專利名稱：垂直關(guān)節(jié)型機器人操作機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于工業(yè)機器人的機械本體，具體地說是一種垂直關(guān)節(jié)型機器人操作機。
近年來由于工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷提高，在國內(nèi)，工業(yè)機器人在弧焊、點焊、搬運、裝配等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普及，尤其在汽車、摩托車、工程機械、電子產(chǎn)品等企業(yè)對機器人的需求量越來越大。近年來，國內(nèi)一些部門已經(jīng)進行了6kg～10kg的機器人操作機制作，但普遍存在的問題是桿、臂件使用鋼件，外觀較粗糙重量大，減速器精度、剛度不高，傳動部件設(shè)計不盡合理，結(jié)構(gòu)不夠緊湊等缺點。
為解決上述問題，本實用新型的目的是提供一種整機重量輕，動態(tài)控制性能好，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動裝置設(shè)計合理，重復精度高的垂直關(guān)節(jié)型機器人操作機。
本實用新型的技術(shù)方案是由S軸、L軸、U軸、R軸、B軸、T軸傳動裝置和末端執(zhí)行器，各軸關(guān)節(jié)由電機和減速器構(gòu)成，其中S軸固定在底座上，通過腰座與L軸、U軸相連，L軸輸出端固定于下臂，U軸的輸出端經(jīng)拉桿與安裝在下臂上的四軸座連接，R軸安裝在四軸座與上臂之間，B、T軸一端安裝在上臂上，另一端固定于腕端上，其T軸的諧波減速器T剛輪的端面做為末端執(zhí)行器；所述S軸傳動由輔助支承軸承S、RV減速器S和電機S組成，其中殼體與腰座固連的電機S通過輸入齒輪S與RV減速器S相連，所述RV減速器S的端蓋固定于底座上，外殼作為輸出固定于腰座上，設(shè)輔助支承軸承S于輸入齒輪S上；所述L軸傳動由電機L、RV減速器L、支承軸承L組成，其中電機L軸通過輸入齒輪L與RV減速器L相連，RV減速器L的端面上固定有作為其輸出端的下臂，電機L與RV減速器L的外殼均固定于腰座上，下臂及曲柄上分別加設(shè)一輸入齒輪L、U軸中輸入齒輪U的支承軸承L；所述U軸的傳動與L軸的結(jié)構(gòu)相似，由RV減速器U、電機U組成，其中電機U軸上固定有RV減速器U的輸入齒輪U，RV減速器U的輸出端面上安裝一U軸形成平行四邊形的曲柄，曲柄通過拉桿與活動安裝在下臂上的四軸座相連，其電機U及RV減速器U的外殼均固定在腰座上；所述R軸為電機R、諧波減速器R同軸傳動結(jié)構(gòu)，其中電機R通過電機安裝座固定于四軸座上，諧波減速器R通過其上的剛輪與四軸座安裝在一起，柔輪固定于與上臂安裝在一起的R軸的輸出軸R上，其波發(fā)生器則固定于電機R的軸上，十字交叉軸承R設(shè)于輸出軸R和四軸座之間；所述B軸為橫放的短尺寸電機B，及同步齒形帶B、同步齒形帶輪B及短杯型諧波減速器B的傳動結(jié)構(gòu)，其中電機B固定于上臂上，其軸與同步齒型帶B的一個同步齒型帶輪B相連，另一個同步齒型帶輪B固定于諧波減速器B的波發(fā)生器軸上，諧波減速器B的柔輪固定于上臂上，剛輪固定于腕端上，腕端與上臂中間設(shè)有軸承B支承；所述T軸為短尺寸電機T橫放，及同步齒型帶輪T、同步齒形帶T、相互嚙合的輸入齒輪T、輸出傘齒輪T及短杯型諧波減速T的傳動結(jié)構(gòu)，其中電機T固定于上臂上，其軸通過與其固連的同步齒型帶輪T，同步齒型帶T和輸入傘齒輪T的軸T相連，輸出傘齒輪T的軸T′上固定有諧波減速器T的波發(fā)生器，其諧波減速器T柔輪安裝在腕端上，剛輪的端面做為末端執(zhí)行器，末端執(zhí)行器與腕端之間設(shè)有十字交叉軸承T；為了提高下臂的位置精度，所述L軸的下臂與U軸的曲柄中間設(shè)有的附加軸承L支承裝置；所述B、T軸傳動中同步齒形帶B、T設(shè)有帶張力調(diào)整機構(gòu)。
本實用新型具有如下優(yōu)點
1. 結(jié)構(gòu)緊湊，重復定位精度高。本實用新型應(yīng)用3D仿真技術(shù)確定了本實用新型的整機外形。在動力學分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用有限元分析軟件對腰座、下臂、上臂、拉桿、四軸座等關(guān)鍵件進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。由于S、L、U軸的電機軸直接作為RV減速器S、L、U的輸入軸，該傳動符合最短傳動準則，且RV減速器S、L、U均選用高剛度、高精度的減速器，所以它們具有結(jié)構(gòu)緊湊，關(guān)節(jié)剛度高，傳動精度高，易于安裝和維護等特點；R軸傳動裝置中，由于電機R軸直接作為諧波減速器R的輸入軸，諧波減速器R的柔輪又直接作為輸出軸，所以，該傳動結(jié)構(gòu)部件最少，結(jié)構(gòu)最緊湊；B、T軸傳動裝置中，由于電機B、T的橫放，減掉了一般常用的傘齒輪傳動，使結(jié)構(gòu)簡化；加之采用了高精度、短杯諧波減速器R、T傳動，進一步提高了傳動精度，上臂的寬度變窄，結(jié)構(gòu)更為緊湊，方便裝配和維護；由于十字交叉軸承的應(yīng)用，還提高了末端執(zhí)行器的剛度和旋轉(zhuǎn)精度。
2. 整機重量輕，剛度好。本實用新型腰座、下臂、上臂、拉桿、曲柄、R軸座、和腕端均應(yīng)用了優(yōu)質(zhì)鑄造鋁合金，使其既保持了剛度又減輕了本實用新型的重量，采用了該種輕質(zhì)材料，使其較應(yīng)用鋼、鑄鐵材料制成的整機重量輕20％。由于重量減輕，使慣性負載降低，從而提高了本實用新型的動態(tài)控制指標。
3. 動態(tài)控制性能好，應(yīng)用范圍廣。本實用新型具有6個轉(zhuǎn)動或擺動的自由度，可使末端執(zhí)行器的工具端達到工作空間的3個位置與3個姿態(tài)角，完成機器人的弧焊、搬運、裝配等多種作業(yè)。末端執(zhí)行器的負載能力為6kg。


圖1為本實用新型總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為
圖1中S、L、U軸傳動結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為
圖1中R軸傳動結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為
圖1中B、T軸傳動結(jié)構(gòu)示意圖。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
如
圖1所示，由S軸1、L軸2、U軸3、R軸4、B軸5、T軸6傳動裝置和末端執(zhí)行器12組成，其中各軸關(guān)節(jié)由電機和減速器構(gòu)成，S軸1固定在底座7上，通過腰座8與L軸2、U軸3相連，L軸2輸出端固定于下臂9，U軸3的輸出端經(jīng)拉桿13與安裝在下臂9上的四軸座14連接，R軸4安裝在四軸座14與上臂10之間，B軸5一端安裝在上臂10上，另一端固定于腕端11上，B軸5、T軸6一端安裝在上臂10上，另一端固定于腕端11上，其T軸6的諧波減速器T67剛輪的端面做為末端執(zhí)行器12；如圖2所示，S軸1傳動由輔助支承軸承S11、RV減速器S12和電機S14組成，其中殼體與腰座8固連的電機S14通過輸入齒輪S13與RV減速器S12相連，所述RV減速器S12的端蓋固定于底座7上，外殼作為輸出固定于腰座8上，設(shè)輔助支承軸承S11于輸入齒輪S13上；L軸2傳動由電機L21、RV減速器L23、支承軸承L25組成，其中電機L21軸通過輸入齒輪L22與RV減速器L23相連，RV減速器L23的端面上固定有作為其輸出端的下臂9，電機L21與RV減速器L23的外殼均固定于腰座8上，為了提高下臂9的精度及輸入齒輪L 22的位置精度，下臂9及曲柄31之間加設(shè)一附加支承軸承L24，輸入齒輪L22、U33上分別加設(shè)一支承軸承L25；U軸3的傳動與L軸2的結(jié)構(gòu)相似，由RV減速器U32、電機U34組成，其中電機U34軸上固定有RV減速器U32的輸入齒輪U33，RV減速器U32的輸出端面上安裝一U軸3形成平行四邊形的曲柄31，曲柄31通過拉桿13與活動安裝在下臂9上的四軸座14相連，其電機U34及RV減速器U32的外殼均固定在腰座8上；其中支承軸承L25為輸入齒輪L22、U33的附加支承；如圖3所示，R軸4為電機R41、諧波減速器R43同軸傳動結(jié)構(gòu)，其中電機R41通過電機安裝座42固定于四軸座14上，諧波減速器R43通過其上的剛輪與四軸座14安裝在一起，柔輪固定于與上臂10安裝在一起的R軸4的輸出軸R46上，其波發(fā)生器則固定于電機R41的軸上，十字交叉軸承R45設(shè)于輸出軸R46和四軸座14之間；如圖4所示，B軸5為橫放的短尺寸電機B51，及同步齒形帶B54、同步齒形帶輪B52及短杯型諧波減速器B58的傳動結(jié)構(gòu)，其中電機B51固定于上臂10上，其軸與同步齒型帶B54的一個同步齒型帶輪B52相連，另一個同步齒型帶輪B52固定于諧波減速器B58的波發(fā)生器軸B57上，諧波減速器B58的柔輪固定于上臂10上，剛輪固定于腕端11上，腕端11與上臂10中間設(shè)有軸承B55支承；T軸6為短尺寸電機T61橫放，及同步齒型帶輪T62、同步齒形帶T63、相互嚙合的輸入齒輪T65、輸出傘齒輪T66及短杯型諧波減速T67的傳動結(jié)構(gòu)，其中電機T61固定于上臂10上，其軸通過與其固連的同步齒型帶輪T62，同步齒型帶T63和輸入傘齒輪T65的軸T64相連，輸出傘齒輪T66的軸T′69上固定有諧波減速器T67的波發(fā)生器，其諧波減速器T67柔輪安裝在腕端11上，剛輪的端面做為末端執(zhí)行器12，末端執(zhí)行器12與腕端11之間設(shè)有十字交叉軸承T68；為了提高下臂9的位置精度，所述L軸2的下臂9與U軸3的曲柄31中間設(shè)有的附加軸承L24支承裝置；所述B軸5、T軸6傳動中同步齒形帶B54、T63設(shè)有帶張力調(diào)整機構(gòu)B53。
本實用新型各關(guān)節(jié)由交流伺服電機和減速器組成，通過有限元分析并進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，除底座外，腰座、下臂、拉桿、曲柄、R軸座、上臂和連同腕端一起各構(gòu)件均應(yīng)用了優(yōu)質(zhì)鑄造鋁合金，材料牌號為201A-T5，使其既保持了剛度又減輕了本實用新型的重量，采用了該種輕質(zhì)材料，使其較應(yīng)用鋼、鑄鐵材料制成的整機重量輕20％。由于重量減輕，使慣性負載降低，從而提高了本實用新型的動態(tài)控制指標。
本實用新型工作過程是由于輸入齒輪S13固定在電機S14的軸上，當電機S14軸轉(zhuǎn)動時，腰座8就將進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)動，即實現(xiàn)了S軸的運動控制；電機L21的軸轉(zhuǎn)動，輸入齒輪L22也轉(zhuǎn)動，作為RV減速器L23的輸入，使其輸出端下臂9做相應(yīng)的轉(zhuǎn)動，即實現(xiàn)了L軸的運動控制；電機U34的軸轉(zhuǎn)動，輸入齒輪U33也同時轉(zhuǎn)動作為RV減速器U32的輸入，由于電機U34外殼及RV減速器U32的外殼都固定于腰座8上，所以RV減速器U32的輸出端面將與曲柄U31同時做相應(yīng)的轉(zhuǎn)動，通過拉桿13實現(xiàn)U軸的運動控制；電機R41的軸轉(zhuǎn)動使諧波減速器R43的波發(fā)生器轉(zhuǎn)動，諧波減速器R43由于剛輪固定，柔輪帶動輸出軸R46轉(zhuǎn)動，則上臂10作與輸出軸R46相同的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)R軸4的運動控制；電機B51軸的轉(zhuǎn)動，通過同步齒型帶輪B52，使諧波減速器B59的波發(fā)生器轉(zhuǎn)動，進而使諧波減速器B59的剛輪作為輸出端轉(zhuǎn)動，并帶動腕端11作相同的轉(zhuǎn)動。實現(xiàn)B軸5的運動控制，其中同步齒型帶輪B52的帶傳動張力的調(diào)整通過作為調(diào)整機構(gòu)的螺釘B53進行。
電機T61軸的轉(zhuǎn)動，通過同步齒型帶輪T62傳動，使輸出傘齒輪T66帶動諧波減速器T67的波發(fā)生器轉(zhuǎn)動，由于諧波減速器T67的柔輪固定，剛輪作為輸出端轉(zhuǎn)動，則帶動末端執(zhí)行器12作相同的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)T軸6的運動控制，其中同步齒型帶T63帶傳動張力的調(diào)整通過作為調(diào)整機構(gòu)的螺釘53進行。
權(quán)利要求1. 一種垂直關(guān)節(jié)型機器人操作機，由S軸(1)、L軸(2)、U軸(3)、R軸(4)、B軸(5)、T軸(6)傳動裝置和末端執(zhí)行器(12)，各軸關(guān)節(jié)由電機和減速器構(gòu)成，其特征在于其中S軸(1)固定在底座(7)上，通過腰座(8)與L軸(2)、U軸(3)相連，L軸(2)輸出端固定于下臂(9)，U軸(3)的輸出端經(jīng)拉桿(13)與安裝在下臂(9)上的四軸座(14)連接，R軸(4)安裝在四軸座(14)與上臂(10)之間，B、T軸(5、6)一端安裝在上臂(10)上，另一端固定于腕端(11)上，其T軸(6)的諧波減速器T(67)剛輪的端面做為末端執(zhí)行器(12)。
2. 按照權(quán)利要求1所述的垂直關(guān)節(jié)型機器人操作機，其特征在于所述S軸(1)傳動由輔助支承軸承S(11)、RV減速器S(12)和電機S(14)組成，其中殼體與腰座(8)固連的電機S(14)通過輸入齒輪S(13)與RV減速器S(12)相連，所述RV減速器S(12)的端蓋固定于底座(7)上，外殼作為輸出固定于腰座(8)上，設(shè)輔助支承軸承S(11)于輸入齒輪S(13)上。
3. 按照權(quán)利要求1所述的垂直關(guān)節(jié)型機器人操作機，其特征在于所述L軸(2)傳動由電機L(21)、RV減速器L(23)、支承軸承L(25)組成，其中電機L(21)軸通過輸入齒輪L(22)與RV減速器L(23)相連，RV減速器L(23)的端面上固定有作為其輸出端的下臂(9)，電機L(21)與RV減速器L(23)的外殼均固定于腰座(8)上，下臂(9)及曲柄(31)上分別加設(shè)一輸入齒輪L(22)、U軸(3)中輸入齒輪U(33)的支承軸承L(25)。
4. 按照權(quán)利要求1所述的垂直關(guān)節(jié)型機器人操作機，其特征在于所述U軸(3)的傳動與L軸(2)的結(jié)構(gòu)相似，由RV減速器U(32)、電機U(34)組成，其中電機U(34)軸上固定有RV減速器U(32)的輸入齒輪U(33)，RV減速器U(32)的輸出端面上安裝一U軸(3)形成平行四邊形的曲柄(31)，曲柄(31)通過拉桿(13)與活動安裝在下臂(9)上的四軸座(14)相連，其電機U(34)及RV減速器U(32)的外殼均固定在腰座(8)上。
5. 按照權(quán)利要求1所述的垂直關(guān)節(jié)型機器人操作機，其特征在于所述R軸(4)為電機R(41)、諧波減速器R(43)同軸傳動結(jié)構(gòu)，其中電機R(41)通過電機安裝座(42)固定于四軸座(14)上，諧波減速器R(43)通過其上的剛輪與四軸座(14)安裝在一起，柔輪固定于與上臂(10)安裝在一起的R軸(4)的輸出軸R(46)上，其波發(fā)生器則固定于電機R(41)的軸上，十字交叉軸承R(45)設(shè)于輸出軸R(46)和四軸座(14)之間。
6. 按照權(quán)利要求1所述的垂直關(guān)節(jié)型機器人操作機，其特征在于所述B軸(5)為橫放的短尺寸電機B(51)，及同步齒形帶B(54)、同步齒形帶輪B(52)及短杯型諧波減速器B(58)的傳動結(jié)構(gòu)，其中電機B(51)固定于上臂(10)上，其軸與同步齒型帶B(54)的一個同步齒型帶輪B(52)相連，另一個同步齒型帶輪B(52)固定于諧波減速器B(58)的波發(fā)生器軸(57)上，諧波減速器B(58)的柔輪固定于上臂(10)上，剛輪固定于腕端(11)上，腕端(11)與上臂(10)中間設(shè)有軸承B(55)支承。
7. 按照權(quán)利要求1所述的垂直關(guān)節(jié)型機器人操作機，其特征在于所述T軸(6)為短尺寸電機T(61)橫放，及同步齒型帶輪T(62)、同步齒形帶T(63)、相互嚙合的輸入齒輪T(65)、輸出傘齒輪T(66)及短杯型諧波減速T(67)的傳動結(jié)構(gòu)，其中電機T(61)固定于上臂(10)上，其軸通過與其固連的同步齒型帶輪T(62)，同步齒型帶T(63)和輸入傘齒輪T(65)的軸T(64)相連，輸出傘齒輪T(66)的軸T′(69)上固定有諧波減速器T(67)的波發(fā)生器，其諧波減速器T(67)柔輪安裝在腕端(11)上，剛輪的端面做為末端執(zhí)行器(12)，末端執(zhí)行器(12)與腕端(11)之間設(shè)有十字交叉軸承T(68)。
8. 按照權(quán)利要求1、3或4所述的垂直關(guān)節(jié)型機器人操作機，其特征在于所述L軸(2)的下臂(9)與U軸(3)的曲柄(31)中間設(shè)有的附加軸承L(24)支承裝置。
9. 按照權(quán)利要求1所述的垂直關(guān)節(jié)型機器人操作機，其特征在于所述B軸(5)、T軸(6)傳動中同步齒形帶B(54)、T(63)設(shè)有帶張力調(diào)整機構(gòu)B(53)。
專利摘要一種垂直關(guān)節(jié)型機器人操作機。由S、L、U、R、B和T軸傳動裝置和末端執(zhí)行器組成,其中:各軸關(guān)節(jié)由交流伺服電機和減速器構(gòu)成,S軸固定在底座上,通過腰座與L、U軸相連,L軸輸出端固定于下臂,U軸的輸出端經(jīng)拉桿與四軸座連接,R軸安裝在四軸座與上臂間,B軸、T軸一端安裝在上臂上,另一端固定腕端上,其中T軸的諧波減速器T的剛輪的端面做為末端執(zhí)行器。它具有6個轉(zhuǎn)動或擺動的自由度,完成機器人的弧焊、搬運、裝配等多種作業(yè),重量輕,動態(tài)控制性能好,重復定位精度高。
文檔編號B25J11/00GK2465893SQ0121143
公開日2001年12月19日 申請日期2001年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月20日
發(fā)明者王泰耀, 齊曉東, 張學成, 任小強, 侯建平, 徐方 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所