一種新型四自由度平面關節機器人結構制造技術

本實用新型專利技術公開了一種新型四自由度平面關節機器人結構，包括底座，在絲桿及絲桿螺帽和導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軸為轉動中心能夠轉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軸為轉動中心能夠轉動的安裝在所述第一機械臂上；作業主軸，其以與Y軸平行的R軸為轉動中心能夠轉動的安裝在上述第二機械臂上。本實用新型專利技術所提供的新型四自由度平面關節機器人結構簡單、成本低、具有較大的作業空間及較高的作業精度。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
一種新型四自由度平面關節機器人結構
本技術屬于工業機器人
，特別是涉及一種新型四自由度平面關節機器人結構。
技術介紹
機器人技術是多學科的綜合運用，工業機器人是通過機器人關節實現自主運動，在眾多類型機器人中，平面關節型機器人體積小、傳動原理簡單，且在平面內的運動具有較大的柔性，沿升降軸的運動具有很強的剛性，非常適合應用于搬運、焊接和裝配等重復性任務，因此在工業生產中得到廣泛應用。工業機器人技術還綜合了機械工程學、電氣工程學、微電子工程學、計算機工程學、控制工程學、仿生學以及人工智能工程等多門尖端學科。將它和計算機輔助設計系統、計算機輔助制造系統結合在一起應用，是現代制造業自動化的最新發展趨勢。 關節機器人，也稱關節手臂機器人或關節機械手臂，是當今工業領域中最常見的工業機器人的形態之一。適合用于諸多工業領域的機械自動化作業，比如，自動裝配、噴漆、搬運、焊接等工作。關節機器人按照工作性質可分為很多種，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。 作為四自由度平面關節型機器人，一般地說，當然期望平面關節型機器人的制造成本低，同時也期望該平面關節型機器人可動范圍較大、定位精度較高、結構簡單和能夠適應空間狹小的使用壞境。而傳統的四自由度關節型機器人，結構復雜，其制造成本較高，價格仍是成為制約其在社會中廣泛應用的要素。
技術實現思路
針對上述存在的技術問題，本技術的目的在于提供一種新型四自由度平面關節機器人結構，能夠使平面關節機器人的可動范圍較大、定位精度較高、結構簡單和能夠適應空間狹小的環境，同時也降低了該平面關節機器人制造成本。 為解決上述的技術問題，本技術采用以下技術方案: —種新型四自由度平面關節機器人結構，包括:起支承和減震作用的底座；在絲桿及絲桿螺帽和導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軸為轉動中心能夠轉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軸為轉動中心能夠轉動的安裝在所述第一機械臂上；作業主軸，其以與Y軸平行的R軸為轉動中心能夠轉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，支承作業主軸，且具有供所述作業主軸貫穿的通孔； 所述底座包括豎直平行設置的前豎直板、后豎直板，以及分別連接設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，所述絲桿上段還設置有通過軸承固定板固定在后豎直板內側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軌以及固定在升降座連接板上且與導軌滑動配合的滑塊； 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軸轉動； 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動連接，設置在Y軸減速裝置二軸上的Y軸二級主動帶輪與設置在Y軸減速裝置一軸上Y軸二級從動帶輪通過同步帶驅動連接，設置在Y軸減速裝置一軸上的Y軸三級主動帶輪與設置在關節軸上的三級從動帶輪通過同步帶驅動連接，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置在第一機械臂和Y軸蓋子之間； 關節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，所述關節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節軸連接，用于傳遞扭矩，所述關節軸的上部通過第二平鍵與第二機械臂固定連接，同時關節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節軸上設置有套筒用于第二機械臂的軸向定位； 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軸主動帶輪驅動連接，R軸主動帶輪通過同步帶與固連在作業主軸上段的R軸從動帶輪驅動連接，從而帶動作業主軸和作業主軸上的部件沿R軸轉動。 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。 進一步地，所述升降座連接板上設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，自動限制升降座上下移動時的行程范圍，預防過載。 進一步地，所述導軌上對稱設置有四個與導軌滑動配合的滑塊，大大提高了升降座和升降座上其它部件上下運動的平穩性，同時也提高了平面關節機器人的定位精度。 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。 進一步地，所述絲桿和絲桿螺帽的螺紋之間設置有滾珠，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，不會出現滑動運動那樣的爬行現象，能保證實現精確的微進給。 進一步地，所述第二機械臂上設置有用于安裝及調節電機架與作業主軸相對位置的長圓通孔，方便通過移動電機架來調節同步帶的張緊度。 進一步地，所述Y軸蓋子側面設置有長圓通孔，所述Y軸蓋子內側設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、內圈固定在靠輪軸且外圈設置有彈性擋圈的靠輪軸承，通過移動同步帶靠輪，可方便實現對各個同步帶輪的張緊度調節，杜絕安裝過程中的松弛現象以及在運動過程中產生的振動和噪聲。 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動慣量以及R軸伺服電機和Y軸伺服電機的功率大小。 相比現有技術，本技術具有如下優點: 采用諧波減速器作為其減速裝置，同時又能作為支撐元件，傳動鏈結構緊湊簡單，符合發展趨勢，采用同步帶輪減速本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種新型四自由度平面關節機器人結構，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(1)和導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軸為轉動中心能夠轉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軸為轉動中心能夠轉動的安裝在所述第一機械臂（14）上；作業主軸（25），其以與Y軸平行的R軸為轉動中心能夠轉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，支承作業主軸（25)，且具有供所述作業主軸(25)貫穿的通孔；??所述底座（3）包括豎直平行設置的前豎直板（48）、后豎直板（49），以及分別連接設置于前豎直板（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）上段還設置有通過軸承固定板（43）固定在后豎直板（49）內側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（1）通過螺帽固定板（5）與升降座連接板（7）固定連接；所述導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）之間的導軌（51）以及固定在升降座連接板（7）上且與導軌（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）通過同步帶驅動連接，設置在Y軸減速裝置二軸（36）上的Y軸二級主動帶輪（35）與設置在Y軸減速裝置一軸（38）上Y軸二級從動帶輪（39）通過同步帶驅動連接，設置在Y軸減速裝置一軸（38）上的Y軸三級主動帶輪（12）與設置在關節軸(20)上的三級從動帶輪（22）通過同步帶驅動連接，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）平行設置在第一機械臂（14）和Y軸蓋子（37）之間；關節軸（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，所述關節軸（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）與關節軸（20）連接，用于傳遞扭矩，所述關節軸（20）的上部通過第二平鍵(33)與第二機械臂（23）固定連接，同時關節軸（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）之間的關節軸（20）上設置有套筒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）驅動連接，R軸主動帶輪（29）通過同步帶與固連在作業主軸（25）上段的R軸從動帶輪（27）驅動連接，從而帶動作業主軸（25）和作業主軸（25）上的部件沿R軸轉動。...

【技術特征摘要】
1.一種新型四自由度平面關節機器人結構，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軸為轉動中心能夠轉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軸為轉動中心能夠轉動的安裝在所述第一機械臂(14)上；作業主軸(25)，其以與Y軸平行的R軸為轉動中心能夠轉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，支承作業主軸(25)，且具有供所述作業主軸(25)貫穿的通孔； 所述底座(3)包括豎直平行設置的前豎直板(48)、后豎直板(49)，以及分別連接設置于前豎直板(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 )上段還設置有通過軸承固定板(43 )固定在后豎直板(49 )內側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)之間的導軌(51)以及固定在升降座連接板(7)上且與導軌(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)通過同步帶驅動連接，設置在Y軸減速裝置二軸(36)上的Y軸二級主動帶輪(35)與設置在Y軸減速裝置一軸(38)上Y軸二級從動帶輪(39)通過同步帶驅動連接，設置在Y軸減速裝置一軸(38)上的Y軸三級主動帶輪(12)與設置在關節軸(20)上的三級從動帶輪(22)通過同步帶驅動連接，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)平行設置在第一機械臂(14)和Y軸蓋子(37)之間； 關節軸(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，所述關節軸(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...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王念峰，鄭超超，劉景輝，張憲民，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：新型
國別省市：廣東;44