一种六轴柱坐标工业机器人的制作方法

2021-01-19 14:01:05|

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本发明涉及大中型特种工业机器人设备技术领域，尤其是一种六轴柱坐标工业机器人。

背景技术：

工业机器人能够替代人力完成各种复杂工况条件和高危有害环境下的长时间、高强度重复劳动，高度自动化工作。实现智能化、多功能化、柔性自动化生产。工业机器人需要有更好的位置可达性和姿态可达性。

工业机器人机械零点位置是构成机器人运动学模型的重要基础，工业机器人只有在得到高精度的标定零点时，机器人才能达到它最高的点精度和轨迹精度或者完全能够以编程设定的动作运动。尤其是在绝对坐标环境下的离线编程应用，激光、视像等辅助寻位的高位置姿态精度应用,机器人机械零点位置是满足机器人高精度应用的关键因素。

传统六轴关节工业机器人，在空间连续封闭轨迹的应用有一定限制。更多情况下，六轴关节工业机器人系统是需要增加外部坐标行走轴来扩展机器人应用范围。机器人机械零点标定均是在关节附近，角度标定测量半径小，误差影响因素大，只有借助外部的其它工具方法，才能达到高精度的零点标定。

如何实现工业机器人在应用中既可以实现空间连续封闭轨迹的应用，又有较大的空间可达性，适用于多种工艺需要。同时又可以在出厂标定及发生丢失零点情况下，高精度的标定各关节轴的机械零点位置，提高工业机器人运动的精确性。能够实现工业机器人空间坐标操作应用，具有较高的空间位置姿态，降低机器人系统的集成应用成本，是研究人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种六轴柱坐标工业机器人。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种六轴柱坐标工业机器人，包括底座部件、立柱部件、滑座部件、第一臂杆部件、第二臂杆部件、竖直臂部件、横臂部件、腕部联接法兰以及标定杆，立柱部件与底座部件固定连接，滑座部件安装在立柱部件上，滑座部件和立柱部件组成竖直方向移动轴副；

第一臂杆部件安装在滑座部件上，第一臂杆部件和滑座部件组成第一级水平回转轴副；

第二臂杆部件安装在第一臂杆部件上，第二臂杆部件和第一臂杆部件组成第二级水平回转轴副；

竖直臂部件安装在第二臂杆部件上，竖直臂部件和第二臂杆部件组成第三级水平回转轴副；

下横臂部件水平安装在竖直臂部件下端，垂直回转，形成铅垂回转轴副；

下横臂部件前端部的腕轴组件与上一级铅垂回转轴副垂直正交，腕部联接法兰安装在下横臂部件前端部，标定各关节轴的机械零点位置时，标定杆安装在腕部联接法兰上。

进一步，所述立柱部件采用箱形柱结构，立柱部件上设有下轴承座、滚珠丝杠、升降螺母座、螺母、两组相互配合的直线导轨、滑块、轴承座组件、减速器、伺服电机；

所述伺服电机、减速器、轴承座组件、滚珠丝杠，整体安装在立柱部件上，滚珠丝杠的下部安装在下轴承座上；

立柱部件导轨联接面上安装两组直线导轨及滑块；升降螺母座、螺母与滚珠丝杠配合并与滑块一起安装在滑座部件对应的联接面上，形成沿直线导轨移动的竖直方向移动轴副。

进一步，所述立柱部件下部安装有铰支座组件，铰支座组件与底座部件固定联接，适于控制机器人臂杆折叠，立柱部件放平联接。

进一步，滑座部件的一侧设有第一伺服电机、第一rv减速器、第一空心传动轴、第一轴承部件；

滑座部件与第一rv减速器固定联接，第一伺服电机安装在第一rv减速器输入端，第一rv减速器输出法兰面上安装第一空心传动轴，第一空心传动轴与第一轴承部件的轴承内孔配合，第一轴承部件支承在滑座部件上，第一空心传动轴轴端与第一臂杆部件固定安装，组成第一级水平回转轴副。

进一步，第一臂杆部件的一侧设有第二伺服电机、第二rv减速器、第二空心传动轴、第二轴承部件；

第一臂杆部件伸出端固定安装第二rv减速器，第二rv减速器输入端连接第二伺服电机；第二rv减速器输出法兰面上安装第二空心传动轴，第二空心传动轴与第二轴承部件的轴承内孔配合，第二轴承部件支承在第一臂杆部件上，第二空心传动轴轴端与第二臂杆部件固定安装，组成第二级水平回转轴副，前端臂杆伺服电机线缆穿过第二空心传动轴，至第一臂杆部件，第一臂杆部件上设计有用于标定关节轴机械零点位置的标定块。

进一步，所述第二臂杆部件的一侧设有第三伺服电机、第三rv减速器、第三空心传动轴、第三轴承部件；

其中，第二臂杆部件伸出端固定安装第三rv减速器，第三rv减速器输入端连接第三伺服电机，第三rv减速器输出法兰面上安装第三空心传动轴，第三空心传动轴与第三轴承部件的轴承内孔配合，第三轴承部件支承在第二臂杆部件上，第三空心传动轴轴端与竖直臂部件固定安装，组成第三级水平回转轴副；

前端臂杆伺服电机线缆穿过第三空心传动轴，至第二臂杆部件，第二臂杆部件上设计有用于标定关节轴机械零点位置的标定块。

进一步，竖直臂部件的一侧设有第一传动组件、第一伞齿轮组件、第二伞齿轮组件以及水平回转轴组件；

由支座、伺服电机、谐波减速器、联轴器组成的第一传动组件安装在竖直臂部件下部的联接面上，第一传动组件输出端安装第一伞齿轮组件，第一伞齿轮组件与第二伞齿轮组件正交啮合，第二伞齿轮组件安装在水平回转轴组件上，水平回转轴组件构成铅垂回转轴副，下横臂部件安装在水平回转轴组件前端，前端臂杆伺服电机线缆穿过水平回转轴组件至竖直臂部件。

进一步，下横臂部件的一侧设有第二传动组件、第三伞齿轮组件、第四伞齿轮组件以及腕轴组件；

由伺服电机、谐波减速器组成的第二传动组件安装在下横臂部件对应的联接面上，第二传动组件输出端安装第三伞齿轮组件，第三伞齿轮组件与第四伞齿轮组件正交啮合，第四伞齿轮组件安装在腕轴组件上，腕轴组件安装在下横臂部件前端，腕部联接法兰，腕轴组件构成的回转轴副与上一级铅垂回转轴副正交，外部工具垂直于腕轴安装。

本发明的有益效果为：该机器人臂杆坐标系绝对位置精度、机器人系统刚度、末端工具姿态精度从机器人构造原理上讲优于现有六关节机器人。工作范围更大，能够在较小的占地面建造较大的工作空间，工业机器人在应用中既可以实现空间连续封闭轨迹的应用，又有较大的空间可达性，适用于多种工艺需要，同时又可以在出厂标定及发生丢失零点情况下，简单快速的高精度标定各关节轴的机械零点位置，提高工业机器人运动的精确性，能够实现工业机器人空间坐标操作应用，具有较高的空间位置姿态，非常适用离线轨迹规划的机器人操作应用，和基于激光、视像等辅助寻位条件下，末端工具在各种姿态下的高精度操作应用。

同时，实现了机器人构造的空间结构优化，臂杆结构最为紧凑，能够在较小的占地面建造较大的工作空间。在机器人腕部工具姿态可达性方面，末端工具实现三维空间任意姿态可达，无姿态应用死角。工业机器人在应用中既可以实现空间连续封闭轨迹的应用，又有较大的空间可达性，适用于多种工艺需要。同时又可以在出厂标定及发生丢失零点情况下，简单快速的高精度标定各关节轴的机械零点位置，提高工业机器人运动的精确性。能够实现工业机器人空间坐标操作应用，具有较高的空间位置姿态，非常适用离线轨迹规划的机器人操作应用，和基于激光、视像等辅助寻位条件下，末端工具在各种姿态下的高精度操作应用。机器人臂杆折叠，立柱部件放平联接时，方便设备运输转场和现场快速安装应用。

附图说明

图1为本发明收合状态下的立体结构示意图；

图2为本发明展开状态下的剖面示意图。

具体实施方式

如图1，图2所示，一种六轴柱坐标工业机器人，包括底座部件1、立柱部件2、滑座部件3、第一臂杆部件4、第二臂杆部件5、竖直臂部件6、横臂部件7、腕部联接法兰8以及标定杆9，立柱部件2与底座部件1固定连接，滑座部件3安装在立柱部件2上，滑座部件3和立柱部件2组成竖直方向移动轴副；

第一臂杆部件4安装在滑座部件3上，第一臂杆部件4和滑座部件3组成第一级水平回转轴副；

第二臂杆部件5安装在第一臂杆部件4上，第二臂杆部件5和第一臂杆部件4组成第二级水平回转轴副；

竖直臂部件6安装在第二臂杆部件5上，竖直臂部件6和第二臂杆部件5组成第三级水平回转轴副；

下横臂部件7水平安装在竖直臂部件6下端，垂直回转，形成铅垂回转轴副；

下横臂部件7前端部的腕轴组件与上一级铅垂回转轴副垂直正交，腕部联接法兰8安装在下横臂部件7前端部，标定各关节轴的机械零点位置时，标定杆9安装在腕部联接法兰8上。

机器人臂杆结构设计及d-h参数设计满足臂杆全部折叠的功能需要。标定各关节轴的机械零点位置时，标定杆9安装在腕部联接法兰8上，松开机器人各关节轴伺服电机制动器及矢能，手动转动各关节轴，使得第一臂杆部件4、第二臂杆部件5标定块位置重合，标定杆9前端刀口与标定块定位面重合，一次完成除了立柱部件2以外，所有关节轴的机械零点位置标定。

进一步，所述立柱部件2采用箱形柱结构，立柱部件2上设有下轴承座201、滚珠丝杠202、升降螺母座203、螺母204、两组相互配合的直线导轨205、滑块206、轴承座组件207、减速器208、伺服电机209；

所述伺服电机209、减速器208、轴承座组件207、滚珠丝杠202，整体安装在立柱部件2上，滚珠丝杠202的下部安装在下轴承座201上；

立柱部件2导轨联接面上安装两组直线导轨205及滑块206；升降螺母座203、螺母204与滚珠丝杠202配合并与滑块206一起安装在滑座部件3对应的联接面上，形成沿直线导轨205移动的竖直方向移动轴副。

立柱部件2下部安装有铰支座组件210，铰支座组件210与底座部件1固定联接，适于控制机器人臂杆折叠，立柱部件2放平联接时，方便设备运输转场和现场快速安装应用。

滑座部件3的一侧设有第一伺服电机301、第一rv减速器302、第一空心传动轴303、第一轴承部件304；

滑座部件3与第一rv减速器302固定联接，第一伺服电机301安装在第一rv减速器302输入端，第一rv减速器302输出法兰面上安装第一空心传动轴303，第一空心传动轴303与第一轴承部件304的轴承内孔配合，第一轴承部件304支承在滑座部件3上，第一空心传动轴303轴端与第一臂杆部件4固定安装，组成第一级水平回转轴副。

进一步，第一臂杆部件4的一侧设有第二伺服电机401、第二rv减速器402、第二空心传动轴403、第二轴承部件404；

第一臂杆部件4伸出端固定安装第二rv减速器402，第二rv减速器402输入端连接第二伺服电机401；第二rv减速器402输出法兰面上安装第二空心传动轴403，第二空心传动轴403与第二轴承部件404的轴承内孔配合，第二轴承部件404支承在第一臂杆部件4上，第二空心传动轴403轴端与第二臂杆部件5固定安装，组成第二级水平回转轴副，前端臂杆伺服电机线缆穿过第二空心传动轴403，至第一臂杆部件4，第一臂杆部件4上设计有用于标定关节轴机械零点位置的标定块。

进一步，所述第二臂杆部件5的一侧设有第三伺服电机501、第三rv减速器502、第三空心传动轴503、第三轴承部件504；

其中，第二臂杆部件5伸出端固定安装第三rv减速器502，第三rv减速器502输入端连接第三伺服电机501，第三rv减速器502输出法兰面上安装第三空心传动轴503，第三空心传动轴503与第三轴承部件504的轴承内孔配合，第三轴承部件504支承在第二臂杆部件5上，第三空心传动轴503轴端与竖直臂部件6固定安装，组成第三级水平回转轴副；

前端臂杆伺服电机线缆穿过第三空心传动轴503，至第二臂杆部件5，第二臂杆部件5上设计有用于标定关节轴机械零点位置的标定块。

进一步，竖直臂部件6的一侧设有第一传动组件601、第一伞齿轮组件602、第二伞齿轮组件603以及水平回转轴组件604；

由支座、伺服电机、谐波减速器、联轴器组成的第一传动组件601安装在竖直臂部件6下部的联接面上，第一传动组件601输出端安装第一伞齿轮组件602，第一伞齿轮组件602与第二伞齿轮组件603正交啮合，第二伞齿轮组件603安装在水平回转轴组件604上，水平回转轴组件604构成铅垂回转轴副，下横臂部件7安装在水平回转轴组件604前端，前端臂杆伺服电机线缆穿过水平回转轴组件604至竖直臂部件6。

下横臂部件7的一侧设有第二传动组件701、第三伞齿轮组件702、第四伞齿轮组件703以及腕轴组件704；

由伺服电机、谐波减速器组成的第二传动组件701安装在下横臂部件7对应的联接面上，第二传动组件701输出端安装第三伞齿轮组件702，第三伞齿轮组件702与第四伞齿轮组件703正交啮合，第四伞齿轮组件703安装在腕轴组件704上，腕轴组件704安装在下横臂部件7前端，腕部联接法兰8，腕轴组件704构成的回转轴副与上一级铅垂回转轴副正交，外部工具垂直于腕轴安装。

该机器人臂杆坐标系绝对位置精度、机器人系统刚度、末端工具姿态精度从机器人构造原理上讲优于现有6关节机器人。工作范围更大，能够在较小的占地面建造较大的工作空间，工业机器人在应用中既可以实现空间连续封闭轨迹的应用，又有较大的空间可达性，适用于多种工艺需要，同时又可以在出厂标定及发生丢失零点情况下，简单快速的高精度标定各关节轴的机械零点位置，提高工业机器人运动的精确性，能够实现工业机器人空间坐标操作应用，具有较高的空间位置姿态，非常适用离线轨迹规划的机器人操作应用，和基于激光、视像等辅助寻位条件下，末端工具在各种姿态下的高精度操作应用。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

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