一种倒装四自由度工业机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及工业机器人【技术领域】，尤其是指一种倒装四自由度工业机器人，包括固定框、主臂、副臂、主臂电机、副臂电机和集成电箱，主臂电机倒装于固定框内，主臂电机与主臂的一端连接并驱动主臂旋转，主臂的另一端与副臂的一端铰接；该副臂电机与副臂连接并驱动副臂旋转，副臂上安装有可作二维运动的执行装置；主臂电机、副臂电机和执行装置均通过连接线与集成电箱电连接。本实用新型通过固定框倒装于安装架上，主臂电机可驱动主臂旋转360度，副臂电机可驱动副臂旋转360度，实现了360度旋转的作业。本实用新型结构简单，易于制造与维修，生产成本低；另外，其编程简单，易于互联控制，有效缩短研发生产周期。
【专利说明】—种倒装四自由度工业机器人
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及工业机器人【技术领域】，尤其是指一种倒装四自由度工业机器人。【背景技术】
[0002]工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CMS)的自动化工具。
[0003]广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量和产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以降低生产成本，有着十分重要的意义。工业机器人关键技术在于两方面:机械结构与控制系统。一款优秀的工业机器人应当具备稳定、轻便、精准的机械结构和具有充分柔性控制、开放性的模块化、故障自诊断与安全维护、以及网络互联的控制系统。
[0004]现有技术中的四自由度工业机器人一般是固定在工作基座上，且四自由度机器人大多采取内部走线，导致转动臂与工作基座容易发生干涉，使得工业机器人无法执行360度旋转的作业，工作范围受到一定的限制。而且是使用相对位置编码器的，导致每次开机需要回原点，而且因此导致潜在的结构干涉，使程序复杂化，需要专业人员重复调试方可使用，实用成本高。
【发明内容】
[0005]本实用新型针对现有技术的问题提供一种倒装四自由度工业机器人，机器人的主体采取倒装方式固定于支架上，采取外部走线不受自身机构的干涉影响，实现了 360度旋转的作业，消除了工作盲区；另外其结构和控制程序简单，易于制造与维修以及互联控制。
[0006]为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:
[0007]—种倒装四自由度工业机器人，包括固定框、主臂、副臂、主臂电机和副臂电机，所述主臂电机倒装于固定框内，主臂电机与主臂的一端连接并驱动主臂旋转，所述主臂的另一端与副臂的一端铰接，所述副臂电机设置于副臂上，且该副臂电机与副臂连接并驱动副臂旋转，所述副臂上安装有可作二维运动的执行装置；所述固定框上设置有集成电箱，所述主臂电机、副臂电机和执行装置均与集成电箱电连接。
[0008]进一步的，所述执行装置包括有第一传动机构和第二传动机构，所述第一传动机构包括有滚珠丝杠、第一同步带、第一同步带轮和第一伺服电机，第二传动机构包括有滚珠花键、第二同步带、第二同步带轮和第二伺服电机；所述滚珠丝杠、滚珠花键、第一伺服电机和第二伺服电机分别固定安装于副臂上，所述滚珠丝杠和第一伺服电机分别连接有第一同步带轮，滚珠花键和第二伺服电机分别连接有第二同步带轮，所述第一伺服电机通过第一同步带驱动滚珠丝杠旋转，所述第二伺服电机通过第二同步带驱动滚珠花键旋转；所述滚珠丝杠与滚珠花键之间设有连接板，所述连接板的一端与滚珠花键的顶端固定连接，其另一端与滚珠丝杠的螺母连接。
[0009]作为优选的，所述主臂电机、副臂电机、第一伺服电机和第二伺服电机均为绝对值编码器伺服电机。
[0010]其中，所述第一伺服电机、第二伺服电机与副臂之间均设置有“几”字型的支撑架，所述第一伺服电机、第二伺服电机分别与支撑架的上端部可拆卸连接，所述支撑架的下端部与副臂连接。
[0011]进一步的，所述副臂上设置有用于支撑滚珠丝杠的固定座，该固定座的下方与副臂固定连接；所述固定座的中间设置有轴承，所述滚珠丝杠通过轴承与固定座连接。
[0012]其中，本倒装四自由度工业机器人还包括有主臂减速机和副臂减速机，所述主臂减速机安装在主臂电机与主臂之间，所述副臂减速机安装在副臂电机与副臂之间。
[0013]其中，所述固定框的一侧设置有出线口，在主臂与副臂的连接处设置有入线口，所述出线口与入线口之间连接有外置护线管。
[0014]其中，所述主臂与副臂之间设置有副臂电机座，所述副臂电机座的上端与主臂螺纹连接，副臂电机座的下端与副臂螺纹连接。
[0015]进一步的，所述副臂电机座上设置有多个窗口。
[0016]其中，所述副臂上设置有保护外壳，所述保护外壳将执行装置包履在内部。
[0017]本实用新型的有 益效果:
[0018]本实用新型所提供的一种倒装四自由度工业机器人，包括固定框、主臂、副臂、主臂电机、副臂电机和执行装置，本机器人通过固定框倒装于安装架上，所述主臂电机可驱动主臂旋转360度，副臂电机可驱动副臂旋转360度，本实用新型实现了 360度旋转的作业，消除了工作盲区。另外，本实用新型结构简单化，易于制造与维修，生产成本低适合中小型企业批量使用；而且本实用新型的编程简单，易于互联控制，能有效缩短研发生产周期。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型一种倒装四自由度工业机器人的结构示意图。
[0020]图2为本实用新型内部结构示意图一。
[0021]图3为本实用新型内部结构示意图二。
[0022]图4为本实用新型一种倒装四自由度工业机器人的主臂和副臂的摆动角度示意图。
[0023]在图1至图4中的附图标记包括:
[0024]I 一固定框2—主臂21—主臂电机
[0025]22—主臂减速机3—副臂31—副臂电机
[0026]32—副臂减速机4 一集成电箱5—滚珠丝杠
[0027]6 一滚珠花键71—第一同步带72—第二同步带
[0028]81—第一同步带轮 82—第二同步带轮9 一第一伺服电机
[0029]10—第二伺服电机11 一连接板12—支撑架
[0030]13—固定座14一出线口15—入线口
[0031]16—外置护线管17—副臂电机座18—窗口
[0032]19 一保护外壳。【具体实施方式】
[0033]为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。参见图1至图4，以下结合附图对本实用新型进行详细的描述。
[0034]本实用新型所提供的一种倒装四自由度工业机器人，包括固定框1、主臂2、副臂
3、主臂电机21和副臂电机31，所述主臂电机21倒装于固定框I内，主臂电机21与主臂2的一端连接并驱动主臂2旋转，所述主臂2的另一端与副臂3的一端铰接，所述副臂电机31设置于副臂3上，且该副臂电机31与副臂3连接并驱动副臂3旋转，在本实施例中，本倒装四自由度工业机器人还包括有主臂减速机22和副臂减速机32，所述主臂减速机22安装在主臂电机21与主臂2之间，所述副臂减速机32安装在副臂电机31与副臂3之间。所述副臂3上安装有可作二维运动的执行装置；所述固定框I上设置有集成电箱4，所述主臂电机21、副臂电机31和执行装置均通过连接线与集成电箱4电连接。进一步的，所述固定框I的一侧设置有出线口 14，在主臂2与副臂3的连接处设置有入线口 15，所述出线口 14与入线口 15之间连接有外置护线管16。本工业机器人内部的各种连接线均与集成电箱4电连接，副臂电机31以及执行装置内部的各种驱动装置的连接线分别与集成电箱4电连接后，统一从出线口 14穿出进入外置护线管16，然后从入线口 15穿入内部，实现统一走线，减少因为布线混乱带来的精度干扰因素；在本实施例中所使用的外置护线管16为波纹管。
[0035]其中，所述执行装置包括有第一传动机构和第二传动机构，所述第一传动机构包括有滚珠丝杠5、第一同步带71、第一同步带轮81和第一伺服电机9，第二传动机构包括有滚珠花键6、第二同步带72、第二同步带轮82和第二伺服电机10 ;所述滚珠丝杠5、滚珠花键6、第一伺服电机9和第二伺服电机10分别固定安装于副臂3上,所述滚珠丝杠5和第一伺服电机9分别连接有第一同步带轮71，滚珠花键6和第二伺服电机10分别连接有第二同步带轮72，所述第一伺服电机9通过第一同步带81驱动滚珠丝杠5旋转，所述第二伺服电机10通过第二同步带82驱动滚珠花键6旋转；所述滚珠丝杠5与滚珠花键6之间设有连接板11，所述连接板11的一端与滚珠花键6的顶端固定连接，其另一端与滚珠丝杠5的螺母51连接。
[0036]本工业机器人在作业之前，首先在电脑上离线编写好控制程序，然后通过程序从电脑上传到本工业机器人的PLC控制器。启动后，PLC控制器通过发脉冲控制各个驱动电机外置的伺服驱动器(在图中未标出)，伺服驱动器驱动各个伺服电机旋转，脉冲数量决定伺服电机转动步角数。
[0037]在本实用新型中，作为优选的，所述主臂电机21、副臂电机31、第一伺服电机9和第二伺服电机10均为绝对值编码器伺服电机。本实用新型所采用电机编码器均为17位绝对位置编码器，编码器转盘刻有格雷码，保证在第一次校准远点之后突然断电或外力转动后仍能随时准确读取电机当前转角从而计算出执行端当前坐标。
[0038]当伺服驱动器发脉冲给主臂电机21，主臂电机21旋转并通过主臂减速机22带动主臂2旋转，安装在主臂2上的副臂3也跟随旋转，实现执行端大范围内初步定位。当伺服驱动器发脉冲给副臂电机31，副臂电机31旋转并通过副臂减速机32带动副臂3旋转，安装在副臂3上的执行装置随之实现小范围内最终定位。[0039]当伺服驱动器发脉冲给第一伺服电机9，第一伺服电机9旋转并通过第一同步带71传动带滚珠丝杠5转动，由于滚珠丝杠5的螺母51与连接板11固定连接，无法转动，因而将滚珠丝杠5的旋转运动转变为螺母51的直线上下运动。连接板11被螺母51带动，进而驱使滚珠花键6上下运动，实现执行端在高度方向上的精确定位；当伺服驱动器发脉冲给第二伺服电机10，第二伺服电机10旋转，通过第二同步带72传动带动固定在滚珠花键6，滚珠花键6的下方用于安装执行端的，因此能使得执行端相对副臂3转动，从而实现执行端姿态的精确调整。
[0040]本实用新型采用倒装结构和外部走线，所述主臂电机21能驱动主臂2左右转动180度(即转动360度)，另外在副臂3与主臂2的连接处设置入线口 15，副臂3在连接轴实现中空走线，副臂电机31驱动副臂3左右转动180度(即转动360度)，本实用新型实现了360度旋转的作业，消除了普通工业机器人存在的工作盲区。
[0041]本实用新型的主臂电机21通过主臂减速机22带动主臂2旋转，实现水平范围内粗定位，副臂电机31通过副臂减速机32带动副臂3旋转，实现水平方向精确定位。执行装置中的第一伺服电机9通过第一同步带71驱动滚珠丝杠5旋转，且使得滚珠花键6上下运动，实现垂直方向的精确定位；第二伺服电机10通过第二同步带72驱动滚珠花键6旋转，当在滚珠花键6的末端安装上夹具，实现夹具在水平方向上姿态的精确调整。相对现有的四自由度的工业机器人，本实用新型的结构更为简单化，易于制造与维修，生产成本低适合中小型企业批量使用；而且本实用新型的电机均采用17位绝对位置编码器，使得本实用新型的编程简单，易于互联控制，可有效缩短研发生产周期。
[0042]其中，所述第一伺服电机9、第二伺服电机10与副臂3之间均设置有“几”字型的支撑架12，所述第一伺服电机9、第二伺服电机10分别与支撑架12的上端部可拆卸连接，所述支撑架12的下端部通过螺钉与副臂3可拆卸连接。进一步的，所述副臂3上设置有用于支撑滚珠丝杠5的固定座13，该固定座13的下方与副臂3固定连接；所述固定座3的中间设置有轴承(在图中未标出)，所述滚珠丝杠5通过轴承与固定座3连接。因为第一伺服电机9、第二伺服电机10分别使用同步带与固定在滚珠丝杠5、滚珠花键6上的同步带轮连接，实现滚珠丝杠5、滚珠花键6的旋转动作，同步带从“几”字型的支撑架12、固定座13的下方穿过的，结构简单，便于制造与安装调试。
[0043]其中，所述主臂2与副臂3之间设置有副臂电机座17，所述副臂电机座17的上端与主臂3螺纹连接，副臂电机座17的下端与副臂3螺纹连接，副臂电机座17起着支撑和连接的作用，起着副臂电机31安装在副臂电机座17的内部。进一步的，所述副臂电机座17上设置有多个窗口 18，由于在副臂3上安装有第一伺服电机9和第二伺服电机10，从入线口 14进入副臂电机座17的连接线穿过窗口 18分别与第一伺服电机9和第二伺服电机10电连接。这使得副臂3的结构更加简单，其重量更轻。
[0044]其中，所述副臂3上设置有保护外壳19，所述保护外壳19将执行装置包履在内部，隐藏副臂3上的机械结构和控制部分，可起到防尘作用。
[0045]以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
【权利要求】
1.一种倒装四自由度工业机器人，其特征在于:包括固定框、主臂、副臂、主臂电机和副臂电机，所述主臂电机倒装于固定框内，主臂电机与主臂的一端连接并驱动主臂旋转，所述主臂的另一端与副臂的一端铰接，所述副臂电机设置于副臂上，且该副臂电机与副臂连接并驱动副臂旋转，所述副臂上安装有可作二维运动的执行装置；所述固定框上设置有集成电箱，所述主臂电机、副臂电机和执行装置均与集成电箱电连接。
2.根据权利要求1所述的一种倒装四自由度工业机器人，其特征在于:所述执行装置包括有第一传动机构和第二传动机构，所述第一传动机构包括有滚珠丝杠、第一同步带、第一同步带轮和第一伺服电机，第二传动机构包括有滚珠花键、第二同步带、第二同步带轮和第二伺服电机；所述滚珠丝杠、滚珠花键、第一伺服电机和第二伺服电机分别固定安装于副臂上，所述滚珠丝杠和第一伺服电机分别连接有第一同步带轮，滚珠花键和第二伺服电机分别连接有第二同步带轮，所述第一伺服电机通过第一同步带驱动滚珠丝杠旋转，所述第二伺服电机通过第二同步带驱动滚珠花键旋转；所述滚珠丝杠与滚珠花键之间设有连接板，所述连接板的一端与滚珠花键的顶端固定连接，其另一端与滚珠丝杠的螺母连接。
3.根据权利要求2所述的一种倒装四自由度工业机器人，其特征在于:所述主臂电机、副臂电机、第一伺服电机和第二伺服电机均为绝对值编码器伺服电机。
4.根据权利要求2所述的一种倒装四自由度工业机器人，其特征在于:所述第一伺服电机、第二伺服电机与副臂之间均设置有“几”字型的支撑架，所述第一伺服电机、第二伺服电机分别与支撑架的上端部可拆卸连接，所述支撑架的下端部与副臂连接。
5.根据权利要求2所述的一种倒装四自由度工业机器人，其特征在于:所述副臂上设置有用于支撑滚珠丝杠的固定座，该固定座的下方与副臂固定连接；所述固定座的中间设置有轴承，所述滚珠丝杠通过轴承与固定座连接。
6.根据权利要求1所述的一种倒装四自由度工业机器人，其特征在于:还包括有主臂减速机和副臂减速机，所述主臂减速机安装在主臂电机与主臂之间，所述副臂减速机安装在副臂电机与副臂之间。
7.根据权利要求1所述的一种倒装四自由度工业机器人，其特征在于:所述固定框的一侧设置有出线口，在主臂与副臂的连接处设置有入线口，所述出线口与入线口之间连接有外置护线管。
8.根据权利要求1所述的一种倒装四自由度工业机器人，其特征在于:所述主臂与副臂之间设置有副臂电机座，所述副臂电机座的上端与主臂螺纹连接，副臂电机座的下端与副臂螺纹连接。
9.根据权利要求8所述的一种倒装四自由度工业机器人，其特征在于:所述副臂电机座上设置有多个窗口。
10.根据权利要求1所述的一种倒装四自由度工业机器人，其特征在于:所述副臂上设置有保护外壳，所述保护外壳将执行装置包履在内部。
【文档编号】B25J9/08GK203566699SQ201320710631
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2013年11月12日
【发明者】魏余红 申请人:东莞市实达光电科技有限公司