一种连杆-同步带联合传动的四自由度机器人的制作方法
【技术领域】
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[0001]本发明属于工业机器人技术领域，具体涉及一种连杆-同步带联合传动的四自由度机器人。
【背景技术】
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[0002]轻工、医药、食品和电子等行业的自动化生产线中，诸如分拣、包装、封装等作业往往需要末端执行器I在空间中进行高速作业的机械手。一般工业机器人价格较高，设备贵重，结构不够精密，尺寸比较大，占用空间大，结构笨重，无法满足人们同时对功能性、小空间、轻型化、高精度等多方面的较高要求。目前分拣类的四自由度机器人大多属于SCARA类型或者DELTA类型。虽然能够满足工也要求，但是SCARA机器人结构相对笨重，DELTA机器人占用空间相对较大。为满足轻负载快速轻型化市场的需求，杆件传动和同步带传动是一个有相对较好的发展方向。适应基本工业分拣应用，对环境要求不高，更具有柔性。可以提高机器人的研发速度，降低成本，为机器人进一步设计提供了方向及理论依据。
【发明内容】
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[0003]本发明的目的在于提供一种连杆-同步带联合传动的四自由度机器人，该机器人机构是一种连杆传动和同步带传动的混合传动方式，各传动链相互之间独立工作互不干涉，但是结构上却能合为一体，巧妙分工。
[0004]本发明所提供一种连杆-同步带联合传动的四自由度机器人包括机架18、末端执行器1、平行四边形四杆机构、同步带轮与同步带以及驱动装置。
[0005]所述驱动装置由第一驱动装置14、第二驱动装置25、第三驱动装置19以及第四驱动装置24组成，所述第一驱动装置14与第二驱动装置25同心安装于所述机架18的一侧，所述第三驱动装置19与第四驱动装置24同心安装于所述机架18的另一侧。
[0006]所述平行四边形机构由连接杆6、第二主动臂10、第一主动臂13和第一从动臂11构成，所述第一主动臂13与所述第二主动臂10是同心安装，所述第一主动臂13使用轴键连接在所述第一驱动装置14上，所述第二主动臂10使用轴键连接在所述第二驱动装置25上。
[0007]所述末端执行器I为花键滚珠丝杠结构，所述末端执行器I包括支架1-2、丝杠螺母1-1、丝杠花键1-3和丝杠1-4，所述末端执行器I通过所述支架1-2用螺栓与所述连接杆6固联。
[0008]所述同步带轮与同步带包括第一带轮22、第二带轮21、第三带轮17、第四带轮16、第五带轮12、第六带轮7、第七带轮4、第八带轮2和第九带轮26以及第一同步带23、第二同步带20、第三同步带15、第四同步带9、第五同步带8、第六同步带5以及第七同步带3。
[0009]所述第一主动臂13、第一从动臂11以及第五带轮12通过轴承和轴同心连接，形成转动副，相互之间可绕轴自由转动；所述第一从动臂11、连接杆6以及第六带轮7通过轴承和轴同心连接，形成转动副，相互之间可绕轴自由转动；所述第二主动臂10、连接杆6以及第七带轮4通过轴承和轴同心连接，形成转动副，相互之间可绕轴自由转动。
[0010] 所述第一驱动装置14与所述第四带轮16连接；所述第二驱动装置25与所述第三带轮17连接；所述第一带轮22与所述第四驱动装置24连接；所述第二带轮21与所述第三驱动装置19连接。
[0011 ] 所述第一带轮22与所述第三带轮17由所述第一同步带23传递转矩；所述第二带轮21与所述第四带轮16由第二同步带20传递转矩；所述第四带轮16与所述第五带轮12由所述第三同步带15传递转矩；所述第五带轮12与所述第六带轮7由所述第四同步带9传递转矩；所述第六带轮7与所述第九带轮26由所述第五同步带8传递转矩；所述第三带轮17与所述第七带轮4由所述第六同步带5传递转矩；所述第七带轮4与所述第八带轮2由所述第七同步带3传递转矩。其中第一带轮22和第二带轮21是主动轮，其他均属于从动轮。最终将第三驱动装置19的转矩传递到第九带轮26，将第四驱动装置24的转矩传递到第八带轮2，从而实现对末端执行器I的控制。
[0012]所述驱动装置采用伺服电机一减速器结构。
[0013]本发明采用平行四边形定理以及带轮与连杆共同传递动力的方式实现机构末端执行器I的四自由度运动，从而达到分拣工作的功能要求。该机构结构轻巧灵活，并且安装、调试与拆卸均十分方便，拥有现有四自由度分拣机构所不具备的特点和优势。
[0014]本发明具有以下技术特点:
[0015](I)本发明的末端执行器I的四自由度由四个相同的伺服电机驱动；
[0016](2)本发明将四个动力源通过连杆与同步带传动方式传递到末端执行器I上。
[0017](3)本发明将连杆和同步带融合使用于同一个机构且结构紧凑，互不干预，同时该机构安装拆卸简单，维护维修方便。
[0018](4)本发明能够实现沿X、Y、Z轴的3个平动自由度和I个绕Z轴的转动自由度，结构简单小巧，价格便宜，研发工期短，占用空间小，工作面始终保持水平，工作空间较大，可大量用于工业分拣等场合。
【附图说明】
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[0019]图1是本发明四自由度机器人结构示意图；
[0020]图2是本发明四自由度机器人侧面结构示意图；
[0021]图3是本发明四自由度机器人中驱动装置结构示意图；
[0022]图4是本发明四自由度机器人中平行四边形机构的俯视结构示意图；
[0023]图5是图4中局部A的剖视结构示意图；
[0024]图6是本发明四自由度机器人中末端执行器的结构示意图。
[0025]图中:末端执行器；1_1:丝杠螺母；1_2:支架；1_3:丝杠花键；1_4:丝杠；2:第八带轮；3:第七同步带；4:第七带轮；5:第六同步带；6:连接杆；7:第六带轮；8:第五同步带；9:第四同步带；10:第二主动臂；11:第一从动臂；12:第五带轮；13:第一主动臂；14:第一驱动装置；15:第三同步带；16:第四带轮；17:第三带轮；18:机架；19:第三驱动装置；20:第二同步带；21:第二带轮；22:第一带轮；23:第一同步带；24:第四驱动装置；25:第二驱动装置；26:第九带轮。【具体实施方式】:
[0026]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0027]如图1所示，本发明所提供一种连杆-同步带联合传动的四自由度机器人包括机架18、末端执行器I (一种花键滚珠丝杠，分别包括支架1-2、丝杠螺母1-1、丝杠花键1-3和丝杠1-4)、平行四边形四杆机构(分别包括第一主动臂13、第二主动臂10、第一从动臂11和连接杆6)、同步带轮与同步带(分别包括第一带轮22、第二带轮21、第三带轮17、第四带轮16、第五带轮12、第六带轮7、第七带轮4、第八带轮2和第九带轮26以及第一同步带23、第二同步带20、第三同步带15、第四同步带9、第五同步带8、第六同步带5和第七同步带3)、驱动装置(分别包括第一驱动装置14、第二驱动装置25、第三驱动装置19和第四驱动装置24)。所述平行四边形机构由连接杆6、第二主动臂10、第一主动臂13和第一从动臂11构成，所述第一主动臂13的杆长(见图5中的直线段P)等于连接杆6上两个安装孔的中心距离(见图5中的直线段Q);所述的第一从动臂11的杆长(见图5中的直线段N)等于第二主动臂10的杆长(见图5中的直线段M)。P、Q、N、M四条直线杆件构成的平行四边形，P、M交点为驱动点，由平行四边形原理易知，P、M的角度变化可以使连接杆6搭载的末端执行器I移动至操作空间内平面的任一点，为其提供平动二自由度。所述的末端执行器I支架1-2用螺栓固定于连接杆6上远离第一从动臂11的一端。所述的第一主动臂13和第二主动臂10是同心安装，第一主动臂13使用轴键连接在第一驱动装置14上，第二主动臂10使用轴键连接在第二驱动装置25上。所述的第一驱动装置14和第二驱动装置25同心安装于机架18同侧。所述的第三驱动装置19和第四驱动装置24同心安装于机架18另一侧，能够有效节省空间，使整个装置更加紧凑高效