直驱的水平关节四轴机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人设备技术领域，尤其涉及一种结构紧凑，安装方便，能够精确控制角度的直驱的水平关节四轴机器人。

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背景技术：
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水平关节四轴机器人目前已经被非常广泛应用，在搬运、加工、装配等环境中有非常重要的作用，它本身具有动作灵活、结构紧凑、空间要求小、重复定位精度高等特点，能够精确、快速达到空间的一点。水平关节四轴机器人相对于六轴工业机器人来说具有体积小，灵活，成本低等优势，在未来工业流水线中被大量使用将会是必然趋势。加大对水平关节四轴机器人的研究也非常必要，目前国内外水平关节四轴机器人的主要品牌包括爱普生、雅马哈、库卡等企业。

目前市场上现有的水平关节四轴机器人大多数都采用交流伺服电机作为动力源，采用RV减速器或者谐波减速器实现末端固定法兰高精度的定位。RV减速器和谐波减速器目前是主流的减速器，具有传动扭矩大、传动比大、耐冲击，回差小或者零回差等特点，因而被广泛应用在工业机器人上。然而RV减速器和谐波减速器加工工艺复杂，传动精度高，价格非常昂贵。

为了解决减速器成本高的问题，本领域的技术人员进行了大量的研发和实验，比提出了一种直驱水平关节四轴机器人。

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技术实现要素：
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为克服现有技术所存在的问题，本实用新型提供一种结构紧凑，安装方便，能够精确控制角度的直驱的水平关节四轴机器人。

本实用新型解决技术问题的方案是提供一种直驱的水平关节四轴机器人，包括控制器、底座、第一机器人关节、第二机器人关节、一端与第一机器人关节活动连接且另一端与第二机器人关节连接的第一臂体以及一端与第二机器人关节连接的第二臂体；所述第二臂体中设置Z和R轴传动机构；

所述第二机器人关节包括转子、定子轴以及设置于定子轴内部用于保证转子相对定子轴稳定旋转的第一轴承和第二轴承，第一轴承和第二轴承背靠背接触设置；所述转子边缘设置凸台，凸台插入到定子轴内；第二轴承设置于转子轴底部，且第二轴承内圈与转子轴过盈配合；所述第一轴承和第二轴承的外圈与定子轴过盈配合；定子轴下侧设置有与该所述定子轴过盈配合的定子；所述转子内表面环状均匀设置有若干个磁铁；

所述Z和R轴传动机构包括传动固定架、固定设置于传动固定架上的第一电机与第二电机、由第一电机驱动的花键轴以及由第二电机驱动的滚珠丝杠；所述花键轴与滚珠丝杠同轴设置且在滚珠丝杆内部轴向开设有用于插入花键轴的深沉孔。

优选地，所述第二轴承上侧安装有轴套，且所述轴套和第一轴承均与转子的轴过盈配合；所述转子的轴的顶端安装有光电编码器。

优选地，所述定子轴外侧还设置有关节上部出线口，且定子轴的中间位置还安设有压线板，压线板上侧安装有PCB板固定板，PCB板固定板上开设有若干个螺纹孔，通过紧定螺丝将PCB板固定板固定到定子轴上；所述定子和定子轴之间还设置有限定定子轴向移动的定子轴向固定挡圈。

优选地，所述定子轴下侧边缘开设有若干个螺纹孔，采用紧定螺丝将定子拧紧在定子轴上；PCB板固定板上设置有PCB板以及光电编码器读头；

所述PCB板通过锁紧螺丝固定在PCB板固定板上；所述PCB板上侧安装有上盖，且上盖通过紧定螺丝固定在定子轴上。

优选地，所述Z和R轴传动机构还包括设置于花键轴上、与滚珠丝杠一端匹配的花键螺母组件；所述花键螺母组件包括花键螺母以及用于固定花键螺母的花键螺母固定套；第一电机驱动花键轴转动时，通过花键螺母组件的传动，带动滚珠丝杠同时转动；

还包括与滚珠丝杠匹配、由第二电机驱动的滚珠丝杠螺母；所述第二电机驱动滚珠丝杠螺母旋转时，由滚珠丝杠螺母与滚珠丝杠配合并驱动滚珠丝杠产生轴向移动。

优选地，所述第一电机与花键轴之间以及第二电机与滚珠丝杠通过齿轮传动；所述第一电机上设置第一主动齿轮，花键轴上固定设置第一从动齿轮，由第一主动齿轮与第一从动齿轮齿合传动；所述第二电机上设置第二主动齿轮，滚珠丝杠上固定设置第二从动齿轮，由第二主动齿轮与第二从动齿轮齿合传动；

第一主动齿轮与第一从动齿轮以及第二主动齿轮与第二从动齿轮具有同样的传动比。

优选地，所述定子轴上表面边缘还开设有若干个锁紧螺丝孔，通过锁紧螺丝与定子轴上的锁紧螺丝孔配合，实现第一机器人关节和第一臂体活动连接；所述转子下表面边缘位置同样设置有若干个锁紧螺丝孔，通过锁紧螺丝锁紧，实现第一机器人关节与第一臂体活动连接。

优选地，所述第二臂体外部设置起保护作用的保护外壳，且保护外壳上部连接有与保护外壳内部的控制器电性连接的控制线。

优选地，所述传动固定架与花键轴之间设置至少一个用于防止花键轴轴向窜动的花键轴角接触轴承；所述臂体与滚珠丝杠之间设置至少一个用于防止滚珠丝杠轴向窜动的滚珠丝杠角接触轴承；滚珠丝杠角接触轴承固定于臂体上；各花键轴角接触轴承以及滚珠丝杠角接触轴承由轴承端盖固定；

所述滚珠丝杠螺母一侧设置有用于固定所述滚珠丝杠螺母的丝杠螺母固定套；花键轴角接触轴承通过锁紧螺母固定于花键轴轴承端盖上；滚珠丝杠角接触轴承通过锁紧螺母固定于臂体上，并通过滚珠丝杠轴承端盖固定。

优选地，所述滚珠丝杠相对花键螺母组件的另一端固定设置有法兰盘，且在臂体底部设置有与滚珠丝杠匹配、用于防止灰尘进入臂体内部滚珠丝杠角接触轴承内部空间的防尘端盖。

与现有技术相比，本实用新型一种直驱的水平关节四轴机器人通过同时设置底座、第一机器人关节、第二机器人关节、一端与第一机器人关节活动连接且另一端与第二机器人关节连接的第一臂体以及一端与第二机器人关节连接的第二臂体，且第二臂体中设置Z和R轴传动机构，Z和R轴传动机构可实现三种不同的运行模式，第一机器人关节、第二机器人关节中的转子和定子轴在足够预紧力的情况下稳定的运转，更精确地控制关节上下部分所转过的角度，简化用户布线，安装方便，第一机器人关节和第二机器人关节可以作为标准件直接装配到第一臂体和第二臂体中，结构紧促，能够精确控制角度，通过更改转子和定子的长度，可以实现各种不同扭矩的直驱机器人关节，应用到不同负载的机器人上，性价比高。

[附图说明]

图1是本实用新型直驱的水平关节四轴机器人的立体状态结构示意图。

图2是本实用新型直驱的水平关节四轴机器人的爆炸状态结构示意图。

图3是本实用新型直驱的水平关节四轴机器人中第二机器人关节的爆炸状态结构示意图。

图4是本实用新型直驱的水平关节四轴机器人中Z和R轴传动机构的立体状态结构示意图。

图5是本实用新型直驱的水平关节四轴机器人中Z和R轴传动机构的截面结构示意图。

图6是本实用新型直驱的水平关节四轴机器人中Z和R轴传动机构的爆炸状态结构示意图。

[具体实施方式]

为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于解释本实用新型，并不用于限定此实用新型。

请参阅图1至图6，本实用新型一种直驱的水平关节四轴机器人1包括控制器、底座11、第一机器人关节12、第二机器人关节14、一端与第一机器人关节12活动连接且另一端与第二机器人关节14连接的第一臂体13以及一端与第二机器人关节14连接的第二臂体15；所述第二臂体15中设置Z和R轴传动机构；

所述第二机器人关节14包括转子148、定子轴146以及设置于定子轴146内部用于保证转子148相对定子轴146稳定旋转的第一轴承144和第二轴承145，第一轴承144和第二轴承145背靠背接触设置；所述转子148边缘设置凸台，凸台插入到定子轴146内；第二轴承145设置于转子轴1481底部，且第二轴承145内圈与转子轴1481过盈配合；所述第一轴承144和第二轴承145的外圈与定子轴146过盈配合；定子轴146下侧设置有与该所述定子轴146过盈配合的定子147；所述转子148内表面环状均匀设置有若干个磁铁1481；

所述Z和R轴传动机构包括传动固定架153、固定设置于传动固定架153上的第一电机151与第二电机152、由第一电机151驱动的花键轴154以及由第二电机152驱动的滚珠丝杠156；所述花键轴154与滚珠丝杠156同轴设置且在滚珠丝杠156内部轴向开设有用于插入花键轴154的深沉孔，用于避空花键轴154。

通过同时设置底座11、第一机器人关节12、第二机器人关节14、一端与第一机器人关节12活动连接且另一端与第二机器人关节14连接的第一臂体13以及一端与第二机器人关节14连接的第二臂体15，且第二臂体15中设置Z和R轴传动机构，Z和R轴传动机构可实现三种不同的运行模式，第一机器人关节12、第二机器人关节14中的转子148和定子轴146在足够预紧力的情况下稳定的运转，更精确地控制关节上下部分所转过的角度，简化用户布线，安装方便，第一机器人关节12和第二机器人关节14可以作为标准件直接装配到第一臂体13和第二臂体15中，结构紧促，能够精确控制角度，通过更改转子148和定子147的长度，可以实现各种不同扭矩的直驱机器人关节，应用到不同负载的机器人上，性价比高。

优选地，所述第二轴承145上侧安装有轴套1451，且所述轴套1451和第一轴承144均与转子148的轴过盈配合；所述转子148的轴的顶端安装有光电编码器。

优选地，所述定子轴146外侧还设置有关节上部出线口，且定子轴146的中间位置还安设有压线板1421，压线板1421上侧安装有PCB板固定板，PCB板固定板上开设有若干个螺纹孔，通过紧定螺丝将PCB板固定板固定到定子轴146上；所述定子147和定子轴146之间还设置有限定定子轴146向移动的定子轴向固定挡圈1461。

优选地，所述定子轴146下侧边缘开设有若干个螺纹孔，采用紧定螺丝将定子147拧紧在定子轴146上；PCB板固定板上设置有PCB板142以及光电编码器读头143；采用紧定螺丝将定子147拧紧在定子轴146上以防止打滑。

所述PCB板142通过锁紧螺丝固定在PCB板固定板上；所述PCB板142上侧安装有上盖141，且上盖141通过紧定螺丝固定在定子轴146上。

优选地，所述Z和R轴传动机构还包括设置于花键轴154上、与滚珠丝杠156一端匹配的花键螺母组件155；所述花键螺母组件155包括花键螺母1551以及用于固定花键螺母1551的花键螺母固定套1553；第一电机151驱动花键轴154转动时，通过花键螺母组件155的传动，带动滚珠丝杠156同时转动；

还包括与滚珠丝杠156匹配、由第二电机152驱动的滚珠丝杠螺母1561；所述第二电机152驱动滚珠丝杠螺母1561旋转时，由滚珠丝杠螺母1561与滚珠丝杠156配合并驱动滚珠丝杠156产生轴向移动。

优选地，所述第一电机151与花键轴154之间以及第二电机152与滚珠丝杠156通过齿轮传动；所述第一电机151上设置第一主动齿轮，花键轴154上固定设置第一从动齿轮1511，由第一主动齿轮与第一从动齿轮1511齿合传动；所述第二电机152上设置第二主动齿轮，滚珠丝杠156上固定设置第二从动齿轮1521，由第二主动齿轮与第二从动齿轮1521齿合传动；

第一主动齿轮与第一从动齿轮1511以及第二主动齿轮与第二从动齿轮1521具有同样的传动比。实际使用过程中，齿轮传动也可以采用同样减速比的同步带轮代替。

优选地，所述定子轴146上表面边缘还开设有若干个锁紧螺丝孔，通过锁紧螺丝与定子轴146上的锁紧螺丝孔配合，实现第一机器人关节12和第一臂体13活动连接；所述转子148下表面边缘位置同样设置有若干个锁紧螺丝孔，通过锁紧螺丝锁紧，实现第一机器人关节12与第一臂体13活动连接。

优选地，所述第二臂体15外部设置起保护作用的保护外壳16，且保护外壳16上部连接有与保护外壳16内部的控制器电性连接的控制线17。

优选地，所述传动固定架153与花键轴154之间设置至少一个用于防止花键轴154轴向窜动的花键轴角接触轴承1541；所述臂体158与滚珠丝杠156之间设置至少一个用于防止滚珠丝杠156轴向窜动的滚珠丝杠角接触轴承1563；滚珠丝杠角接触轴承1563固定于臂体158上；各花键轴角接触轴承1541以及滚珠丝杠角接触轴承1563由轴承端盖1565固定；

所述滚珠丝杠螺母1561一侧设置有用于固定所述滚珠丝杠螺母1561的丝杠螺母固定套；花键轴角接触轴承1541通过锁紧螺母固定于花键轴轴承端盖1543上；滚珠丝杠角接触轴承1563通过锁紧螺母固定于臂体158上，并通过滚珠丝杠轴承端盖1565固定。

优选地，所述滚珠丝杠156相对花键螺母组件155的另一端固定设置有法兰盘157，且在臂体158底部设置有与滚珠丝杠156匹配、用于防止灰尘进入臂体158内部滚珠丝杠角接触轴承1563内部空间的防尘端盖1567。

该所述第二机器人关节14可采用与第一机器人关节12相同的结构。

所述转子148边缘设置有凸台(图未示)，凸台插入到定子轴146内，定子轴146安装在转子148的上侧，采用凸台的设计能够有效防止灰尘等进入机器人关节，以提高了关节的可靠性及寿命；所述轴套1451的高度略高于安装第二轴承145的台阶，以便安装时能够保证相应的余量来压紧第一轴承144和第二轴承145，以保证轴向压紧量；第一机器人关节12和第二机器人关节14内置驱动器和编码器，结构紧凑，安装方便，能够精确控制角度。通过更改转子148和定子147的长度，可以实现各种不同扭矩的直驱机器人关节，应用到不同负载的机器人上。

与现有技术相比，本实用新型一种直驱的水平关节四轴机器人1通过同时设置底座11、第一机器人关节12、第二机器人关节14、一端与第一机器人关节12活动连接且另一端与第二机器人关节14连接的第一臂体13以及一端与第二机器人关节14连接的第二臂体15，且第二臂体15中设置Z和R轴传动机构，Z和R轴传动机构可实现三种不同的运行模式，第一机器人关节12、第二机器人关节14中的转子148和定子轴146在足够预紧力的情况下稳定的运转，更精确地控制关节上下部分所转过的角度，简化用户布线，安装方便，第一机器人关节12和第二机器人关节14可以作为标准件直接装配到第一臂体13和第二臂体15中，结构紧促，能够精确控制角度，通过更改转子148和定子147的长度，可以实现各种不同扭矩的直驱机器人关节，应用到不同负载的机器人上，性价比高。

以上所述的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。