一种关节型的工业机器人的制作方法

本发明涉及一种关节型的工业机器人，具体涉及一种改进机器人手臂运动的灵活性的结构。

背景技术：

过去在组装工厂和货物装卸场，阻碍物品有时分布在工件被存放和传输的目的地周边，在这种情况下，手臂组件和工件受到被转移目的地周围阻碍物品的干扰，应用于这种工作场的工业机器人很难移动机器人手臂。由于这种工业机器人的手臂组件仅仅是绕着连接轴摇摆，导致其手臂的运动灵敏度低。通过移走周边物品或将机器人手臂移动到不被周边物品干扰的位置上述问题可以被解决。然而，由于工件存放和被转移目的地的工作场的空间位置原因，这种方法有时很难应用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题提高机器人手臂运动灵活性，使其不用移走周边障碍物品，或不用将机器人手臂移动到不被周边物品干扰的位置就可以将工件顺利转移到目的地。

为了解决上述技术问题，本发明采用技术方案是：一种改进机器人手臂运动的灵活性的结构。

一种关节型的工业机器人，包括：基座、机器人手臂和机器人控制器，基座固定在地面上，机器人手臂连接到基座上，机器人手臂包括基部手臂组件、中间手臂组件和顶端手臂组件，通过连接轴彼此可摇摆地连接。顶端手臂组件有一手腕，中间手臂组件被分为基部部件和顶端部件，具有一旋转装置，用于相对于基部部件绕着臂轴旋转顶端部件，旋转装置包括一主动轴、一移动装置和一螺纹构件，移动装置被固定在基部部件或顶端部件其一上，而螺纹构件被固定在另一个上。

本发明要解决的优点和有益效果是：一种关节型的工业机器人，特别是一种改进机器人手臂运动的灵活性的结构，无需再移走障碍物或无需将机器人手臂移动到不被障碍物干扰的位置就可以将工件顺利转移到目的地。

附图说明

附图1：一个实例工业机器人的侧视图；

附图2：工业机器人后视放大图；

附图3：图1的A-A剖视图；

附图4：图3的B-B剖视图；

附图5：工业机器人的框图；

附图6：工业机器人的示意图；

附图7：图1的插图，显示中间手臂组件的顶端部件绕臂轴旋转；

附图8：工业机器人的后视图，显示中间手臂组件的顶端部件绕臂轴旋转；

附图9：图3的插图，显示在中间手臂组件的基部部件和顶端部件之间的连接器；

附图10：图9的C-C剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：一种关节型工业机器人包括基座(2)、机器人手臂(3)和机器人控制器(4)，基座(2)固定在地面上，机器人手臂(3)连接到基座(2)上，机器人手臂(3)包括基部手臂组件(11)、中间手臂组件(12)和顶端手臂组件(13)，通过连接轴彼此可摇摆地连接。顶端手臂组件(13)有一手腕(14)，中间手臂组件(12)被分为基部部件(20)和顶端部件(21)，具有一旋转装置(22)，用于相对于基部部件(20)绕着臂轴旋转顶端部件(21)，旋转装置(22)包括一主动轴(30)、一移动装置(31)和一螺纹构件(32)，移动装置(31)被固定在基部部件(20)或顶端部件(21)其一上，而螺纹构件(32)被固定在另一个上。

根据附图详细说明一种关节型机器人，改进机器人手臂运动灵活性的结构特征：机器人(1)用于在汽车组装工厂或装卸场等搬运工件W（仅在图1中显示），机器人(1)是由固定在地面上的基座(2)、机器人手臂(3)和机器人控制器(4)（图5所示）构成的，基座(2)是由主体部件(5)、旋转平台(6)和一对机器人手臂支撑元件(7)构成。旋转平台(6)通过一中枢轴支承在主体部件(5)上面，其通过平台驱动器(8)使其绕中枢轴旋转，平台驱动器(8)由电机、减速器等构成。如图2所示，每个机器人手臂支撑元件(7)都有一个板状，其从旋转平台(6)的上表面向上延伸，支撑元件(7)彼此相对，下端被固定在旋转平台(6)上。机器人手臂(3)包括一基部手臂组件(11)、一中间手臂组件(12)和一顶端手臂组件(13)，从基座(2)到顶端依次排列。顶端手臂组件(13)的端部有一个手腕(14)连接着材料手M，手臂组件(11)~(13)都是有空心杆构成的。

按图2和图8所示，紧挨着基座(2)的基部手臂组件(11)的末端有一对基部连接器(11a)，由手臂纵轴方向伸出。基部连接器(11a)在一定间隔范围内彼此相对，基部手臂组件(11)位于机器人手臂支撑元件(7)之间的基部连接件(11a)处，且在与支撑元件(7)的平行方向延伸。采用这种结构，由第一连接轴(16)将基部连接器(11a)可摇摆地与支撑元件(7)的上端邻近位置连接在一起，第一连接轴(16)穿过机器人手臂支撑元件(7)和基部连接件(11a)。第一连接轴(16)的两端设有可拆卸的制动器(17)用于防止第一连接轴(16)脱出。在机器人手臂支撑元件(7)和基部连接器(11a)之间还设有圆柱间隔器(18)，第一连接轴(16)通过圆柱间隔器(18)插入。邻近基座(2)的基部手臂组件(11)的端部外表面设有一对第一板元件(19)，如图1所示，第一板元件(19)在手臂组件径向伸出。如图2所示，第一板元件(19)形状相同且都是以一定间隔彼此平行伸出。参考图1，每个第一板元件(19)的凸出尖端都有一个弯曲头部(19 a)。参考图8，基部手臂组件(11)的顶端部设有一对顶端连接器(11 b)，其在手臂轴向伸出。顶端连接器(11 b)之间以一定间隔彼此相对。

如图1所示，中间手臂组件(12)在轴向中间位置分为基部部件(20)和顶端部件(21)，如图9和图10所示，基部部件(20)和顶端部件(21)通过一连接件(85)被连接，为的是绕着臂轴旋转时不被分离。且有一手臂旋转装置(22)用于相对于基部部件(20)绕臂轴旋转顶端部件(21)， 如图3所示，基部部件(20)在邻近顶端部件(21)的末端有一内壁(20a)，顶端部件(21)在邻近基部部件(20)的末端有一内壁(21a)。内壁(20a)和内壁(21a)由连接装置连在一起，为的是在绕着臂轴旋转时以免在臂轴方向彼此分开。旋转装置(22)包括一主动轴(30)、一移动装置(31)和一螺纹构件(32)。主动轴(30)由一梯形螺杆轴形成，在其外表面有一螺纹槽(30a)，螺纹构件(32)与主动轴(30)的螺纹槽(30a)啮合。主动轴(30)的外表面有2个轴向延伸的线性导向槽(30b)，其在180度上圆周均布。移动装置(31)被包含在顶端部件(21)的中空区域，其包括一电机(33)、一减速机构(34)和一螺母(35) ，用于轴向移动主动轴(30)。减速机构(34)和螺母(35)被包含在一个圆柱壳体(36)里。主动轴(30)通过电机(33)的输出轴(37)被插入，输出轴延伸到壳体(36)里，壳体(36)被固定在基部部件(20)上。减速机构(34)由行星齿轮系构成，减速机构(34)的一内部齿轮(38)在电机(33)一侧有一较小直径部件(38a)，在螺母(35)一侧有一较大直径部件(38b)。较小直径部件(38a)和较大直径部件(38b)是一个整体结构。较小直径部件(38a)通过螺栓(40)被固定在输出轴(37)上以便与输出轴(37)一体旋转，较大直径部件(38b)的内表面具有内齿(38c)。壳体(36)的轴向中间部件的内表面有一环形连接部分(41)，支撑轴(43)被固定在连接部分(41)上。支撑轴(43)可旋转底支撑与内部齿轮(38)的内齿(38c)啮合的行星齿轮(42)。沿着内部齿轮(38)的外周具有多个行星齿轮(42)和支撑轴(43)。在壳体(36)里，一圆柱输出旋转器(44)可旋转地支撑在两个齿轮(45)，输出旋转器(44)在电机(33)一侧有一个较小直径部件(44a)，在另一侧有一较大直径部件(44b)。较小直径部件(44a)和较大直径部件(44b)是一整体结构。较小直径部件(44a)的外表面有与行星齿轮(42)啮合的齿(44c)。轴承(45)被固定在输出旋转器(44)的较大直径部件(44b)的外表面上，螺母(35)是配合在较大直径部件(44b)的内表面。螺母(35)由螺栓(47)被固定在输出旋转器(44)上。螺母(35)的内表面有一凸缘与圆棒(61a)的螺纹槽(61c)啮合。壳体(36)用于限制主动轴(30)旋转的固定装置，具体地，闭合件(48)用螺栓(49)固定在壳体(36)上，闭合件(48)上设有一在壳体(36)向外伸出的连接部分(48a)，如图4所示，连接部分(48a)上设有两个固定板(50)用于固定，固定板(50)与主动轴(30)的导向槽(30b)匹配。螺纹构件(32)被固定在顶端部件(21)上，其上有个孔(32a)与主动轴(30)啮合。

如图8所示，邻近基座(2)的基部部件(20)的端部上设有基部连接器(12a)作为基部手臂组件(11)。中间手臂组件(12)被定位于基部连接器(12a)在顶端连接器(11b)之间的位置且平行于顶端连接器(11b)延伸。采用这种结构，基部连接器(12a)通过第二连接轴(24)可摇摆地与基部手臂组件(11)连接，第二连接轴(24)的结构与第一连接轴(16)相同。第二连接轴(24)的两端设有制动器(25)，在基部手臂组件(11)的顶端连接器(11b)和中间手臂组件(12)的基部连接器(12a)之间设有圆柱间隔器(26)。

如图7所示，中间手臂组件(12)的顶端部件(21)的顶部设有一对顶端连接器(12b)沿臂轴向伸出，顶端连接器(12b)以一定间隔彼此相对，如图8所示，顶端部件(21)的外表面和基部部件(20)的外表面设有第二板元件(27)，每个第二板元件(27)都有一个弯曲头部(27a)。

如图7所示，邻近基座(2)的顶端手臂组件(13)的端部设有基部连接器(13a)，顶端手臂组件(13)定位基部连接器(13a)平行于中间手臂组件(12)的顶端连接器(12b)。采用这种结构，基部连接器(13a)通过第三连接轴(55)可摇摆地与中间手臂组件(12)连接，第三连接轴(55)结构与第一连接轴(16)相同，其两端设有制动器(56)，在中间手臂组件(12)的顶端连接器(12b)和顶端手臂组件(13)的基部连接器(13a)之间设有圆柱间隔器(59)，如图1所示，邻近基座(2)的顶端手臂组件(13)的外表面设有第三板元件(60)，每个元件都有一个弯曲头部(60a)。

基部手臂组件(11)是由基部手臂驱动装置(61)驱动，基部手臂驱动装置(61)包括一拉杆(61a)和一用于轴向移动拉杆(61a)的主要部件(61b)。拉杆(61a)和主要部件(61b)的结构分别与主动轴(30)和移动装置(31)相同，主要部件(61b)的外表面通过平行于第一连接轴(16)的轴(64)可旋转地与机器人手臂支撑单体(7)连接。如图2所示，垂直于拉杆(61a)方向延伸的连接杆(65)被固定在拉杆(61a)的端部，连接杆(65)被定位在第一板元件(19)的弯曲头部(19a)之间，通过轴(66)可旋转地与弯曲头部(19a)连接，连接杆(65)和弯曲头部(19a)之间设有间隔器(67)。

如图1所示，中间手臂组件(12)由中间手臂驱动装置(62)驱动，中间手臂驱动装置(62)有一拉杆(62a)和一主要部件(62b)，主要部件(62b)通过轴(68)可旋转地与第一板元件(19)连接，如图8所示，拉杆(62a)的端部的连接杆(70)与基部部件(20)的第二板元件(27)的弯曲头部(27a)通过轴(69)连接。标号(71)代表间隔器。

顶端手臂组件(13)由顶端手臂驱动装置(63)驱动，顶端手臂驱动装置(63)有一拉杆(63a)和一主要部件(63b)。主要部件(63b)通过轴(75)可旋转地与顶端部件(21)的第二板元件(21)连接。如图7所示，拉杆(63a)的端部的连接杆(79)通过轴(76)与第三板元件(60)的弯曲部分(60a)连接，标号(80)表示的是间隔器。顶端手臂组件(13)的顶端设有一手腕驱动装置(78)用于在臂轴方向往复手腕(14)，手腕驱动装置(78)包括一拉杆(78a)和一用于在臂轴方向移动拉杆(78a)的主要部件(78b)。拉杆(78a)和主要部件(78b)分别与主动轴(30)和移动装置(31)结构相同。

基部手臂驱动装置(61)、中间手臂驱动装置(62)和顶端手臂驱动装置(63)构成了本发明的手臂驱动装置。

如图5所示，平台驱动装置(8)、基部手臂驱动装置(61)、中间手臂驱动装置(62)，顶端手臂驱动装置(63)、手臂旋转器(22)和手腕驱动装置(78)与机器人控制器(4)连接，根据机器人控制器(4)的指令彼此独立工作。

如图3，在上述结构的工业机器人(1)，当机器人控制器(4)启动手臂旋转器(22)的电机(33)时，输出轴(37)旋转内部齿轮(38)，内部齿轮(38)旋转行星齿轮(42)，使得输出旋转器(44)和螺母(35)在相反内部齿轮(38)的旋转方向旋转。螺母(35)的旋转速度由减速机构(34)降低到预定速度，使得螺母(35)的扭矩增加。同时，主动轴(30)由导向件(50)防止其旋转，且沿着导向件(50)轴向行进（如图3箭头X向所示）。由于主动轴(30)轴向行进，与主动轴(30)啮合的螺纹构件(32)绕主动轴(30)旋转（如图3箭头Y向所示）。因此，如图6所示，中间手臂组件(12)的顶端部件(21)相对于基部部件(20)绕手臂轴向旋转，顶端部件(21)的扭矩由主动轴的推力实现。主动轴(30)的推力是高度安全的，因为减速机构(34)增加了螺母(35)的扭矩，因此，顶端部件(21)的扭矩充分获得。顶端部件(21)的旋转方向由电机(33)的旋转方向改变而改变（正向或反向），顶端部件(21)的旋转角度通过改变电机(33)的运行周期而设置。

当机器人控制器正向或反向触发基部手臂驱动装置(61)的电机时，拉杆(61a)轴向前行以便伸出主要部件(61b)的拉杆(61a)的长度被改变。相应的，如图6箭头S所示，基部手臂组件(11)绕第一连接轴(16)摆动，同样，中间手臂组件(12)和顶端手臂组件(13)也分别由中间手臂驱动装置(62)和顶端手臂驱动装置(63)驱动绕第二连接轴(24)和第三连接轴(55)摆动，如图6中箭头T和箭头U所示。此外，当平台驱动器(8)被触发时，整个机器人手臂(3)绕垂直轴旋转。

如图1所示状态下，当中间手臂组件(12)的顶端部件(21)由手臂旋转器(22)旋转大约90度（图7和图8所示状态）时，顶端手臂组件(13)、第三连接轴(55)和顶端手臂驱动装置(63)以相同旋转角度在相同方向旋转。通过旋转连同第三连接轴(55)的旋转顶端手臂组件(13)和顶端手臂驱动装置(63)，顶端手臂组件(13)的摇摆方向可以被改变。因此，机器人手臂(3)获得改进移动灵活性。

工件W仅仅通过手腕驱动装置(78)的电机就可以在臂轴方向移动，没有旋转旋转平台(6)或摇摆手臂组件(11)或(12)。手腕(14)的移动方向通过改变手腕驱动器(78)的电机的旋转方向（正向或反向）而改变。

综上所述，这种工业机器人(1)，中间手臂组件(12)被分为基部部件(20)和顶端部件(21)，顶端部件(21)相对于基部部件(20)旋转，因此，顶端手臂组件(13)的摇摆方向可以被改变，机器人手臂(3)的灵活性移动可以被提高。机器人手臂(3)可以被移动，这样的话，不用移走工件存放或转移目的地周边的障碍物，手臂组件和工件W就不会被周围障碍物所干扰就可以被转移到目的地。因此，机器人手臂(3)可以安稳地转移工件W。