六轴关节机器手的制作方法
【专利摘要】一种六轴关节机器手，涉及一种工业机器手技术，包括机器手本体、控制系统，机器手本体与控制系统通过数据线相连，所述的机器手本体包括底座、Ⅰ轴伺服电机及其减速机、Ⅰ轴旋转轴、Ⅱ轴底座、下臂伺服缸、下臂、上臂伺服缸、上臂、Ⅳ轴旋转轴、Ⅴ轴伺服电机及其减速机、Ⅴ轴旋转轴、Ⅵ轴旋转轴、Ⅵ轴伺服电机及其减速机；所述控制系统包括可编程控制器、运动控制模块、伺服驱动器、报警装置、手盒、触摸屏、限位开关、传感器。本发明通过控制系统实现六轴关节的控制，其结构简单，可以实现国内生产，降低了成本，缩短了采购周期，适合中小型企业使用，定位精度高，可提高生产质量和生产效率，在工业机器手【技术领域】中具有良好的应用前景。
【专利说明】轴关节机器手
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种工业机器手技术，尤其涉及一种六轴关节机器手。
【背景技术】
[0002]目前，随着工业自动化水平不断地提高，越来越多的生产线采用工业机器手来取代传统的人工作业，相比于传统的人工作业方式，工业机器手具有自动化程度高，节约人工成本的优点，对于工业机器手，其本身结构的安全稳定可靠对于保证生产线稳定地工作起到了非常重要的作用。工业机器手在现有技术中已经广泛采用，大大提高了工作效率和保证了生产加工的安全。关节机器手适用于各种行业，可应用于汽车车身焊接、各种工件搬运、超大型重物搬运、涂胶、零件组装、去毛刺等多种用途。
[0003]目前，国内使用的多轴关节机器手基本上是从国外进口的，成本高、售后服务成本高、采购周期长，不适合中小型企业使用。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:提供一种六轴关节机器手，以解决现有六轴关节机器手成本高、不适合中小型企业使用的不足之处。
[0005]解决上述技术问题的技术方案是:一种六轴关节机器手，包括机器手本体、控制系统，机器手本体与控制系统通过数据线相连，所述的机器手本体包括底座、I轴伺服电机及其减速机、I轴旋转轴、II轴底座、下臂伺服缸、下臂、上臂伺服缸、上臂、IV轴旋转轴、V轴伺服电机及其减速机、V轴旋转轴、VI轴旋转轴、VI轴伺服电机及其减速机；
所述的I轴伺服电机及其减速机、I轴旋转轴分别固定在底座上，该I轴伺服电机及其减速机的输出轴通过传动齿轮I与I轴旋转轴连接，所述的I轴旋转轴的顶端与II轴底座固定连接，所述的下臂伺服缸铰接在支撑座A上，下臂铰接在支撑座B上，下臂伺服缸的伸出端还与下臂的底端铰接在一起；所述的支撑座A、支撑座B分别固定在II轴底座上；所述的上臂伺服缸与固定在下臂上的支撑座C铰接，该上臂伺服缸的伸出端与上臂的一端端部铰接，上臂还与下臂的顶端铰接；上臂内安装有IV轴伺服电机及其减速机，该IV轴伺服电机及其减速机的输出轴与IV轴旋转轴固定连接；所述的V轴伺服电机及其减速机通过支架I固定在IV轴旋转轴上，该V轴伺服电机及其减速机的输出端与V轴旋转轴连接；所述的VI轴伺服电机及其减速机通过支架II固定在V轴旋转轴上，该VI轴伺服电机及其减速机的输出端与VI轴旋转轴连接；
所述的控制系统包括可编程控制器、运动控制模块、伺服驱动器、报警装置、手盒、触摸屏限位开关、传感器；
所述可编程控制器根据限位开关、传感器传来的信号发出控制指令；
所述运动控制模块将可编程控制器输出的控制指令传输至伺服驱动器；
所述伺服驱动器用于依据运动控制模块输出的指令驱动机器手本体的各个伺服电机工作，各个伺服电机的编码器把数据反馈回到可编程控制器； 所述报警装置用于执行可编程控制器输出的报警信号；
所述手盒用于手动启动可编程控制器工作；
所述触摸屏用于输入信号启动可编程控制器工作，同时用于显示当前工作的各种参
数；
所述限位开关用于改变开关接点开、合状态将机械位移转变成电信号输入至可编程控制器；
所述传感器用于检测并将检测到的信息变换成电信号输出到可编程控制器实现自动检测和自动控制。
[0006]本发明的进一步技术方案是:所述的I轴旋转轴包括轴承座1、I轴、I轴轴承、锁紧螺母、传动齿轮II ;所述传动齿轮II安装在I轴上，该传动齿轮II与所述的传动齿轮I相啮合；所述的I轴通过I轴轴承安装在轴承座I上，所述锁紧螺母锁紧连接在I轴的底端；I轴的顶端与II轴底座固定连接。
[0007]本发明的进一步技术方案是:所述下臂伺服缸包括推杆、缸体、同步带、同步带轮、伺服电机、轴承、丝杠、丝杠螺帽、直线轴承；所述缸体通过销轴铰接在支撑座A上，所述的丝杠通过轴承安装在缸体内，该丝杠的一端伸出缸体端部与同步带轮连接，同步带轮通过同步带与所述伺服电机的输出端连接；丝杠的另一端与丝杠螺帽的内螺纹孔连接，丝杠螺帽的外螺纹与推杆的一端连接，推杆的另一端作为下臂伺服缸的伸出端与所述下臂的底端铰接在一起，该推杆与缸体之间安装有所述的直线轴承。
[0008]本发明的进一步技术方案是:所述上臂伺服缸包括推杆、缸体、同步带、同步带轮
1、伺服电机、轴承、丝杠、丝杠螺帽、直线轴承；所述缸体通过销轴铰接在支撑座C上，所述的丝杠通过轴承安装在缸体内，该丝杠的一端伸出缸体端部与同步带轮I连接，同步带轮I通过同步带与所述伺服电机的输出端连接；丝杠的另一端与丝杠螺帽的内螺纹孔连接，丝杠螺帽的外螺纹与推杆的一端连接，推杆的另一端作为上臂伺服缸的伸出端与所述上臂的一端端部铰接在一起，该推杆与缸体之间安装有所述的直线轴承。
[0009]本发明的进一步技术方案是:所述上臂包括所述的IV轴伺服电机及其减速机、上臂框架，该IV轴伺服电机及其减速机安装在上臂框架内。
[0010]本发明的进一步技术方案是:所述IV轴旋转轴包括轴承座I1、IV轴、IV轴轴承；所述的IV轴通过IV轴轴承安装在轴承座II上，该IV轴的一端与所述的IV轴伺服电机及其减速机输出轴连接，IV轴的另一端与所述的支架I连接。
[0011]本发明的进一步技术方案是:所述的V轴旋转轴包括同步带轮I1、V轴，所述的V轴通过同步带轮II与V轴伺服电机及其减速机的输出端连接。
[0012]本发明的进一步技术方案是:所述的VI轴旋转轴包括同步带轮II1、VI轴，所述的VI轴通过同步带轮III与VI轴伺服电机及其减速机的输出端连接。
[0013]本发明的再进一步技术方案是:所述的II轴底座与下臂之间还连接有起缓冲作用的氮气弹簧。
[0014]由于采用上述结构，本发明之六轴关节机器手与现有技术相比，具有以下有益效果:
1.成本低:
由于本发明包括机器手本体、控制系统，其中机器手本体是采用简单的机械结构实现六轴关节机器人的动作，控制系统是采用触摸屏和可编程控制器、运动控制模块、伺服驱动器等实现六轴关节机器人的控制，其结构简单，操作简单易懂，完全可以实现国内生产，不仅降低了生产成本，而且也降低了售后服务成本，同时也缩短了采购周期。
[0015]2.适合中小型企业使用:
由于本产品的成本低，而且适用范围比较广，可应用于多种行业，如可应用于汽车车身焊接、各种工件搬运、超大型重物搬运、涂胶、零件组装、去毛刺等，自动化程度高，比较适合于中小型企业使用。
[0016]3.定位精度高:
由于本发明的控制系统包括可编程控制器、运动控制模块、伺服驱动器、报警装置、手盒、触摸屏、限位开关、传感器；其中，通过限位开关、传感器可将机器手的各轴行程数据以及位置信息及时反馈至可编程控制器，使可编程控制器可及时对机器手本体的各伺服电机进行控制，同时各个伺服电机的编码器把数据反馈回到可编程控制器，从而可保证机器手的精确定位，其性能比较可靠。
[0017]4.可提高生产质量和生产效率，减轻工人的劳动强度:
由于本产品是通过控制系统控制机器手的六轴运动来代替人工操作，不仅可避免因人工因素影响到产品质量，而且自动化程度较高，大大提高了生产效率，大幅度减轻了工人的劳动强度。
[0018]5.体积小，结构灵活，功能强大，前景良好:
本产品包括机器手本体、控制系统，其体积较小，而且机器手本体采用简单的机械结构，并通过控制系统的控制能实现各个关节的灵活运动，同时本产品可以应用于各种场合实现不同的功能，其功能强大；还方便产品功能的升级和扩展，在工业机器手【技术领域】中具有良好的应用前景。
下面，结合附图和实施例对本发明之六轴关节机器手的技术特征作进一步的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1:本发明六轴关节机器手的结构示意图，
图2:本发明六轴关节机器手I轴旋转轴的结构示意图，
图3?图4:本发明六轴关节机器手下臂伺服缸的结构示意图，
图3:主视图，图4:图3的A-A剖视图；
图5?图6:本发明六轴关节机器手上臂伺服缸的结构示意图，
图5:主视图，图6:图5的B-B剖视图；
图7:本发明六轴关节机器手上臂的结构示意图，
图8?图9:本发明六轴关节机器手IV轴旋转轴的结构示意图，
图8:主视图，图9:图8的C-C剖视图；
图10:本发明六轴关节机器手V轴旋转轴的结构示意图，
图11:本发明六轴关节机器手VI轴旋转轴的结构示意图，
图12:本发明六轴关节机器手控制系统的结构框图。
[0020]图中:各标号如下:
I一底座，2— I轴伺服电机及其减速机，3—传动齿轮I，4一 I轴旋转轴， 401—轴承座I，402— I轴，403— I轴轴承，404—锁紧螺母，405—传动齿轮II，
5—II轴底座，6—氮气弹簧，7—下臂伺服缸；701—推杆，702—缸体，703—同步带，
704—同步带轮，705—伺服电机，706—轴承，707—丝杠，708—丝杠螺帽，
709一直线轴承，8—下臂，9一上臂伺服缸，901—推杆,902—缸体，903—同步带，
904—同步带轮I，905—伺服电机，906—轴承，907—丝杠，908—丝杠螺帽，
909—直线轴承，10—上臂，1001—IV轴伺服电机及其减速机，
1002—上臂框架，11 一IV轴旋转轴，1101—轴承座II，1102—IV轴，1103—IV轴轴承，
12- V轴伺服电机及其减速机，13 — V轴旋转轴，1301—同步带轮II，1302— V轴，
14一VI轴旋转轴，1401—同步带轮III，1402—VI轴，15—VI轴伺服电机及其减速机，
16—支撑座A，17—支撑座B，18—支撑座C，19一支架I，20—支架II ；
21—控制系统，2101—可编程控制器，2102—运动控制模块，2103—伺服驱动器，
2104—报警装置，2105—手盒，2106—触摸屏，2107—限位开关，2108—传感器。
【具体实施方式】
[0021]实施例一:
图1中公开的是一种六轴关节机器手，包括机器手本体、控制系统21，机器手本体与控制系统通过数据线相连，所述的机器手本体包括底座1、I轴伺服电机及其减速机2、I轴旋转轴4、II轴底座5、下臂伺服缸7、下臂8、上臂伺服缸9、上臂10、IV轴旋转轴11、V轴伺服电机及其减速机12、V轴旋转轴13、VI轴旋转轴14、VI轴伺服电机及其减速机15 ；
所述的I轴伺服电机及其减速机2、I轴旋转轴4分别固定在底座I上，该I轴伺服电机及其减速机2的输出轴通过传动齿轮I 3与I轴旋转轴4连接，所述的I轴旋转轴4的顶端与II轴底座5固定连接，所述的下臂伺服缸7铰接在支撑座A16上，下臂8铰接在支撑座B17上，下臂伺服缸7的伸出端还与下臂8的底端铰接在一起；所述的支撑座A16、支撑座B17分别固定在II轴底座5上；所述的II轴底座5与下臂8之间还连接有起缓冲作用的氮气弹簧6 ;所述的上臂伺服缸9与固定在下臂上的支撑座C18铰接，该上臂伺服缸9的伸出端与上臂10的一端端部铰接，上臂10还与下臂8的顶端铰接；上臂10内安装有IV轴伺服电机及其减速机1001，该IV轴伺服电机及其减速机1001的输出轴与IV轴旋转轴11固定连接；所述的V轴伺服电机及其减速机12通过支架I 19固定在IV轴旋转轴11上，该V轴伺服电机及其减速机12的输出端与V轴旋转轴13连接；所述的VI轴伺服电机及其减速机15通过支架II 20固定在V轴旋转轴13上，该VI轴伺服电机及其减速机15的输出端与VI轴旋转轴14连接；
上述的I轴旋转轴4包括轴承座I 401、I轴402、I轴轴承403、锁紧螺母404、传动齿轮II 405 (参见图2);所述传动齿轮II 405安装在I轴402上，该传动齿轮II 405与所述的传动齿轮I 3相啮合；所述的I轴402通过I轴轴承403安装在轴承座I 401上，所述锁紧螺母404锁紧连接在I轴402的底端；I轴402的顶端与II轴底座5固定连接。
[0022]上述下臂伺服缸7包括推杆701、缸体702、同步带703、同步带轮704、伺服电机705、轴承706、丝杠707、丝杠螺帽708、直线轴承709 (参见图3?图4);所述缸体702通过销轴铰接在支撑座A16上，所述的丝杠707通过轴承706安装在缸体702内，该丝杠707的一端伸出缸体端部与同步带轮704连接，同步带轮704通过同步带703与所述伺服电机705的输出端连接；丝杠707的另一端与丝杠螺帽708的内螺纹孔连接，丝杠螺帽708的外螺纹与推杆的一端连接，推杆的另一端作为下臂伺服缸7的伸出端与所述下臂8的底端铰接在一起，该推杆与缸体之间安装有所述的直线轴承709。
[0023]上述上臂伺服缸9包括推杆901、缸体902、同步带903、同步带轮I 904、伺服电机905、轴承906、丝杠907、丝杠螺帽908、直线轴承909 (参见图5?图6);所述缸体902通过销轴铰接在支撑座C18上，所述的丝杠907通过轴承906安装在缸体902内，该丝杠907的一端伸出缸体端部与同步带轮I 904连接，同步带轮I 904通过同步带903与所述伺服电机905的输出端连接；丝杠907的另一端与丝杠螺帽908的内螺纹孔连接，丝杠螺帽908的外螺纹与推杆的一端连接，推杆的另一端作为上臂伺服缸9的伸出端与所述上臂10的一端端部铰接在一起，该推杆与缸体之间安装有所述的直线轴承909。
[0024]所述上臂10包括所述的IV轴伺服电机及其减速机1001、上臂框架1002，该IV轴伺服电机及其减速机1001安装在上臂框架1002内(参见图7)。
[0025]所述IV轴旋转轴11包括轴承座II 110UIV轴1102、IV轴轴承1103(参见图8?图9);所述的IV轴1102通过IV轴轴承1103安装在轴承座II 1101上，该IV轴1102的一端与所述的IV轴伺服电机及其减速机1001输出轴连接，IV轴1102的另一端与所述的支架I 19连接。
[0026]所述的V轴旋转轴13包括同步带轮II 1301、V轴1302 (参见图10)，所述的V轴1302通过同步带轮II 1301与V轴伺服电机及其减速机12的输出端连接。
[0027]所述的VI轴旋转轴14包括同步带轮III 1401、VI轴1402 (参见图11)，所述的VI轴1402通过同步带轮III 1401与VI轴伺服电机及其减速机15的输出端连接。
[0028]所述的控制系统21包括可编程控制器2101、运动控制模块2102、伺服驱动器2103、报警装置2104、手盒2105、触摸屏2106、限位开关2107、传感器2108 (参见图12)；
所述可编程控制器2101根据限位开关2107、传感器2108传来的信号发出控制指令； 所述运动控制模块2102将可编程控制器输出的控制指令传输至伺服驱动器2103 ；
所述伺服驱动器2103用于依据运动控制模块2102输出的指令驱动机器手本体的各个伺服电机工作，各个伺服电机的编码器把数据反馈回到可编程控制器；
所述报警装置2104用于执行可编程控制器输出的报警信号；
所述手盒2105用于手动启动可编程控制器工作；
所述触摸屏2106用于输入信号启动可编程控制器工作，同时用于显示当前工作的各种参数；
所述限位开关2107用于改变开关接点开、合状态将机械位移转变成电信号输入至可编程控制器；
所述传感器2108用于检测并将检测到的信息变换成电信号输出到可编程控制器实现自动检测和自动控制。
【权利要求】
1.一种六轴关节机器手，包括机器手本体、控制系统(21)，机器手本体与控制系统通过数据线相连，其特征在于:所述的机器手本体包括底座(1)、I轴伺服电机及其减速机(2)、I轴旋转轴(4)、II轴底座(5)、下臂伺服缸(7)、下臂(8)、上臂伺服缸(9)、上臂(10)、IV轴旋转轴(11)、乂轴伺服电机及其减速机(12)、乂轴旋转轴(13)、/1轴旋转轴(14)、/1轴伺服电机及其减速机(15)； 所述的I轴伺服电机及其减速机(2)、I轴旋转轴(4)分别固定在底座(1)上，该I轴伺服电机及其减速机(2)的输出轴通过传动齿轮I (3)与I轴旋转轴(4)连接，所述的I轴旋转轴(4)的顶端与II轴底座(5)固定连接，所述的下臂伺服缸(7)铰接在支撑座A (16)上，下臂(8 )铰接在支撑座B (17 )上，下臂伺服缸(7 )的伸出端还与下臂(8 )的底端铰接在一起；所述的支撑座A (16)、支撑座B (17)分别固定在II轴底座(5)上；所述的上臂伺服缸(9)与固定在下臂上的支撑座C (18)铰接，该上臂伺服缸(9)的伸出端与上臂(10)的一端端部铰接，上臂(10)还与下臂(8)的顶端铰接；上臂(10)内安装有IV轴伺服电机及其减速机(1001 )，该IV轴伺服电机及其减速机(1001)的输出轴与IV轴旋转轴(11)固定连接；所述的V轴伺服电机及其减速机(12)通过支架I (19)固定在IV轴旋转轴(11)上，该V轴伺服电机及其减速机(12)的输出端与V轴旋转轴(13)连接；所述的VI轴伺服电机及其减速机(15)通过支架II (20)固定在V轴旋转轴(13)上，该VI轴伺服电机及其减速机(15)的输出端与VI轴旋转轴(14)连接； 所述的控制系统(21)包括可编程控制器(2101)、运动控制模块(2102)、伺服驱动器(2103)、报警装置(2104)、手盒(2105)、触摸屏(2106)、限位开关(2107)、传感器(2108)； 所述可编程控制器 (2101)根据限位开关(2107)、传感器(2108)传来的信号发出控制指令； 所述运动控制模块(2102)将可编程控制器输出的控制指令传输至伺服驱动器(2103)； 所述伺服驱动器(2103)用于依据运动控制模块(2102)输出的指令驱动机器手本体的各个伺服电机工作，各个伺服电机的编码器把数据反馈回到可编程控制器； 所述报警装置(2104)用于执行可编程控制器输出的报警信号； 所述手盒(2105)用于手动启动可编程控制器工作； 所述触摸屏(2106 )用于输入信号启动可编程控制器工作，同时用于显示当前工作的各种参数； 所述限位开关(2107)用于改变开关接点开、合状态将机械位移转变成电信号输入至可编程控制器； 所述传感器(2108)用于检测并将检测到的信息变换成电信号输出到可编程控制器实现自动检测和自动控制。
2.根据权利要求1所述的六轴关节机器手，其特征在于:所述的I轴旋转轴(4)包括轴承座I (401)、I轴(402)、I轴轴承(403)、锁紧螺母(404)、传动齿轮II (405);所述传动齿轮II (405)安装在I轴(402)上，该传动齿轮II (405)与所述的传动齿轮I (3)相啮合；所述的I轴(402)通过I轴轴承(403)安装在轴承座I (401)上，所述锁紧螺母(404)锁紧连接在I轴(402)的底端；I轴(402)的顶端与II轴底座(5)固定连接。
3.根据权利要求1所述的六轴关节机器手，其特征在于:所述下臂伺服缸(7)包括推杆(701)、缸体(702)、同步带(703)、同步带轮(704)、伺服电机(705)、轴承(706)、丝杠(707)、丝杠螺帽(708)、直线轴承(709);所述缸体(702)通过销轴铰接在支撑座A (16)上，所述的丝杠(707 )通过轴承(706 )安装在缸体(702 )内，该丝杠(707 )的一端伸出缸体端部与同步带轮(704)连接，同步带轮(704)通过同步带(703)与所述伺服电机(705)的输出端连接；丝杠(707)的另一端与丝杠螺帽(708)的内螺纹孔连接，丝杠螺帽(708)的外螺纹与推杆的一端连接，推杆的另一端作为下臂伺服缸(7)的伸出端与所述下臂(8)的底端铰接在一起，该推杆与缸体之间安装有所述的直线轴承(709)。
4.根据权利要求1所述的六轴关节机器手，其特征在于:所述上臂伺服缸(9)包括推杆(901)、缸体(902)、同步带(903)、同步带轮I (904)、伺服电机(905)、轴承(906)、丝杠(907)、丝杠螺帽(908)、直线轴承(909);所述缸体(902)通过销轴铰接在支撑座C (18)上，所述的丝杠(907 )通过轴承(906 )安装在缸体(902 )内，该丝杠(907 )的一端伸出缸体端部与同步带轮I (904)连接，同步带轮I (904)通过同步带(903)与所述伺服电机(905)的输出端连接；丝杠(907)的另一端与丝杠螺帽(908)的内螺纹孔连接，丝杠螺帽(908)的外螺纹与推杆的一端连接，推杆的另一端作为上臂伺服缸(9)的伸出端与所述上臂(10)的一端端部铰接在一起，该推杆与缸体之间安装有所述的直线轴承(909)。
5.根据权利要求1所述的六轴关节机器手，其特征在于:所述上臂(10)包括所述的IV轴伺服电机及其减速机(1001 )、上臂框架(1002)，该IV轴伺服电机及其减速机(1001)安装在上臂框架(1002)内。
6.根据权利要求1所述的六轴关节机器手，其特征在于:所述IV轴旋转轴(11)包括轴承座II (1101)、IV轴(1102)、IV轴轴承(1103);所述的IV轴(1102)通过IV轴轴承(1103)安装在轴承座II (1101)上，该IV轴(1102)的一端与所述的IV轴伺服电机及其减速机(1001)输出轴连接，IV轴(1102)的另一端与所述的支架I (19)连接。
7.根据权利要求1所述的六轴关节机器手，其特征在于:所述的V轴旋转轴(13)包括同步带轮II (1301)、v轴(1302)，所述的V轴(1302)通过同步带轮II (1301)与V轴伺服电机及其减速机(12)的输出端连接。``
8.根据权利要求1所述的六轴关节机器手，其特征在于:所述的VI轴旋转轴(14)包括同步带轮IIK1401)、VI轴(1402)，所述的VI轴(1402)通过同步带轮III (1401)与VI轴伺服电机及其减速机(15)的输出端连接。
9.根据权利要求1至8任一权利要求所述的六轴关节机器手，其特征在于:所述的II轴底座(5)与下臂(8)之间还连接有起缓冲作用的氮气弹簧(6)。
【文档编号】B25J17/02GK103737607SQ201310739310
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】黄连勇 申请人:柳州高华机械有限公司