[發明專利]一種含滾珠絲杠副驅動的六自由度工業機器人

有效

• 申請號: 201310672418.2
• 申請日: 2013-12-07
• 公開（公告）號: CN103737577A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 蔡敢為;范雨;張林;楊潔丹;關卓懷;李巖舟;溫芳;楊旭娟
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: B25J9/02
• 分類號: B25J9/02;B25J9/08;B25J9/06
• 代理公司: 廣西南寧公平專利事務所有限責任公司 45104
• 代理人: 韋錦捷;黃永校

技術領域

本發明涉及工業自動化領域，具體是一種含滾珠絲杠副驅動的六自由度工業機器人。

背景技術

工業自動化就是以工業生產中的各種參數為控制目的，實現各種過程控制，在整個工業生產中，盡量減少人力操作的技術。工業機器人屬于工業自動化產品的一個重要方面，工業機器人是自動執行工作的機器裝置，是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器，工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機器人。未來幾年中國或成為全球最大的機器人需求市場。由于現代計算機技術的迅速發展，多軸運動控制技術不斷成熟，工業機器人的成本逐漸降低，目前已進入爆發式增長階段。絕大部分工業機器人有六個軸，其中三個軸將執行末端安裝工具送至空間可達位置，而另外的三個軸實現執行末端焊接工具的空間姿態調整。傳統的關節式機器人都將電機安裝在關節處，使得機械手臂顯得笨重，存在轉動慣量大、剛度差以及累積誤差大等不足。機構的動力學性能較差，難以滿足日益高速高精度要求。串聯機構在機構設計方面具有較好的運動學性能，而動力學性能較低；和串聯機器人相比較，并聯機構具有無累積誤差，精度較高，驅動裝置可置于定平臺上或接近定平臺的位置，這樣運動部分重量輕，速度高，動態響應好，結構緊湊，剛度高，承載能力大，根據這些特點，并聯機器人可以應用于高承載能力的場合，但由于并聯機器人受結構限制，工作空間往往很小，較難應用于對工作空間要求大的領域。而且，驅動電機均安裝在關節處的機器人故障率較高，可靠性差，易造成較大的關節誤差，對機器人的精度影響較大，由于這諸多缺點，現有機器人結構很難兼顧作業靈活性及高精度的特性，很難滿足大工作空間、高精度、高可靠性的作業要求，成為高端工業機器人設計制造的一個難題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的問題，提供一種串并聯機構的機器人機構，綜合串聯機構和并聯機構各自的優點，在保證機器人作業靈活性、高精度、高可靠性的前提下，盡可能的將電機安置于機座上或將電機合理布置，充分發揮串并聯機構的優點，大幅提高機器人可靠性，降低維護成本，提高機器人運行穩定性，實現機器人較好的動力學性能。

本發明通過以下技術方案實現以上目的：

一種含滾珠絲杠副驅動的六自由度工業機器人，包括腰部回轉機構、肩擺動機構、肘回轉機構、前臂旋轉機構、腕回轉機構、工具卡座回轉機構、機座及回轉平臺；

所述的腰部回轉機構通過回轉平臺由第十六轉動副安裝在機座上，第十六轉動副由第一伺服電機驅動，實現腰部整周轉動；

所述肩擺動機構包括回轉平臺、第一滾珠絲杠、第一滾珠絲杠套筒、第一連桿、第二連桿和第三連桿，第一滾珠絲杠與回轉平臺由第一轉動副連接，第一滾珠絲杠與第一滾珠絲杠套筒由第一螺旋副連接，第一連桿與第一滾珠絲杠套筒由第十一轉動副連接，第一連桿與回轉平臺由第三轉動副連接，第一連桿與第二連桿由第十轉動副連接，第三連桿與回轉平臺由第四轉動副連接，第二連桿與第三連桿由第九轉動副連接，第一滾珠絲杠由第二伺服電機驅動；

所述肘回轉機構包括第二滾珠絲杠、第二滾珠絲杠套筒、第四連桿、第五連桿和第六連桿，第二滾珠絲杠與回轉平臺由第二轉動副連接，第二滾珠絲杠與第二滾珠絲杠套筒由第二螺旋副連接，第四連桿與第二滾珠絲桿套筒由第十二轉動副連接，第四連桿與回轉平臺由第五轉動副連接，第四連桿與第五連桿由第六轉動副連接，第五連桿與第六連桿由第七轉動副連接，第三連桿與第六連桿由第八轉動副連接；第二滾珠絲杠由第三伺服電機驅動；

所述前臂旋轉機構、腕回轉機構和工具座回轉機構組成三維轉動機構，前臂旋轉機構由前臂與第六連桿通過第十三轉動副連接，由安裝在第六連桿上的第四伺服電機驅動，腕回轉機構由前臂與手腕通過第十四轉動副連接，由安裝在前臂上的第五伺服電機驅動，工具卡座回轉機構由手腕與末端工具卡座通過第十五轉動副連接，由安裝在手腕上的第六伺服電機驅動。

所述的第十六轉動副垂直于機座；第一轉動副、第二轉動副、第三轉動副、第四轉動副、第五轉動副、第六轉動副、第七轉動副、第八轉動副、第九轉動副、第十轉動副和第十四轉動副相互平行，其中第四轉動副與第五轉動副同軸；第十一轉動副與第十轉動副同軸，第十二轉動副與第六轉動副同軸，第十三轉動副與第十四轉動副相互垂直，第十四轉動副與第十五轉動副相互垂直。