一种高刚性五轴机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，具体为一种高刚性五轴机器人。

背景技术：

现有的机器人形式的打磨站，常采用六轴工业机器人配合打磨工具的形式。目前市场上存在的打磨用机器人基本上为小负载机器人(20kg-60kg)，应用范围主要集中在小型压铸件，铸铝、铸铜居多。而对于较大型的铸铁、铸钢、铸铝等铸造零件，其表面存在合模线、浇口、冒口等影响外观的多余材料的去除，需要高刚性、大负载的机器人才能实现，而市场上目前还没有类似的机器人产品。

此类工件的打磨清理长期依靠人工方式进行，人工手持角磨机等打磨工具对多余材料进行切割、打磨去除，不仅劳动强度大，生产环境恶劣，而且效率低下，质量不稳定。

近年来，市面上也存在专机形式的打磨设备，此类专机刚性足，但专机通常为直线轴，在打磨环境中，直线轴的防护难度远大于旋转轴的防护难度，所以直线轴在打磨环境中的使用寿命大打折扣，不能满足大型铸件自动化、高质量生产的要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种高刚性五轴机器人，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：一种高刚性五轴机器人，包括基座，所述基座上通过垂直的第一联动机构安装有第一连接件，所述第一连接件的末端表面通过第二联动机构安装有第二连接件，第二联动机构与第一联动机构垂直布设，所述第二连接件的末端表面通过第三联动机构安装有第三连接件，所述第三连接件的末端表面通过第四联动机构安装有第四连接件，所述第四连接件的表面安装有第五联动机构，所述第三联动机构轴心方向、第四联动机构轴心方向分别与第二联动机构轴心方向平行，且第五联动机构的轴心方向与第四联动机构轴心方向垂直。

优选的，所述第一联动机构包括一轴电机和一轴减速机，一轴减速机安装在基座的表面，第一连接件活动安装在一轴减速机顶端，一轴电机安装在一轴减速机的输入端。

优选的，所述第二联动机构包括二轴电机和二轴减速机，二轴减速机安装在第一连接件的表面，第二连接件的一端表面与二轴减速机的末端活动连接，二轴电机同轴心安装在二轴减速机的输入端。

优选的，所述第三联动机构包括三轴电机和三轴减速机，三轴减速机安装在第二连接件和第三连接件的连接处，三轴电机同轴心安装在三轴减速机的输入端。

优选的，所述第四联动机构包括四轴电机和四轴减速机，四轴电机安装在第三连接件的内部，四轴减速机安装在第三连接件的末端表面，四轴减速机的输出端与第四连接件连接。

优选的，所述在四轴电机和四轴减速机之间安装有齿轮部件，所述齿轮部件包括第一伞齿轮和第二伞齿轮，四轴电机的输出端安装有输出四轴，第一伞齿轮安装在输出四轴上，第二伞齿轮安装在四轴减速机的输入端，且第一伞齿轮和第二伞齿轮轮齿相互啮合。

优选的，所述第五联动机构包括五轴电机和五轴减速机，五轴电机安装在第四连接件的内部，五轴减速机安装在第四连接件对底端，且五轴减速机的输入端与五轴电机的输出端连接。

优选的，所述五轴减速机的输入轴表面安装有第一同步带轮，五轴电机的输出轴表面安装有第二同步带轮，且第二同步带轮与第一同步带轮轮之间通过同步带连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本高刚性五轴机器人，通过第一连接件、第二连接件、第三连接件和第四连接件，四个连接件配合使用，每个连接件相比传统的六轴工业机器人，外型上更加短粗，使得结构刚性更强，在较大型的铸铁、铸钢、铸铝等铸造零件的打磨作业中，能够保持良好的刚性，且连接件的内部皆为中空设计，便于电机、旋转轴、动力电缆、信号线管线、冷却液管线和压缩空气管线等的布设，从外形上对整个机器人进行简化，管线全部在机器人内部，避免了外部恶劣工况对机器人管线的影响，以及加工过程中与工件干涉、拉扯等情况，机器人整体外观更简洁大方。

2、本高刚性五轴机器人，通过传动的五个轴均为旋转轴，相比直线轴的打磨专机，更容易防护，使用寿命更久，且在五轴减速机输出轴作为第五旋转轴时，其上可安装直接加工用的刀具，也作为动力输出轴安装专门的工具头部件。

附图说明

图1是本实用新型的高刚性五轴机器人外型图，其中j1、第一旋转轴；j2、第二旋转轴；j3、第三旋转轴；j4、第四旋转轴；j5、第五旋转轴；

图2是本实用新型的高刚性五轴机器人主视图；

图3是本实用新型的高刚性五轴机器人左视图；

图4是本实用新型的高刚性五轴机器人j1处示意图；

图5是本实用新型的高刚性五轴机器人j2处示意图；

图6是本实用新型的高刚性五轴机器人j3、j4处示意图；

图7是本实用新型的高刚性五轴机器人j5处示意图；

图8是本实用新型的高刚性五轴机器人开启第三连、第四连接件后的结构图。

图中：1、基座；101、一轴电机；102、一轴减速机；2、第一连接件；201、二轴电机；202、二轴减速机；3、第二连接件；301、三轴电机；302、三轴减速机；4、第三连接件；401、四轴电机；402、四轴减速机；403、第一伞齿轮；404、第二伞齿轮；405、输出四轴；5、第四连接件；501、五轴电机；502、五轴减速机；503、第一同步带轮轮；504、同步带；505、第二同步带轮。

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”、“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”、“设置有”、“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。

如图1至图8所示，本实施例高刚性五轴机器人，包括基座1，基座1底端设置有安装面，实际使用时，可将基座1连带着整个五轴机器人安装在转台、固定式工作台等辅助设备上，基座1上通过垂直的第一联动机构安装有第一连接件2，第一连接件2尺寸较小并垂直于基座1上，第一连接件2的末端表面通过第二联动机构安装有第二连接件3，第二联动机构与第一联动机构空间垂直布设，二者轴心方向相互垂直，可形成不同的运动方向，第二连接件3的末端表面通过第三联动机构安装有第三连接件4，第三连接件4的末端表面通过第四联动机构安装有第四连接件5，第四连接件5的表面安装有第五联动机构，第三联动机构轴心方向、第四联动机构轴心方向分别与第二联动机构轴心方向平行，且第五联动机构的轴心方向与第四联动机构轴心方向垂直，即如图1中所示的，j1垂直地面，j2垂直于j1，j3、j4与j2平行，j5垂直于j4。

具体的，第一联动机构包括一轴电机101和一轴减速机102，一轴减速机102安装在基座1的表面，第一连接件2通过轴承活动安装在一轴减速机102顶端，即一轴减速机102对第一连接件2进行支撑的同时，可带动第一连接件2整体进行旋转运动，一轴电机101安装在一轴减速机102输入端，二者直接连接，可由一轴电机101带动一轴减速机102转轴运动，并由一轴减速机102减速后其输出轴带动第一连接件2进行旋转运动，整个过程中，旋转轴为j1。

进一步的，第二联动机构包括二轴电机201和二轴减速机202，二轴减速机202安装在第一连接件2的表面，第二连接件3的一端表面与二轴减速机202的末端活动连接，第二连接件3的长度较大，而内部中空，实际使用时，二轴电机201同轴心安装在二轴减速机202的输入端，可由二轴电机201带动二轴减速机202内转轴运动，二轴减速机202的输出轴带动第二连接件3进行旋转运动，此时旋转轴为j2。

进一步的，第三联动机构包括三轴电机301和三轴减速机302，三轴减速机302安装在第二连接件3和第三连接件4的连接处，三轴减速机302的输出轴与第三连接件4连接，三轴电机301同轴心安装在三轴减速机302的输入端，由三轴减速机302的输出轴带动第三连接件4进行转动，此处旋转轴为j3。

进一步的，第四联动机构包括四轴电机401和四轴减速机402，四轴电机401安装在第三连接件4的内部，随第三连接件4的摆动而发生运动，四轴减速机402安装在第三连接件4的末端表面，四轴减速机402的输出端与第四连接件5连接，可由四轴电机401与四轴减速机402连接，并由四轴电机401为四轴减速机402提供动力，带动第四连接件5进行旋转运动，此处连接轴为j4。

进一步的，在四轴电机401和四轴减速机402之间安装有齿轮部件，齿轮部件包括第一伞齿轮403和第二伞齿轮404，四轴电机401的输出端安装有输出四轴405，第一伞齿轮403安装在输出四轴405上，第二伞齿轮404安装在四轴减速机402的输入端，且第一伞齿轮403和第二伞齿轮404轮齿相互啮合，在四轴电机401启动带动第一伞齿轮403进行旋转时，通过轮齿啮合，第二伞齿轮404受一定速比转动，进而为四轴减速机402提供所需的动力。

进一步的，第五联动机构包括五轴电机501和五轴减速机502，五轴电机501安装在第四连接件5的内部，随第四连接件5进行运动，五轴减速机502安装在第四连接件5对底端，且五轴减速机502的输入端与五轴电机501的输出端连接，五轴减速机502可由五轴电机501带动进行运动，此处的旋转轴为j5，而五轴减速机502输出端可与外部刀具直接连接，也可连接工具头等部件，为工件加工直接提供所需的动力。

更进一步的，五轴减速机502的输入轴表面安装有第一同步带轮503，五轴电机501的输出轴表面安装有第二同步带轮505，且第二同步带轮505与第一同步带轮轮503之间通过同步带504连接，即五轴电机501输出轴上的第二同步带轮505运动，借助同步带504带动第一同步带轮轮503进行运动，为五轴减速机502提供所需的动力。

此外，一轴电机101、二轴电机201、三轴电机301、四轴电机401和五轴电机501均可采用rv减速机直连旋转轴本体的结构，一般的rv减速机为蜗轮蜗杆减速机家族中比较常见的减速机，可避免了动力经过减速机后再经过齿轮传动的结构，传动精度更高，避免了齿轮传动中带来的反向间隙。

本实施例的使用方法为：实际使用时，可针对不同设备需求，如在进行龙门机床加工时，可将基座1安装在龙门机床的横梁上，经第二连接件3、第三连接件4等内部空间，为该机器人安装上动力电缆、信号线管线、冷却液管线和压缩空气管线等，为各个电机接通外部电源，并利于统一由外部控制器进行电气控制，并尽量避免管线暴露在设备外，影响设备的实际使用，将加工所需的刀具等，如砂轮，将砂轮安装在五轴减速机502的输出轴上，此时砂轮作为加工工具直接与工件表面接触，并由五轴电机501为砂轮提供所需的旋转力矩，在启动一轴电机101时，其输出轴直接为一轴减速机102提供所需动力，一轴减速机102带动第一连接件2乃至其上的另外三个连接件进行旋转运动，整个机器人绕基座1进行旋转运动，此时为j1旋转轴运动，当需要砂轮更换实际角度或高度时，可气动二轴电机201，使得二轴减速机202带动第二连接件3乃至其上的第三连接件4和第四连接件5进行角度摆动，依次使用三轴电机301、四轴电机401和五轴电机501，皆可以带动不同的连接件进行摆动，进而改变加工工具的实际位置，而整个五轴机器人，相对于传统的六轴机器人，外型上更加短粗，结构刚性更强，而且结构上区别于市面上任何一种工业机器人，尤其在第四连接件5处，可在加工时遭受反作用力等情况下，保持良好的刚性和结构稳定性，实际加工因使用的加工工具的不同，除砂轮可进行打磨外，使用铣刀、镗刀等以满足不同的工艺需求，必要时可在该机器人附近配备一个刀库，以便于更换刀头使用。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。