一种五自由度机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人技术领域，具体地，涉及一种五自由度机器人。
【背景技术】
[0002]随着机器人技术的不断发展，越来越多的机器人被应用于各行各业，其中工业机器人占了很大一部分比例。根据机器人构型的不同，主要可以分为两类:并联机器人与串联机器人。由于串联机器人具有结构简单、工作空间大等优点，因此目前应用较为广泛。目前工业机器人常用的关节轴数主要有四自由度、五自由度、六自由度。四自由度机器人的成本较低，但灵活性较差，只能用于动作比较简单的场合。六自由度机器人最灵活，但成本也最高。五自由度机器人介于这两者之间，兼顾灵活性与成本，因此是一种具有较高性价比的机器人构型。
[0003]经对现有技术的文献检索发现，中国专利CN102229142A提供了一种五自由度电动机械手，该机械手采用摩擦轮电机和皮带轮电机驱动的方式对机械手进行操控，结构相对简单，且可以实现多种运动形式，但由于通过摩擦轮驱动的关节，存在打滑的可能性，关节旋转精度低，从而导致该机械手整体定位精度低，无法用于对机器人末端有较高定位要求的场合。
[0004]检索中还发现，中国专利CN103240733A提供了一种五自由度机械手，该机械手具有模块化的设计，并且每个关节都由气缸驱动。但是由于各个关节都是气缸驱动，不能实现各个关节的连续精确定位，机械手末端只能实现有限个点的定位，因此只能应用于动作较简单、不需要连续定位的场合。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种五自由度机器人，该机器人具有结构简单、可靠性高、末端定位精度高、工作空间大、灵活性较高等优点。在该机器人末端安装相应的末端执行器，即可完成搬运、装配、弧焊等各种作业任务。
[0006]为实现以上目的，本发明提供一种五自由度机器人，包括基座、移动臂、大臂、小臂、手腕与输出轴，其中:基座相对于地面固定或安装在其他移动平台上，移动臂安装在基座上，大臂的一端安装在移动臂底部、另一端与小臂的一端相连，手腕安装在小臂另一端的下方，输出轴安装在手腕的侧面；
[0007]移动臂与基座之间有一个平动自由度，大臂与移动臂之间有一个转动自由度，小臂与大臂之间有一个转动自由度，手腕与小臂之间有一个转动自由度，输出轴与手腕之间有一个转动自由度，从而实现机器人的五自由度的运动；
[0008]大臂相对于移动臂的转动轴、小臂相对于大臂的转动轴与手腕相对于小臂的转动轴的轴线相互平行，同时也平行于移动臂相对于基座的平动轴轴线；输出轴相对于手腕的转动轴与手腕相对于小臂的转动轴轴线相互垂直。
[0009]优选地，所述基座包括基座壳体和安装在基座壳体上的基座电机，在所述基座电机的输出轴上安装有齿轮。
[0010]优选地，所述移动臂包括空心臂体和安装在空心臂体露出基座的部分上的防尘罩，在所述空心臂体上设置有齿条，所述齿条与所述基座电机输出轴上的齿轮啮合配合；所述防尘罩用于防止灰尘及其他杂质落在所述齿条上。
[0011]更优选地，所述基座电机通过齿轮、齿条带动空心臂体，从而驱动所述移动臂相对于所述基座进行运动，即实现所述移动臂相对于所述基座的平动自由度运动。
[0012]优选地，所述大臂包括大臂壳体、大臂电机、大臂谐波减速器，其中:大臂电机和大臂谐波减速器的固定端均安装在所述移动臂中的空心臂体中空底部，大臂电机的输出端连接大臂谐波减速器，大臂壳体的一端固定于大臂谐波减速器的输出端；大臂电机直接驱动大臂谐波减速器，以驱动大臂壳体相对于空心臂体旋转，从而实现所述大臂相对于所述移动臂的转动自由度旋转。
[0013]优选地，所述小臂包括小臂壳体、小臂外罩、小臂电机、小臂谐波减速器、手腕电机、两个同步带轮、同步带、手腕谐波减速器、手腕谐波减速器输入轴，其中:小臂谐波减速器的固定端与大臂中的大臂壳体的另一端、输出端与小臂壳体相连；小臂电机安装在小臂壳体上，小臂电机的输出端连接小臂谐波减速器；小臂电机直接驱动小臂谐波减速器，以驱动小臂壳体相对于大臂壳体旋转，从而实现所述小臂相对于所述大臂的转动自由度旋转；手腕电机与手腕谐波减速器的固定端均安装在小臂壳体上，一个同步带轮安装在手腕电机的输出轴上，另一个同步带轮固定在手腕谐波减速器输入轴上，两个同步带轮之间由同步带连接，手腕谐波减速器输入轴安装在手腕谐波减速器的输入端；手腕电机驱动一个同步带轮转动，通过同步带驱动另一个同步带轮带动手腕谐波减速器输入轴转动，从而驱动手腕谐波减速器转动；小臂外罩安装在小臂壳体上，用于对小臂壳体内部的元器件起保护作用，同时也使得机器人外形更加美观。
[0014]优选地，所述手腕包括连接法兰、手腕壳体、手腕外罩、输出轴电机、输出轴谐波减速器，其中:连接法兰的一端固定在小臂中的手腕谐波减速器的输出端、另一端与手腕壳体相连；小臂中的手腕电机驱动手腕谐波减速器转动，经手腕谐波减速器的输出端、连接法兰传递给手腕壳体，即可驱动手腕壳体相对小臂壳体旋转，从而实现所述手腕相对于所述小臂的转动自由度旋转；输出轴电机与输出轴谐波减速器的固定端均安装在手腕壳体上，手腕外罩安装在手腕壳体上，用于对输出轴电机和输出轴谐波减速器起保护作用。
[0015]优选地，所述输出轴固定在手腕中的输出轴谐波减速器的输出端，输出轴电机直接驱动输出轴谐波减速器，以驱动输出轴相对于手腕壳体旋转，从而实现所述输出轴相对于所述手腕的转动自由度旋转。
[0016]优选地，所述输出轴上根据需要安装不同的末端执行器，从而完成各种作业任务。
[0017]本发明工作时，基座电机驱动移动臂相对于基座进行平动，大臂电机驱动大臂相对于移动臂旋转，小臂电机驱动小臂相对于大臂旋转，手腕电机驱动手腕相对于小臂旋转，输出轴电机驱动输出轴相对于手腕旋转。各个关节的电机共同作用，即可驱动机器人末端的输出轴沿预定的轨迹移动，从而完成相应的作业任务。
[0018]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0019]本发明所述的一种五自由度串联机器人，兼顾灵活性与成本，具有结构简单、可靠性高、工作空间大等优点。移动臂与基座之间的平动关节采用齿轮齿条结构，进一步降低了成本。由于各个转动关节都采用了谐波减速器，这种减速器具有减速比大、无齿隙、啮合数多、传动效率高、定位精度高等优点，因此本发明能够实现较高的末端定位精度。由于末端输出轴可以安装各种不同的末端执行器，因此本机器人能够用于搬运、装配、弧焊等各种作业任务。
【附图说明】
[0020]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0021]图1为本发明一较优实施例的总体结构示意图；
[0022]图2为本发明一较优实施例的总体结构剖视图。
[0023]图中:基座1、移动臂2、基座电机3、大臂4、小臂5、手腕6、输出轴7、基座壳体8、齿轮9、齿条10、空心臂体11、防尘罩12、大臂电机13、大臂谐波减速器14、大臂壳体15、小臂谐波减速器16、手腕外罩17、输出轴电机18、输出轴谐波减速器19、手腕壳体20、连接法兰21、手腕谐波减速器22、小臂壳体23、手腕谐波减速器输入轴24、同步带25、同步带轮26、手腕电机27、小臂外罩28、小臂电机29。
【具体实施方式】
[0024]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0025]如图1所示，本实施例提供一种五自由度机器人，包括基座1、移动臂2、大臂4、小臂5、手腕6与输出轴7，其中:移动臂2与基座I之间有一个平动自由度；大臂4与移动臂2之间有一个转动自由度，称为第一转动自由度；小臂5与大臂4之间有一个转动自由度，称为第二转动自由度；手腕6与小臂5之间有一个转动自由度，称为第三转动自由度；输出轴7与手腕6之间有一个转动自由度，称为第四转动自由度；大臂4相对于移动臂2的转动轴、小臂5相对于大臂4的转动轴与手腕6相对于小臂5的转动轴轴线相互平行，同时也平行于移动臂2相对于基座I的平动轴轴线；输出轴7相对于手腕6的转动轴与手腕6相对于小臂5的转动轴的轴线相互垂直。
[0026]上述部件的连接关系为:
[0027]基座I相对于地面固定或安装在其他移动平台上，基座I中间设有通孔，移动臂2安装在基座I的通孔内；大臂4的一端安装在移动臂2的底部、另一端与小臂5的一端相连；手腕6安装在小臂5另一端的下方；输出轴7安装在手腕6的侧面。
[0028]如图1、图2所示，所述基座I包括基座电机3、基座壳体8、齿轮9，其中:基座电机3安装在基座壳体8上，齿轮9安装在基座电机3的输出轴上。
[0029]如图1、图2所示，所述移动臂2包括齿条10、空心臂体11、防尘罩12，其中:齿条10安装在空心臂体11上，并与基座I中的齿轮9配合；防尘罩12安装在空心臂体11露出基座I的部分上，用于防止灰尘及其他杂质落在齿条10上。
[0030]本实施例中，所述基座电机3通过齿轮9、齿条10驱动移动臂