小型五轴串联搬运机器人装置的制作方法

本发明是一款具有很高负载/自重比的小型五轴搬运机器人，机器人不仅可以在水平面上安装，也可以在有一定斜度的地方安装，用来精确完成对小型物品的搬运和包装。

背景技术：

传统市场上常用的搬运机器人的结构为平行四边形结构，因为其可以保证其执行末端始终与水平面平行，这样有利于物品的搁放和在搬运过程中的安全性，但是其对机器人的固定位置有要求。我们设计的小型的五轴机器人，结合了平行四边形结构并为机器人增加了一个自由度，这样机器人不仅可以在平面上安装，也可以在有一定斜度的地方安装，这样增加了机器人的使用范围。我们设计的机器人主要用于食品、医药等小型物品的搬运和教学使用，弥补国内市场上的空白，对以后小型机器人的产业化发展提供必要的理论依据和指导作用。

技术实现要素：

本发明目的是研发一款具有很高负载/自重比的小型五轴搬运机器人，用于对食品、电子产品等小型物品的搬运和包装。

本发明装置主要包括机器人底座、腰部机构、大臂机构、小臂机构、手腕机构、末端执行器和驱动传动装置。

驱动装置包括在机器人底座内部竖直放置的交流伺服电机，为了减小力矩而放在底座上方驱动大臂杆和小臂杆的两个交流伺服电机，以及驱动机器人腕部和末端执行的两个步进电机。传动装置包括对腰部进行变速的二级减速器，以及对大臂和小臂进行变速的二级直角减速器，其中交流伺服电机输出轴与减速器输入端通过夹紧力连接,减速器输出端与机器人旋转轴通过梅花联轴器相连。

所述的机器人腰部机构包括一轴旋转轴、法兰盘和机器人腰部。机器人的法兰盘固定在机器人底座上，一轴旋转轴与机器人腰部通过螺栓固定，一轴旋转轴通过梅花联轴器与减速器相连，交流伺服电机通过螺栓固定在电机支撑架，电机支撑架焊接在机器人底座上。

所述的机器人大臂机构和小臂机构，包括碳纤维材质的大臂杆、大臂输入轴、大臂杆底端关节、大臂杆上端关节、碳纤维材质的小臂杆、小臂输入轴、小臂杆底端关节、小臂杆上端关节、小臂旋转关节、纤维材质的腕部支撑杆、腕部支撑杆关节、四通连接器和大小臂连接杆。大臂输入轴一端与二级直角减速器通过梅花联轴器连接，大臂杆底端关节与大臂输入轴另一端连接，大臂杆底端关节和大臂杆上端关节分别与大臂杆连接，大臂杆上端关节与四通连接器连接；小臂输入轴一端与二级直角减速器通过梅花联轴器连接，小臂输入轴另一端与小臂旋转关节连接，小臂杆底端关节与小臂旋转关节连接，小臂杆上端关节和大小臂连接杆连接。

所述的机器人手腕机构包括腕部输入轴和末端执行器支撑架，通过步进电机带动末端执行器支撑架旋转；末端执行器由步进电机直接驱动旋转，步进电机固定在末端执行器支撑架上。

本发明机器人的四轴和五轴没有传动装置，采用步进电机直接驱动，不仅提高了精度，而且降低了机器人的质量和成本；由于机器人的大臂杆和小臂杆以及腕部支撑杆采用了强度高质量轻的碳纤维材料，所以在降低质量的同时，也减小了对机器人扭矩的影响。本发明设计了一款高负载/自重比的小型五轴搬运机器人，相比平行四边形结构的搬运机器人，我们增加了机器人末端执行器的旋转自由度，这样其不仅可以安装在水平面上，而且还可以安装在有一定角度的平面上。

附图说明

图1为本发明小型五轴串联搬运机器人装置的结构示意图；

图2为本发明小型五轴串联搬运机器人装置的左视图；

图3为本发明小型五轴串联搬运机器人装置的底座及腰部的内部结构图；

图4为本发明小型五轴串联搬运机器人装置的腰部剖视图；

图5为本发明小型五轴串联搬运机器人装置的底座剖视图；

图6为本发明小型五轴串联搬运机器人装置的腕部结构图。

具体实施方式

本发明结合附图和小型五轴串联搬运机器人达到所需功能要求，具体操作的描述如下。

如图所示，此机构主要包括底座（1）、法兰盘（2）、机器人腰部（3）、小臂旋转关节（4）、小臂杆底端关节（5）、小臂杆（6）、大小臂连接杆（7）、四通连接器（8）、腕部支撑杆（9）、腕部支撑杆关节（10）、步进电机（11）、末端执行器（12）、大臂杆上端关节（13）、大臂杆（14）、大臂杆底端关节（15）、二级WPF直角减速器（16）、交流伺服电机（17）、一轴旋转轴（18）、小臂杆上端关节（19）、末端执行器支撑架（20）、梅花联轴器（21）、二级PF减速器（22）、电机支撑架（23）、小臂输入轴（24）、大臂输入轴（25）、腕部输入轴（26）。

本实施例主要包括：机器人腰部机构的旋转运动、大、小臂的旋转运动以及腕部的旋转运动。

机器人腰部机构如图3、4、5所示，机器人的法兰盘（2）固定在机器人底座（1）上，一轴旋转轴（18）与机器人腰部（3）通过螺栓固定，一轴旋转轴（18）通过梅花联轴器（21）与二级PF减速器（22）相连，交流伺服电机通过螺栓固定在电机支撑架，电机支撑架焊接在机器人底座上。这样交流伺服电机（17）经二级PF减速器（22）调速之后，将旋转动力传给机器人的一轴旋转轴（18），一轴旋转轴（18）带动机器人腰部（3）旋转，就可以实现机器人腰部机构的旋转。

机器人大、小臂的旋转运动，大臂输入轴（25）一端与二级WPF直角减速器（16）通过梅花联轴器（21）连接，大臂杆底端关节（15）与大臂输入轴另一端连接，大臂杆底端关节（15）和大臂杆上端关节（13）分别与大臂杆（14）连接，大臂杆上端关节（13）与四通连接器（8）连接，这样交流伺服电机（17）经二级WPF直角减速器（16）调速之后，将旋转动力传给机器人的大臂输入轴（25），大臂输入轴（25）带动机器人大臂杆（14）旋转，同时大臂杆（14）将带动腕部支撑杆关节（10）运动；小臂输入轴（25）一端与二级WPF直角减速器（16）通过梅花联轴器（21）连接，小臂输入轴（25）另一端与小臂旋转关节（4）连接，小臂杆底端关节（5）与小臂旋转关节（4）连接，小臂杆上端关节（19）和大小臂连接杆（7）连接，这样交流伺服电机（17）经二级WPF直角减速器（16）调速之后，将旋转动力传给机器人的小臂输入轴（24），小臂输入轴（24）带动机器人小臂旋转关节（4）旋转，从而带动机器人小臂杆旋转（4），同时小臂杆（6）将带动腕部支撑杆关节（10）运动。

腕部机构与末端执行器的运动，其中腕部输入轴（26）与步进电机（11）通过梅花联轴器（21）相连，末端执行器支撑架（20）焊接在腕部输入轴（26）上，这样步进电机（11）直接驱动腕部输入轴（26）旋转，从而带动末端执行器支撑架（20）旋转；末端执行器（12）本体采用步进电机（11）直接驱动旋转，其固定在末端执行器支撑架（20）上。