一种水平并联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】，尤其是指一种水平并联四自由度工业机器人。包括有机器基座、电机驱动器、控制器、第一主臂、第二主臂、第一副臂、第二副臂、第一主臂电机和第二主臂电机，而且所述第一副臂、第二副臂铰接并联有可作二维运动的执行装置。相对于现有技术中的工业机器人，本实用新型中的控制部分与机械部分集成为一，占空间更小，操作更方便，性能更稳定。电机驱动器发脉冲给两个主臂电机，主臂电机驱使两个主臂旋转，安装在两个主臂上的两个副臂也跟随旋转；由于四条臂长确定，当两个主臂的旋转角度确定后，执行装置的坐标跟随确定下来，两臂所产生误差互相制约，有效提高了机器人执行装置的定位精度。
【专利说明】一种水平并联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】，尤其是指一种水平并联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。它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。现有技术中工业机器人普遍采用主副臂串联结构，单独驱动，互不影响；导致主副臂动作误差相互累积，执行端定位精度取决于两臂精度，两臂误差累积使得执行端难以达到较高精度。而且机械部分与控制部分是分离的，中间使用电缆进行电连接，集成度不高，易造成编码器信号衰减等问题。
实用新型内容
[0003]本实用新型针对现有技术的问题提供一种水平并联四自由度工业机器人，其机械机构与控制装置高度集成，主臂和副臂并联控制使得执行端精度高，可满足高精度领域应用需求。
[0004]为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:
[0005]一种水平并联四自由度工业机器人，包括机器基座、电机驱动器、控制器、第一主臂、第二主臂、第一副臂、第二副臂、第一主臂电机、第二主臂电机以及执行装置，所述电机驱动器、控制器、第一主臂电机和第二主臂电机均安装于机器基座，第一主臂电机和第二主臂电机分别与电机驱动器电连接，控制器与电机驱动器电连接；所述第一主臂的一端与第一主臂电机连接，第二主臂的一端与第二主臂电机连接，所述第一主臂的另一端与第一副臂的一端铰接，所述第二主臂的另一端与第二副臂的一端铰接；所述第一副臂的另一端与执行装置的下端部铰接，第二副臂的另一端与执行装置的上端部铰接。
[0006]作为优选的，所述执行装置为可作旋转运动和上下运动的滚珠花键丝杠，所述滚珠花键丝杠包括有滚珠丝杠花键轴、花键母和丝杆螺母，所述花键母、丝杆螺母分别与花键丝杆轴配合连接于第一副臂的铰接端与第二副臂的铰接端之中间，所述花键母位于丝杆螺母的上方。
[0007]其中，还包括有第一主臂减速机和第二主臂减速机，所述第一主臂减速机安装在第一主臂电机与第一主臂之间，所述第二主臂减速机安装在第二主臂电机与第二主臂之间；所述第一主臂减速机与第一主臂之间和第二主臂减速机与第二主臂之间分别设置有圆形连接柱，第一主臂、第二主臂分别与对应的圆形连接柱的上端部固定连接，所述第一主臂减速机、第二主臂减速机分别与对应的圆形连接柱的下端部固定连接。
[0008]进一步的，所述机器基座上安装有驱动滚珠花键丝杠的第一伺服电机和第二伺服电机，所述机器基座、第一主臂、第二主臂、第一副臂和第二副臂均设置有传动带轮组，所述第一伺服电机通过传送带轮组驱动丝杆螺母，第二伺服电机均通过传送带轮组驱动花键母。
[0009]进一步的,所述传送带轮组包括主同步带轮、副同步带轮和同步带,所述同步带与主同步带轮、副同步带轮套接；所述第一伺服电机的输出轴、第二伺服电机的输出轴分别与机器基座上对应的主同步带轮连接，所述第一主臂的主同步带轮、第二主臂的主同步带轮分别与机器基座上对应的副同步带轮驱动连接；所述第一主臂的副同步带轮与第一副臂的主同步带轮驱动连接，第二主臂的副同步带轮与第二副臂的主同步带轮驱动连接；所述第一副臂的副同步带轮与丝杆螺母驱动连接，第二副臂的副同步带轮与花键母驱动连接。
[0010]其中，所述传动带轮组旁侧设置有同步带张紧调节装置，所述同步带张紧调节装置包括调节板和调节螺栓，所述机器基座、第一主臂、第二主臂、第一副臂和第二副臂均设置有张紧调节槽，所述调节板的两端通过螺钉与张紧调节槽固定连接，所述调节螺栓垂直安装于调节板上且调节螺栓的一侧贴紧同步带。
[0011]其中，所述机器基座包括上框架和下框架，所述电机驱动器、第一主臂电机和第二主臂电机安装于下框架，所述控制器、第一伺服电机和第二伺服电机安装于上框架。
[0012]进一步的，所述上框架安装有用于降低控制器的温度的散热风扇。
[0013]其中，所述机器基座、第一主臂、第二主臂、第一副臂和第二副臂均设置有遮盖传动带轮组的罩体，所述机器基座、第一主臂、第二主臂、第一副臂和第二副臂分别与对应的罩体可拆卸连接。
[0014]其中，所述控制器为PLC控制器；所述第一主臂电机、第二主臂电机、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。
[0015]本实用新型的有益效果:
[0016]本实用新型所提供的一种水平并联四自由度工业机器人包括有机器基座、电机驱动器、控制器、第一主臂、第二主臂、第一副臂、第二副臂、第一主臂电机和第二主臂电机，所述第一副臂、第二副臂分别与滚珠花键丝杠的上下两端铰接，机器基座上安装有驱动滚珠花键丝杠作旋转运动和上下运动的第一伺服电机和第二伺服电机。相对于现有技术中的工业机器人，本实用新型中的控制部分与机械部分集成为一，占空间更小，操作更方便，性能更稳定。电机驱动器发脉冲给第一主臂电机和第二主臂电机，第一主臂电机和第二主臂电机分别驱使第一主臂和第二主臂旋转，安装在第一主臂和第二主臂上的第一副臂和第二副臂跟随旋转；由于四条臂长确定，当第一主臂和第二主臂的旋转角度确定后，执行装置的坐标跟随确定下来，两臂所产生误差互相制约，有效提高了机器人执行装置的定位精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型一种水平并联四自由度工业机器人的结构示意图。
[0018]图2为本实用新型内部结构示意图一。
[0019]图3为本实用新型内部结构示意图二。
[0020]图4为本实用新型内部结构示意图三。
[0021]图5为本实用新型中的第一副臂、第二副臂和滚珠花键丝杠的结构分解示意图。
[0022]在图1至图5中的附图标记包括:
[0023]I 一机器基座 2 —电机驱动器 3—控制器[0024]4 一第一主臂 5—第二主臂 6—第一副臂
[0025]7—第二副臂 8—第一主臂电机9 一第二主臂电机
[0026]10—滚珠花键丝杠 101—滚珠丝杠花键轴 102—花键母
[0027]103—丝杆螺母 11一第一主臂减速机 12—第二主臂减速机
[0028]13—第一伺服电机14 一第二伺服电机 15—主同步带轮
[0029]16—副同步带轮 17 —同步带 18 —同步带张紧调节装置
[0030]19一调节板20—调节螺检 21—上框架
[0031]22—下框架23—散热风扇 24—罩体
[0032]25—圆形连接柱。
【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5，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水平并联四自由度工业机器人，包括机器基座1、电机驱动器2、控制器3、第一主臂4、第二主臂5、第一副臂6、第二副臂7、第一主臂电机8、第二主臂电机9以及执行装置，所述电机驱动器2、控制器3、第一主臂电机8和第二主臂电机9均安装于机器基座1，第一主臂电机8和第二主臂电机9分别与电机驱动器2电连接，控制器3与电机驱动器2电连接；所述第一主臂4的一端与第一主臂电机8连接，第二主臂5的一端与第二主臂电机9连接，所述第一主臂4的另一端与第一副臂6的一端铰接，所述第二主臂5的另一端与第二副臂7的一端铰接；所述第一副臂6的另一端与执行装置的下端部铰接，第二副臂7的另一端与执行装置的上端部铰接。
[0035]在本实施例中，作为优选的，所述执行装置为可作旋转运动和上下运动的滚珠花键丝杠10，所述滚珠花键丝杠10包括有滚珠丝杠花键轴101、花键母102和丝杆螺母103，所述花键母102、丝杆螺母103分别与花键丝杆轴101配合连接于第一副臂6的铰接端与第二副臂7的铰接端之间，所述花键母103位于丝杆螺母102的上方。
[0036]进一步的，本实用新型还包括有第一主臂减速机11和第二主臂减速机12，所述第一主臂减速机11安装在第一主臂电机8与第一主臂4之间，所述第二主臂减速机9安装在第二主臂电机9与第二主臂5之间；所述第一主臂减速机11与第一主臂4之间和第二主臂减速机12与第二主臂5之间分别设置有圆形连接柱25，第一主臂4、第二主臂5分别与对应的圆形连接柱25的上端部固定连接，所述第一主臂减速机11、第二主臂减速机12分别与对应的圆形连接柱25的下端部固定连接。
[0037]其中，所述机器基座I上安装有驱动滚珠花键丝杠10作旋转运动和上下运动的第一伺服电机13和第二伺服电机14,所述机器基座1、第一主臂4、第二主臂5、第一副臂6和第二副臂7均设置有传动带轮组，所述第一伺服电机13通过传送带轮组驱动丝杆螺母102，第二伺服电机14均通过 传送带轮组驱动花键母103。
[0038]进一步的,所述传送带轮组包括主同步带轮15、副同步带轮16和同步带17,所述同步带17与主同步带轮15、副同步带轮16套接；所述第一伺服电机13的输出轴、第二伺服电机14的输出轴分别与机器基座I上对应的主同步带轮15连接，所述第一主臂4的主同步带轮15、第二主臂5的主同步带轮15分别与机器基座I上对应的副同步带轮16驱动连接；所述第一主臂4的副同步带轮16与第一副臂6的主同步带轮15驱动连接，第二主臂5的副同步带轮16与第二副臂7的主同步带轮16驱动连接；所述第一副臂6的副同步带轮16与丝杆螺母102驱动连接，第二副臂7的副同步带轮16与花键母103驱动连接。
[0039]再进一步的，所述传动带轮组旁侧设置有同步带张紧调节装置18，所述同步带张紧调节装置18包括调节板19和调节螺栓20，所述机器基座1、第一主臂4、第二主臂5、第一副臂6和第二副臂7均设置有张紧调节槽(在图中未标出)，所述调节板19的两端通过螺钉与张紧调节槽固定连接，所述调节螺栓20垂直安装于调节板19上且调节螺栓20的一侧贴紧同步带17。当同步带17使用时间较久之后，可能被磨损或者出现张紧力不够，传动不准确、工作时发生滑动，通过同步带张紧调节装置18来调整调节螺栓20与同步带17之间的张紧力，保证传动平稳、无滑差。
[0040]作为优选的，本实施例中所述控制器3为PLC控制器；所述第一主臂电机8、第二主臂电机9、第一伺服电机13和第二伺服电机14均为绝对值编码器伺服电机。所述的绝对值编码器伺服电机采用的电机编码器均为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。
[0041]本实用新型所述的水平并联四自由度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，然后通过通信线从电脑上传到本工业机器人的控制器3。启动后，控制器3通过发脉冲给电机驱动器2，电机驱动器2驱动电机旋转，脉冲数量决定电机转动步角数。
[0042]当电机驱动器2发脉冲给第一主臂电机8和第二主臂电机9，第一主臂电机8和第二主臂电机9旋转并通过第一主臂减速机11和第二主臂减速机12带动第一主臂4和第二主臂5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。与第一主臂4和第二主臂5铰接并联的第一副臂6和第二副臂7也跟随旋转，由于四条臂长确定，当第一主臂4和第二主臂5旋转角度确定后，执行装置的坐标跟随确定下来。两臂所产生误差互相制约，有效提高了机器人执行装置的定位精度。
[0043]当第一主臂4、第二主臂5、第一副臂6和第二副臂7的位置都确定下来了，电机驱动器2发脉冲给第一伺服电机13，第一伺服电机13旋转并通过三组传动带轮组使得丝杆螺母102旋转，由于丝杆螺母103在水平方向上是的固定，因而将丝杆螺母103的旋转运动转变为滚珠丝杠花键轴101自身的直线上下运动，实现执行装置在高度方向上的精确定位。
[0044]当滚珠丝杠花键轴101的高度固定之后，电机驱动器2发脉冲给第二伺服电机14，第二伺服电机14旋转且通过三组传动带轮组带动花键母102和滚珠丝杠花键轴101，由于花键母102与滚珠丝杠花键轴101之间只能上下移动而不能转动，因而可以实现滚珠花键丝杠10与第一副臂6和第二副臂7之间的相对转动，从而实现执行端姿态的精确调整。
[0045]在本实施例中，所述机器基座I包括上框架21和下框架22，所述电机驱动器2、第一主臂电机8和第二主臂电机9安装于下框架21，所述控制器3、第一伺服电机13和第二伺服电机14安装于上框架22。本实用新型将控制部分与机械部分集成在一起，占空间更小，操作更方便，性能更稳定。其中，所述上框架22安装有用于降低控制器3的温度的散热风扇23,散热风扇23用于降低控制器3在工作时产生的温度,保证控制器3的稳定性和延长使用寿命。[0046]在本实施例中，所述机器基座1、第一主臂4、第二主臂5、第一副臂6和第二副臂7均设置有遮盖传动带轮组的罩体24，所述机器基座1、第一主臂4、第二主臂5、第一副臂6和第二副臂7分别与对应的罩体24可拆卸连接。罩体24将传动带轮组遮盖在内部，可以有效保护传动带轮组不受外界影响，当需要调整同步带17的松紧度时，只需要拧开螺丝将罩体24拆卸下来即可进行调整。
[0047]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】
1.一种水平并联四自由度工业机器人，其特征在于:包括机器基座、电机驱动器、控制器、第一主臂、第二主臂、第一副臂、第二副臂、第一主臂电机、第二主臂电机以及执行装置，所述电机驱动器、控制器、第一主臂电机和第二主臂电机均安装于机器基座，第一主臂电机和第二主臂电机分别与电机驱动器电连接，控制器与电机驱动器电连接；所述第一主臂的一端与第一主臂电机连接，第二主臂的一端与第二主臂电机连接，所述第一主臂的另一端与第一副臂的一端铰接，所述第二主臂的另一端与第二副臂的一端铰接；所述第一副臂的另一端与执行装置的下端部铰接，第二副臂的另一端与执行装置的上端部铰接。
2.根据权利要求1所述的一种水平并联四自由度工业机器人，其特征在于:所述执行装置为可作旋转运动和上下运动的滚珠花键丝杠，所述滚珠花键丝杠包括有滚珠丝杠花键轴、花键母和丝杆螺母，所述花键母、丝杆螺母分别与花键丝杆轴配合连接于第一副臂的铰接端与第二副臂的铰接端之间，所述花键母位于丝杆螺母的上方。
3.根据权利要求1所述的一种水平并联四自由度工业机器人，其特征在于:还包括有第一主臂减速机和第二主臂减速机，所述第一主臂减速机安装在第一主臂电机与第一主臂之间，所述第二主臂减速机安装在第二主臂电机与第二主臂之间；所述第一主臂减速机与第一主臂之间和第二主臂减速机与第二主臂之间分别设置有圆形连接柱，第一主臂、第二主臂分别与对应的圆形连接柱的上端部固定连接，所述第一主臂减速机、第二主臂减速机分别与对应的圆形连接柱的下端部固定连接。
4.根据权利要求2所述的一种水平并联四自由度工业机器人，其特征在于:所述机器基座上安装有驱动滚珠花键丝杠的第一伺服电机和第二伺服电机，所述机器基座、第一主臂、第二主臂、第一副臂和第二副臂均设置有传动带轮组，所述第一伺服电机通过传送带轮组驱动丝杆螺母，第二伺服电机均通过传送带轮组驱动花键母。
5.根据权利要求 4所述的一种水平并联四自由度工业机器人，其特征在于:所述传送带轮组包括主同步带轮、副同步带轮和同步带，所述同步带与主同步带轮、副同步带轮套接；所述第一伺服电机的输出轴、第二伺服电机的输出轴分别与机器基座上对应的主同步带轮连接，所述第一主臂的主同步带轮、第二主臂的主同步带轮分别与机器基座上对应的副同步带轮驱动连接；所述第一主臂的副同步带轮与第一副臂的主同步带轮驱动连接，第二主臂的副同步带轮与第二副臂的主同步带轮驱动连接；所述第一副臂的副同步带轮与丝杆螺母驱动连接，第二副臂的副同步带轮与花键母驱动连接。
6.根据权利要求5所述的一种水平并联四自由度工业机器人，其特征在于:所述传动带轮组旁侧设置有同步带张紧调节装置，所述同步带张紧调节装置包括调节板和调节螺栓，所述机器基座、第一主臂、第二主臂、第一副臂和第二副臂均设置有张紧调节槽，所述调节板的两端通过螺钉与张紧调节槽固定连接，所述调节螺栓垂直安装于调节板上且调节螺栓的一侧贴紧同步带。
7.根据权利要求4所述的一种水平并联四自由度工业机器人，其特征在于:所述机器基座包括上框架和下框架，所述电机驱动器、第一主臂电机和第二主臂电机安装于下框架，所述控制器、第一伺服电机和第二伺服电机安装于上框架。
8.根据权利要求7所述的一种水平并联四自由度工业机器人，其特征在于:所述上框架安装有用于降低控制器的温度的散热风扇。
9.根据权利要求4所述的一种水平并联四自由度工业机器人，其特征在于:所述机器基座、第一主臂、第二主臂、第一副臂和第二副臂均设置有遮盖传动带轮组的罩体，所述机器基座、第一主臂、第二主臂、第一副臂和第二副臂分别与对应的罩体可拆卸连接。
10.根据权利要求1所述的一种水平并联四自由度工业机器人，其特征在于:所述控制器为PLC控制器；所述第一主臂电机、第二主臂电机、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。
【文档编号】B25J9/00GK203665520SQ201320710548
【公开日】2014年6月25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