一种多自由度机器人

1.本实用新型涉及工业机器人设备技术领域，具体而言，涉及一种多自由度机器人。


背景技术：

2.多自由度工业机器人在工业自动化领域的应用越来越多，常见的是串联6自由度机器人、串联4自由度机器人和水平关节4自由度机器人；在中等负载和高负载的机器人应用领域，串联关节机器人应用更为广泛。
3.圆柱多自由度坐标机器人在传动机构和运动形式上区别于上述几种机器人，这种机器人具有的优点是可作业空间大，机器人刚性好，其可达运动空间是圆柱形状空间。
4.在现有的机器人产品中，不同负载能力的机器人对应不同的机器人型号规格。这就使得机器人零部件的通用性很差，制造成本较高。例如，现有的机器人是50kg负载能力的机器人，当客户需要一款60kg负载能力的机器人时，就需要采购能满足60kg负载能力的新的规格型号的机器人，对客户来说，成本太高。


技术实现要素：

5.本实用新型在于提供一种多自由度机器人，其能够解决上述问题，。
6.为了缓解上述的问题，本实用新型采取的技术方案如下：
7.本实用新型提供了一种多自由度机器人，包括大臂、小臂以及末级自由度关节轴组件；
8.所述末级自由度关节轴组件包括模块化外壳、传动轴、减速机和锥齿轮副；
9.所述模块化外壳设置有带仓盖的安装仓ⅰ；
10.所述小臂设置有带封装盖的安装仓ⅱ，该安装仓ⅱ安装有伺服电机；
11.所述传动轴通过轴承组件安装于所述模块化外壳，且其第一端伸至所述安装仓ⅱ与所述伺服电机的转矩输出轴通过联轴器连接，第二端伸至所述安装仓ⅰ；
12.所述减速机固定安装于所述模块化外壳，且其转矩输入轴伸至所述安装仓ⅰ，并通过所述锥齿轮副传动连接于所述传动轴的第二端；
13.所述模块化外壳可拆卸固定连接于所述小臂。
14.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述锥齿轮副包括通过压板ⅰ和衬套ⅰ卡固于所述传动轴的锥齿轮ⅰ，以及通过压板ⅱ和衬套ⅱ卡固于所述减速机的转矩输入轴的锥齿轮ⅱ，所述锥齿轮ⅰ啮合于所述锥齿轮ⅱ。
15.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述仓盖朝向所述锥齿轮副，且包括位于所述安装仓ⅰ顶部的仓盖ⅱ，以及位于所述安装仓ⅰ侧部的仓盖ⅰ。
16.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述轴承组件包括轴承ⅰ、轴承座、轴承ⅱ、轴承ⅲ和端盖，所述传动轴转动安装于所述轴承ⅰ、轴承ⅱ和轴承ⅲ；所述轴承座可拆卸固定于所述模块化外壳，所述轴承ⅰ通过所述轴承座卡固于所述传动轴后段的轴肩部；所述轴承ⅱ和轴承ⅲ通过所述端盖卡固定于所述传动轴前段的轴肩部，所述衬套ⅰ的两端分别抵接
于所述轴承ⅲ的内圈和所述锥齿轮ⅰ。
17.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述减速机为rv减速机或谐波减速机。
18.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述减速机的转矩输出轴竖直向下布置。
19.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述减速机的外壳通过法兰组件固定安装于所述模块化外壳。
20.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述模块化外壳通过四个螺栓可拆卸固定连接于所述小臂。
21.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述封装盖开设了与所述伺服电机匹配的走线孔。
22.在本实用新型的一较佳实施方式中，所述封装盖的边缘部与所述安装仓ⅱ之间、所述仓盖的边缘部与所述安装仓ⅰ之间均通过橡胶密封圈密封。
23.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
24.1）机器人对末级自由度关节轴组件进行了模块化设计，方便整套更换，单独开展末级关节轴的功能测试，降低了生产商的制造成本，以及用户的生产维护成本。
25.2）与末级自由度关节轴组件匹配的伺服电机内置于小臂，结构紧凑，防护等级高；
26.3）除末级自由度设计外，机器人其它自由度未做改变，为通用化设计，对于一确定自由度数量的机器人，通过更换不同的模块化的末级自由度关节轴组件，可实现快速改变机器人负载能力；
27.4）与末级自由度关节轴组件匹配的伺服电机内置于小臂，当更换模块化的末级自由度关节轴组件时，电机线缆不需要插拔，且可以避免因电机线缆长度不同而重新布线。
28.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本实用新型实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
30.图1是实施例中四自由度机器人的第一视角立体结构图；
31.图2是实施例中四自由度机器人的第二视角立体结构图；
32.图3是实施例中小臂和末级自由度关节轴组件的装配立体结构图；
33.图4是实施例中末级自由度关节轴组件的立体结构图；
34.图5是实施例中小臂和末级自由度关节轴组件的装配剖视结构图；
35.图6是图5中a处的局部放大图；
36.图7是图5中b处的局部放大图；
37.图中：1-底座，2-立柱，3-大臂，4-小臂，5-封装盖，6-伺服电机，7-联轴器，8-传动轴，9-模块化外壳，10-减速机，11-仓盖ⅰ，12-仓盖ⅱ，13-安装仓ⅰ，14-安装仓ⅱ，15-轴承ⅱ，16-轴承ⅲ，17-端盖，18-衬套ⅰ，19-锥齿轮ⅰ，20-衬套ⅱ，21-锥齿轮ⅱ，22-压板ⅰ，23-压板ⅱ，24-轴承座，25-轴承ⅰ。
具体实施方式
38.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
39.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
40.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。
41.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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。
42.本实用新型所述多自由度机器人不对其自由度数量进行限制，其特点在于对末级自由端的模块化改进。
43.请参照图1~图7，下面以四自由度为例，即提供一种四自由度机器人。
44.该机器人具备的四个自由度体，分别为相对于现有技术没有做出结构改进的第一旋转轴j1，第二垂直升降轴j2，第三旋转轴j3，以及相对于现有技术做出了结构改进的第四旋转轴j4，即末级自由度关节轴组件。
45.j1周向旋转可形成圆柱空间包络，为立柱2绕底座1中心轴线旋转。
46.j2构成垂直方向的直线运动自由度，为大臂3及其上的所有零部件，沿立柱2上下移动。
47.j3为水平旋转结构，是小臂4绕大臂3前端旋转轴进行水平旋转摆动。
48.j4为减速机10转矩输出轴的旋转。
49.在本实施例中，末级自由度关节轴组件包括模块化外壳9、传动轴8、减速机10和锥齿轮副；模块化外壳9设置有带仓盖的安装仓ⅰ13；小臂4设置有带封装盖5的安装仓ⅱ14，该安装仓ⅱ14安装有伺服电机6；传动轴8通过轴承组件支撑安装于模块化外壳9，且其第一端伸至安装仓ⅱ14与伺服电机6的转矩输出轴通过联轴器7连接，第二端伸至安装仓ⅰ13；减速机10固定安装于模块化外壳9，且其转矩输入轴伸至安装仓ⅰ13，并通过锥齿轮副传动连接于传动轴8的第二端；模块化外壳9可拆卸固定连接于小臂4。
50.在本实施例中，仓盖为圆形盖，是通过螺丝安装在模块化外壳9的孔特征处，其接合面处涂抹有密封胶。仓盖密封的孔特征，用于润滑油脂的加注及油脂的更换，同时可以观察锥齿轮啮合情况。
51.在本实施例中，封装盖5通过螺钉安装在模块化外壳9。
52.机器人需要切换不同的末级自由度关节轴组件时，拆除末级自由度关节轴组件步骤如下：
53.先打开封装盖5，然后将联轴器7松开，即断开传动轴8和伺服电机6之间的连接，然后拆除模块化外壳9与小臂4的连接结构。
54.安装末级自由度关节轴组件是拆除步骤的逆过程。
55.根据不同负载能力的末级自由度关节轴组件，选配与其相适应的伺服电机6及联轴器7进行安装。
56.在本实施例中，电机安装在小臂4内部，而不选择安装在模块化外壳9的有利之处在于：当更换末级自由度关节轴组件时，电机线缆不需要插拔，且可以避免因电机线缆长度不同，电机线缆在机器人上重新布线。
57.在本实用新型的一个可选实施例中，锥齿轮副包括通过压板ⅰ22和衬套ⅰ18卡固于传动轴8的锥齿轮ⅰ19，以及通过压板ⅱ23和衬套ⅱ20卡固于减速机10的转矩输入轴的锥齿轮ⅱ21，锥齿轮ⅰ19啮合于锥齿轮ⅱ21。
58.其中，衬套ⅱ20卡于减速机10外壳和锥齿轮ⅱ21之间。
59.在本实用新型的一个可选实施例中，仓盖朝向锥齿轮副，且包括位于安装仓ⅰ13顶部的仓盖ⅱ12，以及位于安装仓ⅰ13侧部的仓盖ⅰ11。
60.其中，两处不同位置的仓盖设计，便于全方位的维护锥齿轮副。
61.在本实用新型的一个可选实施例中，轴承组件包括轴承ⅰ25、轴承座24、轴承ⅱ15、轴承ⅲ16和端盖17，传动轴8转动安装于轴承ⅰ25、轴承ⅱ15和轴承ⅲ16；轴承座24可拆卸固定于模块化外壳9，轴承ⅰ25通过轴承座24卡固于传动轴8后段的轴肩部；轴承ⅱ15和轴承ⅲ16通过端盖17卡固定于传动轴8前段的轴肩部，衬套ⅰ18的两端分别抵接于轴承ⅲ16的内圈和锥齿轮ⅰ19。
62.在传动轴8转动时，轴承ⅰ25、轴承ⅱ15和轴承ⅲ16的内圈一起转动，外圈不动。
63.在本实施例中，轴承座24的法兰特征通过螺栓固定连接在模块化外壳9，轴承ⅱ15和轴承ⅲ16的外圈安装在模块化外壳9的内孔中，端盖17压紧轴承ⅲ16的外圈，端盖17的法兰特征通过螺栓固定连接在模块化外壳9。
64.在本实用新型的一个可选实施例中，减速机10为rv减速机或谐波减速机。
65.在本实用新型的一个可选实施例中，减速机的转矩输出轴竖直向下布置。
66.在本实用新型的一个可选实施例中，减速机的外壳通过法兰组件固定安装于模块化外壳9。
67.在本实用新型的一个可选实施例中，模块化外壳9通过四个螺栓可拆卸固定连接于小臂4。
68.在本实用新型的一个可选实施例中，封装盖5开设了与伺服电机6匹配的走线孔。
69.在本实用新型的一个可选实施例中，封装盖5的边缘部与安装仓ⅱ14之间、仓盖的边缘部与安装仓ⅰ13之间均通过橡胶密封圈密封。
70.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，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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。