一种六自由度混联机器人的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种六自由度混联机器人,属于工业机器人技术领域。该混联机器人包括机架、连杆同步带传动机构、末端执行机构及驱动装置；本发明中第五电机、第六电机控制第一主动臂、第二主动臂的转动，用于实现第二从动臂的平动；第一电机、第二电机、第三电机、第四电机控制第一主动轮、第二主动轮、第三主动轮、第四主动轮的转动，用于实现第一丝杠、第二丝杠、第三丝杠及花键轴的运动，并最终实现末端连接法兰的空间多方向翻转及自身的旋转运动，从而实现末端连接法兰的理想动作。本发明六自由度混联机器人，采用伺服系统，动作精确平稳，操作采用人机界面，操作灵活，能够在工业生产领域广泛运用。
【专利说明】
一种六自由度混联机器人
技术领域
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[0001 ]本发明属于工业机器人技术领域，具体涉及一种六自由度混联机器人。
【背景技术】
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[0002]轻工、医药、食品和电子等行业的自动化生产线中，诸如分拣、包装、封装等作业往往需要末端执行器在空间中进行高速作业的机械手。一般工业机器人设备昂贵、结构笨重、占用空间大且运动范围受限，无法满足人们同时对功能性、小空间、轻型化、高精度等多方面的较高要求。本发明提供的一种六自由度混联机器人不仅能满足轻负载快速轻型化市场的需求，而且因为其六个自由度的特征，可以实现大范围多角度的运动空间。适应基本工业分拣应用，对环境要求不高，更具有柔性。可以提高机器人的研发速度，降低成本，为机器人进一步设计提供了方向及理论依据。
【发明内容】
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[0003]本发明针对现有多自由度机器人的升级问题，提供一种六自由度混联机器人，本发明提供的一种六自由度混联机器人包括机架1、连杆同步带传动机构2、末端执行机构3及驱动装置;所述驱动装置包括第一电机4-1、第一减速机4-2、第二电机5-1、第二减速机5-2、第三电机6-1、第三减速机6-2、第四电机7-1、第四减速机7-2、第五电机8_1、第五减速机8-
2、第六电机9_1及第六减速机9_2;所述第一电机4_1、第一减速机4_2、第二电机5_1、第二减速机5-2、第三电机6-1、第三减速机6-2、第四电机7-1、第四减速机7_2、第五电机8_1、第五减速机8-2、第六电机9-1及所述第六减速机9-2配套安装在所述机架I上，作为整个机器人的动力装置。
[0004]所述连杆同步带传动机构2包括第一主动轮4-3、第二主动轮5-3、第三主动轮6-3、第四主动轮7-3、第一从动轮10、第二从动轮11、第三从动轮12、第四从动轮13、第一连接轴14、第二连接轴15、第一主动臂16、第二主动臂17、第一从动臂18、第二从动臂19、第三连接轴20、第四连接轴21、第五连接轴22、第六连接轴23、第一中间轮24、第二中间轮25、第三中间轮26、第四中间轮27、第五中间轮28、第六中间轮29、第七中间轮30、第一同步带31、第二同步带32、第三同步带33及第四同步带(34)。
[0005]所述第一主动轮4-3、第二主动轮5-3、第三主动轮6-3及所述第四主动轮7-3分别安装在所述第一减速机4-2、第二减速机5-2、第三减速机6-2及所述第四减速机7-2上;所述第一连接轴14固接在所述第五减速机8-2的轴上;所述第二连接轴15固接在所述第六减速机9-2的轴上;所述第一从动轮10、第二从动轮11通过轴承安装在所述第一连接轴14上;所述第三从动轮12、第四从动轮13通过轴承安装在所述第二连接轴15上。
[0006]所述第一主动臂16的一端安装在所述第五电机8-1上，所述第一主动臂16的另一端通过所述第五连接轴22与所述第一从动臂18相连接;所述第二主动臂17的一端安装在所述第六电机9-1上，所述第二主动臂17的另一端通过所述第三连接轴20与所述第二从动臂19相连接;所述第一从动臂18通过所述第四连接轴21与所述第二从动臂19相连接;所述第六连接轴23固接在所述第一从动臂18上;所述第一中间轮24、第二中间轮25通过轴承安装在所述第三连接轴20上;所述第三中间轮26、第四中间轮27通过轴承安装在所述第四连接轴21上;所述第五中间轮28、第六中间轮29通过轴承安装在所述第五连接轴22上;所述第七中间轮30通过轴承安装在所述第六连接轴23上;所述第一同步带31依次安装在所述第一主动轮4-3、第二从动轮11、第六中间轮29及所述第四执行轮46上;所述第二同步带32依次安装在所述第二主动轮5-3、第一从动轮10、第五中间轮28、第七中间轮30及所述第三执行轮45上;所述第三同步带33依次安装经过所述第三主动轮6-3、第四从动轮13、第二中间轮25、第四中间轮27及所述第二执行轮44上;所述第四同步带34依次安装经过所述第四主动轮7-
3、第三从动轮12、第一中间轮24、第三中间轮26及所述第一执行轮43上。
[0007]所述末端执行机构3包括包括第一丝杠螺母35、第二丝杠螺母36、第三丝杠螺母37、花键螺母38、第一丝杠39、第二丝杠40、第三丝杠41、花键轴42、第一丝杠支架47、第二丝杠支架48、第三丝杠支架49、花键支架50、第一球铰51、第二球铰52、第一虎克铰53、第二虎克铰54、第三虎克铰55、第四虎克铰56、第五虎克铰57、第一连接杆58、第二连接杆59、第三连接杆60、第四连接杆61、第五连接杆62、第六连接杆63、第一末端连接件64、第二末端连接件65、第三末端连接件66、末端中间连接件67、末端平台68及末端连接法兰69。
[0008]所述第一丝杠支架47、第二丝杠支架48、第三丝杠支架49及花键支架50固接在所述第一从动臂18上，所述第一丝杠支架47、第二丝杠支架48及第三丝杠支架49呈等边三角形结构，所述花键支架50位于所述等边三角形的中心;所述第一丝杠螺母35、第二丝杠螺母36、第三丝杠螺母37及所述花键螺母38分别对应安装在所述第一丝杠支架47、第二丝杠支架48、第三丝杠支架49及所述花键支架50上;所述第一丝杠39、第二丝杠40、第三丝杠41及所述花键轴42分别对应穿过所述第一丝杠螺母35、第二丝杠螺母36、第三丝杠螺母37及所述花键螺母38。
[0009]所述第一丝杠39通过所述第一球铰51与所述第一连接杆58相连接，所述第一连接杆58通过第一虎克铰53与所述第一末端连接件64相连接;所述第二丝杠40通过所述第二球铰52与所述第二连接杆59相连接，所述第二连接杆59通过所述第二虎克铰54与所述第二末端连接件65相连接;所述第三连接杆60的一端与所述第三丝杠41固接，所述第三连接杆60的另一端通过所述第三虎克铰55与所述第三末端连接件66相连接;所述第四连接杆61的一端与所述花键轴42固接，所述第四连接杆61的另一端通过第四虎克铰56与所述第五连接杆62的一端相连接，所述第五连接杆62的另一端与所述第六连接杆63的一端固接，所述第六连接杆63的另一端通过所述第五虎克铰57与所述末端中间连接件67相连接;所述第一末端连接件64、第二末端连接件65及所述第三末端连接件66呈等边三角形结构，所述第一末端连接件64、第二末端连接件65及所述第三末端连接件66固接在所述末端平台68上;所述末端中间连接件67通过轴承安装在所述末端平台68的中心，所述末端连接法兰69固接在所述末端中间连接件67上。
[0010]所述第一执行轮43、第二执行轮44、第三执行轮45、第四执行轮46分别对应安装在所述第一丝杠螺母35、第二丝杠螺母36、第三丝杠螺母37、花键螺母38上。
[0011 ]本发明具有以下技术特点:
[0012]1、本发明的末端连接法兰的六个自由度由六个相同的伺服电机驱动，动作精确，操作灵活。
[0013]2、本发明将六个动力源通过混联传动方式传递到末端连接法兰；
[0014]3、本发明能够实现沿X、Y、Z轴的3个平动自由度和分别绕X、Y、Z轴的3个转动自由度，结构精简，价格便宜，占用空间小，工作面平稳，可大量用于工业分拣等场合。
【附图说明】
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[0015]图1是本发明六自由度混联机器人结构示意图；
[0016]图2是本发明机器人中驱动装置与连杆同步带传动机构连接结构示意图；
[0017]图3是本发明机器人中连杆同步带传动机构与末端执行机构连接结构示意图；
[0018]图4是本发明机器人中末端执行机构的结构示意图之一；
[0019]图5是本发明机器人中末端执行机构的结构示意图之二；
[0020]图6是本发明机器人中末端执行机构的结构示意图之三。
[0021 ]图中:1:机架、2:连杆同步带传动机构、3:末端执行机构、4-1:第一电机、4-2:第一减速机、4-3:第一主动轮、5-1:第二电机、5-2:第二减速机、5-3:第二主动轮、6-1:第三电机、6-2:第三减速机、6-3:第三主动轮、7-1:第四电机、7-2:第四减速机、7_3:第四主动轮、8-1:第五电机、8-2:第五减速机、9-1:第六电机、9-2:第六减速机、10:第一从动轮、11:第二从动轮、12:第三从动轮、13:第四从动轮、14:第一连接轴、15:第二连接轴、16:第一主动臂、17:第二主动臂、18:第一从动臂、19:第二从动臂、20:第三连接轴、21:第四连接轴、22:第五连接轴、23:第六连接轴、24:第一中间轮、25:第二中间轮、26:第三中间轮、27:第四中间轮、28:第五中间轮、29:第六中间轮、30:第七中间轮、31:第一同步带、32:第二同步带、33:第三同步带、34:第四同步带、35:第一丝杠螺母、36:第二丝杠螺母、37:第三丝杠螺母、38:花键螺母、39:第一丝杠、40:第二丝杠、41:第三丝杠、42:花键轴、43:第一执行轮、44:第二执行轮、45:第三执行轮、46:第四执行轮、47:第一丝杠支架、48:第二丝杠支架、49:第三丝杠支架、50:花键支架、51:第一球铰、52:第二球铰、53:第一虎克铰、54:第二虎克铰、55:第三虎克铰、56:第四虎克铰、57:第五虎克铰、58:第一连接杆、59:第二连接杆、60:第三连接杆、61:第四连接杆、62:第五连接杆、63:第六连接杆、64:第一末端连接件、65:第二末端连接件、66:第三末端连接件、67:末端中间连接件、68:末端平台、69:末端连接法兰。
【具体实施方式】
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[0022]下面结合附图对本发明作进一步描述:
[0023]如图1所示，一种六自由度混联机器人，包括机架1、连杆同步带传动机构2、末端执行机构3及驱动装置;所述驱动装置包括第一电机4-1、第一减速机4-2、第二电机5-1、第二减速机5-2、第二电机6-1、第二减速机6-2、第四电机7-1、第四减速机7-2、第五电机8-1、第五减速机8-2、第六电机9-1、第六减速机9-2。
[0024]所述末端执行机构3包括第一丝杠螺母35、第二丝杠螺母36、第三丝杠螺母37、花键螺母38、第一丝杠39、第二丝杠40、第三丝杠41、花键轴42、第一丝杠支架47、第二丝杠支架48、第三丝杠支架49、花键支架50、第一球铰51、第二球铰52、第一虎克铰53、第二虎克铰54、第三虎克铰55、第四虎克铰56、第五虎克铰57、第一连接杆58、第二连接杆59、第三连接杆60、第四连接杆61、第五连接杆62、第六连接杆63、第一末端连接件64、第二末端连接件65、第三末端连接件66、末端中间连接件67、末端平台68及末端连接法兰69。
[0025]所述第一电机4-1、第一减速机4-2、第二电机5-1、第二减速机5-2、第三电机6-1、第三减速机6-2、第四电机7-1、第四减速机7-2、第五电机8-1、第五减速机8_2、第六电机9-
1、第六减速机9-2配套安装在机架I上，作为整个机器人的动力装置;所述第一主动轮4-3、第二主动轮5-3、第三主动轮6-3、第四主动轮7-3分别对应安装在所述第一减速机4-2、第二减速机5-2、第三减速机6-2、第四减速机7-2上;所述第一连接轴14固接在所述第五减速机8-2轴上;所述第二连接轴15固接在所述第六减速机9-2轴上;所述第一从动轮10、第二从动轮11通过轴承共同安装在所述第一连接轴14上;所述第三从动轮12、第四从动轮13通过轴承共同安装在所述第二连接轴15上;所述第一主动臂16的一端安装在所述第五电机8-1上，其另一端通过所述第五连接轴22与所述第一从动臂18相连接;所述第二主动臂17的一端安装在所述第六电机9-1上，其另一端通过所述第三连接轴20与所述第二从动臂19相连接;所述第一从动臂18通过所述第四连接轴21与所述第二从动臂19相连接;所述第六连接轴23固接在所述第一从动臂18上;所述第一中间轮24、第二中间轮25共同通过轴承安装在所述第三连接轴20上;所述第三中间轮26、第四中间轮27共同通过轴承安装在所述第四连接轴21上;第五中间轮28、第六中间轮29共同通过轴承安装在所述第五连接轴22上;所述第七中间轮30通过轴承安装在所述第六连接轴23上;所述第一同步带系31依次安装经过所述第一主动轮4-3、第二从动轮11、第六中间轮29以及执行装置3中的第四执行轮46;所述第二同步带系32依次安装经过所述第二主动轮5-3、第一从动轮10、第五中间轮28、第七中间轮30以及执行装置3中的第三执行轮45;所述第三同步带系33依次安装经过所述第三主动轮6-3、第四从动轮13、第二中间轮25、第四中间轮27以及执行装置3中的第二执行轮44;所述第四同步带系34依次安装经过所述第四主动轮7-3、第三从动轮12、第一中间轮24、第三中间轮26以及执行装置3中的第一执行轮43。
[0026]如图4、图5、图6所示，所述第一丝杠支架47、第二丝杠支架48、第三丝杠支架49、花键支架50呈等边三角形固接在第一从动臂18上，其中所述花键支架50在此等边三角形的中心;所述第一丝杠螺母35、第二丝杠螺母36、第三丝杠螺母37、花键螺母38分别对应安装在所述第一丝杠支架47、第二丝杠支架48、第三丝杠支架49、花键支架50上;所述第一执行轮43、第二执行轮44、第三执行轮45、第四执行轮46分别对应安装在所述第一丝杠螺母35、第二丝杠螺母36、第三丝杠螺母37、花键螺母38上；所述第一丝杠39、第二丝杠40、第三丝杠41、花键轴42分别对应穿过所述第一丝杠螺母35、第二丝杠螺母36、第三丝杠螺母37、花键螺母38;所述第一丝杠39通过所述第一球铰51与所述第一过渡杆件58相连接;所述第一连接杆58通过第一虎克铰53与所述第一末端连接件64相连接;所述第二丝杠40通过所述第二球铰52与所述第二连接杆59相连接;所述第二连接杆59通过所述第二虎克铰54与所述第二末端连接件65相连接;所述第三连接杆60的一端与所述第三丝杠41固接，其另一端通过所述第三虎克铰55与所述第三末端连接件66相连接;所述第四连接杆61的一端与所述花键轴42固接，其另一端通过第四虎克铰56与所述第五连接杆62的一端相连接;所述第五连接杆62的另一端一所述第六连接杆63的一端固接;所述第六连接杆63的另一端通过所述第五虎克铰57与所述末端中间连接件67相连接;所述第一末端连接件64、第二末端连接件65、第三末端连接件66呈等边三角形固接在所述末端平台68上;所述末端中间连接件67通过轴承安装在所述末端平台68的中心;所述末端连接法兰69固接在所述末端中间连接件67上。
[0027]如图1所示，本发明中第五电机8-1、第六电机9-1控制第一主动臂16、第二主动臂17的转动，用于实现第二从动臂19的平动;第一电机4-1、第二电机5-1、第三电机6-1、第四电机7-1控制第一主动轮4-3、第二主动轮5-3、第三主动轮6-3、第四主动轮7-3的转动，用于实现所述第一丝杠39、第二丝杠40、第三丝杠41及花键轴42的运动，并最终实现末端连接法兰69的空间多方向翻转及自身的旋转运动。
【主权项】
1.一种六自由度混联机器人，其特征在于该机器人包括机架(I)、连杆同步带传动机构(2)、末端执行机构(3)及驱动装置;所述驱动装置包括第一电机(4-1)、第一减速机(4-2)、第二电机(5-1)、第二减速机(5-2)、第三电机(6-1)、第三减速机(6-2)、第四电机(7-1)、第四减速机(7-2)、第五电机(8-1)、第五减速机(8-2)、第六电机(9-1)及第六减速机(9-2)，所述第一电机(4-1)、第一减速机(4-2)、第二电机(5-1)、第二减速机(5-2)、第三电机(6-1)、第三减速机(6-2)、第四电机(7-1)、第四减速机(7-2)、第五电机(8-1)、第五减速机(8-2)、第六电机(9-1)及所述第六减速机(9-2)配套安装在所述机架(I)上，作为整个机器人的动力装置;所述连杆同步带传动机构(2)包括第一主动轮(4-3)、第二主动轮(5-3)、第三主动轮(6-3)、第四主动轮(7-3)、第一从动轮(10)、第二从动轮(11)、第三从动轮(12)、第四从动轮(13)、第一连接轴(14)、第二连接轴(15)、第一主动臂(16)、第二主动臂(17)、第一从动臂(18)、第二从动臂(I9)、第三连接轴(20)、第四连接轴(21)、第五连接轴(22)、第六连接轴(23)、第一中间轮(24)、第二中间轮(25)、第三中间轮(26)、第四中间轮(27)、第五中间轮(28)、第六中间轮(29)、第七中间轮(30)、第一同步带(31)、第二同步带(32)、第三同步带(33)及第四同步带(34)，所述第一主动轮(4-3)、第二主动轮(5-3)、第三主动轮(6-3)及所述第四主动轮(7-3)分别安装在所述第一减速机(4-2)、第二减速机(5-2)、第三减速机(6-2)及所述第四减速机(7-2)上，所述第一连接轴(14)固接在所述第五减速机(8-2)的轴上，所述第二连接轴(15)固接在所述第六减速机(9-2)的轴上，所述第一从动轮(10)、第二从动轮(11)通过轴承安装在所述第一连接轴(14)上，所述第三从动轮(12)、第四从动轮(13)通过轴承安装在所述第二连接轴(15)上，所述第一主动臂(16)的一端安装在所述第五电机(8-1)上，所述第一主动臂(16)的另一端通过所述第五连接轴(22)与所述第一从动臂(18)相连接，所述第二主动臂(17)的一端安装在所述第六电机(9-1)上，所述第二主动臂(17)的另一端通过所述第三连接轴(20)与所述第二从动臂(19)相连接，所述第一从动臂(18)通过所述第四连接轴(21)与所述第二从动臂(19)相连接，所述第六连接轴(23)固接在所述第一从动臂(18)上，所述第一中间轮(24)、第二中间轮(25)通过轴承安装在所述第三连接轴(20)上，所述第三中间轮(26)、第四中间轮(27)通过轴承安装在所述第四连接轴(21)上，所述第五中间轮(28)、第六中间轮(29)通过轴承安装在所述第五连接轴(22)上，所述第七中间轮(30)通过轴承安装在所述第六连接轴(23)上，所述第一同步带(31)依次安装在所述第一主动轮(4-3)、第二从动轮(11)、第六中间轮(29)及所述第四执行轮(46)上，所述第二同步带(32)依次安装在所述第二主动轮(5-3)、第一从动轮(10)、第五中间轮(28)、第七中间轮(30)及所述第三执行轮(45)上，所述第三同步带(33)依次安装经过所述第三主动轮(6-3)、第四从动轮(13)、第二中间轮(25)、第四中间轮(27)及所述第二执行轮(44)上，所述第四同步带(34)依次安装经过所述第四主动轮(7-3)、第三从动轮(12)、第一中间轮(24)、第三中间轮(26)及所述第一执行轮(43)上；所述末端执行机构(3)包括包括第一丝杠螺母(35)、第二丝杠螺母(36)、第三丝杠螺母(37)、花键螺母(38)、第一丝杠(39)、第二丝杠(40)、第三丝杠(41)、花键轴(42)、第一丝杠支架(47)、第二丝杠支架(48)、第三丝杠支架(49)、花键支架(50)、第一球铰(51)、第二球铰(52)、第一虎克铰(53)、第二虎克铰(54)、第三虎克铰(55)、第四虎克铰(56)、第五虎克铰(57)、第一连接杆(58)、第二连接杆(59)、第三连接杆(60)、第四连接杆(61)、第五连接杆(62)、第六连接杆(63)、第一末端连接件(64)、第二末端连接件(65)、第三末端连接件(66)、末端中间连接件(67)、末端平台(68)及末端连接法兰(69)，所述第一丝杠支架(47)、第二丝杠支架(48)、第三丝杠支架(49)及花键支架(50)固接在所述第一从动臂(18)上，所述第一丝杠支架(47)、第二丝杠支架(48)及第三丝杠支架(49)呈等边三角形结构，所述花键支架(50)位于所述等边三角形的中心，所述第一丝杠螺母(35)、第二丝杠螺母(36)、第三丝杠螺母(37)及所述花键螺母(38)分别对应安装在所述第一丝杠支架(47)、第二丝杠支架(48)、第三丝杠支架(49)及所述花键支架(50)上，所述第一丝杠(39)、第二丝杠(40)、第三丝杠(41)及所述花键轴(42)分别对应穿过所述第一丝杠螺母(35)、第二丝杠螺母(36)、第三丝杠螺母(37)及所述花键螺母(38)，所述第一丝杠(39)通过所述第一球铰(51)与所述第一连接杆(58)相连接，所述第一连接杆(58)通过第一虎克铰(53)与所述第一末端连接件(64)相连接，所述第二丝杠(40)通过所述第二球铰(52)与所述第二连接杆(59)相连接，所述第二连接杆(59)通过所述第二虎克铰(54)与所述第二末端连接件(65)相连接，所述第三连接杆(60)的一端与所述第三丝杠(41)固接，所述第三连接杆(60)的另一端通过所述第三虎克铰(55)与所述第三末端连接件(66)相连接，所述第四连接杆(61)的一端与所述花键轴(42)固接，所述第四连接杆(61)的另一端通过第四虎克铰(56)与所述第五连接杆(62)的一端相连接，所述第五连接杆(62)的另一端与所述第六连接杆(63)的一端固接，所述第六连接杆(63)的另一端通过所述第五虎克铰(57)与所述末端中间连接件(67)相连接，所述第一末端连接件(64)、第二末端连接件(65)及所述第三末端连接件(66)呈等边三角形结构，所述第一末端连接件(64)、第二末端连接件(65)及所述第三末端连接件(66)固接在所述末端平台(68)上，所述末端中间连接件(67)通过轴承安装在所述末端平台(68)的中心，所述末端连接法兰(69)固接在所述末端中间连接件(67)上;所述第一执行轮(43)、第二执行轮(44)、第三执行轮(45)、第四执行轮(46)分别对应安装在所述第一丝杠螺母(35)、第二丝杠螺母(36)、第三丝杠螺母(37)、花键螺母(38)上。
【文档编号】B25J9/12GK106041921SQ201610522635
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】张良安, 张壮, 赵学峰, 叶增林, 茆诚, 王梦涛
【申请人】安徽海思达机器人有限公司