一种六自由度中型串联教学机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种六自由度中型串联教学机器人，具有机器人底座、六自由度中型串联教学机器人本体、机器人末端工具、气路系统、机器人控制系统和工件实验台。本实用新型中六自由度中型串联教学机器人本体基于低成本和工业串联一致性设计，机械系统可视化，控制系统全面开放，应用工业串联一致的示教盒操作，采用工业串联机器人常用的示教再现工作模式，让学生全面掌握工业机器人机械传动部件的选择、装配、结构件的设计、传感器的选择和使用、电机的选择和使用、计算机编程和调试等技术，使学生在机器人及机电系统的设计、装配、调试能力均能得到提高。对加快高素质技能型人才培养，推进经济与社会的跨越式发展具有重要意义。
【专利说明】一种六自由度中型串联教学机器人
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种六自由度中型串联教学机器人。
【背景技术】
[0002]在公知的【技术领域】，随着我国国民经济的迅速发展，企业对机器人技能人才的需求越来越迫切。特别是我国加入世界贸易组织后，企业之间的竞争将在很大程度上表现为对技能人才的竞争，由此将极大地激发我国广大高职院校学生在机器人学习、掌握技术、能力培养方面的热情。机器人发展因此而带来的人才培养需求更开始显现，当前各高职高校纷纷建立机器人实验室等教学手段，因此，相关的教学机器人设备是否符合教学与就业需求显得尤为重要。以工业机器人产品为原型的工业作业型教学机器人以低成本工业化设计越来越成为高职高校机器人教学平台之一，这类机器人保留工业机器人所有特征，具有更好的开放性和可扩展性，更强的交互性和动手能力，良好的人机界面等因素，且低成本设计，安全可靠。对普及学生的机器人技能教育、科技的社会化都具有重要的意义。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是:提供一种机械结构与控制均符合工业串联机器人特征和工业标准设计、在机器人技术的教学过程中能够解决工业操作实践缺乏普及平台问题的六自由度中型串联教学机器人。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种六自由度中型串联教学机器人，具有机器人底座、六自由度中型串联教学机器人本体、机器人末端工具、气路系统、机器人控制系统和工件实验台，所述机器人控制系统安装于钣金控制柜内，在所述钣金控制柜的前面板配置控制操作按钮，所述机器人末端工具安装在六自由度中型串联教学机器人本体上，所述的六自由度中型串联教学机器人本体安装机器人底座上，所述机器人底座通过地脚螺栓与地面固定连接，工件实验台位于机器人前方适合位置。
[0005]进一步的，作为一种具体的实施方式，本发明中所述六自由度中型串联教学机器人本体的高度为1150mm,最大展开半径为870mm ;所述的机器人控制系统为基于PC104总线的嵌入式运动控制器，在所述的机器人控制系统的内部堆栈式安装有三块二轴运动控制卡，所述机器人控制系统具有图形化示教盒和Windows环境接口 ；所述的工件实验台具有轴、套两种尼龙工件和铝合金实验台。
[0006]进一步的，作为一种具体的机构形式，本发明中所述六自由度中型串联教学机器人本体通过一关节、二关节、三关节、四关节、五关节、六关节实现旋转运动、回转运动两种形式，且各关节的电机、传感器的电缆均设置在弹簧护线管内，且六自由度中型串联教学机器人本体采用透明式的封装结构。
[0007]进一步的，作为一种具体的结构形式，本发明中所述的一关节包含交流伺服电机、谐波减速器、机器人底座、光电传感器。
[0008]进一步的，作为一种具体的结构形式，本发明中所述的二关节包含交流伺服电机、RV减速器、二节大臂、光电传感器。
[0009]进一步的，作为一种具体的结构形式，本发明中所述的三关节包含步进电机、谐波减速器、同步齿形带、光电传感器、三节支架。
[0010]进一步的，作为一种具体的结构形式，本发明中所述的四关节包含步进电机、谐波减速器、光电传感器、四节支座。
[0011]进一步的，作为一种具体的结构形式，本发明中所述的五关节包含步进电机、谐波减速器、同步齿形带、关节支座、光电传感器。
[0012]进一步的，作为一种具体的结构形式，本发明中所述的六关节包含步进电机、同步齿形带、锥齿轮传动、谐波减速器、光电传感器。
[0013]进一步的，为了使得机器人的适用性更加广泛，本发明在所述机器人末端工具上可安装有气动手爪工具、轨迹喷涂工具或其他抓取工具。
[0014]本发明的有益效果是:本发明中六自由度中型串联教学机器人本体基于低成本和工业串联一致性设计，机械系统可视化，控制系统全面开放，应用工业串联一致的示教盒操作，采用工业串联机器人常用的示教再现工作模式。六自由度中型串联教学机器人作为高等机器人技术教学平台使用，符合工业机器人的特点，同时低成本设计又能满足现代高等和职业教育对教学用机器人的需求。通过实验学习，可掌握工业串联机器人的基础组成和工作原理，了解机器人基本单元技术(机构、控制、传感器)，可完成不同规则的搬运与装配实验，让学生全面掌握工业机器人机械传动部件的选择、装配、结构件的设计、传感器的选择和使用、电机的选择和使用、计算机编程和调试等技术，使学生在机器人及机电系统的设计、装配、调试能力均能得到提高。对加快高素质技能型人才培养，推进经济与社会的跨越式发展具有重要意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0016]图1是本发明总成结构的三视图；
[0017]图2是本发明中六自由度中型串联教学机器人本体的结构示意图；
[0018]图2a是图2的侧视图；
[0019]图3是本发明一关节结构不意图；
[0020]图3a是图3的剖视图；
[0021]图4是本发明二关节结构示意图；
[0022]图5是本发明二关节结构不意图；
[0023]图5a是图5的剖视图；
[0024]图6是本发明四关节结构不意图；
[0025]图6a是图6的俯视图；
[0026]图7是本发明五关节结构不意图；
[0027]图8是本发明TK关节结构不意图；
[0028]图8a是图8的侧视图；
[0029]图9是本发明机器人末端工具结构示意图；
[0030]图9a是图9的侧视图；[0031 ] 图中:(I)机器人底座，(2 )六自由度中型串联教学机器人本体，(3 )机器人末端工具，(4)气路系统，(5)机器人控制系统，(6)工件支架，(7)钣金控制柜，(8)控制按钮与指示灯，(9) 一关节，(10) 二关节，(11)三关节，(12)四关节，(13)五关节，(14)六关节，(15)气动手爪工具，(16)轨迹喷涂工具，(17)交流伺服电机，(18)谐波减速器，(19)机器人底座，(20)光电传感器，(21)交流伺服电机，(22) RV减速器，(23) 二节大臂，(24)光电传感器，(25)步进电机，(26)谐波减速器，(27)同步齿形带，(28)光电传感器，(29)三节支架，
(30)步进电机，(31)谐波减速器，(32)光电传感器，(33)四节支座，(34)步进电机，(35)谐波减速器，(36)同步齿形带，(37)关节支座，(38)光电传感器，(39)步进电机，(40)同步齿形带，(41)锥齿轮传动，(42)谐波减速器，(43)光电传感器，(44)弹簧护线管。
【具体实施方式】
[0032]现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0033]如图1、图2、图2a、图9和图9a所示的本发明一种六自由度中型串联教学机器人的优选实施例，具有机器人底座1、六自由度中型串联教学机器人本体2、机器人末端工具
3、气路系统4、机器人控制系统5和工件实验台6，所述机器人控制系统5安装于钣金控制柜7内，在所述钣金控制柜7的前面板配置控制操作按钮8，电气元件紧凑美观，开放式布局，柜体前门配置按钮与指示灯，后面安装航空连接器，用以电缆传输信号，所述机器人末端工具3安装在六自由度中型串联教学机器人本体2上，所述的六自由度中型串联教学机器人本体2安装机器人底座I上，所述机器人底座I通过地脚螺栓与地面固定连接，工件实验台6位于机器人前方适合位置，保证实验安全可靠，在所述机器人末端工具3标配采用气动手爪工具15，配置无油静音气泵等气动元件，可更换为轨迹喷涂工具16等，具有更高性价比。
[0034]所述六自由度中型串联教学机器人本体2的高度为1150mm，最大展开半径为870mm,负载6kg ;所述的机器人控制系统5为基于PC104总线的嵌入式运动控制器，在所述的机器人控制系统5的内部堆栈式安装有三块二轴运动控制卡，所述的机器人控制系统
(5)人机交互良好，采用图形化示教盒或上位机进行操作、控制。同时二次开发时可以提供相应Windows环境接口提供通用六自由度机器人语言编程系统，可通过示教自动生成机器人语言等程序；所述的工件实验台6具有轴、套两种尼龙工件和铝合金实验台。
[0035]所述六自由度中型串联教学机器人本体2通过一关节9、二关节10、三关节11、四关节12、五关节13、六关节14实现旋转运动、回转运动两种形式，且各关节的电机、传感器的电缆均设置在弹簧护线管44内，且六自由度中型串联教学机器人本体2采用透明式的封装结构，机器人内部传动结构完全采用工业机器人结构特点，适当增加典型传动类型，满足教学要求，设计中采用了工业上常用到的RV减速器、谐波减速器、同步带传动等主要形式。
[0036]如图3和图3a所不的本实施例中的一关节9为机器人基座关节，由交流伺服电机17驱动，直连谐波减速器18传动，关节整体安装在机器人底座19上，底座罩体外安装航空连接器，用以连接机器人与控制柜间电源与信号，关节输出端设置左右限位光电传感器20，旋转角度300度。
[0037]如图4所示的本实施例中的二关节10，由交流伺服电机21驱动，直连RV减速器22传动，外侧安装二节大臂23，用以与其他关节连接，关节一侧设置正负限位光电传感器24，旋转角度120度。
[0038]如图5和图5a所示的本实施例中的三关节11，由步进电机25驱动，通过同步齿形带27连接谐波减速器26输出，上部安装三节支架29，关节一侧设置正负限位光电传感器28，旋转角度120度。
[0039]如图6和图6a所示的本实施例中的四关节12，由步进电机30驱动，直连谐波减速器31输出，整体位于四节支座33内，关节一侧设置正负限位光电传感器32，旋转角度300度。
[0040]如图7所示的本实施例中的五关节13，由步进电机34驱动，直连同步齿形带36传动，连接谐波减速器35减速输出，外侧安装关节支座37，用以与其他关节连接，关节一侧设置正负限位光电传感器38，旋转角度180度。
[0041 ] 如图8和图8a所不的本实施例中的TK关节14,由步进电机39驱动，直连同步齿形带40锥齿轮传动41，连接谐波减速器42输出，关节一侧设置零位光电传感器43，旋转角度360 度。
[0042]本实施例具有如下特点:机器人系统嵌入式控制，示教盒操作，示教再现作业方式。本体可视化设计，体现工业机器人的结构、功能和特点。按工业标准设计，速度快，柔性好，可靠性高；操作灵活，开放性强，可长期使用免维护。提供机器人实验指导书、使用说明书、软件使用说明书等教材，内容涵盖运动学、动力学、控制系统设计、机器人轨迹规划等，是机器人教学的理想平台。
[0043]以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
【权利要求】
1.一种六自由度中型串联教学机器人，其特征在于:具有机器人底座(I)、六自由度中型串联教学机器人本体(2)、机器人末端工具(3)、气路系统(4)、机器人控制系统(5)和工件实验台(6 )，所述机器人控制系统(5 )安装于钣金控制柜(7 )内，在所述钣金控制柜(7 )的前面板配置控制操作按钮(8)，所述机器人末端工具(3)安装在六自由度中型串联教学机器人本体(2 )上，所述的六自由度中型串联教学机器人本体(2 )安装机器人底座(I)上，所述机器人底座(I)通过地脚螺栓与地面固定连接，工件实验台(6)位于机器人前方适合位置。
2.如权利要求1所述的一种六自由度中型串联教学机器人，其特征在于:所述六自由度中型串联教学机器人本体(2)的高度为1150mm,最大展开半径为870_ ； 所述的机器人控制系统(5)为基于PC104总线的嵌入式运动控制器，在所述的机器人控制系统(5)的内部堆栈式安装有三块二轴运动控制卡，所述机器人控制系统(5)具有图形化示教盒和Windows环境接口 ； 所述的工件实验台(6)具有轴、套两种尼龙工件和铝合金实验台。
3.如权利要求1所述的一种六自由度中型串联教学机器人，其特征在于:所述六自由度中型串联教学机器人本体(2)通过一关节(9)、二关节(10)、三关节(11)、四关节(12)、五关节(13)、六关节(14)实现旋转运动、回转运动两种形式，且各关节的电机、传感器的电缆均设置在弹簧护线管(44)内，且六自由度中型串联教学机器人本体(2)采用透明式的封装结构。
4.如权利要求3所述的一种六自由度中型串联教学机器人，其特征在于:所述的一关节(9)包含交流伺服电机(17)、谐波减速器(18)、机器人底座(19)、光电传感器(20)。
5.如权利要求3所述的一种六自由度中型串联教学机器人，其特征在于:所述的二关节(10)包含交流伺服电机(21)、RV减速器(22)、二节大臂(23)、光电传感器(24)。
6.如权利要求3所述的一种六自由度中型串联教学机器人，其特征在于:所述的三关节(11)包含步进电机(25 )、谐波减速器(26)、同步齿形带(27)、光电传感器(28 )、三节支架(29)。
7.如权利要求3所述的一种六自由度中型串联教学机器人，其特征在于:所述的四关节(12)包含步进电机(30)、谐波减速器(31)、光电传感器(32)、四节支座(33)。
8.如权利要求3所述的一种六自由度中型串联教学机器人，其特征在于:所述的五关节(13)包含步进电机(34)、谐波减速器(35)、同步齿形带(36)、关节支座(37)、光电传感器(38)。
9.如权利要求3所述的一种六自由度中型串联教学机器人，其特征在于:所述的六关节(14)包含步进电机(39)、同步齿形带(40)、锥齿轮传动(41)、谐波减速器(42)、光电传感器(43)。
10.如权利要求1所述的一种六自由度中型串联教学机器人，其特征在于:在所述机器人末端工具(3 )上可安装有气动手爪工具(15 )、轨迹喷涂工具(16 )。
【文档编号】G09B25/02GK203415158SQ201320229548
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年4月28日 优先权日:2013年4月28日
【发明者】王振华, 王晓强, 刘立彬 申请人:苏州博实机器人技术有限公司