專利名稱:一種新型四自由度平面關(guān)節(jié)機器人結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種新型四自由度平面關(guān)節(jié)機器人結(jié)構(gòu)，包括底座，在絲桿及絲桿螺帽和導(dǎo)軌副的限位作用下沿Z軸方向上上下運動的升降座；第一機械臂，其以與Z軸平行的X軸為轉(zhuǎn)動中心能夠轉(zhuǎn)動的安裝在所述升降座上；Y軸蓋子，被安裝在第一機械臂上，支承Y軸減速裝置一軸和Y軸減速裝置二軸，且具有供Y軸伺服電機軸、Y軸減速裝置一軸和Y軸減速裝置二軸貫穿的通孔；第二機械臂，其以與X軸平行的Y軸為轉(zhuǎn)動中心能夠轉(zhuǎn)動的安裝在所述第一機械臂上；作業(yè)主軸，其以與Y軸平行的R軸為轉(zhuǎn)動中心能夠轉(zhuǎn)動的安裝在上述第二機械臂上。本實用新型所提供的新型四自由度平面關(guān)節(jié)機器人結(jié)構(gòu)簡單、成本低、具有較大的作業(yè)空間及較高的作業(yè)精度。
【專利說明】一種新型四自由度平面關(guān)節(jié)機器人結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于工業(yè)機器人【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種新型四自由度平面關(guān)節(jié)機器人結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]機器人技術(shù)是多學(xué)科的綜合運用，工業(yè)機器人是通過機器人關(guān)節(jié)實現(xiàn)自主運動，在眾多類型機器人中，平面關(guān)節(jié)型機器人體積小、傳動原理簡單，且在平面內(nèi)的運動具有較大的柔性，沿升降軸的運動具有很強的剛性，非常適合應(yīng)用于搬運、焊接和裝配等重復(fù)性任務(wù)，因此在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。工業(yè)機器人技術(shù)還綜合了機械工程學(xué)、電氣工程學(xué)、微電子工程學(xué)、計算機工程學(xué)、控制工程學(xué)、仿生學(xué)以及人工智能工程等多門尖端學(xué)科。將它和計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)、計算機輔助制造系統(tǒng)結(jié)合在一起應(yīng)用，是現(xiàn)代制造業(yè)自動化的最新發(fā)展趨勢。
[0003]關(guān)節(jié)機器人，也稱關(guān)節(jié)手臂機器人或關(guān)節(jié)機械手臂，是當今工業(yè)領(lǐng)域中最常見的工業(yè)機器人的形態(tài)之一。適合用于諸多工業(yè)領(lǐng)域的機械自動化作業(yè)，比如，自動裝配、噴漆、搬運、焊接等工作。關(guān)節(jié)機器人按照工作性質(zhì)可分為很多種，比如:搬運機器人，點焊機器人，弧焊機器人，噴漆機器人，激光切割機器人等等。
[0004]作為四自由度平面關(guān)節(jié)型機器人，一般地說，當然期望平面關(guān)節(jié)型機器人的制造成本低，同時也期望該平面關(guān)節(jié)型機器人可動范圍較大、定位精度較高、結(jié)構(gòu)簡單和能夠適應(yīng)空間狹小的使用壞境。而傳統(tǒng)的四自由度關(guān)節(jié)型機器人，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其制造成本較高，價格仍是成為制約其在社會中廣泛應(yīng)用的要素。
實用新型內(nèi)容
[0005]針對上述存在的技術(shù)問題，本實用新型的目的在于提供一種新型四自由度平面關(guān)節(jié)機器人結(jié)構(gòu)，能夠使平面關(guān)節(jié)機器人的可動范圍較大、定位精度較高、結(jié)構(gòu)簡單和能夠適應(yīng)空間狹小的環(huán)境，同時也降低了該平面關(guān)節(jié)機器人制造成本。
[0006]為解決上述的技術(shù)問題，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種新型四自由度平面關(guān)節(jié)機器人結(jié)構(gòu)，包括:起支承和減震作用的底座；在絲桿及絲桿螺帽和導(dǎo)軌副的限位作用下沿Z軸方向上上下運動的升降座；第一機械臂，其以與Z軸平行的X軸為轉(zhuǎn)動中心能夠轉(zhuǎn)動的安裝在所述升降座上；Y軸蓋子，被安裝在第一機械臂上，支承Y軸減速裝置一軸和Y軸減速裝置二軸，且具有供Y軸伺服電機軸、Y軸減速裝置一軸和Y軸減速裝置二軸貫穿的通孔；第二機械臂，其以與X軸平行的Y軸為轉(zhuǎn)動中心能夠轉(zhuǎn)動的安裝在所述第一機械臂上；作業(yè)主軸，其以與Y軸平行的R軸為轉(zhuǎn)動中心能夠轉(zhuǎn)動的安裝在上述第二機械臂上；R軸蓋子，被安裝在第二機械臂上，支承作業(yè)主軸，且具有供所述作業(yè)主軸貫穿的通孔；
[0008]所述底座包括豎直平行設(shè)置的前豎直板、后豎直板，以及分別連接設(shè)置于前豎直板和后豎直板頂部和底部的頂板和底板，所述絲桿的下端與安裝在底座軸承固定板中的第一角接觸球軸承配合，所述底座軸承固定板固定在底板上，所述絲桿的上端通過聯(lián)軸器與安裝在頂板上的Z軸伺服電機相連接，所述絲桿上段還設(shè)置有通過軸承固定板固定在后豎直板內(nèi)側(cè)上段的第三角接觸球軸承，所述升降座與升降座連接板相連接，所述絲桿螺帽通過螺帽固定板與升降座連接板固定連接；所述導(dǎo)軌副包括兩豎直固定在軸承固定板和底座軸承固定板之間的導(dǎo)軌以及固定在升降座連接板上且與導(dǎo)軌滑動配合的滑塊；
[0009]X軸伺服電機與X軸諧波減速器的輸入端相連接，且通過第二螺釘固定第一機械臂上，所述X軸諧波減速器的輸出端通過第一螺釘與升降座相連接，從而帶動第一機械臂以及第一機械臂上的部件繞X軸轉(zhuǎn)動；
[0010]Y軸伺服電機固定在Y軸蓋子上，所述Y軸蓋子安裝在第一機械臂上，Y軸伺服電機與Y軸一級主動帶輪相連接，Y軸一級主動帶輪與設(shè)置在Y軸減速裝置二軸上的Y軸一級從動帶輪通過同步帶驅(qū)動連接，設(shè)置在Y軸減速裝置二軸上的Y軸二級主動帶輪與設(shè)置在Y軸減速裝置一軸上Y軸二級從動帶輪通過同步帶驅(qū)動連接，設(shè)置在Y軸減速裝置一軸上的Y軸三級主動帶輪與設(shè)置在關(guān)節(jié)軸上的三級從動帶輪通過同步帶驅(qū)動連接，從而帶動第二機械臂和第二機械臂上的部件繞Y軸轉(zhuǎn)動，所述Y軸減速裝置一軸及Y軸減速裝置二軸分別通過第一深溝球軸承和第二深溝球軸承平行設(shè)置在第一機械臂和Y軸蓋子之間；
[0011]關(guān)節(jié)軸下段與裝在第一機械臂中的第二角接觸球軸承通過軸肩配合，所述關(guān)節(jié)軸與第二角接觸球軸承采用過盈配合，所述第一機械臂上的安裝孔與第二角接觸球軸承采用過渡配合，所述第一機械臂安裝孔的下部有一軸承擋板通過第三螺釘與第一機械臂緊密固定連接，所述第一機械臂安裝孔的上部有一軸承套蓋與第一機械臂緊密固定連接，所述第二機械臂和Y軸三級從動帶輪通過第一平鍵與關(guān)節(jié)軸連接，用于傳遞扭矩，所述關(guān)節(jié)軸的上部通過第二平鍵與第二機械臂固定連接，同時關(guān)節(jié)軸頂端安裝有圓螺母，所述Y軸三級從動帶輪與第二機械臂之間的關(guān)節(jié)軸上設(shè)置有套筒用于第二機械臂的軸向定位；
[0012]所述R軸蓋子與第二機械臂固定連接，所述R軸伺服電機通過電機架固定在第二機械臂上，所述作業(yè)主軸與分別安裝在R軸蓋子和第二機械臂中的第三深溝球軸承和第四深溝球軸承相配合，R軸伺服電機與R軸主動帶輪驅(qū)動連接，R軸主動帶輪通過同步帶與固連在作業(yè)主軸上段的R軸從動帶輪驅(qū)動連接，從而帶動作業(yè)主軸和作業(yè)主軸上的部件沿R軸轉(zhuǎn)動。
[0013]進一步地,所述Y軸三級主動帶輪、Y軸二級從動帶輪、Y軸二級主動帶輪、Y軸三級從動帶輪、R軸主動帶輪、R軸從動帶輪、Y軸一級從動帶輪、Y軸一級主動帶輪均采用圓弧齒同步帶輪，相比較于梯型齒同步帶輪和T型同步帶輪的方形齒，圓弧齒同步帶輪能夠滿足大功率的傳動，其傳動功率比梯型齒和T型齒大3— 5倍。
[0014]進一步地，所述升降座連接板上設(shè)置有同步移動的擋板，所述底座的后豎直板上固定有與所述擋板相配合的行程開關(guān)，自動限制升降座上下移動時的行程范圍，預(yù)防過載。
[0015]進一步地，所述導(dǎo)軌上對稱設(shè)置有四個與導(dǎo)軌滑動配合的滑塊，大大提高了升降座和升降座上其它部件上下運動的平穩(wěn)性，同時也提高了平面關(guān)節(jié)機器人的定位精度。
[0016]進一步地,所述X軸諧波減速器的減速比為50:1 ;所述Y軸一級主動帶輪和Y軸一級從動帶輪的減速比為4:1，Y軸二級主動帶輪和Y軸二級從動帶輪的減速比為3:1，Y軸三級主動帶輪和Y軸三級從動帶輪的減速比為4:1 ;所述R軸從動帶輪和R軸主動帶輪的減速比為4:1。
[0017]進一步地，所述絲桿和絲桿螺帽的螺紋之間設(shè)置有滾珠，形成滾珠絲桿副，滾珠絲杠副是利用滾珠運動，所以啟動力矩極小，不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實現(xiàn)精確的微進給。
[0018]進一步地，所述第二機械臂上設(shè)置有用于安裝及調(diào)節(jié)電機架與作業(yè)主軸相對位置的長圓通孔，方便通過移動電機架來調(diào)節(jié)同步帶的張緊度。
[0019]進一步地，所述Y軸蓋子側(cè)面設(shè)置有長圓通孔，所述Y軸蓋子內(nèi)側(cè)設(shè)置有通過螺栓固定在長圓通孔上的同步帶靠輪，所述同步帶靠輪包括靠輪架、固定在靠輪架上的靠輪軸、內(nèi)圈固定在靠輪軸且外圈設(shè)置有彈性擋圈的靠輪軸承，通過移動同步帶靠輪，可方便實現(xiàn)對各個同步帶輪的張緊度調(diào)節(jié)，杜絕安裝過程中的松弛現(xiàn)象以及在運動過程中產(chǎn)生的振動和噪聲。
[0020]進一步地,所述Y軸三級從動帶輪、R軸從動帶輪、Y軸一級從動帶輪、Y軸二級從動帶輪上均設(shè)置有用于減少自重的若干圓形通孔，以減小第一機械臂和第二機械臂的轉(zhuǎn)動慣量以及R軸伺服電機和Y軸伺服電機的功率大小。
[0021]相比現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有如下優(yōu)點:
[0022]采用諧波減速器作為其減速裝置，同時又能作為支撐元件，傳動鏈結(jié)構(gòu)緊湊簡單，符合發(fā)展趨勢，采用同步帶輪減速的形式，有利于零部件的安排，電機能安放在靠近關(guān)節(jié)處，減少機械臂的慣量；
[0023]作為四自由度平面關(guān)節(jié)機器人的一種，本實用新型中的新型四自由度平面關(guān)節(jié)機器人將上下運動的升降環(huán)節(jié)設(shè)計在底座部分，大大減小了升降座、第一機械臂和第二機械臂的轉(zhuǎn)動慣量，提高了平面關(guān)節(jié)機器人的穩(wěn)定性和定位精度；
[0024]本實用新型中Y軸伺服電機和R軸伺服電機的傳動裝置環(huán)節(jié)均采用同步帶輪減速的形式，因本實用新型中的輕載平面關(guān)節(jié)機器人面對的作業(yè)對象是半導(dǎo)體材料，由于其重量很小，需要的轉(zhuǎn)動力矩很小，所以對于R軸伺服電機的減速裝置環(huán)節(jié)采用一級同步帶輪減速裝置即可。對于Y軸伺服電機的減速裝置環(huán)節(jié)而言，由于第二機械臂和第二機械臂上的其它部件的總重量較大，需要的轉(zhuǎn)動力矩也較大，所以Y軸伺服電機的減速裝置環(huán)節(jié)采用三級同步帶輪減速的形式，減速比可達48:1，滿足第二機械臂和第二機械臂上的其它部件的轉(zhuǎn)矩需求。
【附圖說明】
[0025]圖1是本實用新型實施方式所涉及的同步帶減速平面關(guān)節(jié)機器人的剖視示意圖。
[0026]圖2是本實用新型實施方式所涉及的同步帶減速平面關(guān)節(jié)機器人的俯視示意圖。
[0027]圖3是本實用新型實施方式所涉及的同步帶減速平面關(guān)節(jié)機器人的立體示意圖。
[0028]圖4本實用新型實施方式所涉及的同步帶減速平面關(guān)節(jié)機器人的底座及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的爆炸示意圖。
[0029]圖5是本實用新型同步帶減速平面關(guān)節(jié)機器人的同步帶靠輪結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖6是本實用新型同步帶減速平面關(guān)節(jié)機器人機械臂的可動范圍狀態(tài)的狀態(tài)示意圖。
[0031]圖中:1.絲桿螺帽；2.第一角接觸球軸承；3.底座；4.底座軸承固定板；5.螺帽固定板；6.絲桿；7.升降座連接板；8.第一螺釘；9.升降座；10.X軸諧波減速器；11.第二螺釘；12.Y軸三級主動帶輪；13.第一深溝球軸承；14.第一機械臂；15.第二深溝球軸承；16.第三螺釘；17.軸承套蓋；18.第二角接觸球軸承；19.軸承擋板；20.關(guān)節(jié)軸；21.第一平鍵；22.Y軸三級從動帶輪；23.第二機械臂；24.第四深溝球軸承；25.作業(yè)主軸；26.R軸蓋子；27.R軸從動帶輪；28.第三深溝球軸承；29.R軸主動帶輪；30.電機架；31.R軸伺服電機；32.套筒；33.第二平鍵；34.Y軸一級從動帶輪；35.Y軸二級主動帶輪；36.Y軸減速裝置二軸；37.Y軸蓋子；38.Y軸減速裝置一軸；39.Y軸二級從動帶輪；40.Y軸一級主動帶輪；41.Y軸伺服電機；42.X軸伺服電機；43.軸承固定板；44.聯(lián)軸器；45.第三角接觸球軸承；46.Z軸伺服電機；47_頂板；48_前豎直板；49_后豎直板；50.滑塊；51.導(dǎo)軌；52.擋板；53.行程開關(guān)；54.底板。
[0032]55.靠輪架；56.靠輪軸；57.靠輪軸承；58.彈性擋圈。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的闡述。
[0034]如圖1至圖4所示，一種新型四自由度平面關(guān)節(jié)機器人結(jié)構(gòu)，包括:起支承和減震作用的底座3 ;在絲桿6及絲桿螺帽I和導(dǎo)軌副的限位作用下沿Z軸方向上上下運動的升降座9 ;第一機械臂14，其以與Z軸平行的X軸為轉(zhuǎn)動中心能夠轉(zhuǎn)動的安裝在所述升降座9上；Y軸蓋子37，被安裝在第一機械臂14上，支承Y軸減速裝置一軸38和Y軸減速裝置二軸36，且具有供Y軸伺服電機軸、Y軸減速裝置一軸38和Y軸減速裝置二軸36貫穿的通孔；第二機械臂23，其以與X軸平行的Y軸為轉(zhuǎn)動中心能夠轉(zhuǎn)動的安裝在所述第一機械臂14上；作業(yè)主軸25，其以與Y軸平行的R軸為轉(zhuǎn)動中心能夠轉(zhuǎn)動的安裝在上述第二機械臂23上；R軸蓋子26，被安裝在第二機械臂23上，支承作業(yè)主軸25，且具有供所述作業(yè)主軸25貫穿的通孔；
[0035]所述底座3包括豎直平行設(shè)置的前豎直板48、后豎直板49，以及分別連接設(shè)置于前豎直板48和后豎直板49頂部和底部的頂板47和底板54，所述絲桿6的下端與安裝在底座軸承固定板4中的第一角接觸球軸承2配合，所述底座軸承固定板4固定在底板54上，所述絲桿6的上端通過聯(lián)軸器44與安裝在頂板47上的Z軸伺服電機46相連接，所述絲桿6上段還設(shè)置有通過軸承固定板43固定在后豎直板49內(nèi)側(cè)上段的第三角接觸球軸承45，所述升降座9與升降座連接板7相連接，所述絲桿螺帽I通過螺帽固定板5與升降座連接板7固定連接，所述絲桿6和絲桿螺帽I的螺紋之間設(shè)置有滾珠，形成滾珠絲桿副，以減少啟動力矩，防止出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象，保證實現(xiàn)精確的微進給，所述導(dǎo)軌副包括兩豎直固定在軸承固定板43和底座軸承固定板4之間的導(dǎo)軌51以及固定在升降座連接板7上且與導(dǎo)軌51滑動配合的滑塊50所述滑塊50 —共四個，每根導(dǎo)軌51上兩個，對稱分布，提高上下運動的平穩(wěn)性，定位精度。
[0036]同時，所述升降座連接板7上設(shè)置有同步移動的擋板52，所述底座3的后豎直板49上固定有與所述擋板52相配合的行程開關(guān)53，能在升降座下降至預(yù)定位置時自動停止，防止Z軸伺服電機46過載損壞。
[0037]X軸伺服電機42與X軸諧波減速器10的輸入端相連接，且通過第二螺釘11固定第一機械臂14上，所述X軸諧波減速器10的輸出端通過第一螺釘8與升降座13相連接，從而帶動第一機械臂14以及第一機械臂14上的部件繞X軸轉(zhuǎn)動；
[0038]Y軸伺服電機41固定在Y軸蓋子37上，所述Y軸蓋子37安裝在第一機械臂14上，Y軸伺服電機41與Y軸一級主動帶輪40相連接，Y軸一級主動帶輪40與設(shè)置在Y軸減速裝置二軸36上的Y軸一級從動帶輪34通過同步帶驅(qū)動連接，設(shè)置在Y軸減速裝置二軸36上的Y軸二級主動帶輪35與設(shè)置在Y軸減速裝置一軸38上Y軸二級從動帶輪39通過同步帶驅(qū)動連接，設(shè)置在Y軸減速裝置一軸38上的Y軸三級主動帶輪12與設(shè)置在關(guān)節(jié)軸20上的三級從動帶輪22通過同步帶驅(qū)動連接,從而帶動第二機械臂23和第二機械臂23上的部件繞Y軸轉(zhuǎn)動，所述Y軸減速裝置一軸38及Y軸減速裝置二軸36分別通過第一深溝球軸承13和第二深溝球軸承15平行設(shè)置在第一機械臂14和Y軸蓋子37之間；
[0039]關(guān)節(jié)軸20下段與裝在第一機械臂14中的第二角接觸球軸承18通過軸肩配合，所述關(guān)節(jié)軸20與第二角接觸球軸承18采用過盈配合，所述第一機械臂14上的安裝孔與第二角接觸球軸承18采用過渡配合，所述第一機械臂安裝孔的下部有一軸承擋板19通過第三螺釘16與第一機械臂14緊密固定連接，所述第一機械臂14安裝孔的上部有一軸承套蓋17與第一機械臂14緊密固定連接，所述第二機械臂23和Y軸三級從動帶輪22通過第一平鍵21與關(guān)節(jié)軸20連接，用于傳遞扭矩，所述關(guān)節(jié)軸20的上部通過第二平鍵33與第二機械臂23固定連接，同時關(guān)節(jié)軸20頂端安裝有圓螺母，所述Y軸三級從動帶輪22與第二機械臂23之間的關(guān)節(jié)軸20上設(shè)置有套筒32用于第二機械臂23的軸向定位；
[0040]所述R軸蓋子26與第二機械臂23固定連接，所述R軸伺服電機31通過電機架30固定在第二機械臂23上，所述作業(yè)主軸25與分別安裝在R軸蓋子26和第二機械臂23中的第三深溝球軸承28和第四深溝球軸承24相配合，R軸伺服電機31與R軸主動帶輪29驅(qū)動連接，R軸主動帶輪29通過同步帶與固連在作業(yè)主軸25上段的R軸從動帶輪27驅(qū)動連接，從而帶動作業(yè)主軸25和作業(yè)主軸25上的部件沿R軸轉(zhuǎn)動。
[0041]所述Y軸三級主動帶輪12、Y軸二級從動帶輪39、Y軸二級主動帶輪35、Y軸三級從動帶輪22、R軸主動帶輪29、R軸從動帶輪27、Y軸一級從動帶輪34、Y軸一級主動帶輪40均采用圓弧齒同步帶輪。
[0042]所述X軸諧波減速器10的減速比為50:1 ;所述Y軸一級主動帶輪40和Y軸一級從動帶輪34的減速比為4:1，Y軸二級主動帶輪35和Y軸二級從動帶輪39的減速比為3:1, Y軸三級主動帶輪12和Y軸三級從動帶輪22的減速比為4:1 ;所述R軸從動帶輪27和R軸主動帶輪29的減速比為4:1。
[0043]所述第二機械臂23上設(shè)置有用于安裝及調(diào)節(jié)電機架30與作業(yè)主軸25相對位置的長圓通孔。
[0044]所述Y軸蓋子37側(cè)面設(shè)置有長圓通孔，所述Y軸蓋子37內(nèi)側(cè)設(shè)置有通過螺栓固定在長圓通孔上的同步帶靠輪，所述同步帶靠輪包括靠輪架55、固定在靠輪架55上的靠輪軸56、內(nèi)圈固定在靠輪軸56上且外圈設(shè)置有彈性擋圈58的靠輪軸承57。
[0045]所述Y軸三級從動帶輪22、R軸從動帶輪27、Y軸一級從動帶輪34、Y軸二級從動帶輪39上均設(shè)置有用于減少自重的若干圓形通孔，以減小第一機械臂14和第二機械臂23的轉(zhuǎn)動慣量以及R軸伺服電機31和Y軸伺服電機41的功率大小。
[0046]本實施例的同步帶傳動是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應(yīng)吻合的輪所組成。它綜合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動各自的優(yōu)點。轉(zhuǎn)動時，通過帶齒與輪的齒槽相嚙合來傳遞動力。傳輸用同步帶傳動具有準確的傳動比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動比范圍大。
[0047]同步帶輪采用的是圓弧齒同步帶輪，圓弧齒同步帶輪是因為其齒形具有圓弧的特點，區(qū)別于梯型齒同步帶輪和T型同步帶輪的方形齒，圓弧齒同步帶輪，能夠滿足大功率的傳動，其傳動功率比梯型齒和T型齒大3-5倍。
[0048]所述X軸關(guān)節(jié)部分采用的是X軸諧波減速器10，主要由波發(fā)生器、柔性齒輪和剛性齒輪三個基本構(gòu)件組組成，是一種靠波發(fā)生器使柔性齒輪產(chǎn)生可控彈性變形，并與剛性齒輪傳遞運動和動力的齒輪傳動。X軸諧波減速器10的上部與第一機械臂14通過螺釘緊密固定連接，X軸諧波減速器10的下部與升降座9通過螺釘緊密固定連接，X軸伺服電機42的輸出軸帶動X軸諧波減速器10的輸入端運動，從而帶動第一機械臂14和第一機械臂14上的其它部件繞X軸在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。
[0049]Z軸伺服電機46的輸出軸通過聯(lián)軸器44帶動絲桿6轉(zhuǎn)動，絲桿通過與絲桿螺帽I的滾珠配合將絲桿6的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為絲桿螺帽I的上下直線運動，從而帶動升降座連接板7、升降座9和升降座9上的其它部件沿Z軸上下運動。
[0050]所述關(guān)節(jié)軸20通過軸承和第二角接觸球軸承18安裝在第一機械臂14右端通孔中，所述軸承擋板19通過螺釘與第一機械臂14緊密固定連接，用于第二角接觸球軸承18的軸向定位，所述軸承套蓋17與第一機械臂14聯(lián)接，用于第二角接觸球軸承18的軸向定位，所述Y軸三級從動帶輪22與關(guān)節(jié)軸20通過第一平鍵21聯(lián)接，所述第一機械臂14通過第二平鍵33安裝在關(guān)節(jié)軸20上，所述關(guān)節(jié)軸20的上段安裝有兩個圓螺母，用于第一機械臂14的軸向定位。從而使Y軸三級從動帶輪22帶動關(guān)節(jié)軸20以及關(guān)節(jié)軸20上的其它部件繞Y軸在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。
[0051]所述Y軸伺服電機41帶動Y軸一級主動帶輪40轉(zhuǎn)動,Y軸一級主動帶輪40帶動Y軸一級從動帶輪34和Y軸二級主動帶輪35轉(zhuǎn)動，Y軸二級主動帶輪35帶動Y軸二級從動帶輪39和Y軸三級主動帶輪12轉(zhuǎn)動，Y軸三級主動帶輪12帶動Y軸三級從動帶輪22和關(guān)節(jié)軸20繞Y軸為轉(zhuǎn)動中心轉(zhuǎn)動。
[0052]所述R軸伺服電機31將轉(zhuǎn)動速度和扭矩傳遞給R軸主動帶輪29，R軸主動帶輪29通過同步帶將轉(zhuǎn)動速度和扭矩傳遞給R軸從動帶輪27，帶動作業(yè)主軸25繞R軸轉(zhuǎn)動。
[0053]參考圖5所示，針對同步帶輪和同步帶在安裝過程中的松弛現(xiàn)象以及在運動過程中產(chǎn)生振動和噪聲的特點，本實用新型采用了一種用于張緊作用的同步帶靠輪，同步帶靠輪通過螺栓安裝在Y軸蓋子37上的長圓通孔中，當移動同步帶靠輪壓緊兩個同步帶輪之間的同步帶時，擰緊螺栓上的螺母使同步帶靠輪固定在Y軸蓋子37的長圓通孔上的某一位置。
[0054]本實施例的第二機械臂23上也設(shè)置有用于固定電機架30長圓通孔，當沿著長圓通孔移動電機架30時，R軸主動帶輪29也隨之移動，當R軸主動帶輪和R軸從動帶輪27處于合適的相對位置時，擰緊螺栓上的螺母使電機架30固定在第二機械臂23的長圓通孔上的某一位置即可。
[0055]如圖1至3所示，第一機械臂14為長圓形的連桿，在第一機械臂14上表面的左側(cè)區(qū)域加工出有一定深度的圓形凹槽，用于與X軸伺服電機42的固定，在第一機械臂14下表面的左側(cè)區(qū)域加工出有一定深度的圓形凹槽，用于與X軸諧波減速器10的固定，在第一機械臂14上表面的右側(cè)區(qū)域加工出有通孔的圓形凹槽，用于與關(guān)節(jié)軸20的固定和定位；第二機械臂23也為長圓形的連桿，在第二機械臂23上表面的左側(cè)區(qū)域加工出有通孔的圓形凹槽，用于關(guān)節(jié)軸20的固定和傳遞一定的轉(zhuǎn)矩和速度給第二機械臂23，在第二機械臂23下表面的右側(cè)區(qū)域加工出有通孔的圓形凹槽，用于作業(yè)主軸25的固定。第一機械臂14和第二機械臂23長度方向上大小相等，是仿生學(xué)的經(jīng)驗應(yīng)用，這樣關(guān)節(jié)機器人的運動更加靈活。
[0056]參考圖6所示，在本實用新型的同步帶減速平面關(guān)節(jié)機器人中，當?shù)诙C械臂23的臂向第一機械臂14的臂長方向靠攏呈一直線時，即為機械臂臂長和第二機械臂臂長之差，該平面關(guān)節(jié)型機器人的回轉(zhuǎn)半徑最?。划?shù)谝粰C械臂14的臂和第二機械臂23的臂伸長呈一直線時，即為第一機械臂14臂長和第二機械臂23臂長之和，該平面關(guān)節(jié)型機器人的回轉(zhuǎn)半徑最大。
[0057]本實用新型的上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種新型四自由度平面關(guān)節(jié)機器人結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:起支承和減震作用的底座(3);在絲桿(6)及絲桿螺帽(I)和導(dǎo)軌副的限位作用下沿Z軸方向上上下運動的升降座(9 );第一機械臂(14)，其以與Z軸平行的X軸為轉(zhuǎn)動中心能夠轉(zhuǎn)動的安裝在所述升降座(9)上；Y軸蓋子(37)，被安裝在第一機械臂(14)上，支承Y軸減速裝置一軸(38)和Y軸減速裝置二軸(36)，且具有供Y軸伺服電機軸、Y軸減速裝置一軸(38)和Y軸減速裝置二軸(36)貫穿的通孔；第二機械臂(23)，其以與X軸平行的Y軸為轉(zhuǎn)動中心能夠轉(zhuǎn)動的安裝在所述第一機械臂(14)上；作業(yè)主軸(25)，其以與Y軸平行的R軸為轉(zhuǎn)動中心能夠轉(zhuǎn)動的安裝在上述第二機械臂(23)上；R軸蓋子(26)，被安裝在第二機械臂(23)上，支承作業(yè)主軸(25)，且具有供所述作業(yè)主軸(25)貫穿的通孔； 所述底座(3)包括豎直平行設(shè)置的前豎直板(48)、后豎直板(49)，以及分別連接設(shè)置于前豎直板(48)和后豎直板(49)頂部和底部的頂板(47)和底板(54)，所述絲桿(6)的下端與安裝在底座軸承固定板(4)中的第一角接觸球軸承(2)配合，所述底座軸承固定板(4)固定在底板(54)上，所述絲桿(6)的上端通過聯(lián)軸器(44)與安裝在頂板(47)上的Z軸伺服電機(46 )相連接，所述絲桿(6 )上段還設(shè)置有通過軸承固定板(43 )固定在后豎直板(49 )內(nèi)側(cè)上段的第三角接觸球軸承(45)，所述升降座(9)與升降座連接板(7)相連接，所述絲桿螺帽(I)通過螺帽固定板(5)與升降座連接板(7)固定連接；所述導(dǎo)軌副包括兩豎直固定在軸承固定板43和底座軸承固定板(4)之間的導(dǎo)軌(51)以及固定在升降座連接板(7)上且與導(dǎo)軌(51)滑動配合的滑塊(50)； X軸伺服電機(42)與X軸諧波減速器(10)的輸入端相連接，且通過第二螺釘(11)固定第一機械臂(14)上，所述X軸諧波減速器(10)的輸出端通過第一螺釘(8)與升降座(13)相連接，從而帶動第一機械臂(14)以及第一機械臂(14)上的部件繞X軸轉(zhuǎn)動； Y軸伺服電機(41)固定在Y軸蓋子(37)上，所述Y軸蓋子(37)安裝在第一機械臂(14)上，Y軸伺服電機(41)與Y軸一級主動帶輪(40)相連接，Y軸一級主動帶輪(40)與設(shè)置在Y軸減速裝置二軸(36)上的Y軸一級從動帶輪(34)通過同步帶驅(qū)動連接，設(shè)置在Y軸減速裝置二軸(36)上的Y軸二級主動帶輪(35)與設(shè)置在Y軸減速裝置一軸(38)上Y軸二級從動帶輪(39)通過同步帶驅(qū)動連接，設(shè)置在Y軸減速裝置一軸(38)上的Y軸三級主動帶輪(12)與設(shè)置在關(guān)節(jié)軸(20)上的三級從動帶輪(22)通過同步帶驅(qū)動連接，從而帶動第二機械臂(23)和第二機械臂(23)上的部件繞Y軸轉(zhuǎn)動，所述Y軸減速裝置一軸(38)及Y軸減速裝置二軸(36)分別通過第一深溝球軸承(13)和第二深溝球軸承(15)平行設(shè)置在第一機械臂(14)和Y軸蓋子(37)之間； 關(guān)節(jié)軸(20)下段與裝在第一機械臂(14)中的第二角接觸球軸承(18)通過軸肩配合，所述關(guān)節(jié)軸(20)與第二角接觸球軸承(18)采用過盈配合，所述第一機械臂(14)上的安裝孔與第二角接觸球軸承(18)采用過渡配合，所述第一機械臂安裝孔的下部有一軸承擋板(19)通過第三螺釘(16)與第一機械臂(14)緊密固定連接，所述第一機械臂(14)安裝孔的上部有一軸承套蓋(17)與第一機械臂(14)緊密固定連接，所述第二機械臂(23)和Y軸三級從動帶輪(22)通過第一平鍵(21)與關(guān)節(jié)軸(20)連接，用于傳遞扭矩，所述關(guān)節(jié)軸(20)的上部通過第二平鍵(33)與第二機械臂(23)固定連接，同時關(guān)節(jié)軸(20)頂端安裝有圓螺母，所述Y軸三級從動帶輪(22 )與第二機械臂(23 )之間的關(guān)節(jié)軸(20 )上設(shè)置有套筒32用于第二機械臂(23)的軸向定位； 所述R軸蓋子(26)與第二機械臂(23)固定連接，所述R軸伺服電機(31)通過電機架30固定在第二機械臂(23)上，所述作業(yè)主軸(25)與分別安裝在R軸蓋子(26)和第二機械臂(23)中的第三深溝球軸承(28)和第四深溝球軸承(24)相配合，R軸伺服電機(31)與R軸主動帶輪(29 )驅(qū)動連接，R軸主動帶輪(29 )通過同步帶與固連在作業(yè)主軸(25 )上段的R軸從動帶輪(27)驅(qū)動連接，從而帶動作業(yè)主軸(25)和作業(yè)主軸(25)上的部件沿R軸轉(zhuǎn)動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型四自由度平面關(guān)節(jié)機器人結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述Y軸三級主動帶輪(12)、Y軸二級從動帶輪(39)、Y軸二級主動帶輪(35)、Y軸三級從動帶輪(22)、R軸主動帶輪(29)、R軸從動帶輪(27)、Y軸一級從動帶輪(34)、Y軸一級主動帶輪(40)均采用圓弧齒同步帶輪。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型四自由度平面關(guān)節(jié)機器人結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述升降座連接板(7)上設(shè)置有同步移動的擋板(52)，所述底座(3)的后豎直板(49)上固定有與所述擋板(52)相配合的行程開關(guān)(53)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型四自由度平面關(guān)節(jié)機器人結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述X軸諧波減速器(10)的減速比為50:1 ;所述Y軸一級主動帶輪(40)和Y軸一級從動帶輪(34)的減速比為4:1，Y軸二級主動帶輪(35)和Y軸二級從動帶輪(39)的減速比為3:1，Y軸三級主動帶輪(12)和Y軸三級從動帶輪(22)的減速比為4:1 ;所述R軸從動帶輪(27)和R軸主動帶輪(29)的減速比為4:1。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型四自由度平面關(guān)節(jié)機器人結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述導(dǎo)軌(51)上對稱設(shè)置有四個與導(dǎo)軌(51)滑動配合的滑塊(50)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型四自由度平面關(guān)節(jié)機器人結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述絲桿(6)和絲桿螺帽(I)的螺紋之間設(shè)置有滾珠，形成滾珠絲桿副。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型四自由度平面關(guān)節(jié)機器人結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第二機械臂(23)上設(shè)置有用于安裝及調(diào)節(jié)電機架(30)與作業(yè)主軸(25)相對位置的長圓通孔。8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的新型四自由度平面關(guān)節(jié)機器人結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述Y軸蓋子(37)側(cè)面設(shè)置有長圓通孔，所述Y軸蓋子(37)內(nèi)側(cè)設(shè)置有通過螺栓固定在長圓通孔上的同步帶靠輪，所述同步帶靠輪包括靠輪架(55)、固定在靠輪架(55)上的靠輪軸(56)、內(nèi)圈固定在靠輪軸(56 )上且外圈設(shè)置有彈性擋圈(58 )的靠輪軸承(57 )。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型四自由度平面關(guān)節(jié)機器人結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述Y軸三級從動帶輪(22)、R軸從動帶輪(27)、Y軸一級從動帶輪(34)、Y軸二級從動帶輪(39)上均設(shè)置有用于減少自重的若干圓形通孔。
【文檔編號】B25J17-02GK204277999SQ201420704379
【發(fā)明者】王念峰, 鄭超超, 劉景輝, 張憲民 [申請人]華南理工大學(xué)