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 一種三旋轉自由度定位工業機器人

 
【申请公布号:CN110497399A;申请权利人:贵州大学;发明设计人: 汪伦杰; 丁世林; 黄海松; 杨波; 吕健;】
 
 
摘要:
 
本发明公开了一種三旋轉自由度定位工業機器人,包括旋转台、翻转架和旋转箱,翻转架安装在旋转台上,翻转架包括两支承架一和支承架二,旋转箱可旋转地连接在两支承架一和支承架二间,旋转箱通过杯型谐波减速器连接到从动轴一,从动轴一可旋转地连接在支承架一上,通过同步帶传动机构一连接到翻转电机,翻转电机固定连接在支承架一上,旋转箱一侧可旋转地连接有从动齿轮轴,从动齿轮轴外端固定连接有法兰,内端通过锥齿轮传动机构连接到主动齿轮轴一端,主动齿轮轴可旋转地连接在旋转箱,主动齿轮轴另一端连接有驱动机构。本发明能够满足底部360°旋转,旋转箱270°翻转,法兰180°的旋转,能够用于搬运、焊接、喷涂制造等作业,定位精度高,承载能力强。 
 
主權項:
 
1.一種三旋轉自由度定位工業機器人,其特征在于:包括旋转台(1)、翻转架(2)和旋转箱(3),翻转架(2)安装在旋转台(1)上,翻转架(2)采用两对称的支承架一(4)和支承架二(5),旋转箱(3)两端可旋转地连接在两支承架一(4)和支承架二(5)间,旋转箱(3)一端通过杯型谐波减速器(6)连接到从动轴一(7),从动轴一(7)可旋转地连接在支承架一(4)上,且伸出支承架一(4)后通过同步帶传动机构一连接到翻转电机(8),翻转电机(8)固定连接在支承架一(4)上,旋转箱(3)一侧面中部可旋转地连接有从动齿轮轴(9),从动齿轮轴(9)外端固定连接有法兰(10),内端通过锥齿轮传动机构连接到主动齿轮轴(11)一端,主动齿轮轴(11)可旋转地连接在旋转箱(3)另一端,主动齿轮轴(11)另一端连接有驱动机构。 
 
要求:
 
1.一種三旋轉自由度定位工業機器人,其特征在于:包括旋转台(1)、翻转架(2)和旋转箱(3),翻转架(2)安装在旋转台(1)上,翻转架(2)采用两对称的支承架一(4)和支承架二(5),旋转箱(3)两端可旋转地连接在两支承架一(4)和支承架二(5)间,旋转箱(3)一端通过杯型谐波减速器(6)连接到从动轴一(7),从动轴一(7)可旋转地连接在支承架一(4)上,且伸出支承架一(4)后通过同步帶传动机构一连接到翻转电机(8),翻转电机(8)固定连接在支承架一(4)上,旋转箱(3)一侧面中部可旋转地连接有从动齿轮轴(9),从动齿轮轴(9)外端固定连接有法兰(10),内端通过锥齿轮传动机构连接到主动齿轮轴(11)一端,主动齿轮轴(11)可旋转地连接在旋转箱(3)另一端,主动齿轮轴(11)另一端连接有驱动机构。
 
2.根据权利要求1所述的一種三旋轉自由度定位工業機器人,其特征在于:同步帶传动机构一包括从动皮带轮一(22)、主动皮带轮一(23)、同步皮带一(24)和主动轴一(25),从动皮带轮一(22)固定连接在从动轴一(7)上,主动皮带轮一(23)固定连接在主动轴一(25)上,同步皮带一(24)套接在从动皮带轮一(22)和主动皮带轮一(23),主动轴一(25)可旋转地连接在支承架一(4)下部,内端穿过支承架一(4)后固定连接翻转电机(8)。
 
3.根据权利要求1所述的一種三旋轉自由度定位工業機器人,其特征在于:驱动机构包括法兰轴(12)、谐波减速器(13)和从动轴二(14),法兰轴(12)一端通过联轴器(15)连接到主动齿轮轴(11),另一端连接到谐波减速器一(13)的输出一端,谐波减速器一(13)的输入端连接从动轴二(14),从动轴二(14)可旋转地连接在支承架二(5)上,且伸出支承架二(5)后通过同步帶传动机构二连接到驱动步进电机(15),驱动步进电机(15)固定连接在支承架二(5)上。
 
4.根据权利要求3所述的一種三旋轉自由度定位工業機器人,其特征在于:同步帶传动机构二包括从动皮带轮二(26)、主动皮带轮二(27)、同步皮带二(28)和主动轴二(29),从动皮带轮二(26)固定连接在从动轴二(14)上,主动皮带轮一(27)固定连接在主动轴二(29)上,同步皮带二(28)套接在从动皮带轮二(26)和主动皮带轮二(27),主动轴二(29)可旋转地连接在支承架二(5)下部,内端穿过支承架二(5)后固定连接驱动步进电机(15)。
 
5.根据权利要求1所述的一種三旋轉自由度定位工業機器人,其特征在于:主动齿轮轴(11)通过一对轴承一(30)连接到轴承套杯一(31)上,轴承套杯一(31)固定连接在旋转箱(3)右端内侧设置的套筒上。
 
6.根据权利要求1所述的一種三旋轉自由度定位工業機器人,其特征在于:旋转箱(3)上下侧设置有顶盖(32)和底盖(33),顶盖(32)中部固定连接有轴承套杯二(34),轴承套杯二(34)通过一对轴承二(35)可旋转地连接到从动齿轮轴(9)。
 
7.根据权利要求1所述的一種三旋轉自由度定位工業機器人,其特征在于:旋转台(1)包括底座(16)、谐波减速器二(17)、旋转电机(18)和旋转圆盘(19),底座(19)为下端开口的空腔结构,旋转圆盘(19)可旋转地连接在底座(19)上端,底部通过谐波减速器二(17)连接到旋转电机(18),旋转电机(18)固定连接在底座(16)上。
 
8.根据权利要求7所述的一種三旋轉自由度定位工業機器人,其特征在于:旋转圆盘(19)通过十字交叉滚子轴承(20)连接到底座(16)的台阶孔一上。
 
9.根据权利要求7所述的一種三旋轉自由度定位工業機器人,其特征在于:旋转电机(18)通过法兰盘(21)连接到底座(16)的台阶孔二上,谐波减速器二(17)的钢轮固定连接在法兰盘(21)上,柔轮固定连接到旋转圆盘(19),波发生器连接到旋转电机(18)的电机轴。
 
10.根据权利要求7所述的一種三旋轉自由度定位工業機器人,其特征在于:底座(19)侧面设置有底盖(36)。
 
一種三旋轉自由度定位工業機器人
技術領域
 
本发明涉及一種三旋轉自由度定位工業機器人,属于定位机器人技術領域。
 
背景技術
 
三旋轉自由度定位機器人是屬于工業機器人的一種工業機器人在我國的使用情況中,汽車及其零配件占有很大的份額,而在其他行業裏,工業機器人的應用還非常的欠缺,比如在芯片、光伏、LED、生化制藥等領域,所以說,我國的工業機器人技術還有待大大提高。
 
在工業産業中的定位機器人,承載能力、定位精度差,尤其是在加工制造領域,對于定位機器人的定位精度和承載能力要求更高。
 
發明內容
 
本发明要解决的技术问题是:提供一種三旋轉自由度定位工業機器人,以解决上述现有技术中存在的问题。
 
本发明采取的技术方案为:一種三旋轉自由度定位工業機器人,包括旋转台、翻转架和旋转箱,翻转架安装在旋转台上,翻转架采用两对称的支承架一和支承架二,旋转箱两端可旋转地连接在两支承架一和支承架二间,旋转箱一端通过杯型谐波减速器连接到从动轴一,从动轴一可旋转地连接在支承架一上,且伸出支承架一后通过同步帶传动机构一连接到翻转电机,翻转电机固定连接在支承架一上,旋转箱一侧面中部可旋转地连接有从动齿轮轴,从动齿轮轴外端固定连接有法兰,内端通过锥齿轮传动机构连接到主动齿轮轴一端,主动齿轮轴可旋转地连接在旋转箱另一端,主动齿轮轴另一端连接有驱动机构。
 
优选的,上述同步帶传动机构一包括从动皮带轮一、主动皮带轮一、同步皮带一和主动轴一,从动皮带轮一固定连接在从动轴一上,主动皮带轮一固定连接在主动轴一上,同步皮带一套接在从动皮带轮一和主动皮带轮一,主动轴一可旋转地连接在支承架一下部,内端穿过支承架一后固定连接翻转电机。
 
优选的,上述驱动机构包括法兰轴、谐波减速器一和从动轴二,法兰轴一端通过联轴器连接到主动齿轮轴,另一端连接到谐波减速器一的输出一端,杯型谐波减速器一的输入端连接从动轴二,从动轴二可旋转地连接在支承架二上,且伸出支承架二后通过同步帶传动机构二连接到驱动步进电机,驱动步进电机固定连接在支承架二上。
 
优选的,上述同步帶传动机构二包括从动皮带轮二、主动皮带轮二、同步皮带二和主动轴二,从动皮带轮二固定连接在从动轴二上,主动皮带轮一固定连接在主动轴二上,同步皮带二套接在从动皮带轮二和主动皮带轮二,主动轴二可旋转地连接在支承架二下部,内端穿过支承架二后固定连接驱动步进电机。
 
優選的,上述主動齒輪軸通過一對軸承一連接到軸承套杯一上,軸承套杯一固定連接在旋轉箱右端內側設置的套筒上。
 
優選的,上述旋轉箱上下側設置有頂蓋和底蓋,頂蓋中部固定連接有軸承套杯二,軸承套杯二通過一對軸承二可旋轉地連接到從動齒輪軸。
 
優選的,上述旋轉台包括底座、諧波減速器二、旋轉電機和旋轉圓盤,底座爲下端開口的空腔結構,旋轉圓盤可旋轉地連接在底座上端,底部通過諧波減速器二連接到旋轉電機,旋轉電機固定連接在底座上。
 
優選的,上述旋轉圓盤通過十字交叉滾子軸承連接到底座的台階孔一上。
 
優選的,上述旋轉電機通過法蘭盤連接到底座的台階孔二上,諧波減速器二的鋼輪固定連接在法蘭盤上,柔輪固定連接到旋轉圓盤,波發生器連接到旋轉電機的電機軸。
 
優選的,上述底座側面設置有底蓋。
 
本發明的有益效果:與現有技術相比,本發明的效果如下:
 
(1)本發明采用旋轉台、翻轉架和旋轉箱構成的三自由度旋轉定位機器人,能夠滿足底部360°旋轉,旋轉箱270°翻轉,法蘭180°的旋轉,能夠用于搬運、焊接、噴塗制造等作業,定位精度高,承載能力強,整機結構簡單緊湊,零件模塊化結構,便于加工、拆裝;
 
(2)采用锥齿轮传动机构,实现90°的传动转向,传动平稳可靠,安装方便,采用杯型谐波减速器进行传动,重量轻、体积小,结构简单、安装方便,运动平稳、传动效率高,传动速比大,承载能力高,传动精度高,能够确保机器人的传动、定位速度、定位精度的性能,同步帶传动,传动稳定可靠,传动精度高,并能够起到缓冲作用;
 
(3)同步帶传动,传动精确高,谐波减速器一,重量轻、体积小,结构简单、安装方便,运动平稳、传动效率高,传动速比大,承载能力高,传动精度高,能够确保机器人的传动、定位速度、定位精度的性能,旋转电机和驱动步进电机位于支撑架内侧,降低旋转台的旋转惯量,旋转更平稳,设备结构更紧凑,降低旋转台的制造成本和性能要求;
 
(4)軸承套杯組件結構便于軸承的快速安裝,提高安裝效率和安裝精度;
 
(5)旋轉箱結構方便內部零件的安裝,也便于旋轉箱的制造,套杯連接方式,便于軸承的快速安裝,提高安裝效率和安裝精度;
 
(6)旋轉台結構緊湊,電機內置懸挂,避免重量加載到旋轉圓盤,降低負載重量,采用諧波減速器二傳動,重量輕、體積小,結構簡單、安裝方便,運動平穩、傳動效率高,傳動速比大,承載能力高,傳動精度高,能夠確保機器人的傳動、定位速度、定位精度的性能。
 
附圖說明
 
一種三旋轉自由度定位工業機器人
圖1是本發明的立體結構示意圖;
 
一種三旋轉自由度定位工業機器人
圖2是本發明的俯視結構示意圖;
 
一種三旋轉自由度定位工業機器人
圖3是圖2中A-A剖面結構示意圖;
 
一種三旋轉自由度定位工業機器人
圖4是圖2中B-B半剖結構示意圖;
 
一種三旋轉自由度定位工業機器人
圖5是圖3中C-C剖視結構示意圖;
 
一種三旋轉自由度定位工業機器人
圖6是圖3中D-D剖視結構示意圖;
 
一種三旋轉自由度定位工業機器人
圖7是旋轉台結構示意圖。
 
具體實施方式
 
下面結合附圖及具體的實施例對本發明進行進一步介紹。
 
实施例1:如图1-图7所示,一種三旋轉自由度定位工業機器人,包括旋转台1、翻转架2和旋转箱3,翻转架2安装在旋转台1上,翻转架2采用两对称的支承架一4和支承架二5,旋转箱3两端通过圆锥滚子轴承37可旋转地连接在两支承架一4和支承架二5上,旋转箱3一端通过杯型谐波减速器6连接到从动轴一7,从动轴一7可旋转地连接在支承架一4上,且伸出支承架一4后通过同步帶传动机构一连接到翻转电机8,翻转电机8固定连接在支承架一4上,旋转箱3一侧面中部可旋转地连接有从动齿轮轴9,从动齿轮轴9外端固定连接有法兰10,内端通过锥齿轮传动机构连接到主动齿轮轴11一端,主动齿轮轴11可旋转地连接在旋转箱3另一端,主动齿轮轴11另一端连接有驱动机构,采用锥齿轮传动机构,实现90°的传动转向,传动平稳可靠,安装方便,采用杯型谐波减速器进行传动,重量轻、体积小,结构简单、安装方便,运动平稳、传动效率高,传动速比大,承载能力高,传动精度高,能够确保机器人的传动、定位速度、定位精度的性能;同步帶传动机构一包括从动皮带轮一22、主动皮带轮一23、同步皮带一24和主动轴一25,从动皮带轮一22固定连接在从动轴一7上,主动皮带轮一23固定连接在主动轴一25上,同步皮带一24套接在从动皮带轮一22和主动皮带轮一23,主动轴一25可旋转地连接在支承架一4下部,内端穿过支承架一4后固定连接翻转电机8,翻转电机8通过电机架一38固定连接在支承架一4内侧,主动轴一25与翻转电机8的电机轴通过联轴器连接,联轴器位于电机架1的空腔内,同步帶传动,传动稳定可靠,传动精度高,并能够起到缓冲作用;
 
优选的,上述驱动机构包括法兰轴12、谐波减速器13和从动轴二14,法兰轴12一端通过联轴器15连接到主动齿轮轴11,另一端连接到谐波减速器一13的输出一端,谐波减速器一13的输入端连接从动轴二14,从动轴二14可旋转地连接在支承架二5上,且伸出支承架二5后通过同步帶传动机构二连接到驱动步进电机15,驱动步进电机15通过电机架二39固定连接在支承架二5上;同步帶传动机构二包括从动皮带轮二26、主动皮带轮二27、同步皮带二28和主动轴二29,从动皮带轮二26固定连接在从动轴二14上,主动皮带轮一27固定连接在主动轴二29上,同步皮带二28套接在从动皮带轮二26和主动皮带轮二27,主动轴二29可旋转地连接在支承架二5下部,内端穿过支承架二5后通过联轴器固定连接驱动步进电机15,联轴器位于电机架二的内腔内,同步帶传动,传动精确高,谐波减速器一,重量轻、体积小,结构简单、安装方便,运动平稳、传动效率高,传动速比大,承载能力高,传动精度高,能够确保机器人的传动、定位速度、定位精度的性能,旋转电机和驱动步进电机位于支撑架内侧,降低旋转台的旋转惯量,旋转更平稳,设备结构更紧凑,降低旋转台的制造成本和性能要求。
 
優選的,上述主動齒輪軸11通過一對軸承一30連接到軸承套杯一31上,軸承套杯一31內端通過設置的法蘭固定連接在旋轉箱3右端內側設置的套筒上,該組件結構便于軸承的快速安裝,提高安裝效率和安裝精度。
 
優選的,上述旋轉箱3上下側設置有頂蓋32和底蓋33,頂蓋32中部固定連接有軸承套杯二34,軸承套杯二34通過一對軸承二35可旋轉地連接到從動齒輪軸9,該結構方便內部零件的安裝,也便于旋轉箱的制造,套杯連接方式,便于軸承的快速安裝,提高安裝效率和安裝精度。
 
優選的,上述從動軸一、從動軸二、主動軸一和主動軸二均通過一對軸承三連接到軸承套杯,軸承套杯固定連接在支承架一或支承架二上,該組件結構便于軸承的快速安裝,提高安裝效率和安裝精度。
 
優選的,上述旋轉台1包括底座16、諧波減速器二17、旋轉電機18和旋轉圓盤19,底座19爲下端開口的空腔結構,旋轉圓盤19可旋轉地連接在底座19上端,底部通過諧波減速器二17連接到旋轉電機18,旋轉電機18固定連接在底座16上,旋轉台結構緊湊,電機內置懸挂,避免重量加載到旋轉圓盤,降低負載重量,采用諧波減速器二傳動,重量輕、體積小,結構簡單、安裝方便,運動平穩、傳動效率高,傳動速比大,承載能力高,傳動精度高,能夠確保機器人的傳動、定位速度、定位精度的性能。
 
優選的,上述旋轉圓盤19通過十字交叉滾子軸承20連接到底座16的台階孔一上,能夠提高旋轉圓盤的承載能力和旋轉精度。
 
優選的,上述旋轉電機18通過法蘭盤21連接到底座16的台階孔二上,諧波減速器二17的鋼輪固定連接在法蘭盤21上,柔輪固定連接到旋轉圓盤19,波發生器連接到旋轉電機18的電機軸,安裝方便,連接可靠穩定。
 
優選的,上述底座19側面設置有底蓋36,便于對底座內零件進行檢修。
 
由于定位機器人機械結構要求整機尺寸比較緊湊,總體質量不宜過重,故在機器人的三個機構中均采用了諧波減速器。諧波減速器作爲一種減速裝置,它的結構相對簡單,主要由鋼輪、柔輪以及波發生器三個部分組成,雖然結構簡單,但諧波減速器相對于其他減速器來說,卻有著很多的優點:
 
(1)重量輕、體積小;與一般的減速裝置比較來說,當需要輸出相同力矩時,諧波減速器的重量會比其他減速減輕一半,占有的體積也會減少將近三分之一;
 
(2)結構簡單、安裝方便;由于主要基本構件僅爲鋼輪、柔輪和波發生器,其他組件也比較簡單,且輸入、輸出軸同軸線,故諧波減速器結構簡單、安裝起來也很容易。
 
(3)運動平穩、傳動效率高;諧波減速器工作時,柔輪與鋼輪齧合時,相對位置的兩處均有齧合,從而不會産生沖擊現象,故運動平穩。傳動效率高是因爲柔輪輪齒在工作時做著均勻的徑向移動,因此,就算輸入很高轉速,鋼輪與柔輪相對而言都只做了速度極小的相對滑移,磨損較小,從而傳動效率高,可高達96%。
 
(4)傳動速比大;單級諧波減速器傳動比範圍在30~320,多級傳動可高達30000以上。而且它不僅可以減速,有的場合還可以進行增速。
 
(5)承載能力高;由于減速器在工作時同時齧合齒數較多,鋼輪與柔輪之間的齒齧合是面接觸,並且柔輪采用特殊的高強度鋼制成,所以承載能力高。
 
(6)傳動精度高;由于諧波減速器在傳動過程中齧合齒數多,從而産生的誤差也隨著平均化,即多齒齧合可以對誤差進行補償,所以傳動精度很高。與其他等級相同的齒輪傳動相比較,其産生的誤差是這些齒輪傳動的四分之一。同時,當增大波發生器的半徑時,可以使得齧合齒隙很小,甚至是無側隙齧合,故減速器傳動空程小,也適用于反向轉動。
 
如图1-7所示,底座的旋转电机在法兰盘固定悬挂着(悬挂在底座内),旋转电机的电机轴直接连接谐波减速器二输入端,最终由谐波减速器二输出端通过螺钉与旋转圆盘连接,从而实现旋转圆盘的转动,为防止转盘上的零件总质量过高而压坏谐波减速器二,在旋转盘与底座之间装有一个十字交叉滚子轴承,起回转支承作用,在图2中左侧是驱动旋转箱的运动链,旋转电机通过装在支承架一上的同步帶传动机构一将运动和力矩传递到杯型谐波减速器的输入端,最终由杯型谐波减速器的输出法兰通过螺钉与旋转箱直接连接,从而实现旋转箱的翻转运动。在图2中的右侧,其原理和右侧驱动基本相同,只是在在谐波减速器移输出端是通过法兰轴传动,法兰轴连接到主动锥齿轮轴,再由锥齿轮换向,最终来带动连接旋转箱上方安装的法兰上负载进行旋转定位。
 
以上所述,仅为本发明的具體實施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技術領域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内,因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
 
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