一种五轴机器人的制作方法

本实用新型属于机器人领域，尤其涉及一种五轴机器人。

背景技术：

在工业应用中，经常需要使用到多轴机器人。

目前市面上兼具灵活性和低成本的主流机器人为四轴SCARA机器人，该类型机器人主要以竖直方向为轴心，在水平面上进行旋转和定位，其三个旋转关节轴线相互平行，末端为竖直方向的移动关节。SCARA机器人定位快速，但应用场合受限，无法处理需要空间翻转动作的高自由度作业类型。

五轴机器人能够应用在环境要求更高的场合，但是，现有五轴机器人一般是空间旋转构型，即以水平方向为轴心，在竖直面上进行旋转，该工作方式运算复杂，受到机身运动惯量或者自身重量的影响较大，速度相对较慢，缺乏灵活性，且制作成本高，有待改善。

技术实现要素：

本实用新型实施例的目的在于提供一种五轴机器人，以解决现有的五轴机器人灵活性低和成本高的问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种五轴机器人，包括五个轴，每个轴分别对应第一自由度、第二自由度、第三自由度、第四自由度、第五自由度，五个自由度对应承载运动的部件依次连接，其中，

第一自由度运动为在竖直方向上进行的升降运动，所述升降运动带动第二至五自由度对应承载运动的部件整体进行升降运动；

第二自由度运动为以靠近第一自由度的一端为轴心进行的第一水平旋转运动，所述第一水平旋转运动带动第三、四、五自由度对应承载运动的部件整体进行水平运动；

第三自由度运动为以靠近第二自由度的一端为轴心进行的第二水平旋转运动，所述第二水平旋转运动带动第四、五自由度对应承载运动的部件整体进行水平运动；

第四自由度运动为以承载运动的部件自身沿水平方向的轴心进行的自身旋转运动，所述自身旋转运动带动所述第五自由度对应承载运动的部件整体进行竖直面的旋转运动；

第五自由度运动为以承载运动的部件末端的轴心进行的旋转运动。

进一步地，所述第一自由度对应承载运动的部件包括伺服电机和滚珠丝杆运动副结构组件。

进一步地，第一水平旋转运动和第二水平旋转运动的旋转轴线互相平行。

进一步地，第四自由度运动的旋转轴线与第三自由度运动对应承载运动的部件末端共线。

进一步地，各个轴的驱动装置上分别连接有减速装置。

进一步地，所述第一自由度包括：

底座；

可在所述底座上升降的主臂；

固定于所述底座上的第一电机；

与所述第一电机的输出轴固定相连的第一同步带轮组件；

丝杆，所述丝杆沿竖直方向设置，所述丝杆的末端与第一同步带轮组件远离所述第一电机的输出轴的一端紧固连接；

与所述丝杆适配的丝杆螺母，所述主臂与所述丝杆螺母固定连接。

进一步地，所述第二自由度包括：

可水平旋转的大臂；

固定于所述主臂上的第二电机，所述第二电机的输出轴与所述大臂固定连接。

进一步地，所述第三自由度包括：

可水平旋转的小臂；

固定于所述主臂上的第三电机；

与所述第三电机连接的第三同步带轮组件；

位于大臂内的、且与所述小臂连接的第四同步带轮组件；

所述第三同步带轮组件未与所述第三电机连接的一端和所述第四同步带轮组件未与所述小臂连接的一端之间设有传动轴。

进一步地，所述小臂与所述第四同步带轮组件之间设有第三谐波减速机。

进一步地，所述第四自由度包括：

可以自身水平轴心进行旋转的手腕臂；

固定于所述小臂上的第四电机，所述第四电机的输出轴与所述手腕臂连接。

进一步地，所述第五自由度包括设于所述手腕臂上的第五电机和设于所述第五电机输出轴上的旋转部；所述第五电机的旋转面与所述第四电机的旋转面相互垂直。

本实用新型实施例提供了一种五轴机器人，根据目标终点位置，将通过第一自由度的升降运动定位到所需高度，第二、三自由度进行水平旋转，定位到目标终点所需的水平面位置，从而实现空间三维基本定位，第四自由度实现竖直面的旋转运动，确定工作姿态后，由第五自由度末端的输出轴带动旋转实现作业。所述第二、三、四、五自由度的旋转角度，通过合理的结构及臂长设计，均可达到360°

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的五轴机器人运动构型图；

图2是本实用新型实施例提供的五轴机器人的立体图；

图3是图2的剖视图；

图4是本实用新型实施例提供的五轴机器人另一运动角度的立体状态图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种五轴机器人，包括五个轴，每个轴分别对应第一自由度J1、第二自由度J2、第三自由度J3、第四自由度J4、第五自由度J5，五个自由度对应承载运动的部件依次连接，其中，

第一自由度运动为在竖直方向上进行的升降运动，所述升降运动带动第二至五自由度对应承载运动的部件整体进行升降运动；

第二自由度运动为以靠近第一自由度的一端为轴心进行的第一水平旋转运动，所述第一水平旋转运动带动第三、四、五自由度对应承载运动的部件整体进行水平运动；

第三自由度运动为以靠近第二自由度的一端为轴心进行的第二水平旋转运动，所述第二水平旋转运动带动第四、五自由度对应承载运动的部件整体进行水平运动；

第四自由度运动为以承载运动的部件自身沿水平方向的轴心进行的自身旋转运动，所述自身旋转运动带动所述第五自由度对应承载运动的部件整体进行竖直面的旋转运动；

第五自由度运动为以承载运动的部件末端的轴心进行的旋转运动。

本实施例的五轴机器人，根据目标终点位置，将通过第一自由度的升降运动定位到所需高度，第二、三自由度进行水平旋转，定位到目标终点所需的水平面位置，从而实现空间三维基本定位，第四自由度实现竖直面的旋转运动，确定工作姿态后，由第五自由度末端的输出轴带动旋转实现作业。所述第二、三、四、五自由度的旋转角度，通过合理的结构及臂长设计，均可达到360°。

所述第一自由度对应承载运动的部件包括伺服电机和滚珠丝杆运动副结构组件。

第二自由度所以对应的第一水平旋转运动和第三自由度所对应的第二水平旋转运动的旋转轴线互相平行。

第四自由度对应承载运动的部件与第三自由度对应承载运动的部件沿着同一水平线相连，且第四自由度运动的旋转轴线与第三自由度运动对应承载运动的部件末端共线。

进一步地，各个轴的驱动装置上分别连接有减速装置。

如图2、3所示，提供一实施例的五轴机器人100，五个自由度的运动分别通过依次相连的主臂110、大臂120、小臂130、手腕臂140、及旋转部150实现；所述主臂110可在竖直方向上运动；所述大臂120和所述小臂130可分别在水平面上进行旋转运动；所述手腕臂140可在竖直面上旋转；所述旋转部150可轴向旋转。

当然，本实施例中的主臂110、大臂120、小臂130、手腕臂140的名称修饰并不限定在其他实施例中的机械臂的结构大小。

具体的，所述第一自由度J1包括：

底座160；

可在所述底座160上升降的主臂110；

固定于所述底座160上的第一电机112；

与所述第一电机112的输出轴固定相连的第一同步带轮组件113；

丝杆114，所述丝杆114沿竖直方向设置，所述丝杆114的末端与第一同步带轮组件113远离所述第一电机112的输出轴的一端紧固连接；

与所述丝杆114适配的丝杆螺母115，所述主臂110与所述丝杆螺母115固定连接。

进一步地，底座160为一腔体结构，所述主臂110和第一自由度分别位于所述底座160内。

本实施例的底座160采用方形的腔体结构，当然在其他实施例中，可根据需要设计所述底座的外形，如圆形、棱形等等。

同时，本实施例的底座160采用一体成型，其他实施例中，可以采用拼接或组合的方式。

为了能够节约体积和降低驱动能耗，所述主臂110的至少一部分部件在所述底座160的空间范围内运动。即，所述主臂110可在腔体结构的底座上伸缩，从而实现整个机器人在竖直方向的升降。

具体的，所述第一电机112的输出轴转动，通过与之第一同步带轮组件113带动丝杆114转动，从而实现与丝杆螺母115相连的主臂110在所述丝杆114上升降运动，最终带动与所述主臂110相连的大臂120、与所述大臂120远离所述主臂的一端相连的小臂120、与所述小臂120远离所述大臂120的一端相连的手腕臂130、以及设于所述手腕臂130上的旋转部150整体进行升降运动，实现高度调节。

所述第一同步带轮组件113包括分别与第一电机112的输出轴和丝杆相连的两个带轮(图未标)和套设于两个带轮上的同步带(图未标)。

由于同步带轮组件本身为现有技术，本实施例中，不详细描述其具体的结构和形状、以及不同大小、形状的选择对产品的效果的影响。

进一步地，所述丝杆114的两端封闭套设有轴承组件116，所述轴承组件116固定于所述底座160上，通过所述轴承组件116实现所述丝杆的定位。

继续参阅图2、3，所述第二自由度J2包括：

可水平旋转的大臂120；

固定于所述主臂110上的第二电机122，所述第二电机122的输出轴与所述大臂120固定连接。

进一步地，所述第二自由度还包括固定于所述主臂110上的第二谐波减速机123、以及连接于所述第二电机122与所述第二谐波减速机123之间的第二同步带轮组件124。

所述同步带轮组件124一端与所述第二电机122的输出轴(图未标)固定连接，另一端与所述第二谐波减速机123的输入端连接，所述第二谐波减速机123的输出端与所述大臂120固定连接。

通过谐波减速机的设置，利用高减速比和较大的承载扭矩，实现高精度高效率的运动和定位。

所述第三自由度J3包括：

可水平旋转的小臂130；

固定于所述主臂110上的第三电机132；

与所述第三电机132连接的第三同步带轮组件133；

位于大臂120内的、且与所述小臂130连接的第四同步带轮组件134；

所述第三同步带轮组件133未与所述第三电机132连接的一端和所述第四同步带轮组件134未与所述小臂130连接的一端之间设有传动轴135。

本实施例的五轴机器人将第二电机122、第三电机132分别都固定在所述主臂110上，而所述主臂110设置于所述底座160上，使得所述机器人的远端的机械臂的重量减轻，降低了机器人的本身负荷，同时又降低了所述大臂120的负载，使得驱动的能耗大大降低，且使得大臂120的运动更加轻松。同时由于重量集中于所述底座160上，使得所述机器人整体更加稳重。

进一步地，所述小臂130与所述第四同步带轮组件133之间设有第三谐波减速机136。

本实施例通过所述大臂120和小臂130的分别水平面旋转，从而实现在水平面上任意位置的定位。

本实施例中，所述第二电机122和第三电机132呈现水平排列设置，且分别位于所述主臂的两侧，所述第三电机132位于靠近所述小臂130的一侧。使得本实施例的机器人的底座160及内部的部件整体重心合理，机器人本身相当稳定；同时由于所述第二电机122和第三电机132分别位于主臂的两侧，当第二电机122和第三电机132同时运转时，所述机器人也不会因为电机的转动产生重心偏移的问题。

进一步地，所述第二电机122和第三电机132与所述第一电机112呈现等腰三角形状态分布。

进一步地，所述丝杆114设置在远离所述旋转轴150主要工作的一侧。

所述第四自由度J4包括：

可以自身水平轴心进行旋转的手腕臂140；

固定于所述小臂130上的第四电机142，所述第四电机142的输出轴与所述手腕臂140连接。

进一步地，所述手腕臂140与所述第四电机142之间设有第四谐波减速机143；所述第四电机142与所述第四谐波减速机143的输入端连接；所述第四谐波减速机143的输出端与所述手腕臂140连接。

所述手腕臂140通过第四电机142和第四谐波减速机143的配合实现在竖直面的旋转，其旋转的轴心与所述小臂的末端结构轴心共线，且所述手腕臂140的旋转范围可达360°。

所述第五自由度J5包括设于所述手腕臂140上的第五电机152和设于所述第五电机152输出轴上的旋转部150；所述第五电机150的旋转面与所述第四电机142的旋转面相互垂直。

具体的，所述旋转部150在所述手腕臂140的末端进行轴向旋转。

进一步地，所述第五电机152与所述旋转部150之间设有第五谐波减速机153,第五谐波减速机153固定于所述手腕臂140上，所述第五电机152的输出轴与所述第五谐波减速机153的输入端连接，所述第五谐波减速机153的输出端与旋转部150连接。

如图4所示，可知所述构型五轴机器人的作业方式灵活多样，第二至第五自由度均可实现360度全范围作业。

本实施例中提高各个部件名称前含有的第一、或者第二、或者第三、或者第四、或者第五皆不对所属部件的结构进行限定，仅为了区分所在位置的不同。以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。