一種工業(yè)機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種工業(yè)機(jī)器人，通過在機(jī)身上設(shè)置水平驅(qū)動軸和垂直驅(qū)動軸來驅(qū)動手腕的水平和垂直運動，使連桿、拉桿、大臂和上臂的一部分構(gòu)成了一個四條邊可以相互轉(zhuǎn)動的平行四邊形，也就能帶動上臂及上臂上的手腕做水平或垂直運動(類似于放大尺的原理)，運動盲區(qū)小。水平驅(qū)動軸和垂直驅(qū)動軸的運動軌跡是直線，給驅(qū)動的伺服電機(jī)的編程帶來了便利。從受力情況看，拉桿承受了很大的拉力，大大減輕了大臂的受力，可以減小大臂的橫截面面積，使大臂重量更輕，而且也不必使用兩根或多根大臂，簡化了結(jié)構(gòu)。該實用新型的一種工業(yè)機(jī)器人，能更簡單的實現(xiàn)機(jī)械手的水平和垂直運動，減少運動盲區(qū)，降低手臂重量，降低成本。
【專利說明】一種工業(yè)機(jī)器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及工業(yè)自動化設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種工業(yè)機(jī)器人。

【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是自動執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運行。
[0003]1954年美國戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人的概念，1959年第一臺工業(yè)機(jī)器人在美國誕生，該工業(yè)機(jī)器人借助伺服技術(shù)控制機(jī)器人的關(guān)節(jié)，實現(xiàn)類似于人手的動作，現(xiàn)有的機(jī)器人差不多也采用這種控制方式，只是控制更復(fù)雜和精確，且越來越智能化。
[0004]工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長時間作業(yè)，或是危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機(jī)械加工和簡單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完成對人體有害物料的搬運或工藝操作。而現(xiàn)在隨著中國人口紅利的逐漸下降，企業(yè)用工成本不斷上漲，工業(yè)機(jī)器人迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。
[0005]在自動包裝行業(yè)，常見的工業(yè)機(jī)器人的種類有四軸和六軸，四軸的除了機(jī)身能以垂直軸轉(zhuǎn)動外，還可以完成手臂的前后移動，垂直的上下和垂直的旋轉(zhuǎn)，六軸的除了四軸的功能，還能完成上臂的轉(zhuǎn)動和擺動。當(dāng)然還有其種類的軸數(shù)，可以適應(yīng)更多的使用場合，但是這種機(jī)器人的驅(qū)動原理基本差不多，一般多為關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，其有以下多個缺點:
[0006]I)實現(xiàn)機(jī)械手的水平和垂直運動，需要編程控制關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)運動，其算法非常復(fù)雜;
[0007]2)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)運動帶動機(jī)械手的水平和垂直運動，往往還有運動盲區(qū)；
[0008]3)要使用2根或多根大尺寸的承載梁作為大臂，手臂重量重、運動慣量大，機(jī)器負(fù)載高，動作不夠靈敏；
[0009]4)需要采用昂貴的RV減速機(jī)或諧波減速機(jī)。
[0010]因此，設(shè)計一種新型的工業(yè)機(jī)器人，能更簡單的實現(xiàn)機(jī)械手的水平和垂直運動，減少運動盲區(qū)，降低手臂重量，降低成本，簡化結(jié)構(gòu)，是本領(lǐng)域需要解決的技術(shù)問題。
實用新型內(nèi)容
[0011]本實用新型要解決的技術(shù)問題:設(shè)計一種新型的工業(yè)機(jī)器人，能更簡單的實現(xiàn)機(jī)械手的水平和垂直運動，減少運動盲區(qū)，降低手臂重量，降低成本。
[0012]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案如下:一種工業(yè)機(jī)器人，包括基座、機(jī)身、大臂、上臂、手腕，所述機(jī)身能圍繞垂直軸相對基座轉(zhuǎn)動，所述機(jī)身設(shè)有兩個導(dǎo)軌，分別為水平方向的水平導(dǎo)軌和垂直方向的垂直導(dǎo)軌，所述水平導(dǎo)軌和垂直導(dǎo)軌均設(shè)有滑塊，分別為滑塊一和滑塊二 ；所述水平導(dǎo)軌內(nèi)設(shè)有可在所述水平導(dǎo)軌內(nèi)做水平移動并驅(qū)動滑塊一的水平驅(qū)動軸，所述垂直導(dǎo)軌內(nèi)設(shè)有可在所述垂直導(dǎo)軌內(nèi)做垂直移動并驅(qū)動滑塊二的垂直驅(qū)動軸；所述大臂距其最下端一預(yù)設(shè)距離的部位通過水平銷軸一鉸接到所述滑塊一，其上端通過水平銷軸二與所述上臂鉸接；所述上臂一端安裝有所述手腕，為手腕端，另一端通過水平銷軸三鉸接有只承受拉力的拉桿，為拉桿端，所述拉桿端到所述大臂的距離小于所述手腕端到所述大臂的距離；所述拉桿上端鉸接到所述上臂，下端通過水平銷軸四鉸接到所述滑塊二 ；所述拉桿和大臂之間設(shè)有連桿，所述連桿一端通過水平銷軸五鉸接到所述大臂下端，另一端鉸接到所述水平銷軸四，所述連桿到所述水平銷軸一的距離小于所述上臂到所述水平銷軸一的距離。
[0013]優(yōu)選的，所述手腕中心設(shè)有垂直軸，所述手腕能以所述垂直軸為中心旋轉(zhuǎn)。
[0014]優(yōu)選的，所述手腕通過小臂連接在所述上臂上，所述小臂能以所述上臂的軸線轉(zhuǎn)動。
[0015]優(yōu)選的，所述手腕通過水平銷軸六鉸接在所述小臂上，所述手腕能基于所述水平銷軸六擺動。優(yōu)選的，所述水平導(dǎo)軌和垂直導(dǎo)軌均為直線導(dǎo)軌。
[0016]優(yōu)選的，所述水平驅(qū)動軸和垂直驅(qū)動軸均設(shè)有與其配合的絲杠，所述絲杠連接到電機(jī)的輸出軸。
[0017]優(yōu)選的，所述電機(jī)為一種伺服電機(jī)。
[0018]優(yōu)選的，所述絲杠為一種滾珠絲杠。
[0019]通過上述技術(shù)方案，本實用新型提供的一種工業(yè)機(jī)器人，通過在機(jī)身上設(shè)置水平驅(qū)動軸和垂直驅(qū)動軸來驅(qū)動機(jī)械手的水平和垂直運動，具體是水平驅(qū)動軸鉸接在大臂上，垂直驅(qū)動軸分別通過連桿和拉桿連接到大臂和上臂，連桿、拉桿、大臂和上臂的一部分構(gòu)成了一個四條邊可以相互轉(zhuǎn)動的平行四邊形，也就能帶動上臂及上臂上的手腕做水平或垂直運動(類似于放大尺的原理)，運動盲區(qū)小。水平驅(qū)動軸和垂直驅(qū)動軸的運動軌跡是直線，給驅(qū)動的伺服電機(jī)的編程帶來了便利。從受力情況看，拉桿承受了很大的拉力，大大減輕了大臂的受力情況，可以減小大臂的橫截面面積，使大臂重量更輕，而且也不必使用兩根或多根大臂，簡化了結(jié)構(gòu)。其有益效果是:能更簡單的實現(xiàn)機(jī)械手的水平和垂直運動，減少運動盲區(qū)，降低手臂重量，簡化結(jié)構(gòu)，降低成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1為本實用新型實施例所公開的一種工業(yè)機(jī)器人的示意圖；
[0022]圖2為本實用新型實施例所公開的一種工業(yè)機(jī)器人在提升重物的示意圖(相比圖1略有簡化)；
[0023]圖3為本實用新型實施例所公開的一種工業(yè)機(jī)器人在將重物放到低處的示意圖(相比圖1略有簡化)。
[0024]圖中數(shù)字和字母所表示的相應(yīng)部件名稱:
[0025]1.基座2.機(jī)身21.水平導(dǎo)軌 211.水平驅(qū)動軸 22.垂直導(dǎo)軌221.垂直驅(qū)動軸 3.大臂 4.上臂 41.小臂42.手腕 5.連桿 6.拉桿71.水平銷軸一 72.水平銷軸二 73.水平銷軸三 74.水平銷軸四 75.水平銷軸五 76.水平銷軸六 8.重物。

【具體實施方式】
[0026]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。
[0027]本實用新型的原理是:通過在機(jī)身上設(shè)置水平驅(qū)動軸和垂直驅(qū)動軸來驅(qū)動機(jī)械手的水平和垂直運動，具體是水平驅(qū)動軸鉸接在大臂上，垂直驅(qū)動軸分別通過連桿和拉桿連接到大臂和上臂，連桿、拉桿、大臂和上臂的一部分構(gòu)成了一個四條邊可以相互轉(zhuǎn)動的平行四邊形，也就能帶動上臂及上臂上的手腕做水平或垂直運動(類似于放大尺的原理)，運動盲區(qū)小。水平驅(qū)動軸和垂直驅(qū)動軸的運動軌跡是直線，給驅(qū)動的伺服電機(jī)的編程帶來了便利。從受力情況看，拉桿承受了很大的拉力，大大減輕了大臂的受力情況，可以減小大臂的橫截面面積，使大臂重量更輕，而且也不必使用兩根或多根大臂，簡化了結(jié)構(gòu)。
[0028]實施例:
[0029]如圖1-3所示，一種工業(yè)機(jī)器人，包括基座1、機(jī)身2、大臂3、上臂4、手腕42，機(jī)身2能圍繞垂直軸相對基座I轉(zhuǎn)動，機(jī)身設(shè)有兩個導(dǎo)軌，分別為水平方向的水平導(dǎo)軌21和垂直方向的垂直導(dǎo)軌22，水平導(dǎo)軌21和垂直導(dǎo)軌22均設(shè)有滑塊，分別為滑塊一和滑塊二(未在圖中示出)；水平導(dǎo)軌內(nèi)設(shè)有可在水平導(dǎo)軌內(nèi)做水平移動并驅(qū)動滑塊一的水平驅(qū)動軸211，垂直導(dǎo)軌內(nèi)設(shè)有可在垂直導(dǎo)軌內(nèi)做垂直移動并驅(qū)動滑塊二的垂直驅(qū)動軸221 ;大臂3距其最下端一預(yù)設(shè)距離的部位通過水平銷軸一 71鉸接到滑塊一，其上端通過水平銷軸二 72與上臂4鉸接；上臂4 一端安裝有手腕42，為手腕端，另一端通過水平銷軸三73鉸接有只承受拉力的拉桿6，為拉桿端，拉桿端到大臂3的距離小于手腕端到大臂3的距離；拉桿6上端鉸接到上臂，下端通過水平銷軸四74鉸接到滑塊二 ；拉桿6和大臂3之間設(shè)有連桿5，連桿一端通過水平銷軸五75鉸接到大臂3下端，另一端鉸接到水平銷軸四74，連桿5到水平銷軸一 71的距離小于上臂到水平銷軸一 71的距離。
[0030]連桿5、拉桿6、大臂3和上臂4的一部分構(gòu)成了一個四條邊可以相互轉(zhuǎn)動的平行四邊形(四條邊相互之間都是鉸接)，也就能帶動上臂及上臂上的手腕做水平或垂直運動。這其實類似于放大尺的原理，通過水平驅(qū)動軸或垂直驅(qū)動軸的短距離運動，帶動手腕的大范圍運動，而且運動盲區(qū)小。
[0031]水平導(dǎo)軌21和垂直導(dǎo)軌22的位置關(guān)系也是有要求的，從圖中看就是水平導(dǎo)軌在垂直導(dǎo)軌的右邊，也就是水平導(dǎo)軌在垂直導(dǎo)軌和手腕的中間，這是根據(jù)本實用新型的重物是在右邊設(shè)計的，這樣就能保證拉桿在大臂的外側(cè)，保證平行四邊形具有應(yīng)有的功能。
[0032]水平驅(qū)動軸211和垂直驅(qū)動軸221的運動軌跡都是直線，相對于控制2個關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)運動來帶動大臂、上臂實現(xiàn)手腕的水平和垂直移動，其編程的算法要簡單多了。這對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員都是可以理解的，不作詳述。
[0033]大臂3距其最下端一預(yù)設(shè)距離的部位通過水平銷軸一 71鉸接到滑塊一，也就是大臂鉸接到滑塊一的部位靠近其最下端，但不是在最下端，因為在最下端，就沒法達(dá)到相應(yīng)的功能，而靠近最下端，連桿到水平銷軸一的距離就小于上臂到水平銷軸一的距離，同理，拉桿端到大臂的距離小于手腕端到大臂的距離。這主要是為了使水平驅(qū)動軸和垂直驅(qū)動軸能在移動較小距離的情況下，帶動手腕大范圍的運動，也能減小運動盲區(qū)。實際制作時，大概是5:1的比例，即拉桿端到大臂的距離是手腕端到大臂距離的1/5，連桿到水平銷軸一的距離是上臂到水平銷軸一的距離的1/5。當(dāng)然，其它比例也是可以的，只是運動的范圍會有差別。
[0034]從圖中可以看出，手腕42在抓取重物時，拉桿6會成承受很大的拉力，而原來承受很大壓力和彎矩的大臂3、上臂4，尤其是大臂3，其受力大大減少，因此可以減小其橫截面的面積，即減輕了重量。而拉桿的桿徑不需要太大，因為同樣材質(zhì)和大小的物件，其承受的拉力要遠(yuǎn)大于其承受的彎矩。
[0035]本實施例中，手腕42中心設(shè)有垂直軸，手腕能以垂直軸為中心旋轉(zhuǎn)。這樣，手腕能將搬運的貨物轉(zhuǎn)動，改變方向，這也是四軸機(jī)器人的基本功能，旋轉(zhuǎn)一般通過電動機(jī)等動力裝置實現(xiàn)，具體的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)可以有很多種，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的，不再詳述。
[0036]本實施例中，手腕42通過小臂41連接在上臂4上，小臂41能以上臂4的軸線轉(zhuǎn)動。這個功能可以實現(xiàn)傾倒貨物，可以使用在有特殊要求的場合，這是六軸機(jī)器人的功能。
[0037]本實施例中，手腕42通過水平銷軸六76鉸接在小臂41上，手腕42能基于水平銷軸六76擺動。這也是六軸機(jī)器人的功能。本實施例中，水平導(dǎo)軌21和垂直導(dǎo)軌22均為直線導(dǎo)軌。直線導(dǎo)軌具有精度高、阻力小、響應(yīng)快等特點，能提高機(jī)器人的工作效率。
[0038]本實施例中，水平驅(qū)動軸211和垂直驅(qū)動軸221均設(shè)有與其配合的絲杠，絲杠連接到電機(jī)的輸出軸。即通過電機(jī)驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動，絲杠的轉(zhuǎn)動帶動水平驅(qū)動軸或垂直驅(qū)動軸的直線移動。通過絲杠來帶動，具有精度高、回程誤差小，速比大、效率高的優(yōu)點，是優(yōu)選的方式。
[0039]本實施例中，電機(jī)為一種伺服電機(jī)。伺服電機(jī)是一種常用的控制電機(jī)，相比于步進(jìn)電機(jī)等，其具有精度高(速度、位置)、高速性能好、過載能力大、穩(wěn)定、響應(yīng)快速等特點，是工業(yè)機(jī)器人優(yōu)選的控制電機(jī)。
[0040]本實施例中，絲杠為一種滾珠絲杠。滾珠絲杠具有精度高、阻力小，使用壽命長的特點。
[0041]在上述實施例中，本實用新型提供的一種工業(yè)機(jī)器人，通過在機(jī)身上設(shè)置水平驅(qū)動軸和垂直驅(qū)動軸來驅(qū)動機(jī)械手的水平和垂直運動，具體是水平驅(qū)動軸鉸接在大臂上，垂直驅(qū)動軸分別通過連桿和拉桿連接到大臂和上臂，連桿、拉桿、大臂和上臂的一部分構(gòu)成了一個四條邊可以相互轉(zhuǎn)動的平行四邊形，也就能帶動上臂及上臂上的手腕做水平或垂直運動(類似于放大尺的原理)，運動盲區(qū)小。水平驅(qū)動軸和垂直驅(qū)動軸的運動軌跡是直線，給驅(qū)動的伺服電機(jī)的編程帶來了便利。從受力情況看，拉桿承受了很大的拉力，大大減輕了大臂的受力情況，可以減小大臂的橫截面面積，使大臂重量更輕，而且也不必使用兩根或多根大臂，簡化了結(jié)構(gòu)。其有益效果是:能更簡單的實現(xiàn)機(jī)械手的水平和垂直運動，減少運動盲區(qū)，降低手臂重量，簡化結(jié)構(gòu)，降低成本。
[0042]以上所述的僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種工業(yè)機(jī)器人，包括基座、機(jī)身、大臂、上臂、手腕，所述機(jī)身能圍繞垂直軸相對基座轉(zhuǎn)動，其特征在于，所述機(jī)身設(shè)有兩個導(dǎo)軌，分別為水平方向的水平導(dǎo)軌和垂直方向的垂直導(dǎo)軌，所述水平導(dǎo)軌和垂直導(dǎo)軌均設(shè)有滑塊，分別為滑塊一和滑塊二；所述水平導(dǎo)軌內(nèi)設(shè)有可在所述水平導(dǎo)軌內(nèi)做水平移動并驅(qū)動滑塊一的水平驅(qū)動軸，所述垂直導(dǎo)軌內(nèi)設(shè)有可在所述垂直導(dǎo)軌內(nèi)做垂直移動并驅(qū)動滑塊二的垂直驅(qū)動軸；所述大臂距其最下端一預(yù)設(shè)距離的部位通過水平銷軸一鉸接到所述滑塊一，其上端通過水平銷軸二與所述上臂鉸接；所述上臂一端安裝有所述手腕，為手腕端，另一端通過水平銷軸三鉸接有只承受拉力的拉桿，為拉桿端，所述拉桿端到所述大臂的距離小于所述手腕端到所述大臂的距離；所述拉桿上端鉸接到所述上臂，下端通過水平銷軸四鉸接到所述滑塊二 ；所述拉桿和大臂之間設(shè)有連桿，所述連桿一端通過水平銷軸五鉸接到所述大臂下端，另一端鉸接到所述水平銷軸四，所述連桿到所述水平銷軸一的距離小于所述上臂到所述水平銷軸一的距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)機(jī)器人，其特征在于，所述手腕中心設(shè)有垂直軸，所述手腕能以所述垂直軸為中心旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)機(jī)器人，其特征在于，所述手腕通過小臂連接在所述上臂上，所述小臂能以所述上臂的軸線轉(zhuǎn)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)機(jī)器人，其特征在于，所述手腕通過水平銷軸六鉸接在所述小臂上，所述手腕能基于所述水平銷軸六擺動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)機(jī)器人，其特征在于，所述水平導(dǎo)軌和垂直導(dǎo)軌均為直線導(dǎo)軌。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)機(jī)器人，其特征在于，所述水平驅(qū)動軸和垂直驅(qū)動軸均設(shè)有與其配合的絲杠，所述絲杠連接到電機(jī)的輸出軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種工業(yè)機(jī)器人，其特征在于，所述電機(jī)為一種伺服電機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種工業(yè)機(jī)器人，其特征在于，所述絲杠為一種滾珠絲杠。
【文檔編號】B25J9/02GK204221785SQ201420634349
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】陳海斌 申請人:常州市海德工業(yè)自動化系統(tǒng)有限公司