专利名称：一种六自由度工业机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机器人，尤其涉及一种六自由度工业机器人。
背景技术：
在我国，正在大力发展制造业，它也是一个国家实力的体现，而制造业的其中一个 很重要的发展方向就是借助于现代科技，实现制造过程的自动化。在这过程中，各种工业 机器人在其中必起到一个很重要的作用，很多操作任务将会由各种各样的工业机器人来完 成。另外，随着科技的发展以及社会的进步，对各种产品的要求也越来越高，且要求产 品的价格适中，体现出一种真正的价廉物美。采用工业机器人可帮助企业经营者们来满足 这种市场的需求，由于是机器人操作，只要程序设定的正确，则在其整个操作过程中，就不 会产生误差，对产品的整体质量产生一个质的提高。同时又节省了大量的劳动成本。正因为工业机器人具有人不可替代的优点，它在近期得到了飞速的发展，在欧洲 每年投入到工业生产中的机器人以50000套左右的速度在提增，而在亚洲则在80000套左 右的速度在提增。在我国由于原有的制造业基础较差，很多的工业操作过程以前均是由人工来完成 的。近几年来，我国制造业的发展速度在整个亚洲地区处于前列，越来越多的机械制造厂以 及各种各样的流水线生产均开始采用工业机器人。但是目前在我国使用的工业人机器人中 (特别是高档机器人)，绝大部分都是进口的，真正国内制造的只是占据了很小的一部分。
发明内容要解决的技术问题本实用新型提供了一种六自由度工业机器人，解决了上述的我国工业机器人设备 配备不完善，人工流水线作业，降低工作效率的问题。本实用新型通过以下技术方案解决技术问题一种六自由度工业机器人，包括底座，底座支柱，主臂，副臂，腕部部件，第一转轴， 第二转轴，第三转轴，第四转轴，伺服电机；底座上固定连接底座支柱，底座支柱的上端连接 第一转轴，第二转轴垂直设置在第一转轴的一端上，第二转轴的另一端与主臂连接，主臂绕 第一转轴水平旋转，又绕第二转轴相对于第一转轴垂直旋转；第三转轴相对于第二转轴平 行，副臂绕第三转轴相对主臂垂直旋转，副臂内相对第三转轴垂直布置第四转轴，第四转轴 一端连接腕部部件，腕部部件绕第四转轴旋转，伺服电机通过主臂与副臂内的齿轮传动组 驱动第一转轴，第二转轴，第三转轴，第四转轴旋转；驱动第一转轴的伺服电机安装在底座 支柱内。本实用新型所述的六自由度工业机器人，所述的腕部部件包括通用接头，第五转 轴，第六转轴，齿轮组；齿轮组分别设置在第四转轴与第五转轴上并相互啮合，第六转轴上 的齿轮组与第五转轴的齿轮组啮合，第五转轴、第六转轴布置在通用接头内，通用接头设置在副臂的前端部。本实用新型所述的六自由度工业机器人，所述的第一转轴转向角度范围是 0-300° 。本实用新型所述的六自由度工业机器人，所述的第二转轴转向角度范围是 0-120° 。本实用新型所述的六自由度工业机器人，所述的第三转轴转向角度范围是 0-120° 。本实用新型所述的六自由度工业机器人，所述的第四转轴转向角度范围是 0-360° 。有益效果本实用新型提供的工业机器人，利用底座、主、副臂之间的配合模拟人工工业提 高劳动生产率；启用完善的电气方案是工业机器人能够精确对产品进行加工，提高产品的 合格率和产品的整体质量；工业机器人替代人工操作节省劳动成本；本工业机器人结构简 单成本较低，替换掉进口机器人，节省大量资金；而且该机器人可根据不断开发的生产线， 进行配套安装使用。
图1是本实用新型结构示意图；图2是图1中A-A的放大示意图；图3是主臂内齿轮传动组机构示意图；图4是副臂内齿轮传动组机构示意图； 图5是机器人电气控制框图；图中1是底座、11是底座支柱、2是主臂、3是副臂、4是腕部部件、5是第一转轴、51 是第二转轴、52是第三转轴、54是第四转轴、55是第五转轴、6是伺服电机、7是通用接头、8 是齿轮组。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型进一步详细说明如图1、图2所示一种六自由度工业机器人，包括底座1，底座支柱11，主臂2，副 臂3，腕部部件4，第一转轴5，第二转轴51，第三转轴52，第四转轴53，伺服电机6 ；底座1上 固定连接底座支柱11，底座支柱11的上端连接第一转轴5，第二转轴51垂直设置在第一转 轴5的一端上，第二转轴51的另一端与主臂2连接，主臂2绕第一转轴5水平旋转，又绕第 二转轴51相对于第一转轴5垂直旋转；第三转轴52相对于第二转轴51平行，副臂3绕第 三转轴52相对主臂2垂直旋转，副臂3内相对第三转轴52垂直布置第四转轴53，第四转 轴53 —端连接腕部部件4，腕部部件4绕第四转轴53旋转，伺服电机6通过主臂2与副臂 3内的齿轮传动组驱动第一转轴5，第二转轴51，第三转轴52，第四转轴53旋转；驱动第一 转轴5的伺服电机6安装在底座支柱11内。腕部部件4包括通用接头7，第五转轴54，第六转轴55，齿轮组8 ；齿轮组8分别设 置在第四转轴53与第五转轴54上并相互啮合，第六转轴55上的齿轮组8与第五转轴55
4的齿轮组8啮合，第五转轴54、第六转轴55布置在通用接头7内，通用接头7设置在副臂3 的前端部。图4、图5所述该六自由度机器人的主臂与副臂内的结构紧凑，由于机构本身的特 点，与其他机器人相比，同样尺寸的机器人，该机器人所传递的扭矩要比其他的大；该机器 人可根据实际工作要求，可以自身配备减速机构，也可以外配减速机构。下表是各个转轴的转向范围 本机器人的电气部分集中在电控箱内，各轴的运动分别由伺服电机来控制，每轴 的运动速度在一定范围内可进行调节，整个动作的控制由运动控制器来控制，整个机器人 的运动方式可进行事先模拟，待确定后再进行实际动作，各信号之间的传输由通讯电缆来 完成。具体如下(1)总体方案本机器人推荐采用三菱公司Q系列模块式PLC作为主控器件，控制机器人的逻辑 动作。采用采用三菱公司Q系列Q172CPUN运动控制器作为运动的主控制器。Q172CPUN运 动控制器最多可控制8轴的运动控制，本机器人实现6个自由度，即6轴的位置运动，6轴的 具体运动详见机械部分方案。操作面板采用三菱公司5. 7寸256色真彩GT1155-QSBD-C触 摸屏，操作界面设计友好。机器人的运动轨迹可在上位PC机模拟仿真后，通过下载电缆下 载至PLC中，实现OFFLINE仿真控制。(2)逻辑动作控制逻辑动作控制采用三菱公司Q系列QOlCPU作为动作逻辑控制的中央处理器(CPU)，配以底板(Q312B)、电源模块(Q61P)、输入模块(QX40-S1)、输 出模块(QY41P)等组成模块式的PLC，控制机器人的相关逻辑动作。(3)操作界面操作面板采用三菱公司5. 7寸256色真彩GT1155-QSBD-C触摸屏，操作界面设计友好。(4)定位控制机器人的定位控制采用三菱公司Q系列Q172CPUN运动控制器作为运动的主控 制器，控制机器人6轴的动作。6轴动作的执行器件采用位控+伺服放大器+伺服电机所 构成的半闭环控制系统。(控制元器件清单详见电气控制元器件清单)。位控单元根据 Q172CPUN运动控制器的指令分配出正确的正反向脉冲，此脉冲传送至伺服放大器，伺服放 大器产生正确的驱动信号，驱动伺服电机转动正确的圈数和角度，从而控制各轴机械驱动 装置完成正确的行程和角度，实现预期的轨迹。(5)离线仿真机器人的运动轨迹设计相关运动轴的运动，设计比较复杂。为此，设有离线仿真系统。该仿真系统安装在上位PC上，上位PC机根据操作者输入的运动的位置，依据一定的算 法，设计出优化的3D (三维)运动轨迹，仿真程序根据3D轨迹自动生成机器人各个运动轴 所要运动的距离和角度，生成好的数据可由下载程序通过通信电缆下载至PLC的中央处理 器中。PLC将此数据分配至各种运动单元，完成与离线模拟相同的运动轨迹。离线仿真程序 可根据本机器人的实际动力方程采用c++、JAVA、MATLAB、C#等软件编制。
权利要求一种六自由度工业机器人，其特征在于包括底座(1)，底座支柱(11)，主臂(2)，副臂(3)，腕部部件(4)，第一转轴(5)，第二转轴(51)，第三转轴(52)，第四转轴(53)，伺服电机(6)；底座(1)上固定连接底座支柱(11)，底座支柱(11)的上端连接第一转轴(5)，第二转轴(51)垂直设置在第一转轴(5)的一端上，第二转轴(51)的另一端与主臂(2)连接，主臂(2)绕第一转轴(5)水平旋转，又绕第二转轴(51)相对于第一转轴(5)垂直旋转；第三转轴(52)相对于第二转轴(51)平行，副臂(3)绕第三转轴(52)相对主臂(2)垂直旋转，副臂(3)内相对第三转轴(52)垂直布置第四转轴(53)，第四转轴(53)一端连接腕部部件(4)，腕部部件(4)绕第四转轴(53)旋转，伺服电机(6)通过主臂(2)与副臂(3)内的齿轮传动组驱动第一转轴(5)，第二转轴(51)，第三转轴(52)，第四转轴(53)旋转；驱动第一转轴(5)的伺服电机(6)安装在底座支柱(11)内。
2.据权利要求1所述的六自由度工业机器人，其特征在于所述的腕部部件(4)包括 通用接头(7)，第五转轴(54)，第六转轴(55)，齿轮组(8)；齿轮组(8)分别设置在第四转轴 (53)与第五转轴(54)上并相互啮合，第六转轴(55)上的齿轮组(8)与第五转轴(55)的齿 轮组(8)啮合，第五转轴(54)、第六转轴(55)布置在通用接头(7)内，通用接头(7)设置在 副臂(3)的前端部。
3.根据权利要求1所述的六自由度工业机器人，其特征在于所述的第一转轴(5)转 向角度范围是0-300°。
4.根据权利要求1所述的六自由度工业机器人，其特征在于所述的第二转轴(51)转 向角度范围是0-120°。
5.根据权利要求1所述的六自由度工业机器人，其特征在于所述的第三转轴(52)转 向角度范围是0-120°。
6.根据权利要求1所述的六自由度工业机器人，其特征在于所述的第四转轴(53)转 向角度范围是0-360°。
专利摘要一种六自由度工业机器人，包括底座，底座支柱，主臂，副臂，腕部部件，第一转轴，第二转轴，第三转轴，第四转轴，伺服电机；底座上固定连接底座支柱，伺服电机通过主臂与副臂内的齿轮传动组驱动第一转轴，第二转轴，第三转轴，第四转轴旋转；驱动第一转轴的伺服电机安装在底座支柱内，本实用新型提供的工业机器人，启用完善的电气方案使工业机器人能够精确对产品进行加工，提高产品的合格率和产品的整体质量；工业机器人替代人工操作节省劳动成本；本工业机器人结构简单成本较低，替换掉进口机器人，节省大量资金；而且该机器人可根据不断开发的生产线，进行配套安装使用。
文档编号B25J9/08GK201664923SQ20102015712
公开日2010年12月8日 申请日期2010年4月9日 优先权日2010年4月9日
发明者李致金, 袁安富 申请人:南京信息工程大学