一种工业重载四轴码垛机器人的制作方法

本实用新型涉及工业机器人技术领域，具体为一种工业重载四轴码垛机器人。

背景技术：

在工业上码垛机器人已是一种比较成熟的产品，其应用场景和案例不胜枚举。但是我国工业机器人行业起步晚，技术支撑相对不是那么完善，尤其是在大型重载荷机器人领域，国内基本是被abb、安川、kuka、发那科等国外工业机器人行业巨头垄断着。为了推动国内机器人行业发展，国家也是大力支持，不停出台利好政策。目前市面上重载四轴码垛机器人的一些缺陷，比如：刚性不足、精度不高、承载有限、拆装困难、安全性差、可靠性低等。正是基于以上几点现状，这就有必要开发一款重载码垛机器人，旨在弥补我国工业重载码垛机器人市场的空白。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种刚性足、精度高、强度和刚度高、拆装方便、安全性好、可靠性高等的工业重载四轴码垛机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种工业重载四轴码垛机器人，包括：

底座，置于最底部；

转座，放置在底座上方旋转，并与底座驱动联接；

大臂，连接在转座的上前方，进行一定角度的转动，并随着转座来回旋转，同时，在该大臂的左后端连接有一个弹簧缸平衡负载装置来平衡力矩；

小臂，连接在大臂的上前方进行一定角度的转动，并随着大臂一起运动；

三轴传动机构，安装在转座上，用于控制小臂的转动；

平衡连杆，上方连接着小臂的后端，下方连接着平衡负载连杆的末端，平衡负载连杆的前端和转座上的三轴传动机构固定连接；

四轴本体，支撑连接在小臂的前方，随着小臂一起运动；

三角架，支撑安装在大臂的左侧，可绕大臂进行旋转；

拉杆一，下端连接在转座左侧，上端连接在三角架右侧；

拉杆二，前端连接在四轴本体的上端，后端与三角架左侧相连。

进一步的，所述底座和转座之间通过rv减速机一过渡连接，rv减速机一由一轴伺服电机驱动旋转。

进一步的，所述转座包括转座本体以及安装在转座本体上的二轴传动机构，该转座本体和大臂之间通过二轴传动机构过渡连接。

进一步的，所述二轴传动机构包括伺服电机一和rv减速机二，其中：所述伺服电机一与rv减速机二驱动，所述rv减速机二安装到转座本体上，且用于驱动大臂的底部使大臂进行一定角度的转动，所述转座内安装有一轴伺服电机的一轴分体封。

进一步的，所述弹簧缸平衡负载装置的中部两侧又支撑连接在转座本体上。

进一步的，所述平衡负载连杆包括平衡负载连杆本体，在该平衡负载连杆本体前端的右侧有一轴承，和大臂连接，用于保证二轴传动机构转动时对三轴传动机构无影响，另外在所述平衡负载连杆本体的末端还固定连接有一个机械配重负载。

进一步的，所述四轴本体的末端安装伺服电机二，并通过伺服电机二驱动与之联接的rv减速机三来实现来回旋转。

进一步的，所述大臂、小臂后端、平衡连杆和平衡负载连杆的连接构成平行四边形结构；小臂前端、四轴本体、三角架前端和拉杆二的连接构成平行四边形结构；转座、大臂、拉杆一和三角架后端的连接构成平行四边形结构。

进一步的，还包括波纹管包裹的线路，该线路从上至下依次通过四轴本体、小臂、大臂、转座、底座的内部，由底座出，与外接电源控制柜相连。

进一步的，该机器人的整机机械本体采用高强度的球墨铸铁材料。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的一种工业重载四轴码垛机器人，不仅可以代替人力实现大负载的搬运码垛，还可以有效预防安全事故，大幅提升生产效率。同时还大幅改善了目前市面上重载四轴码垛机器人的一些缺陷，比如：刚性不足、精度不高、承载有限、拆装困难、安全性差、可靠性低等。

本实用新型的一种工业重载四轴码垛机器人，其臂展较大，响应速度快，效率高。尤其是其大负载能力对搬运、码垛、上下料等场景作业需要，更是应对自如。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图。

图2为本实用新型整体分解示意图。

图3为本实用新型底座结构示意图。

图4为本实用新型转座结构分解示意图。

图5为本实用新型二轴传动机构剖视示意图。

图6为本实用新型大臂结构图及剖视示意图。

图7为本实用新型小臂结构图及剖视示意图。

图8为本实用新型四轴本体结构示意图。

图9为本实用新型四轴本体结构立式示意图。

图10为本实用新型平衡连杆结构示意图。

图11为本实用新型平衡负载连杆分解示意图。

图12为本实用新型拉杆一结构示意图。

图13为本实用新型三角架结构示意图。

图14为本实用新型拉杆二结构示意图。

图中：1-底座、2-转座、21-转座本体、22-二轴传动机构、221-伺服电机一、222-rv减速机二、23-弹簧缸平衡负载装置、24-三轴传动机构、25-一轴分体封、26-一轴伺服电机、3-大臂、4-小臂、5-四轴本体、51-安装伺服电机二、52-rv减速机三、6-平衡负载连杆、61-轴承、7-平衡连杆、71-平衡负载连杆本体、72-机械配重负载、8-拉杆一、9-三角架、10-拉杆二、11-rv减速机一。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上/下端”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置/套设有”、“套接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1-14，本实用新型提供一种技术方案：

一种工业重载四轴码垛机器人，如图1和图1所示，底座1位于机器人最底部，起固定支撑整台机器的作用；转座2放置在底座1上方旋转，底座1和转座2之间通过rv减速机一11过渡连接，rv减速机由一轴伺服电机26驱动旋转；大臂3连接在转座2的上前方进行一定角度的转动，并随着转座2来回旋转，其中转座本体21和大臂3之间通过二轴传动机构22过渡连接，二轴传动机构22里包含有伺服电机一220和rv减速机二221，如图4和图5，大臂3的左后端连接有一个弹簧缸平衡负载装置23来平衡力矩，其中弹簧缸平衡负载装置23的中部两侧又支撑连接在转座本体21上，如图4；小臂4连接在大臂3的上前方进行一定角度的转动，并随着大臂3一起运动，小臂4的转动由安装在转座2上的三轴传动机构24控制，其中控制小臂4转动的连接方式为，平衡连杆7上方连接着小臂4的后端，下方连接着平衡负载连杆6的末端，平衡负载连杆6的前端和转座2上的三轴传动机构24固定连接，并且在平衡负载连杆6前端的右侧有一轴承61，和大臂3连接，从而可以保证二轴传动机构22转动时对三轴传动机构24无影响，如图2和图4，另外在平衡负载连杆6的末端还固定连接有一个机械配重负载72，如图11；四轴本体5支撑连接在小臂4的前方，随着小臂4一起运动，并且四轴本体5的末端可以通过伺服电机二51驱动rv减速机三52来实现来回旋转；三角架9支撑安装在大臂3的左侧，可绕大臂3进行旋转；拉杆一8下端连接在转座2左侧，上端连接在三角架9右侧；拉杆二10前端连接在四轴本体5的上端，后端与三角架9左侧相连；其中未着重说明的连接方式皆为轴承连接。另外如图1，整机连接机构构成了三个平行四边形结构：一个为大臂3、小臂4后端、平衡连杆7和平衡负载连杆6的平行四边形结构；一个为小臂4前端、四轴本体5、三角架9前端和拉杆二10的平行四边形结构；一个为转座2、大臂3、拉杆一8和三角架9后端的平行四边形结构。

本实用新型，是一种工业重载四轴码垛机器人的本体结构设计，整体结构如图1所示，外观分解图如图2所示；本实用新型是基于ansys软件进行机器人本体结构静力学有限元分析和动力学刚柔耦合分析相结合的优化设计的设计思路而得到的整机结构；在机器人工件内部增加纵横交错加强筋提升其强度和刚度；在机器人底座1上以增加叉车搬运位(图2中b处)的设计方案；同时方便机器人拆装和维护的本体分离式结构设计。

具体是，结构：如图6-9等所示，各部件本体的内外部结构造型和关键连接部位都采用纵横交错的加强筋结构设计，不仅提升了零件强度、刚度和疲劳寿命等力学性能，而且也相应的减少了壁厚，降低了整机的重量和节约了经济成本。另外整机动力流线型设计，线条更平滑柔顺，看起来更加简洁美观。

主要部件功能：

①机械配重负载：机械配重负载72固定连接在平衡负载连杆本体71上，主要起平衡第三轴力矩的作用，降低三轴伺服电机(未示出与二轴伺服电机、二轴伺服电机为同一款电机)和减速机的负载率和疲劳磨损，延长伺服电机和减速机的使用寿命，从而提升整机的稳定性；

②弹簧缸平衡负载装置：弹簧缸平衡负载装置23安装在转座本体21上，和大臂3相连。其不同于机械配重负载，主要靠内部圆柱形螺旋压缩弹簧储存的变形能来平衡第二轴力矩的，但目的也是为了降低二轴伺服电机(即伺服电机一221)和减速机(rv减速机二222)的负载率和疲劳磨损，延长伺服电机和减速机的使用寿命，从而提升整机的稳定性。所以二者只是机构不同，但目的是一致的。

过线路径如图1所示，整机线路采用波纹管包裹的内部走线。线路从上至下依次通过四轴本体5、小臂4、大臂3、转座2、底座1的内部，由底座1出，与外接电源控制柜相连。其中小臂4和大臂3的内部有专门的波纹管固定座(大臂3的波纹管固定座为图2中a处，小臂4未示出)来固定波纹管，防止线与腔体内部壁摩擦，达到保护线路的目的。

材质：为保证机器的强度和刚度，整机机械本体采用高强度的球墨铸铁材料。

本实用新型的一种工业重载四轴码垛机器人，采用全伺服电机驱动，响应速度快，精度高，以紧凑的结构实现大范围动作，运动灵活，精准。具有如下优点：

1、整机刚性高、部件结构设计更合理：所有工件都是基于ansys有限元静力学分析和动力学刚柔耦合分析优化的，有效的提升了零件的强度和刚性，并大大减轻了整机重量。比如大臂3和小臂4等内部增加了很多横向、纵向交错的加强筋，这样在满足设计要求的基础上减少了壁厚，也相应地在一定程度上降低了成本；

2、流线型设计，整体外形美观、大方简洁，整机结构紧凑；

3、弹簧缸平衡负载装置23和机械配重(负载)相结合，降低伺服电机和减速机的损耗和负载率：机器人的第二轴在传统的伺服电机加减速机传动的基础上增加了弹簧缸结构，以此来平衡二轴的负载，降低伺服电机和减速机的负荷，而第三轴从空间和装配难易程度以及成本考虑，则在传统的伺服电机加减速机传动的基础上采用增加机械配重(负载)的方式来平衡三轴的负载，简单易装，成本又远远低于普通的弹簧缸结构；

4、第二轴和第三轴采用可分离式设计，拆装方便，维修容易：其实很多机器人厂家最为头痛的问题就是机器人售后维护的问题，因为一些机械零件本身寿命老化磨损问题，很多机器人在使用一段时间就需要维护，但是很多机器人维护时是需要整机拆装才能实现维修，这就大大浪费了人力物力。本实用新型中，大大简化了本体内部结构，转座2上边的第二轴和第三轴是可以直接整体拆除的，这样在售后维护和拆装时就可以直接替换，实现快速响应；

5、第一轴采用上下分体式设计，空间布局更合理紧凑，拆装容易并方便观察一轴油脂和减速机安装运行情况。第一轴的结构设计一改传统的倒装或正装的整体式设计，而是采用上下结构式的分体设计，这样在装配减速机和齿轮盘时就可以观察其有没有安装到位或者发生倾斜，以及减速机油脂的情况；

6、底座1上增加了叉车位设计，方便机器搬运：把叉车位设计在底座上，这样既减轻了一轴伺服电机26和减速机(伺服电机一221)的负荷，又将重心下移，使整机在运行中更平稳。同时又不会干涉其他轴的运动范围，实现大范围动作；

7、效率高和应用范围广：其臂展较大，响应速度快，效率高。尤其其大负载能力对搬运、码垛、上下料等场景作业需要，更是应对自如。

本实用新型中，第一轴是指一轴伺服电机26、一轴减速机(伺服电机一221)、底座1和转座本体21的组合体；二轴传动机构是第二轴的一部分；第三轴的传动机构和二轴传动机构22是一样的，第三轴包括：三轴传动机构24，平衡负载连杆6，平衡连杆7和小臂4的组合体。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。