一种适用性广的高精度高负载四轴工业机器人的制作方法

本实用新型涉及零配件组装加工领域，特别是涉及一种适用性广的高精度高负载四轴工业机器人。

背景技术：

在零配件组装加工时，经常使用机械手对零配件进行抓取、搬运等操作，例如，在USB金属接口的组装加工中常使用四轴机器人，其组装效率远大于手工作业。

现有的四轴机器人末端的两轴多为花键丝杆旋转升降结构，花键丝杆本身比较长且体积较大，无法伸入至空间狭小的区域作业，花键丝杆可承受的负载较小，受撞击后容易弯曲变形甚至折断，其对应的软件驱动需要补差调整，控制难度较大。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种使用寿命长、加工精度高的适用性广的高精度高负载四轴工业机器人。

一种适用性广的高精度高负载四轴工业机器人，包括：

机架；

升降机构，活动设置在所述机架上且可在所述机架上沿竖直方向升降；

第一旋转轴，设置在所述升降机构上并随升降机构的升降而升降；

第一旋转臂，与所述第一旋转轴转动连接且可绕所述第一旋转轴水平旋转；

第二旋转轴，连接设置在所述第一旋转臂的末端；

第二旋转臂及机械爪，所述第二旋转臂与所述第二旋转轴转动连接且可绕所述第二旋转轴水平旋转，所述第二旋转臂的末端设置有谐波减速机，所述机械爪连接设置于所述谐波减速机的输出端以抓取并旋转工件。

在其中一个实施例中，所述机架包括相对设置的底板和顶板、连接设置在所述底板和顶板之间的多个立柱，所述顶板开设有通孔，所述第一旋转轴穿过所述通孔；所述升降机构包括与所述多个立柱滑动配合的升降板，设置在升降板顶面的第一电机，与所述升降板固定的丝杆螺母，穿过所述丝杆螺母且与丝杆螺母螺接的丝杆，以及通过同步带与所述丝杆的一端传动连接的第一电机，所述丝杆沿竖直方向布设且可相对于所述机架绕自身轴向旋转，所述第一电机驱动所述丝杆旋转以带动丝杆螺母升降，使所述丝杆螺母带动所述升降板在所述机架上沿竖直方向升降。

在其中一个实施例中，所述丝杆为滚珠丝杠。

在其中一个实施例中，所述立柱设置有四根，所述四根立柱分别连接设置于所述底板和顶板的边角处，所述升降板的四个边角处连接有滑块，所述滑块与所述立柱滑动连接。

在其中一个实施例中，所述升降板的四个边角开设有缺口，所述滑块设置在所述缺口处，所述滑块与所述升降板的顶面垂直，所述滑块与所述立柱相对的侧壁开设有宽度适配于所述立柱的滑槽。

在其中一个实施例中，所述底板设置有较正块，所述升降板相对的两侧的底面连接有固定板，所述固定板的两侧分别与两侧的所述滑块连接固定。

在其中一个实施例中，所述底板与所述顶板之间连接有多个侧板，所述底板、顶板及多个侧板共同围成顶部具有通孔的箱体，所述多个立柱位于所述箱体内。

在其中一个实施例中，所述第二旋转臂的末端的竖直方向开设有安装孔，所述谐波减速器包括波发生器、套设在所述波发生器外的柔轮及套设在柔轮外的刚轮，所述刚轮固定于所述安装孔内，所述波发生器的轴向方向为中空，所述柔轮用于与所述机械爪连接以带动机械爪转动。

在其中一个实施例中，所述第二旋转臂为中空结构，第二旋转臂内靠近第一旋转臂的一端设置有第二电机，所述第二电机的输出轴连接有主动轮，所述波发生器的顶部有一部分露出于所述柔轮，所述波发生器露出于所述柔轮的部分连接有从动轮，所述主动轮与所述从动轮之间连接有传送带，所述第二电机驱动所述主动轮以带动所述波发生器转动。

在其中一个实施例中，所述第二旋转臂靠近所述第一旋转臂的一端的顶面具有开口，所述第二旋转轴伸出于所述开口，所述第二旋转臂的顶面设置有封闭所述开口的罩壳，所述第二电机和所述第二旋转轴位于所述罩壳内，所述罩壳的长度小于所述第二旋转臂的长度。

上述适用性广的高精度高负载四轴工业机器人，第二旋转臂的末端设置有谐波减速机，使得安装在谐波减速机上的机械爪操作时更为稳定，加工精度也大大提高，同时还提高了承受负载的能力，提高了使用寿命，谐波减速机整体的体积小、质量轻，使得机械爪能伸入狭小空间作业，适用性较广。

上述适用性广的高精度高负载四轴工业机器人，机架设置有多个立柱，升降板连接有与立柱滑动配合的滑块，立柱在机架上形成滑轨，一种适用性广的高精度高负载四轴工业机器人的承载能力增加，使用寿命也增加，可降低生产成本。

附图说明

图1为本实用新型适用性广的高精度高负载四轴工业机器人实施例的立体结构示意图；

图2为图1所示四轴工业机器人移出侧板的立体结构示意图；

图3为图1所示四轴工业机器人的部分爆炸示意图；

图4为图1所示四轴工业机器人中谐波减速机的放大示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本实用新型提供的适用性广的高精度高负载四轴工业机器人10，包括机架100、升降机构200、第一旋转轴300、第二旋转轴510、第一旋转臂400、第二旋转臂500及机械爪(图未示)。

请结合参阅图1、图3，升降机构200活动设置在机架100上，并且能在机架100上沿竖直方向升降。第一旋转轴300，设置在升降机构200上，升降机构200升降的同时带动第一旋转轴300升降。第一旋转臂400与第一旋转轴300转动连接且能绕第一旋转轴300做水平旋转。第二旋转轴510连接设置在第一旋转臂400的末端。第二旋转臂500与第二旋转轴510转动连接能绕第二旋转轴510做水平旋转，第二旋转臂500的末端设置有谐波减速机600，机械爪连接设置于该谐波减速机600的输出端用以抓取并旋转工件。在第二旋转臂500上设置谐波减速机600，使机械爪操作更为稳定，加工精度也大大提高，同时还提高了承受负载的能力和使用寿命，并且，谐波减速机600整体的体积小、质量轻，使机械爪能伸入狭小空间作业，适用性较广。

请结合参阅图1、图2，在一实施例中，机架100包括相对设置的底板110和顶板120，以及连接设置在底板110和顶板120之间的多个立柱130，多个立柱130及底板110和顶板120共同形成容置空间，顶板120开设有通孔，第一旋转轴300穿过该通孔。

升降机构200包括升降板230、第一电机(图未示)、丝杆220、丝杆螺母221。升降板230与多个立柱130为滑动配合，升降板230可沿立柱130升降。第一旋转轴300包括下部分310和能相对于下部分310轴向旋转的上部分320，上部分320和下部分310同轴设置，第一旋转臂400的一端转动连接于上部分320的顶部。丝杆220沿竖直方向布设于机架100上且可相对于机架绕自身轴向方向转动，丝杆螺母221与丝杆220螺纹传动配合，丝杆螺母221穿过升降板230且丝杆螺母221外壁与升降板230固定，第一电机的输出端连接有主动轮，丝杆220上螺接有从动轮，主动轮和从动轮之间连接有同步带以实现第一电机和丝杆220之间的传动连接。第一电机驱动丝杆220相对于机架100转动，从而带动丝杆螺母221在丝杆220上升降，进而带动升降板及第一旋转轴在机架上沿竖直方向升降。

第一电机可设置在机架100内，也可设置在底板110的下方。丝杆220可以但不仅限于采用滚珠丝杆220。滚珠丝杆包括螺杆及螺接于螺杆上滚珠丝杆螺母。螺杆分别与顶板120和底板110垂直，该螺杆的顶端和底端分别通过嵌设于顶板120和底板110的轴承连接，第一电机通过同步带驱动丝杆220旋转，丝杆220再带动升降板230及第一电机沿竖直方向升降至预定位置

底板110和顶板120之间可连接有多个侧板140(图1只示出部分侧板)，使底板110、顶板120及多个侧板140之间共同围成顶部具有通孔的箱体，以起到防尘的作用，多个立柱130位于该箱体内。

在一具体的实施例中，立柱130设置有四根，该四根立柱130分别连接设置于底板110和顶板120的边角处。升降板230的四个边角处连接有滑块240，滑块240与立柱130滑动连接，滑块240可沿立柱130在竖直方向上下移动，升降板230通过滑块240与立柱130滑动配合。

升降板230的横截面呈矩形或近似于矩形，升降板230的面积大于第一电机的横截面的面积。

在一实施例中，升降板230的四个边角分别开设有缺口，滑块240设置在缺口处，滑块240与立柱130相对的一侧开设有适配的滑槽，四个立柱130形成机架100的滑轨，使得一种适用性广的高精度高负载四轴工业机器人10的承载能力增加，使用寿命也增加，可降低生产成本。升降板230的顶面与滑块240的顶面处于同一平面，滑块240与升降板230垂直设置。升降板230的侧壁与滑块240同一侧的侧壁处于同一平面，滑块240通过螺钉连接固定于升降板230上。

在一实施例中，升降板230相对的两侧的底面分别连接有固定板231，固定板231的两侧分别与两侧对应的滑块240连接固定。例如设置有两块固定板231，每块固定板231沿长度方向的两侧分别与两侧的滑块240连接固定。固定板231和升降板230可以是一体设置，升降板230和滑块240也可以是一体设置。固定板231可设置有多个水平方向的贯穿孔232，以减轻升降机构200的整体的重量。

滑块240的顶面与升降板230的顶面可以设置为处于同一个平面；立柱130的横截面可以是呈矩形的，滑块240相对的一侧开设有适配于立柱130的滑槽，立柱130嵌入滑槽内，固定板231的外侧面与立柱130的一个侧壁处于同一竖直面。滑块240与立柱130之间的滑动配合结构也可以是其它形式的，例如，在立柱130与滑块240相对的侧壁设置竖直的导轨，滑块240相对的一侧凸出设置有与立柱130配合使用的凸台。

底板110的底面可设有校验块111，以在使用的过程中对升降板230上的第一电机的位置进行校验，以保证作业时的操作精度。

请结合参阅图3、图4，谐波减速机600包括刚轮610、柔轮620和波发生器630，柔轮620嵌设在刚轮610内，波发生器630嵌设在柔轮620内，刚轮610具有内齿轮，柔轮620具有外齿轮，刚轮610的齿数大于柔轮620的齿数。谐波减速机600的工作原理为：波发生器630为呈椭圆形的凸轮，当波发生器630装入柔轮620内时迫使柔轮620发生弹性形变并使柔轮620内圆变成椭圆状，使长轴处柔轮620轮齿插入刚轮610的轮齿槽内，成为完全啮合状态，而短轴处柔轮620和刚轮610的轮齿完全不接触，处于脱开状态，由啮合到脱开的过程之间处于啮出或啮入状态；当波发生器630不断转动时，迫使柔轮620不断产生形变，使柔轮620和刚轮610的轮齿在进行啮入、啮合、啮出、脱开的过程中不断改变各自的工作状态，产生错齿运动，从而实现波发生器630与柔轮620的运动传递，并实现慢速转动，柔轮620的转动方向与波发生器630的转动方向相反。

波发生器630顶部有一部分露出于柔轮620，该露出的部分连接有从动轮532；第二旋转臂500的末端的竖直方向开设有安装孔540，谐波减速机600的刚轮610固定于安装孔540内，第二旋转臂500为中空结构，第二旋转臂500内靠近第一旋转臂400的一端设置有第二电机530，第二旋转臂500内设置有主动轮531，主动轮531与从动轮532之间连接有传送带533，第二电机530的输出轴与主动轮531连接以驱动波发生器630旋转。机械爪同轴安装在柔轮620的输出端上，机械爪通过谐波减速机600安装于第二旋转臂500。

谐波减速机600整体体积小、重量轻，由于在转动的过程中，波发生器630和柔轮620之间啮合的齿数达到或多于普通齿轮传动中啮合的齿数，使其具有的传动精度高；在谐波传动中，齿与齿的啮合为面接触，啮合齿数较多，而单位面积载荷小，使谐波减速机600具有较高的承载能力；谐波减速机600还具有传动比高、传动平稳、无冲击、噪声小的优点。

第二旋转臂500靠近第一旋转臂400的一端的顶面具有开口550，第二旋转轴510伸出于该开口550，第二旋转臂500的顶面设置有封闭开口550的罩壳520，第二电机530和第二旋转轴510位于该罩壳520内，罩壳520的长度小于第二旋转臂500的长度。第二旋转臂500、谐波减速机600、罩壳520及罩壳520内的部件整体重量较轻，罩壳520不会妨碍机械爪伸入狭小空间时的操作。

上述适用性广的高精度高负载四轴工业机器人，第二旋转臂的末端设置有谐波减速机，使得安装在谐波减速机上的机械爪操作时更为稳定，加工精度也大大提高，同时还提高了承受负载的能力，提高了使用寿命，谐波减速机整体的体积小、质量轻，使得机械爪能伸入狭小空间作业，适用性较广。

上述适用性广的高精度高负载四轴工业机器人，机架设置有多个立柱，升降板连接有与立柱滑动配合的滑块，立柱在机架上形成滑轨，一种适用性广的高精度高负载四轴工业机器人的承载能力增加，使用寿命也增加，可降低生产成本。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。