一种六自由度教学机器人的制作方法

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种六自由度教学机器人。

背景技术：

教学机器人，随着人工智能技术、计算机技术等相关技术的发展，对智能机器人的研究越来越多。在教育领域，许多院校已在学生中开设了机器人学方面的有关课程。为了满足机器人学方面的有关课程教学示范和实验教学的需求，我们研制开发了全方位的轮式移动机器人，可以作为各种智能控制方法(包括动态避障、群体协作策略)的良好载体，同时又可以方便的构成网络化的分布式系统，开展多智能体的调度、规划等研究。机器人介绍了这种移动机器人的控制系统体系结构，包括传感器、通讯、伺服控制、软件构成等，并给出了实验结果，证明了系统的可行性。

技术实现要素：

本发明的目的在于：本发明要解决的技术问题是：解决现有技术中自动化程度低问题，本申请提供一种智能化、多功能的教学机器人。

本发明采用的技术方案如下：

一种六自由度中型串联教学机器人一种六自由度教学机器人，具有机器人底座、六自由度中型串联教学机器人本体、机器人末端工具、气路系统、机器人控制系统和工件实验台，所述机器人控制系统安装于钣金控制柜内，在所述钣金控制柜的前面板配置控制操作按钮，所述机器人末端工具安装在六自由度中型串联教学机器人本体上，所述的六自由度中型串联教学机器人本体安装机器人底座上，所述机器人底座通过地脚螺栓与地面固定连接，工件实验台位于机器人前方适合位置。

进一步的，作为一种具体的实施方式，本发明中所述六自由度中型串联教学机器人本体的高度为1150mm，最大展开半径为870mm；所述的机器人控制系统为基于pc104总线的嵌入式运动控制器，在所述的机器人控制系统的内部堆栈式安装有三块二轴运动控制卡，所述机器人控制系统具有图形化示教盒和windows环境接口；所述的工件实验台具有轴、套两种尼龙工件和铝合金实验台。

进一步的，作为一种具体的机构形式，本发明中所述六自由度中型串联教学机器人本体通过一关节、二关节、三关节、四关节、五关节、六关节实现旋转运动、回转运动两种形式，且各关节的电机、传感器的电缆均设置在弹簧护线管内，且六自由度中型串联教学机器人本体采用透明式的封装结构。

进一步的，作为一种具体的结构形式，本发明中所述的一关节包含交流伺服电机、谐波减速器、机器人底座、光电传感器。

进一步的，作为一种具体的结构形式，本发明中所述的二关节包含交流伺服电机、rv减速器、二节大臂、光电传感器。

进一步的，作为一种具体的结构形式，本发明中所述的三关节包含步进电机、谐波减速器、同步齿形带、光电传感器、三节支架。

进一步的，作为一种具体的结构形式，本发明中所述的四关节包含步进电机、谐波减速器、光电传感器、四节支座。

进一步的，作为一种具体的结构形式，本发明中所述的五关节包含步进电机、谐波减速器、同步齿形带、关节支座、光电传感器。

进一步的，作为一种具体的结构形式，本发明中所述的六关节包含步进电机、同步齿形带、锥齿轮传动、谐波减速器、光电传感器。

进一步的，为了使得机器人的适用性更加广泛，本发明在所述机器人末端工具上可安装有气动手爪工具、轨迹喷涂工具或其他抓取工具。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中六自由度中型串联教学机器人本体基于低成本和工业串联一致性设计，机械系统可视化，控制系统全面开放，应用工业串联一致的示教盒操作，采用工业串联机器人常用的示教再现工作模式。六自由度中型串联教学机器人作为高等机器人技术教学平台使用，符合工业机器人的特点，同时低成本设计又能满足现代高等和职业教育对教学用机器人的需求。通过实验学习，可掌握工业串联机器人的基础组成和工作原理，了解机器人基本单元技术(机构、控制、传感器)，可完成不同规则的搬运与装配实验，让学生全面掌握工业机器人机械传动部件的选择、装配、结构件的设计、传感器的选择和使用、电机的选择和使用、计算机编程和调试等技术，使学生在机器人及机电系统的设计、装配、调试能力均能得到提高。对加快高素质技能型人才培养，推进经济与社会的跨越式发展具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明中六自由度中型串联教学机器人本体的结构示意图；

图2是本发明总成结构的三视图；

图2a是图2的侧视图；

图3是本发明一关节结构示意图；

图3a是图3的剖视图；

图4是本发明二关节结构示意图；

图5是本发明三关节结构示意图；

图5a是图5的剖视图；

图6是本发明四关节结构示意图；

图6a是图6的俯视图；

图7是本发明五关节结构示意图；

图8是本发明六关节结构示意图；

图8a是图8的侧视图；

图9是本发明机器人末端工具结构示意图；

图9a是图9的侧视图；

附图标记：

图中：1-机器人底座，2-六自由度中型串联教学机器人本体，(3)机器人末端工具，(4)气路系统，(5)机器人控制系统，(6)工件支架，(7)钣金控制柜，(8)控制按钮与指示灯，(9)一关节，(10)二关节，(11)三关节，(12)四关节，(13)五关节，(14)六关节，(15)气动手爪工具，(16)轨迹喷涂工具，(17)交流伺服电机，(18)谐波减速器，(19)机器人底座，(20)光电传感器，(21)交流伺服电机，(22)rv减速器，(23)二节大臂，(24)光电传感器，(25)步进电机，(26)谐波减速器，(27)同步齿形带，(28)光电传感器，(29)三节支架，(30)步进电机，(31)谐波减速器，(32)光电传感器，(33)四节支座，(34)步进电机，(35)谐波减速器，(36)同步齿形带，(37)关节支座，(38)光电传感器，(39)步进电机，(40)同步齿形带，(41)锥齿轮传动，(42)谐波减速器，(43)光电传感器，(44)弹簧护线管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2、图2a、图9和图9a所示的本发明一种六自由度中型串联教学机器人一种六自由度教学机器人的优选实施例，具有机器人底座1、六自由度中型串联教学机器人本体2、机器人末端工具3、气路系统4、机器人控制系统5和工件实验台6，所述机器人控制系统5安装于钣金控制柜7内，在所述钣金控制柜7的前面板配置控制操作按钮8，电气元件紧凑美观，开放式布局，柜体前门配置按钮与指示灯，后面安装航空连接器，用以电缆传输信号，所述机器人末端工具3安装在六自由度中型串联教学机器人本体2上，所述的六自由度中型串联教学机器人本体2安装机器人底座1上，所述机器人底座1通过地脚螺栓与地面固定连接，工件实验台6位于机器人前方适合位置，保证实验安全可靠，在所述机器人末端工具3标配采用气动手爪工具15，配置无油静音气泵等气动元件，可更换为轨迹喷涂工具16等，具有更高性价比。

所述六自由度中型串联教学机器人本体2的高度为1150mm，最大展开半径为870mm，负载6kg；所述的机器人控制系统5为基于pc104总线的嵌入式运动控制器，在所述的机器人控制系统5的内部堆栈式安装有三块二轴运动控制卡，所述的机器人控制系统(5)人机交互良好，采用图形化示教盒或上位机进行操作、控制。同时二次开发时可以提供相应windows环境接口提供通用六自由度机器人语言编程系统，可通过示教自动生成机器人语言等程序；所述的工件实验台6具有轴、套两种尼龙工件和铝合金实验台。

所述六自由度中型串联教学机器人本体2通过一关节9、二关节10、三关节11、四关节12、五关节13、六关节14实现旋转运动、回转运动两种形式，且各关节的电机、传感器的电缆均设置在弹簧护线管44内，且六自由度中型串联教学机器人本体2采用透明式的封装结构，机器人内部传动结构完全采用工业机器人结构特点，适当增加典型传动类型，满足教学要求，设计中采用了工业上常用到的rv减速器、谐波减速器、同步带传动等主要形式。

如图3和图3a所示的本实施例中的一关节9为机器人基座关节，由交流伺服电机17驱动，直连谐波减速器18传动，关节整体安装在机器人底座19上，底座罩体外安装航空连接器，用以连接机器人与控制柜间电源与信号，关节输出端设置左右限位光电传感器20，旋转角度300度。

如图4所示的本实施例中的二关节10，由交流伺服电机21驱动，直连rv减速器22传动，外侧安装二节大臂23，用以与其他关节连接，关节一侧设置正负限位光电传感器24，旋转角度120度。

如图5和图5a所示的本实施例中的三关节11，由步进电机25驱动，通过同步齿形带27连接谐波减速器26输出，上部安装三节支架29，关节一侧设置正负限位光电传感器28，旋转角度120度。

如图6和图6a所示的本实施例中的四关节12，由步进电机30驱动，直连谐波减速器31输出，整体位于四节支座33内，关节一侧设置正负限位光电传感器32，旋转角度300度。

如图7所示的本实施例中的五关节13，由步进电机34驱动，直连同步齿形带36传动，连接谐波减速器35减速输出，外侧安装关节支座37，用以与其他关节连接，关节一侧设置正负限位光电传感器38，旋转角度180度。

如图8和图8a所示的本实施例中的六关节14，由步进电机39驱动，直连同步齿形带40锥齿轮传动41，连接谐波减速器42输出，关节一侧设置零位光电传感器43，旋转角度360度。

本实施例具有如下特点：机器人系统嵌入式控制，示教盒操作，示教再现作业方式。本体可视化设计，体现工业机器人的结构、功能和特点。按工业标准设计，速度快，柔性好，可靠性高；操作灵活，开放性强，可长期使用免维护。提供机器人实验指导书、使用说明书、软件使用说明书等教材，内容涵盖运动学、动力学、控制系统设计、机器人轨迹规划等，是机器人教学的理想平台。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。