述的滚珠丝杠副包括滚珠丝杠以及滚珠丝杠螺母；
所述的第一交流伺服电机通过第一联轴器与滚珠丝杠连接，所述的运动平台分别与滚珠丝杠螺母和直线导轨副固定，所述的支撑轴座用于固定滚珠丝杠副和直线导轨副；
所述的第一交流伺服电机通过第一联轴器带动滚珠丝杠旋转，进而通过滚珠丝杠螺母推动运动平台沿着两直线导轨副运动，实现一个方向的移动自由度。
所述的X轴直线运动模块组的运动平台与Z轴直线运动模块组的支撑轴座，Z轴直线运动模块组的运动平台和Y轴直线运动模块组的运动平台，Y轴直线运动模块组的支撑轴座和手腕关节，分别通过定位销加紧固螺钉的定位加紧方式进行连接。
所述的手腕关节位于直角关节的末端，包括用以实现相对竖直轴360旋转的腕部旋转关节和相对水平轴90度翻转的腕部翻转关节。
所述的腕部旋转关节包括第二交流伺服电机、第二联轴器、第二谐波齿轮、旋转输出轴套和第二固定基座；所述的第二交流伺服电机经第二谐波齿轮减速后，带动旋转输出轴套旋转，完成绕竖直轴360度的旋转自由度；
所述的腕部翻转关节包括第三交流伺服电机、第三联轴器、第三谐波齿轮、换向齿轮、翻转输出轴和第三固定基座；所述的第三交流伺服电机经第三谐波齿轮减速，通过换向齿轮换向后，带动翻转输出轴完成绕水平轴90度的旋转自由度。
所述的腕部旋转关节的旋转输出轴套与腕部翻转关节的第三固定基座通过螺纹紧密连接。
所述的腕部旋转关节的旋转输出轴套与第二固定基座通过滚珠机构连接。
所述的腕部旋转关节的旋转输出轴套设有用于滚珠机构的沟槽，所述的第二固定基座上设有对应的沟槽。
述的滚珠机构包括钢球隔离装置以及分别安装在钢球隔离装置上的钢球。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
(1)本实用新型整体结构较简单，其中，直角坐标主体结构的每个自有度可采用模块化设计，腕部关节两个自由度也具有结构相似性，具有将强的通用性。
(2)本实用新型的具有五个自由度，可实现多自由度的姿态调整，适应多形状和截面的作业材料，完成复杂的焊接和喷涂的功能要求。
(3)本实用新型主体结构采用了直角坐标型，有效的节省了作业空间，手腕采用了关节型，兼顾了作业的复杂任务要求。同时，本实用新型完成了开发成本和功能实现的平衡，具有较好的性价比。
(4)本实用新型，直线自由度通过交流伺服电机驱动，经过滚珠丝杠副减速，并由直线导轨副提供支撑和导向；旋转自由度，通过交流伺服电机驱动，经过谐波齿轮减速，具有较高的定位精度，可满足高精度的任务要求。
附图说明
图1为整体结构示意图；
图2为直线运动模块组示意图；
图3为主体连接关系说明图；
图4手腕关节示意图；
图5腕部旋转关节关键连接示意图。
图中标号：101为X轴直线运动模块组，102为Y轴直线运动模块组，103为Z轴直线运动模块组，104为腕部旋转关节，105为腕部翻转关节；
201为交流驱动电机，202为联轴器，203为滚珠丝杠，204为滚珠丝杠螺母，205为直线导轨滑块，206为直线导轨滑枕，207为运动平台，208为支撑轴座；
301为X轴直线运动模块组的运动平台，302为Z轴直线运动模块组的支撑轴座，303为Z轴直线运动模块组的运动平台，304为Y轴直线运动模块组的运动平台，305为Y轴直线运动模块组的支撑轴座，306为手腕关节的固定基座；
401为腕部旋转关节的交流伺服电机，402为腕部旋转关节谐波齿轮的输入轴联轴器，403为腕部旋转关节谐波齿轮，404为腕部旋转关节谐波齿轮的输出轴联轴器，405为腕部旋转关节的旋转输出轴套，406为腕部翻转关节的交流伺服电机，407为腕部翻转关节谐波齿轮的输入轴联轴器，408为腕部翻转关节的谐波齿轮，409为腕部翻转关节的换向齿轮，410为腕部翻转关节的翻转输出轴，411为腕部翻转关节的固定基座，412为腕部旋转关节的固定基座；
503为旋转输出轴套和固定基座上加工对应沟槽，504为钢球，505为钢球隔离装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例
如图1所述，一种五自由度高精度工业机器人，包括实现XYZ轴三个方向移动自由度的直角关节和实现两个旋转自由度的手腕关节。
所述的直角关节由结构相同参数不同的三模块组构成，分别是X轴直线运动模块组101、Y轴直线运动模块组102和Z轴直线运动模块组103。三者两两正交，实现XYZ轴三个方向的移动自由度。
所述的手腕关节位于直角关节的末端，由用以实现相对竖直轴360旋转的腕部旋转关节104和相对水平轴90度翻转的腕部翻转关节105构成。
所述的X轴直线运动模块组101、Y轴直线运动模块组102和Z轴直线运动模块组103具有统一模块化的设计，仅在部件参数的设计选型上有所不同，都是由图2所述交流驱动电机201、联轴器202、滚珠丝杠副(由滚珠丝杠203和螺母204构成)、直线导轨副(由直线导轨滑块205和滑枕206构成)、支撑轴座208和运动平台207组成。
所述的Z轴直线运动模块组101由交流驱动电机201通过联轴器202与滚珠丝杠203相连，运动平台207通过螺钉与两滚珠丝杠螺母204和两直线导轨副的四个滑块204固定，支撑轴座208用于固定滚珠丝杠副(205和206)和直线导轨副(205和206)。
所述的Z轴直线运动模块组101，交流伺服电机201通过联轴器202带动滚珠丝杠203旋转，进而通过丝杠螺母204推动运动平台207沿着两直线导轨副(205和206)直线运动，实现Z轴方向的移动自由度。
所述X轴直线运动模块组102和Y轴直线运动模块组103，具有同X轴直线运动模块组相同的部件连接和传动方式，不在赘述。
如图3，所述的X轴直线运动模块组的运动平台301与Z轴直线运动模块组的支撑轴座302，Z轴直线运动模块组的运动平台303和Y轴直线运动模块组的运动平台304，Y轴直线运动模块组的支撑轴座305和手腕关节的固定基座306，分别通过定位销加紧固螺钉的定位加紧方式连接；
如图1和图4，所述的腕部旋转关节104由交流伺服电机401、联轴器(402和404)、谐波齿轮403、旋转输出轴套405和固定基座412组成。所述的腕部翻转关节105由交流伺服电机406、联轴器407、谐波齿轮408、换向齿轮409、翻转输出轴410和固定基座411组成。
如图4，所述的腕部旋转关节的旋转输出轴套405和腕部翻转关节的固定基座411通过螺纹紧密连接。
如图5，所述的腕部旋转关节的旋转输出轴套405和固定基座412的连接方式，通过在旋转输出轴套和固定基座上加工对应沟槽503，在沟槽中安装合理强度的钢球504并采用钢球隔离装置505，完成旋转输出轴套以较小的阻力旋转的功能。
如图4，所述的腕部旋转关节驱动交流伺服电机401经谐波齿轮403减速后，带动腕部旋转输出轴套405旋转，完成绕竖直轴360度的旋转自由度；腕部翻转关节驱动交流伺服电机406经谐波齿轮408减速，换向齿轮409换向后，带动腕部翻转输出轴410完成绕水平轴90度的旋转自由度。
本实用新型专利与现有技术相比，结构紧凑，实现了模块化设计，可适应于多种不同形状和截面的作业材料，完成喷涂焊接等多种功能，且定位精度高、控制灵活准确。
Claims (6)
1.一种五自由度工业机器人，其特征在于，包括：
实现XYZ轴三个方向移动自由度的直角关节；
以及实现两个旋转自由度的手腕关节；
所述的直角关节包括结构相同且两两正交的X轴直线运动模块组、Y轴直线运动模块组和Z轴直线运动模块组；
各直线运动模块包括第一交流伺服电机、第一联轴器、滚珠丝杠副、直线导轨副、支撑轴座和运动平台，所述的滚珠丝杠副包括滚珠丝杠以及滚珠丝杠螺母；
所述的第一交流伺服电机通过第一联轴器与滚珠丝杠连接，所述的运动平台分别与滚珠丝杠螺母和直线导轨副固定，所述的支撑轴座用于固定滚珠丝杠副和直线导轨副；
所述的第一交流伺服电机通过第一联轴器带动滚珠丝杠旋转，进而通过滚珠丝杠螺母推动运动平台沿着两直线导轨副运动，实现一个方向的移动自由度；
所述的手腕关节位于直角关节的末端，包括用以实现相对竖直轴360旋转的腕部旋转关节和相对水平轴90度翻转的腕部翻转关节；
所述的腕部旋转关节包括第二交流伺服电机、第二联轴器、第二谐波齿轮、旋转输出轴套和第二固定基座；所述的第二交流伺服电机经第二谐波齿轮减速后，带动旋转输出轴套旋转，完成绕竖直轴360度的旋转自由度；
所述的腕部翻转关节包括第三交流伺服电机、第三联轴器、第三谐波齿轮、换向齿轮、翻转输出轴和第三固定基座；所述的第三交流伺服电机经第三谐波齿轮减速，通过换向齿轮换向后，带动翻转输出轴完成绕水平轴90度的旋转自由度。
2.根据权利要求1所述的一种五自由度工业机器人，其特征在于，所述的X轴直线运动模块组的运动平台与Z轴直线运动模块组的支撑轴座，Z轴直线运动模块组的运动平台和Y轴直线运动模块组的运动平台，Y轴直线运动模块组的支撑轴座和手腕关节，分别通过定位销加紧固螺钉的定位加紧方式进行连接。
3.根据权利要求1所述的一种五自由度工业机器人，其特征在于，所述的腕部旋转关节的旋转输出轴套与腕部翻转关节的第三固定基座通过螺纹紧密连接。
4.根据权利要求1所述的一种五自由度工业机器人，其特征在于，所述的腕部旋转关节的旋转输出轴套与第二固定基座通过滚珠机构连接。
5.根据权利要求1所述的一种五自由度工业机器人，其特征在于，所述的腕部旋转关节的旋转输出轴套设有用于滚珠机构的沟槽，所述的第二固定基座上设有对应的沟槽。
6.根据权利要求1所述的一种五自由度工业机器人，其特征在于，所述的滚珠机构包括钢球隔离装置以及分别安装在钢球隔离装置上的钢球。
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