CN210307893U - 一种四轴工业机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种四轴工业机器人，机器人本体包括作为机器人本体腰关节轴一的底座组件、用于改变机器人本体运动姿态及作业范围的轴二和轴三、以及腕部组件；轴二和轴三包括第一平行四边形机构、第二平行四边形机构和叉型反四边形机构，腕部组件作为机器人本体的轴四；第一平行四边形机构与底座组件可转动连接，第一平行四边形机构、第二平行四边形机构和腕部组件依次铰接；叉型反四边形机构分别与第一平行四边形机构和第二平行四边形机构铰接。该机器人具有灵活性较强和动作快捷的特点，实现末端执行器轨迹上下大幅度摆动及前后大范围伸缩，以适应不同位置姿态的要求，大大提高了装卸、码垛的自动化水平和特定领域上下料效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器人技术领域，更具体地说，涉及一种四轴工业机器人。
背景技术
传统的四轴码垛工业机器人通常适用于重载常规应用场合，机器人本体结构大多是由大臂、小臂、三角架、连杆机构及缓冲装置构成，结构笨重、体积大、响应速度慢、成本高，很难满足在轻载、高速要求的搬运、装卸、拾取、上下料领域发挥作用。
对于轻载、高速要求的场合多用并联的DELTA或SCARA机器人进行上下料，虽适用性很强、精度高，同时成本也高。因此，在安全、经济、实用、可靠的前提下，如何充分发挥上下料作业的机器人连杆机构在重载和高刚度的优势，以及如何突出平面多关节机器人灵活多变、实现不同形态位姿及动作快捷等特点，成为现阶段工业机器人所需研究的重要课题之一。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种四轴工业机器人，该四轴工业机器人具有灵活性较强和动作快捷的特点，实现末端执行器轨迹上下大幅度摆动及前后大范围伸缩，以适应不同位置姿态的要求，大大提高了装卸、码垛的自动化水平和特定领域上下料效率。
为了达到上述目的，本实用新型通过下述技术方案予以实现：一种四轴工业机器人，其特征在于：包括机器人本体；所述机器人本体包括作为机器人本体腰关节轴一的底座组件、用于改变机器人本体运动姿态及作业范围的轴二和轴三、以及用于连接和微调夹具的腕部组件；所述轴二和轴三包括第一平行四边形机构、第二平行四边形机构和叉型反四边形机构，腕部组件作为机器人本体的轴四；所述第一平行四边形机构与底座组件可转动连接，所述第一平行四边形机构、第二平行四边形机构和腕部组件依次铰接；所述叉型反四边形机构分别与第一平行四边形机构和第二平行四边形机构铰接。
在上述方案中，本实用新型充分发挥机器人高刚度的优势，该机器人结构简单并具有灵活多变不同形态及动作快捷的特点。本实用新型通过两个平行四边形和一个叉型反四边形的组合运动实现末端执行器轨迹上下大幅度摆动及前后大范围伸缩，以适应不同位置姿态的要求，大大提高了装卸、码垛的自动化水平和特定领域上下料效率。
所述轴二和轴三包括旋转支座组件、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第一三角架、第二三角架、第一驱动装置和第二驱动装置；
所述旋转支座组件与底座组件可转动连接，旋转支座组件通过第一驱动装置与第二连杆的一端连接，并通过第一铰接轴与第一连杆的一端铰接；所述第一连杆和第二连杆的另一端分别通过第二铰接轴和第三铰接轴与第一三角架铰接；所述第三连杆和第四连杆的一端分别通过第四铰接轴和第二铰接轴与第一三角架铰接，第三连杆和第四连杆的另一端分别通过第五铰接轴和第六铰接轴与第二三角架铰接；所述第五连杆的一端通过第五铰接轴与第二三角架铰接，另一端通过第七铰接轴与第六连杆铰接；所述第六连杆远离第五连杆的一端通过第二驱动装置与旋转支座组件连接。
所述第一连杆、第二连杆、第一铰接轴与第一驱动装置连线以及第二铰接轴和第三铰接轴连线形成第一平行四边形机构。
所述第三连杆、第四连杆、第三铰接轴和第四铰接轴连线以及第五铰接轴和第六铰接轴连线形成第二平行四边形机构。
所述第二连杆、第五连杆、第六连杆以及第三铰接轴和第五铰接轴连线形成叉型反四边形机构。
所述第一驱动装置包括第二伺服电机和第二关节减速器；所述第二关节减速器包括输入端、输出端和安装固定端，第二关节减速器的安装固定端通过螺栓连接于所述旋转支座组件的一侧，第二关节减速器的输出端与第二连杆连接，第二关节减速器的输入端与第二伺服电机连接，实现第二伺服电机旋转驱动第二连杆旋转运动。
所述第二驱动装置包括第三伺服电机和第三关节减速器；所述第三关节减速器包括输入端、输出端和安装固定端，第三关节减速器的安装固定端通过螺栓连接于所述旋转支座组件的另一侧，第三关节减速器的输出端与第六连杆连接，第三关节减速器的输入端与第三伺服电机连接，实现第三伺服电机旋转驱动第六连杆旋转运动；
所述第二伺服电机和第三伺服电机对称安装于旋转支座组件的两侧，并相对设置。
本实用新型通过第二伺服电机和第二关节减速器驱动第一平行四边形、第二平行四边形连杆机构；通过第三伺服电机和第三关节减速器驱动叉型反四边形连杆机构，以实现机器人的上下大幅度摆动及前后大范围伸缩，改变机器人运动姿态及作业范围。同时，第二伺服电机和第三伺服电机对称安装于旋转支座组件的两侧，可有效减少惯量变化，使得机器人运动更快。
所述第一连杆、第二连杆和第六连杆上均设置有限位块，以避免第一平行四边形机构、第二平行四边形机构和叉型反四边形机构在运动学求解上出现奇点。
所述腕部组件包括腕部架体、第四伺服电机、第四关节减速器和用于连接夹具的末端执行器；所述腕部架体与第二三角架连接；所述末端执行器与第四关节减速器连接；所述第四伺服电机设置在腕部架体上并与第四关节减速器连接，实现驱动末端执行器绕其轴线方向旋转。
所述旋转支座组件与底座组件可转动连接是指：所述底座组件包括底座、第一伺服电机、一级齿轮减速机构和第一关节减速器；所述第一伺服电机安装在底座的顶面上，并与一级齿轮减速机构的输入端连接；所述第一关节减速器的安装固定端通过螺栓固定连接在底座的顶面，第一关节减速器的输入端与一级齿轮减速机构输出端连接，第一关节减速器的输出端与所述的旋转支座组件连接；所述第一伺服电机旋转经一级齿轮减速机构的转换输出，实现旋转支座组件绕着底座组件的垂线在水平面-170°～170°旋转。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点与有益效果：本实用新型的四轴工业机器人具有灵活性较强和动作快捷的特点，实现末端执行器轨迹上下大幅度摆动及前后大范围伸缩，以适应不同位置姿态的要求，大大提高了装卸、码垛的自动化水平和特定领域上下料效率。
附图说明
图1是本实用新型机器人本体的三维模型图；
图2是本实用新型机器人初始位置姿态的示意图(连杆六垂直水平面)；
图3是本实用新型机器人初始位置姿态的侧视图；
图4是本实用新型机器人轨迹最高点姿态的示意图；
图5是本实用新型机器人轨迹最近点姿态的示意图；
图6是本实用新型机器人轨迹最远点姿态的示意图；
图7是本实用新型机器人轨迹最低点姿态的示意图；
图8是本实用新型机器人原理简图；
其中，1为底座组件、2为旋转支座组件、3为第一连杆、4为第二连杆、5为第三连杆、6为第四连杆、7为第五连杆、8为第六连杆、9为第一三角架、10为第二三角架、11为腕部组件、12为第一伺服电机、13为第一关节减速器、14为第二伺服电机、15为第二关节减速器、16为第三伺服电机、17为第三关节减速器、18为第四伺服电机、19为第四关节减速器、20为末端执行器、101为第一铰接轴、102为第二铰接轴、103为第三铰接轴、104为第四铰接轴、105为第五铰接轴、106为第六铰接轴、107为第七铰接轴。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细的描述。
实施例一
如图1至图8所示，本实用新型的四轴工业机器人包括机器人本体，该机器人本体包括作为机器人本体腰关节轴一的底座组件1、用于改变机器人本体运动姿态及作业范围的轴二和轴三、以及用于连接和微调夹具的腕部组件11，其中，轴二和轴三包括第一平行四边形机构、第二平行四边形机构和叉型反四边形机构，腕部组件11作为机器人本体的轴四。该第一平行四边形机构与底座组件1可转动连接，第一平行四边形机构、第二平行四边形机构和腕部组件11依次铰接，叉型反四边形机构分别与第一平行四边形机构和第二平行四边形机构铰接。
具体地说，轴二和轴三包括旋转支座组件2、第一连杆3、第二连杆4、第三连杆5、第四连杆6、第五连杆7、第六连杆8、第一三角架9、第二三角架10、第一驱动装置和第二驱动装置，其中，旋转支座组件2与底座组件1可转动连接，旋转支座组件2通过第一驱动装置与第二连杆3的一端连接，并通过第一铰接轴101与第一连杆3的一端铰接，第一连杆3和第二连杆4的另一端分别通过第二铰接轴102和第三铰接轴103与第一三角架9铰接，第三连杆5和第四连杆6的一端分别通过第四铰接轴104和第二铰接轴102与第一三角架9铰接，第三连杆5和第四连杆6的另一端分别通过第五铰接轴105和第六铰接轴106与第二三角架10铰接；第五连杆7的一端通过第五铰接轴105与第二三角架10铰接，另一端通过第七铰接轴107与第六连杆8铰接，第六连杆8远离第五连杆7的一端通过第二驱动装置与旋转支座组件2连接。
本实用新型的第一连杆3、第二连杆4、第一铰接轴101与第一驱动装置连线以及第二铰接轴102和第三铰接轴103连线形成第一平行四边形机构(参见图8的ABCD)。第三连杆5、第四连杆6、第三铰接轴103和第四铰接轴104连线以及第五铰接轴105和第六铰接轴106连线形成第二平行四边形机构(参见图8的BEFG)。第二连杆4、第五连杆7、第六连杆8以及第三铰接轴103和第五铰接轴105连线形成叉型反四边形机构(参见图8的CDMF)。
本实用新型第一驱动装置包括第二伺服电机14和第二关节减速器15，第二关节减速器15包括输入端、输出端和安装固定端，第二关节减速器15的安装固定端通过螺栓连接于旋转支座组件2的一侧，第二关节减速器15的输出端与第二连杆连接，第二关节减速器15的输入端与第二伺服电机14连接，实现第二伺服电机14旋转驱动第二连杆4旋转运动。
第二驱动装置包括第三伺服电机16和第三关节减速器17，其中，第三关节减速器17包括输入端、输出端和安装固定端，第三关节减速器17的安装固定端通过螺栓连接于旋转支座组件2的另一侧，第三关节减速器17的输出端与第六连杆8连接，第三关节减速器17的输入端与第三伺服电机16连接，实现第三伺服电机16旋转驱动第六连杆8旋转运动。第二伺服电机14和第三伺服电机16对称安装于旋转支座组件2的两侧，并相对设置。本实用新型通过第二伺服电机14和第二关节减速器15驱动第一平行四边形、第二平行四边形连杆机构；通过第三伺服电机16和第三关节减速器17驱动叉型反四边形连杆机构，以实现机器人的上下大幅度摆动及前后大范围伸缩，改变机器人运动姿态及作业范围。同时，第二伺服电机14和第三伺服电机16对称安装于旋转支座组件2的两侧，可有效减少惯量变化，使得机器人运动更快。
第一连杆3、第二连杆4和第六连杆8上均设置有限位块，以避免第一平行四边形机构、第二平行四边形机构和叉型反四边形机构在运动学求解上出现奇点。
本实用新型的腕部组件11包括腕部架体、第四伺服电机18、第四关节减速器19和用于连接夹具的末端执行器20，其中，腕部架体与第二三角架10连接，末端执行器20与第四关节减速器19连接，第四伺服电机18设置在腕部架体上并与第四关节减速器19连接，实现驱动末端执行器20绕其轴线方向旋转。
而旋转支座组件2与底座组件1可转动连接是指：底座组件1包括底座、第一伺服电机12、一级齿轮减速机构和第一关节减速器13，其中，第一伺服电机12安装在底座的顶面上，并与一级齿轮减速机构的输入端连接，第一关节减速器13的安装固定端通过螺栓固定连接在底座的顶面，第一关节减速器13的输入端与一级齿轮减速机构输出端连接，第一关节减速器13的输出端与旋转支座组件2连接，第一伺服电机12旋转经一级齿轮减速机构的转换输出，实现旋转支座组件2绕着底座组件的垂线在水平面-170°～170°旋转。
本实用新型的四轴工业机器人具有灵活性较强和动作快捷的特点，实现末端执行器20轨迹上下大幅度摆动及前后大范围伸缩，以适应不同位置姿态的要求，大大提高了装卸、码垛的自动化水平和特定领域上下料效率。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种四轴工业机器人，其特征在于：包括机器人本体；所述机器人本体包括作为机器人本体腰关节轴一的底座组件、用于改变机器人本体运动姿态及作业范围的轴二和轴三、以及用于连接和微调夹具的腕部组件；所述轴二和轴三包括第一平行四边形机构、第二平行四边形机构和叉型反四边形机构，腕部组件作为机器人本体的轴四；所述第一平行四边形机构与底座组件可转动连接，所述第一平行四边形机构、第二平行四边形机构和腕部组件依次铰接；所述叉型反四边形机构分别与第一平行四边形机构和第二平行四边形机构铰接。
2.根据权利要求1所述的四轴工业机器人，其特征在于：所述轴二和轴三包括旋转支座组件、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第一三角架、第二三角架、第一驱动装置和第二驱动装置；
所述旋转支座组件与底座组件可转动连接，旋转支座组件通过第一驱动装置与第二连杆的一端连接，并通过第一铰接轴与第一连杆的一端铰接；所述第一连杆和第二连杆的另一端分别通过第二铰接轴和第三铰接轴与第一三角架铰接；所述第三连杆和第四连杆的一端分别通过第四铰接轴和第二铰接轴与第一三角架铰接，第三连杆和第四连杆的另一端分别通过第五铰接轴和第六铰接轴与第二三角架铰接；所述第五连杆的一端通过第五铰接轴与第二三角架铰接，另一端通过第七铰接轴与第六连杆铰接；所述第六连杆远离第五连杆的一端通过第二驱动装置与旋转支座组件连接。
3.根据权利要求2所述的四轴工业机器人，其特征在于：所述第一连杆、第二连杆、第一铰接轴与第一驱动装置连线以及第二铰接轴和第三铰接轴连线形成第一平行四边形机构。
4.根据权利要求2所述的四轴工业机器人，其特征在于：所述第三连杆、第四连杆、第三铰接轴和第四铰接轴连线以及第五铰接轴和第六铰接轴连线形成第二平行四边形机构。
5.根据权利要求2所述的四轴工业机器人，其特征在于：所述第二连杆、第五连杆、第六连杆以及第三铰接轴和第五铰接轴连线形成叉型反四边形机构。
6.根据权利要求2所述的四轴工业机器人，其特征在于：所述第一驱动装置包括第二伺服电机和第二关节减速器；所述第二关节减速器包括输入端、输出端和安装固定端，第二关节减速器的安装固定端通过螺栓连接于所述旋转支座组件的一侧，第二关节减速器的输出端与第二连杆连接，第二关节减速器的输入端与第二伺服电机连接，实现第二伺服电机旋转驱动第二连杆旋转运动。
7.根据权利要求6所述的四轴工业机器人，其特征在于：所述第二驱动装置包括第三伺服电机和第三关节减速器；所述第三关节减速器包括输入端、输出端和安装固定端，第三关节减速器的安装固定端通过螺栓连接于所述旋转支座组件的另一侧，第三关节减速器的输出端与第六连杆连接，第三关节减速器的输入端与第三伺服电机连接，实现第三伺服电机旋转驱动第六连杆旋转运动；
所述第二伺服电机和第三伺服电机对称安装于旋转支座组件的两侧，并相对设置。
8.根据权利要求2所述的四轴工业机器人，其特征在于：所述第一连杆、第二连杆和第六连杆上均设置有限位块，以避免第一平行四边形机构、第二平行四边形机构和叉型反四边形机构在运动学求解上出现奇点。
9.根据权利要求2所述的四轴工业机器人，其特征在于：所述腕部组件包括腕部架体、第四伺服电机、第四关节减速器和用于连接夹具的末端执行器；所述腕部架体与第二三角架连接；所述末端执行器与第四关节减速器连接；所述第四伺服电机设置在腕部架体上并与第四关节减速器连接，实现驱动末端执行器绕其轴线方向旋转。
10.根据权利要求2所述的四轴工业机器人，其特征在于：所述旋转支座组件与底座组件可转动连接是指：所述底座组件包括底座、第一伺服电机、一级齿轮减速机构和第一关节减速器；所述第一伺服电机安装在底座的顶面上，并与一级齿轮减速机构的输入端连接；所述第一关节减速器的安装固定端通过螺栓固定连接在底座的顶面，第一关节减速器的输入端与一级齿轮减速机构输出端连接，第一关节减速器的输出端与所述的旋转支座组件连接；所述第一伺服电机旋转经一级齿轮减速机构的转换输出，实现旋转支座组件绕着底座组件的垂线在水平面-170°～170°旋转。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201920993249.5U CN210307893U (zh) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | 一种四轴工业机器人 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201920993249.5U CN210307893U (zh) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | 一种四轴工业机器人 |
Publications (1)
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| CN210307893U true CN210307893U (zh) | 2020-04-14 |
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ID=70147236
Family Applications (1)
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| CN201920993249.5U Active CN210307893U (zh) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | 一种四轴工业机器人 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN210307893U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114454186A (zh) * | 2022-01-15 | 2022-05-10 | 西安电子科技大学 | 一种高负载多关节机器人及其控制方法 |
-
2019
- 2019-06-28 CN CN201920993249.5U patent/CN210307893U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114454186A (zh) * | 2022-01-15 | 2022-05-10 | 西安电子科技大学 | 一种高负载多关节机器人及其控制方法 |
| CN114454186B (zh) * | 2022-01-15 | 2024-03-15 | 西安电子科技大学 | 一种高负载多关节机器人及其控制方法 |
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