一种臂长可伸缩的工业机器人的制作方法

本发明涉及一种臂长可伸缩的工业机器人，属于工业机器人技术领域。

背景技术：

工业机器人具有效率高、稳定性好、重复定位性能优良、能在高危环境下作业等优点，在工业领域具有非常广泛的应用场景。目前，常用的工业机器人主要有串联机器人和并联机器人，各式各样的机器人具有不同的应用领域。串联机器人运动空间大，关节灵活，但重复精度较低，关节笨重，在焊接、喷涂、搬运等领域有广泛应用；并联机器人速度快，精度高，但是运动空间较小，主要用于装配、拾料、包装等领域。

通常，工业机器人的杆长是固定的，其能达到的运动空间也是固定的。对于不同工作空间需求的场合，需要安装不同类型的机器人，前期投入成本较大。同时，不同类型的机器人维护方式不同，给生产和后期维护带来极大的不便。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种臂长可伸缩的工业机器人，使其不仅拥有良好的强度和刚度特性，能满足机器人的运动精度要求。同时使得机器人拥有灵活的姿态适应能力，从而更好地适应不同的工作场合。

本发明的技术方案如下：

一种臂长可伸缩的工业机器人，该工业机器人包括底座、旋转台、大臂、小臂和末端输出法兰；所述旋转台由第一电机驱动绕着第一关节转动；所述大臂一端通过铰链连接到所述旋转台上，另一端通过铰链与所述小臂连接，第三电机通过第一连杆和第二连杆驱动所述小臂绕着第三关节摆动；其特征在于：所述小臂包括小臂外壳、旋转装置和伸缩装置；所述的旋转装置包括第四电机、第四减速器、第四关节输入轴、第一齿轮、第二齿轮、中空轴、第一轴承和第二轴承；所述第四电机安装在所述小臂外壳内，并通过第四减速器和第四关节输入轴驱动第一齿轮，第一齿轮与第二齿轮通过内啮合传动，第二齿轮与中空轴的一端固定连接；同时，中空轴通过第一轴承和第二轴承安装在小臂外壳内；所述中空轴的另一端与伸缩装置固定连接；所述的伸缩装置包括第五电机、传动机构、丝杆、螺母、导向杆和伸缩机构；所述伸缩机构包括连接板、驱动板以及n组沿周向布置的剪叉机构，其中n为大于等于3的正整数；所述n组剪叉机构通过铰链与分别连接板和驱动板连接；所述第五电机安装在小臂外壳内；丝杆通过传动机构与第五电机连接，并驱动螺母；所述的螺母通过第四轴承与驱动板连接；所述导向杆一端与小臂外壳固定连接，另一端穿过螺母上的滑动孔；所述末端输出法兰通过末端外壳连接伸缩装置上。

上述技术方案中，所述的传动机构包括第五减速器、第三齿轮、第四齿轮、第五关节输入轴、第五齿轮和第六齿轮；所述第五减速器驱动第三齿轮，第三齿轮与第四齿轮通过外啮合传动；所述第五关节输入轴一端与第四齿轮固定连接，另一端与第五齿轮固定连接；所述第五齿轮与第六齿轮通过外啮合传动，丝杆与第六齿轮固定连接。

优选地，所述n组剪叉机构沿连接板和驱动板均匀布置。

本发明的技术特征还在于：所述的剪叉机构由两级v型剪式机构和m级x型剪式机构铰接而成，其中m为大于等于0的整数。每级v型剪式机构和每级x型剪式机构均与一个相对应的连接板或者驱动板铰接。若m等于0，驱动板与第二级v型剪式机构铰接；若m为大于等于1，驱动板与第一级x型剪式机构铰接。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：本发明采用的伸缩机构由n组剪叉机构组成，并通过(m+1)个连接板和1个驱动板连接到一起。该伸缩机构属于过约束的机构，拥有良好的强度和刚度特性，运动过程中不易变形，能满足机器人的运动精度要求。同时，本发明采用的小臂具有两个可独立控制的旋转和伸缩自由度。旋转自由度的主要作用是能调整机器人末端的姿态，使得机器人拥有灵活的姿态适应能力；沿小臂轴向的伸缩自由度通过伸长或者缩短能扩展机器人的运动空间，更能适应不同的工作场合。另外，采用本发明的技术方案，能减少不同尺寸机器人购置的数量，方便后期保养，可有效降低维护成本。

附图说明

图1是本发明提供的一种臂长可伸缩的工业机器人立体结构视图。

图2是工业机器人的第一关节剖视图。

图3是工业机器人的第二和第三关节剖视图；

图4是本发明提供的一种臂长可伸缩的工业机器人的第四、第五和第六关节剖视图；

图5是本发明实施例提供的一种臂长可伸缩的工业机器人的小臂壳体的局部剖视图；

图6是本发明实施例提供的伸缩机构的主视图；

图7是本发明实施例提供的伸缩机构的侧视图；

图中：1-底座；2-旋转台；3-第一电机；4-第三电机；5-第二连杆；6-第一关节；7-第一连杆；8-第二关节；9-第二电机；10-大臂；11-第三关节；12-小臂；13-第四关节；14-第四电机；15-小臂外壳；16-第五电机；17-伸缩装置；18-第五关节；19-末端外壳；20-第六关节；21-末端输出法兰；22-第一减速器；23-第二减速器；24-第三减速器；25-第四减速器；26-第四关节输入轴；27-第一齿轮；28-第二齿轮；29-中空轴；30-第六齿轮；31-第二轴承；32-第三轴承；33-旋转装置；34-导向杆；35-丝杆螺母；36-第四轴承；37-丝杆；38-第五齿轮；39-第一轴承；40-第五关节输入轴；41-第四齿轮；42-第三齿轮；43-第五减速器；44-第六电机；45-第六减速器；46-第六关节输入轴；47-第七齿轮；48-第八齿轮；49-驱动板；50-伸缩机构；51-x型剪式机构；52-v型剪式机构；53-剪叉机构；54-连接板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地详细描述。

图1为本发明实施例提供了一种臂长可伸缩的工业机器人整体视图，主要包括底座1、旋转台2、大臂10和小臂12和末端输出法兰21。

在图2中，所述旋转台2置于底座1上，由第一电机3驱动绕着底座1转动；

在图1或者图3中，第二电机9安装在旋转台2上，第二电机9通过第二减速器23与大臂10的一端连接，大臂10的另一端与小臂12一端通过铰链连接；所述小臂12的另一端通过第一连杆7、第二连杆5连接到第三减速器24，并通过第三电机4驱动绕着第三关节11摆动；

在图1、图4或者图5中，所述小臂12包括小臂外壳15、旋转装置33、伸缩装置17。

所述的旋转装置33包括第四电机14、第四减速器25、第四关节输入轴26、第一齿轮27、第二齿轮28、中空轴29、第一轴承39和第二轴承31；所述第四电机14安装在小臂外壳15内，并通过第四减速器25和第四关节输入轴26驱动第一齿轮27，第一齿轮27与第二齿轮28通过内啮合传动，第二齿轮28与中空轴29的一端固定连接；同时，中空轴29通过第一轴承39和第二轴承31安装在小臂外壳15内；所述中空轴29的另一端与伸缩装置17固定连接；

所述的伸缩装置17包括第五电机16、传动机构、丝杆37、螺母35、导向杆34和伸缩机构50。所述的传动机构包括第五减速器43、第三齿轮42、第四齿轮41、第五关节输入轴40、第五齿轮38和第六齿轮30；所述第五减速器43驱动第三齿轮42，第三齿轮42与第四齿轮41通过外啮合传动；所述第五关节输入轴40一端与第四齿轮41固定连接，另一端与第五齿轮38固定连接；所述第五齿轮38与第六齿轮30通过外啮合传动，丝杆37与第六齿轮30固定连接。

所述第五电机16安装在小臂外壳15上，并通过第五减速器43驱动第三齿轮42，第三齿轮42与第四齿轮41通过外啮合传动；所述第五关节输入轴40一端与第四齿轮41固定连接，另一端与第五齿轮38固定连接；所述第五齿轮38与第六齿轮30通过外啮合传动，第六齿轮30固定连接到丝杆37的一端，丝杆37的另一端驱动螺母35直线运动；所述螺母35通过第四轴承36安装在驱动板49上；所述导向杆34一端与小臂外壳15固定连接，另一端穿过螺母35上的滑动孔。

所述末端外壳19通过连接板53固定安装到伸缩装置17上；所述第六电机44固定安装在末端外壳19内，并通过第六减速器45和第六关节输入轴46驱动第七齿轮47，第七齿轮与第八齿轮48通过外啮合传动，所述末端输出法兰21与第八齿轮48固定连接。

图6和图7分别是本发明提供的伸缩机构实施例的主视图和侧视图，所述伸缩机构50包括连接板53、驱动板49以及n组沿周向布置的剪叉机构54，其中n为大于等于3的正整数；

所述n组剪叉机构54通过铰链与连接板53和驱动板49连接；优选地，所述的剪叉机构54由两级v型剪式机构52和m级x型剪式机构51铰接而成，其中m为大于等于0的整数。每个v型剪式机构52和x型剪式机构51均与一个相对应连接板53或者驱动板49铰接。若m等于0，驱动板49与第二级v型剪式机构52铰接；若m为大于等于1，驱动板49与第一级x型剪式机构51铰接。

实施本发明的技术方案，该机器人的可伸缩机构在小臂方向上可伸长或者缩短，能满足不同运动空间需求的场合。同时，本发明的可伸缩机构采用了多组剪叉机构，每一组剪叉机构同时伸长或者缩短，该过约束伸缩机构有良好的刚度特性，在机器人运动过程中不会发生大幅度的挠度变形，最大程度上保证机器人的运动精度。采用本发明实施例，能充分发挥串联机器人运动空间大，结构简单，成本低，控制简单等优点，具有广泛的应用前景和巨大的市场价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。