一種新型五自由度機器人機構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)機器人技術(shù)領域，具體地，涉及一種五自由度串聯(lián)型多功能機器人機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]一般的SCARA機器人具有串接的兩桿結(jié)構(gòu)，類似人的手臂，結(jié)構(gòu)輕便，響應快，可以伸進有限空間中作業(yè)然后收回，適合于搬動和取放物件。其在x，y方向上具有順從性，而在Z軸方向具有良好的剛度，適用于平面定位，及在垂直方向進行裝配。但在需要調(diào)整抓取物姿態(tài)的場合，尤其是對末端靈活性要求較高且需要考慮成本時，通常的SCARA機器人難以勝任，因此有必要對其加以改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種新型五自由度機器人機構(gòu)，該機器人有類似SCARA機器人的功能，可根據(jù)需要配以不同的末端工具，以完成不同場合的工作，如作搬運、裝配或者焊接等，并且具有比SCARA機器人更高的靈巧性。
[0004]為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種新型五自由度機器人機構(gòu)，包括基座、線性模組和機械臂，其中:機械臂包括依次連接的大臂、連接臂、小臂和腕部，線性模組包括有線性導軌和沿該線性導軌上下滑動的滑塊，線性導軌與基座固連以實現(xiàn)線性模組與基座的連接，大臂安裝在滑塊上實現(xiàn)機械臂與線性模組的連接；
[0005]所述的機器人機構(gòu)包含五個關(guān)節(jié)，分別為線性模組與機械臂中的大臂之間構(gòu)成的一個沿豎直軸線方向的移動關(guān)節(jié)，以及機械臂內(nèi)部組件即大臂、連接臂、小臂、腕部之間構(gòu)成的三個繞豎直軸線的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和腕部自帶的一個繞水平軸線的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其中:三個繞豎直軸線的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)分別為大臂與連接臂之間構(gòu)成的第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、連接臂與小臂之間構(gòu)成的第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、小臂和腕部之間構(gòu)成的第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，一個繞水平軸線的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)為腕部末端自帶的第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)；第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)均可做單軸運動；第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線為相互平行的鉛垂線，第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線為與第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸線垂直的水平線。
[0006]優(yōu)選地，所述的線性模組還包括電機以及與之相連的滾珠絲杠，電機驅(qū)動滾珠絲杠，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為滑塊沿線性導軌作垂直方向的直線運動；機械臂中的大臂可拆卸地固連在所述線性模組中的滑塊上，從而實現(xiàn)機械臂沿線性模組豎直軸線方向的上下直線移動，即實現(xiàn)所述移動關(guān)節(jié)的移動。
[0007]優(yōu)選地，所述的大臂包括第一伺服電機、第一同步帶輪、第二同步帶輪、第一諧波減速器，其中:第一伺服電機的輸出軸連接第一同步帶輪，第一諧波減速器的輸入軸連接第二同步帶輪、輸出軸與連接臂的一端固連，第一同步帶輪與第二同步帶輪之間通過同步帶連接；第一伺服電機通過第一、第二同步帶輪傳遞動力到第一諧波減速器，經(jīng)第一諧波減速器減速后，通過第一諧波減速器的輸出軸帶動連接臂相對于大臂轉(zhuǎn)動，即實現(xiàn)所述第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動。
[0008]更優(yōu)選地，所述的第二同步帶輪與第一諧波減速器同軸，所述的連接臂繞第二同步帶輪與第一諧波減速器的軸線即第一軸線轉(zhuǎn)動。
[0009]優(yōu)選地，所述的小臂包括第二諧波減速器、第三同步帶輪、第四同步帶輪、第二伺服電機，其中:第二伺服電機的輸出軸連接第四同步帶輪，第二諧波減速器的輸入軸連接第三同步帶輪、輸出軸連接連接臂的另一端，第三同步帶輪與第四同步帶輪之間通過同步帶連接；第二伺服電機通過第四、第三同步帶輪傳遞動力給第二諧波減速器，經(jīng)第二諧波減速器減速后，通過第二諧波減速器的輸出端帶動小臂相對于連接臂轉(zhuǎn)動，即實現(xiàn)所述第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動。
[0010]更優(yōu)選地，所述的第二諧波減速器與第三同步帶輪同軸，所述的連接臂繞第二諧波減速器與第三同步帶輪的軸線即第二軸線轉(zhuǎn)動。
[0011]優(yōu)選地，所述的小臂還包括第三諧波減速器、第三伺服電機、第一齒輪、第四伺服電機、第二齒輪，其中:第三伺服電機的輸出軸連接第三諧波減速器的輸入軸，第三諧波減速器的輸出軸連接第一齒輪，第一、第二齒輪嗤合配合，第二齒輪連接手腕；第三伺服電機經(jīng)過第三諧波減速器減速，并通過第一、第二齒輪傳遞動力給手腕，從而帶動手腕相對于小臂轉(zhuǎn)動，即實現(xiàn)所述第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動。
[0012]更優(yōu)選地，所述的第四伺服電機的軸線即第三軸線與第二齒輪中心重合，所述的手腕繞第三軸線旋轉(zhuǎn)。
[0013]更優(yōu)選地，所述的第四伺服電機旋轉(zhuǎn)與第二齒輪互不影響。
[0014]更優(yōu)選地，所述的第三伺服電機與第三諧波減速器、第一齒輪同軸。
[0015]更優(yōu)選地，所述的第三伺服電機與第四伺服電機并排設置。
[0016]優(yōu)選地，所述的手腕包括第一錐齒輪、第二錐齒輪、第四諧波減速器、末端輸出軸，其中:末端輸出軸安裝于第四諧波減速器的末端，第二錐齒輪固定于第四伺服電機的輸出端，第一錐齒輪、第二錐齒輪嚙合配合；第四伺服電機的輸出端通過第一錐齒輪與第二錐齒輪實現(xiàn)正交傳動給第四諧波減速器，經(jīng)過第四諧波減速器減速后，驅(qū)動末端輸出軸繞其自身軸線即第四軸線轉(zhuǎn)動，即實現(xiàn)所述第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動。
[0017]更優(yōu)選地，所述的第一錐齒輪中心與第四軸線重合，所述的第二錐齒輪中心與第三軸線重合。
[0018]更優(yōu)選地，所述的末端輸出軸可以根據(jù)需要加裝不同的末端工具。
[0019]本發(fā)明在末端增加了一個自由度，使總自由度達到5個，靈巧性更高；具體為:
[0020]控制線性模組內(nèi)的電機運轉(zhuǎn)，使其驅(qū)動整條機械臂作上下運動，此為移動關(guān)節(jié)的運動；控制大臂內(nèi)的第一伺服電機運轉(zhuǎn)，使其驅(qū)動連接臂相對大臂進行轉(zhuǎn)動，此為第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運動；控制小臂內(nèi)的第二伺服電機運轉(zhuǎn)，使其驅(qū)動小臂相對于連接臂進行轉(zhuǎn)動，此為第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運動；控制小臂內(nèi)的第三伺服電機運轉(zhuǎn)，使其驅(qū)動腕部整體相對于小臂進行轉(zhuǎn)動，此為第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運動；移動關(guān)節(jié)、第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運動用于末端工具的移動；控制小臂內(nèi)的第四伺服電機運轉(zhuǎn)，使其驅(qū)動末端輸出軸旋轉(zhuǎn)，此為第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的運動，用于調(diào)整末端工具的姿態(tài)。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0022]本發(fā)明以SCARA機器人構(gòu)型為基礎進行了改進，在于作直線運動時，所有關(guān)節(jié)一同作整體升降；在末端增加了一個自由度，使總自由度達到5個，靈巧性更高，可以對末端工具的姿態(tài)作出調(diào)整；使用電機后置的方案，為了避免末端關(guān)節(jié)傳動鏈過長，減小了末端部分與相鄰一條臂的高度差，使得后兩個關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)更緊湊，并將上下移動關(guān)節(jié)放在了基端。這樣使得該機器人機構(gòu)不僅具有類似SCARA機器人的優(yōu)點，而且由于自由度的增加，靈巧性更高，功能更加多樣。
【附圖說明】
[0023]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0024]圖1為本發(fā)明整體構(gòu)成圖；
[0025]圖2為本發(fā)明所述機械臂各部分構(gòu)成示意圖；
[0026]圖中:基座1、線性模組2、大臂3、連接臂4、小臂5、腕部6 ；
[0027]第一伺服電機7、第一同步帶輪8、第二同步帶輪9、第一諧波減速器10、第二諧波減速器11、第三同步帶輪12、第四同步帶輪13、第二伺服電機14、第三諧波減速器15、第三伺服電機16、第一齒輪17、第四伺服電機18、第二齒輪19、末端輸出軸20、第一軸線21、第二軸線22、第三軸線23、第四軸線24、第一錐齒輪25、第二錐齒輪26、第四諧波減速器27。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0029]如圖1、2所示，本實施例提供一種新型五自由度機器人機構(gòu)，包括基座1、線性模組2、大臂3、連接臂4、小臂5和腕部6，其中:依次連接的大臂3、連接臂4、小臂5和腕部6構(gòu)成一條機械臂，線性模組2由電機、滾珠絲杠、線性導軌和滑塊組成，滑塊可沿線性導軌上下滑動，線性模組2中的線性導軌通過螺釘可拆卸地安裝在基座I上，機械臂中的大臂3通過螺釘可拆卸地安裝在線性模組2中的滑塊上，從而機械臂可沿著豎直放置的線性導軌作上下運動。
[0030]如圖2所示，所述的機器人機構(gòu)共包含五個關(guān)節(jié)，分別為線性模組2與機械臂中的大臂3之間構(gòu)成的一個沿豎直軸線方向的移動關(guān)節(jié)，以及機械臂內(nèi)部組件即大臂3與連接臂4、連接臂4與小臂5、小臂5與腕部6之間構(gòu)成的三個繞豎直軸線方向的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和腕部6自帶的一個繞水平軸線方向的末端旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其中:大臂3和連接臂4之間為第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其轉(zhuǎn)軸線為第一軸線21 ;連接臂4與小臂5之間為第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其轉(zhuǎn)軸線為第二軸線22 ;小臂5和腕部6之間為第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其轉(zhuǎn)軸線為第三軸線23 ;腕部6自帶末端旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)即為第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其轉(zhuǎn)軸線為第四軸線24。
[0031]本實施例中，所述的第一軸線21、第二軸線22、第三軸線23為鉛垂線且相互平行；所述的第四軸線24為水平線，且與所述的第一軸線21、第二軸線22、第三軸線23垂直。
[0032]本實施例中，所述的線性模組2中:電機、滾珠絲杠、線性導軌和滑塊；線性模組2具備實現(xiàn)機械臂沿垂直方向往復運動的功能，具體的:電機驅(qū)動滾珠絲杠，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為滑塊沿線性導軌作垂直方向的直線運動，從而實現(xiàn)機械臂沿線性導軌豎直軸線方向作垂直方向的上下直線運動，即實現(xiàn)所述移動關(guān)節(jié)的移動。
[0033]作為一個優(yōu)選實施方式，如圖2所示，所述的大臂3包括第一伺服電機7、第一同步帶輪8、第二同步帶輪9、第一諧波減速器10，其中:第一伺服電機7的輸出軸連接第一同步帶輪8，第一諧波減速器10的輸入軸連接第二同步帶輪9、輸出軸通過螺釘與連接臂4的一端固連，第一同步帶輪8與第二同步帶輪9之間通過同步帶連接；
[0034]所述第一伺服電機7用于驅(qū)動大臂3與連接臂4之間的關(guān)節(jié)即第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)運動:第一伺服電機7通過第一同步帶輪8、第二同步帶輪9傳遞動力到第一諧波減速器10，經(jīng)第一諧波減速器10減速后，通過第一諧波減速器10的輸出軸帶動連接臂4相對于大臂3轉(zhuǎn)動；所述連接臂4相對于大臂3的運動范圍為±90°。
[0035]本實施例中，所述的第二同步帶輪9與第一諧波減速器10同軸，所述連接臂4繞第二同步帶輪9與第一諧波減速器10的軸線即第一軸線21轉(zhuǎn)動。
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