一種平面關節機器人的三四關節機構的製作方法
2023-04-28 13:20:56 1
專利名稱：一種平面關節機器人的三四關節機構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉 及工業機器人領域，特別涉及一種平面關節機器人的三四關節機構。
背景技術：
一般地，平面關節機器人具有四個軸和四個運動自由度，分別是X、Y、Z方向的平動自由度和繞ζ軸的旋轉自由度(可稱為R軸)，因此前端結構在二維平面內能任意移動， 它具有在垂直方向上的高剛性和在水平面內的低剛性(柔順性)的特徵，但在實際操作中主要不是由於它所具有的這種特殊的柔順性，而是因為它更能簡單地實現二維平面內的運動，因而它在裝配作業中得到普遍採用。傳統結構的平面關節機器人的三、四關節分別為主軸提供豎直直線運動和旋轉運動，其中第三軸的豎直直線運動由滾珠絲槓提供，第四軸的轉動由滾珠花鍵提供。傳統結構有以下不足由於小臂末端處同時使用了滾珠絲槓和滾珠花鍵，結構複雜，增加本體重量和慣量。並且由於滾珠絲槓和滾珠花鍵安裝要求高，這樣必然導致系統的精度降低。
實用新型內容本實用新型的目的在於克服現有技術的不足，提供一種平面關節機器人的三四關節機構，該機構簡化了平面關節機器人三四關節機構的結構，有效減輕機器人本體的重量及慣量，因而改善機械臂的動力特性。本實用新型的技術方案為一種平面關節機器人的三四關節機構，設於機器人的小臂上，包括絲槓花鍵軸、第三關節機構和第四關節機構；其中，第三關節機構包括第三關節驅動裝置、第三關節傳動組件和絲槓螺母，絲槓螺母與絲槓花鍵軸外周螺紋連接，第三關節驅動裝置通過第三關節傳動組件與絲槓螺母連接；第四關節機構包括第四關節驅動裝置、第四關節傳動組件和花鍵螺母，花鍵螺母與絲槓花鍵軸外周鍵槽連接，第四關節驅動裝置通過第四關節傳動組件與花鍵螺母連接。其中，第三關節機構實現絲槓花鍵軸的Z軸運動，即絲槓花鍵軸的升降運動，第四關節機構實現絲槓花鍵軸的R軸運動，即絲槓花鍵軸的旋轉運動。所述第三關節機構中，第三關節傳動組件包括第三關節主動同步輪、第三關節同步帶和第三關節從動同步輪，第三關節主動同步輪設於第三關節驅動裝置的輸出端，第三關節主動同步輪與第三關節從動同步輪之間通過第三關節同步帶連接，第三關節從動同步輪通過螺釘與絲槓螺母固定連接。所述第三關節主動同步輪與第三關節從動同步輪之間的傳動比為1 1。所述第三關節驅動裝置上設有第三關節支架，以方便第三關節驅動裝置的安裝固定。所述第四關節機構中，第四關節傳動組件包括第四關節一級主動同步輪、第四關節一級同步帶、第四關節一級從動同步輪、減速軸、第四關節二級主動同步輪、第四關節二級同步帶和第四關節二級從動同步輪，第四關節一級主動同步輪設於第四關節驅動裝置的輸出端，第四關節一級主動同步輪與第四關節一級從動同步輪之間通過第四關節一級同步帶連接，第四關節一級從動同步輪與第四關節二級主動同步輪之間通過減速軸同軸設置， 第四關節二級主動同步輪與第四關節二級從動同步輪之間通過第四關節二級同步帶連接， 第四關節二級從動同步輪通過螺釘與花鍵螺母固定連接。所述第四關節一級主動同步輪與第四關節一級從動同步輪之間的傳動比為 5 1，第四關節二級主動同步輪與第四關節二級從動同步輪之間的傳動比為3 1，第四關節一級主動同步輪與第四關節二級從動同步輪之間的總傳動比為15 1。所述減速軸固定於機器人的小臂上，減速 軸頂部設有螺母，減速軸與機器人的小臂相接觸處分別設有減速軸上深溝球軸承和減速軸下深溝球軸承，螺母可採用小圓螺母。所述第四關節驅動裝置底部設有第四關節法蘭，並通過第四關節法蘭與機器人的小臂固定連接。所述絲槓花鍵軸外側設有滾珠絲槓花鍵支架，且滾珠絲槓花鍵支架固定於機器人的小臂上，滾珠絲槓花鍵支架可較好地固定絲槓螺母及花鍵螺母。本平面關節機器人的三四關節機構使用時，其工作原理是絲槓末端的運動方式取決於絲槓螺母和花鍵螺母的旋轉情況；當僅有絲槓螺母迴轉時，絲槓末端作線性移動，線性運動的方向取決於絲槓螺母的迴轉方向；當絲槓螺母和花鍵螺母做等速迴轉時，絲槓末端就只有迴轉運動；當僅有花鍵螺母迴轉時，絲槓花鍵軸末端作螺旋運動。本實用新型相對於現有技術，具有以下有益效果本平面關節機器人的三四關節機構使用滾珠絲槓滾珠花鍵一體軸，使得第三第四關節機構較傳統平面關節機器人的第三第四關節機構更為緊湊。由於機構緊湊，可以減輕本體重量及慣量，因而改善機械臂的動力特性；同時因為機構緊湊安裝簡便，運動流暢，因此提高機械臂的控制精度，減少誤差。
圖1為本平面關節機器人的三四關節機構的結構示意圖。圖2為圖1的A-A向視圖。圖3為圖1的B-B向視圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明，但本實用新型的實施方式不限於此。實施例本實施例一種平面關節機器人的三四關節機構，設於機器人的小臂上，其結構如圖1 3所示，包括絲槓花鍵軸10、第三關節機構和第四關節機構；其中，第三關節機構包括第三關節驅動裝置5、第三關節傳動組件和絲槓螺母12，絲槓螺母12與絲槓花鍵軸10外周螺紋連接，第三關節驅動裝置5通過第三關節傳動組件與絲槓螺母12連接；第四關節機構包括第四關節驅動裝置2、第四關節傳動組件和花鍵螺母13，花鍵螺母13與絲槓花鍵軸 10外周鍵槽連接，第四關節驅動裝置2通過第四關節傳動組件與花鍵螺母13連接。其中，第三關節機構實現絲槓花鍵軸的Z軸運動，即絲槓花鍵軸10的升降運動，第四關節機構實現絲槓花鍵軸10的R軸運動，即絲槓花鍵軸10的旋轉運動。第三關節機構中，第三關節傳動組件包括第三關節主動同步輪3、第三關節同步帶 7和第三關節從動同步輪11，第三關節主動同步輪3設於第三關節驅動裝置5的輸出端，第三關節主動同步輪3與第三關節從動同步輪11之間通過第三關節同步帶7連接，第三關節從動同步輪11通過螺釘與絲槓螺母12固定連接。
第三關節主動同步輪3與第三關節從動同步輪11之間的傳動比為1:1。第三關節驅動裝置5上設有第三關節支架4，以方便第三關節驅動裝置5的安裝固定。第四關節機構中，第四關節傳動組件包括第四關節一級主動同步輪21、第四關節一級同步帶20、第四關節一級從動同步輪19、減速軸16、第四關節二級主動同步輪17、第四關節二級同步帶15和第四關節二級從動同步輪14，第四關節一級主動同步輪21設於第四關節驅動裝置2的輸出端，第四關節一級主動同步輪21與第四關節一級從動同步輪19之間通過第四關節一級同步帶20連接，第四關節一級從動同步輪19與第四關節二級主動同步輪21之間通過減速軸16同軸設置，第四關節二級主動同步輪17與第四關節二級從動同步輪14之間通過第四關節二級同步帶15連接，第四關節二級從動同步輪14通過螺釘與花鍵螺母13固定連接。第四關節一級主動同步輪21與第四關節一級從動同步輪19之間的傳動比為 5 1，第四關節二級主動同步輪17與第四關節二級從動同步輪14之間的傳動比為3 1， 第四關節一級主動同步輪21與第四關節二級從動同步輪14之間的總傳動比為15 1。減速軸16固定於機器人的小臂22上，減速軸16頂部設有螺母6，減速軸16與機器人的小臂22相接觸處分別設有減速軸上深溝球軸承8和減速軸下深溝球軸承18，螺母6 可採用小圓螺母。第四關節驅動裝置2底部設有第四關節法蘭1，並通過第四關節法蘭1與機器人的小臂22固定連接。絲槓花鍵軸10外側設有滾珠絲槓花鍵支架9，且滾珠絲槓花鍵支架9固定於機器人的小臂22上，滾珠絲槓花鍵支架9可較好地固定絲槓螺母12及花鍵螺母13。本平面關節機器人的三四關節機構使用時，其工作原理是絲槓10末端的運動方式取決於絲槓螺母12和花鍵螺母13的旋轉情況；當僅有絲槓螺母12迴轉時，絲槓10末端作線性移動，線性運動的方向決定於絲槓螺母12的迴轉方向；當絲槓螺母12和花鍵螺母 13做等速迴轉時，絲槓10末端就只有迴轉運動；當僅有花鍵螺母12迴轉時，絲槓花鍵軸10 末端作螺旋運動。本實施例中平面關節機器人各參數如下小臂長度350mm；小臂質量11.0384kg ；小臂轉動慣量0· 223kg. m2 ；第三關節動作範圍200mm ；第四關節動作範圍士 360° ；第三關節最大速度1000mm/sec ；[0039]第四關節最大速度1200° /sec ；第三關節重複定位精度士 0. 02mm ；第四關節重複定位精度士0.03°。 如上所述，便可較好地實現本實用新型，上述實施例僅為本實用新型的較佳實施例，並非用來限定本實用新型的實施範圍；即凡依本實用新型內容所作的均等變化與修飾， 都為本實用新型權利要求所要求保護的範圍所涵蓋。
權利要求1.一種平面關節機器人的三四關節機構，設於機器人的小臂上，其特徵在於，包括絲槓花鍵軸、第三關節機構和第四關節機構；其中，第三關節機構包括第三關節驅動裝置、第三關節傳動組件和絲槓螺母，絲槓螺母與絲槓花鍵軸外周螺紋連接，第三關節驅動裝置通過第三關節傳動組件與絲槓螺母連接；第四關節機構包括第四關節驅動裝置、第四關節傳動組件和花鍵螺母，花鍵螺母與絲槓花鍵軸外周鍵槽連接，第四關節驅動裝置通過第四關節傳動組件與花鍵螺母連接。
2.根據權利要求1所述一種平面關節機器人的三四關節機構，其特徵在於，所述第三關節機構中，第三關節傳動組件包括第三關節主動同步輪、第三關節同步帶和第三關節從動同步輪，第三關節主動同步輪設於第三關節驅動裝置的輸出端，第三關節主動同步輪與第三關節從動同步輪之間通過第三關節同步帶連接，第三關節從動同步輪通過螺釘與絲槓螺母固定連接。
3.根據權利要求2所述一種平面關節機器人的三四關節機構，其特徵在於，所述第三關節主動同步輪與第三關節從動同步輪之間的傳動比為1 1。
4.根據權利要求1所述一種平面關節機器人的三四關節機構，其特徵在於，所述第三關節驅動裝置上設有第三關節支架。
5.根據權利要求1所述一種平面關節機器人的三四關節機構，其特徵在於，所述第四關節機構中，第四關節傳動組件包括第四關節一級主動同步輪、第四關節一級同步帶、第四關節一級從動同步輪、減速軸、第四關節二級主動同步輪、第四關節二級同步帶和第四關節二級從動同步輪，第四關節一級主動同步輪設於第四關節驅動裝置的輸出端，第四關節一級主動同步輪與第四關節一級從動同步輪之間通過第四關節一級同步帶連接，第四關節一級從動同步輪與第四關節二級主動同步輪之間通過減速軸同軸設置，第四關節二級主動同步輪與第四關節二級從動同步輪之間通過第四關節二級同步帶連接，第四關節二級從動同步輪通過螺釘與花鍵螺母固定連接。
6.根據權利要求5所述一種平面關節機器人的三四關節機構，其特徵在於，所述第四關節一級主動同步輪與第四關節一級從動同步輪之間的傳動比為5 1，第四關節二級主動同步輪與第四關節二級從動同步輪之間的傳動比為3 1，第四關節一級主動同步輪與第四關節二級從動同步輪之間的總傳動比為15 1。
7.根據權利要求5所述一種平面關節機器人的三四關節機構，其特徵在於，所述減速軸固定於機器人的小臂上，減速軸頂部設有螺母，減速軸與機器人的小臂相接觸處分別設有減速軸上深溝球軸承和減速軸下深溝球軸承。
8.根據權利要求1所述一種平面關節機器人的三四關節機構，其特徵在於，所述第四關節驅動裝置底部設有第四關節法蘭，並通過第四關節法蘭與機器人的小臂固定連接。
9.根據權利要求1所述一種平面關節機器人的三四關節機構，其特徵在於，所述絲槓花鍵軸外側設有滾珠絲槓花鍵支架，且滾珠絲槓花鍵支架固定於機器人的小臂上。
專利摘要本實用新型公開一種平面關節機器人的三四關節機構，設於機器人的小臂上，包括絲槓花鍵軸、第三關節機構和第四關節機構；其中，第三關節機構包括第三關節驅動裝置、第三關節傳動組件和絲槓螺母，絲槓螺母與絲槓花鍵軸螺紋連接，第三關節驅動裝置通過第三關節傳動組件與絲槓螺母連接；第四關節機構包括第四關節驅動裝置、第四關節傳動組件和花鍵螺母，花鍵螺母與絲槓花鍵軸鍵槽連接，第四關節驅動裝置通過第四關節傳動組件與花鍵螺母連接。本實用新型使用滾珠絲槓滾珠花鍵一體軸，使得三四關節機構較傳統平面關節機器人更為緊湊，可以減輕本體重量及慣量，因而改善機械臂的動力特性；同時安裝簡便，運動流暢，因此提高機械臂的控制精度，減少誤差。
文檔編號B25J17/00GK201970315SQ20112006912
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月16日 優先權日2011年3月16日
發明者崔敏其, 張鐵, 招子安, 胡杰, 陳偉華, 陳月軍, 馬瓊雄 申請人:華南理工大學廣州汽車學院