本發(fā)明屬于工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種連桿與同步帶聯(lián)合傳動(dòng)的平面關(guān)節(jié)型四自由度機(jī)器人。

背景技術(shù)：

輕工、醫(yī)藥、食品和電子等行業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)線中，諸如分揀、包裝、封裝等作業(yè)往往需要末端執(zhí)行器在空間中進(jìn)行高速作業(yè)的機(jī)械手。一般關(guān)節(jié)機(jī)器人，驅(qū)動(dòng)裝置布置在關(guān)節(jié)上，該種布置方式存在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大、剛度差、響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)，在操作空間大和大負(fù)載的工作環(huán)境中，缺點(diǎn)表現(xiàn)的尤為明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)所存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種連桿與同步帶聯(lián)合傳動(dòng)的平面關(guān)節(jié)型四自由度機(jī)器人，該平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人相比傳統(tǒng)平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、剛度好、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種連桿與同步帶聯(lián)合傳動(dòng)的平面關(guān)節(jié)型四自由度機(jī)器人，包括：機(jī)架、運(yùn)動(dòng)上支鏈、運(yùn)動(dòng)下支鏈和末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)上支鏈位于運(yùn)動(dòng)下支鏈上方。

運(yùn)動(dòng)上支鏈包括x軸電機(jī)、z軸電機(jī)、三級(jí)同步帶傳動(dòng)裝置、第一主動(dòng)臂和第一從動(dòng)臂，三級(jí)同步帶傳動(dòng)裝置包括：主動(dòng)帶輪a、從動(dòng)帶輪a、同步帶a、主動(dòng)帶輪b、從動(dòng)帶輪b、同步帶b、主動(dòng)帶輪c、從動(dòng)帶輪c和同步帶c。

所述運(yùn)動(dòng)下支鏈包括y軸電機(jī)、r軸電機(jī)、二級(jí)同步帶傳動(dòng)裝置、第二主動(dòng)臂和第二從動(dòng)臂，所述二級(jí)同步帶傳動(dòng)裝置包括主動(dòng)帶輪d、從動(dòng)帶輪d、同步帶d、主動(dòng)帶輪e、從動(dòng)帶輪e和同步帶e。

所述x軸電機(jī)與x軸減速器通過鍵聯(lián)接，x軸減速器與機(jī)架通過安裝板a連接，上主動(dòng)帶輪固定安裝在x軸減速器上，上主動(dòng)帶輪與上從動(dòng)帶輪通過上同步帶傳遞動(dòng)力，上從動(dòng)帶輪通過第一螺釘與套筒a連接，套筒a與傳動(dòng)軸a同軸心間隙配合，套筒a與安裝在機(jī)架上的軸承配合，套筒a下端部與第一主動(dòng)臂通過第二螺釘連接，從而帶動(dòng)第一主動(dòng)臂一起轉(zhuǎn)動(dòng)，套筒b與第一主動(dòng)臂通過第三螺釘連接，套筒b與傳動(dòng)軸b同軸心間隙配合,套筒b與安裝在第一從動(dòng)臂上的軸承配合，從而第一從動(dòng)臂可相對(duì)套筒b軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)軸c與安裝在第一從動(dòng)臂上的軸承配合，傳動(dòng)軸c下端部與安裝在安裝板c上的軸承配合，安裝板c與第二從動(dòng)臂固定連接；所述y軸電機(jī)與y軸減速器通過鍵聯(lián)接，y軸減速器與機(jī)架通過安裝板b固定連接，下主動(dòng)帶輪固定安裝在y軸減速器上，下主動(dòng)帶輪與下從動(dòng)帶輪通過下同步帶傳遞動(dòng)力，下從動(dòng)帶輪與套筒d通過第四螺釘固定連接，套筒d與傳動(dòng)軸d同軸心間隙配合，套筒d與安裝在機(jī)架上的軸承配合，套筒d上端部與第二主動(dòng)臂通過第五螺釘連接，從而帶動(dòng)第二主動(dòng)臂一起轉(zhuǎn)動(dòng)；套筒e與第二主動(dòng)臂通過第六螺釘連接，套筒e與傳動(dòng)軸e同軸心間隙配合，套筒e與安裝在第二從動(dòng)臂上軸承配合，從而第二從動(dòng)臂可相對(duì)套筒e軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；機(jī)架、第一主動(dòng)臂、第一從動(dòng)臂、第二主動(dòng)臂和第二從動(dòng)臂組成平面并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)。

z軸電機(jī)與z軸減速器通過鍵聯(lián)接，z軸減速器與機(jī)架通過螺釘連接；z軸減速器輸出軸與傳動(dòng)軸a通過聯(lián)軸器聯(lián)接，傳動(dòng)軸a為階梯軸，傳動(dòng)軸a上端部與安裝在上主動(dòng)帶輪上的軸承配合，下端部與安裝在套筒a上的軸承配合，傳動(dòng)軸a與主動(dòng)帶輪a固定連接，主動(dòng)帶輪a與從動(dòng)帶輪a通過同步帶a傳遞動(dòng)力，從動(dòng)帶輪a固定安裝在傳動(dòng)軸b下端部，傳動(dòng)軸b下端部與安裝在套筒b上的軸承配合,上端部與安裝在上壓蓋的軸承配合，傳動(dòng)軸b與主動(dòng)帶輪b固定連接，主動(dòng)帶輪b與從動(dòng)帶輪b通過同步帶b傳遞動(dòng)力，從動(dòng)帶輪b固定安裝在傳動(dòng)軸c上,主動(dòng)帶輪c固定在傳動(dòng)軸c上，主動(dòng)帶輪c和從動(dòng)帶輪c通過同步帶c傳遞動(dòng)力，從動(dòng)帶輪c固定在末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上；r軸電機(jī)與r軸減速器通過鍵聯(lián)接，r軸減速器、電機(jī)安裝板和安裝板d通過螺釘連接，傳動(dòng)軸d一端部為連接法蘭，r軸減速器與傳動(dòng)軸d固定連接，傳動(dòng)軸d下端部與主動(dòng)帶輪d固定連接，傳動(dòng)軸d下端部與安裝在下從動(dòng)帶輪上的軸承配合，上端部與安裝在套筒d上的軸承配合，主動(dòng)帶輪d與從動(dòng)帶輪d通過同步帶d傳遞動(dòng)力，從動(dòng)帶輪d固定安裝在傳動(dòng)軸e上端部，傳動(dòng)軸e上端部與安裝在套筒e上的軸承配合，傳動(dòng)軸e下端部與安裝在下壓蓋上的軸承配合，與主動(dòng)帶輪e固定連接，主動(dòng)帶輪e與從動(dòng)帶輪e通過同步帶e傳遞動(dòng)力，從動(dòng)帶輪e固定安裝在末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。

優(yōu)選的，末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括絲杠花鍵一體軸、絲桿螺母、花鍵螺母和套杯；絲杠螺母與從動(dòng)帶輪c固定連接，花鍵螺母與從動(dòng)帶輪e固定連接，絲杠螺母和花鍵螺母通過套杯固定在第二從動(dòng)臂上。

優(yōu)選的，x軸減速器、y軸減速器、z軸減速器為行星減速器、r軸減速器為諧波減速器。

本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1.四套驅(qū)動(dòng)裝置均采用后置形式，大大地減小了機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可以可快響應(yīng)，這為機(jī)器人能夠完成快速定位，取放產(chǎn)品成提供了保證；

2.四套驅(qū)動(dòng)裝置均采用后置形式，提高了機(jī)器人剛性，可以適應(yīng)大負(fù)載和較大的操作空間；

3.套筒和傳動(dòng)軸配合使用，把關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)和同步帶的傳動(dòng)分開進(jìn)行，結(jié)構(gòu)緊湊。

附圖說明

圖1是本發(fā)明極限位置的剖視示意圖。

圖2是本發(fā)明的立體示意圖。

圖3是圖1中傳動(dòng)軸a處的放大圖。

圖4是圖1中傳動(dòng)軸b處的放大圖。

圖5是圖1中傳動(dòng)軸d處的放大圖。

圖6是圖1中傳動(dòng)軸e處的放大圖。

上述圖中的標(biāo)記均為：1、機(jī)架；2、上主動(dòng)帶輪；3、安裝板a；4、上同步帶；5、x軸減速器；6、x軸電機(jī)；7、z軸電機(jī)；8、z軸減速器；9、聯(lián)軸器；10、傳動(dòng)軸a；11、第一螺釘；12、上從動(dòng)帶輪；13、套筒a；14、第二螺釘；15、主動(dòng)帶輪a；16、同步帶a；17、第一主動(dòng)臂；18、從動(dòng)帶輪a；19、第三螺釘；20、套筒b；21、第一從動(dòng)臂；22、主動(dòng)帶輪b；23、傳動(dòng)軸b；24、上壓蓋；25、同步帶b；26、從動(dòng)帶輪b；27、傳動(dòng)軸c；28、主動(dòng)帶輪c；29、安裝板c；30、同步帶c；31、直線軸承；32、光軸；33、從動(dòng)帶輪c；34、軸端限位塊；35、絲杠花鍵軸；36、絲桿螺母；37、套杯；38、第二從動(dòng)臂；39、花鍵螺母；40、從動(dòng)帶輪e；41、連接架；42、連接法蘭；43、同步帶e；44、主動(dòng)帶輪e；45、傳動(dòng)軸e；46、下壓蓋；47、套筒e；48、第六螺釘；49、從動(dòng)帶輪d；50、第二主動(dòng)臂；51、同步帶d；52、主動(dòng)帶輪d；53、傳動(dòng)軸d；54、第五螺釘；55、套筒e；56、下從動(dòng)帶輪；57、第四螺釘；58、r軸減速器；59、安裝板d；60、電機(jī)安裝板；61、r軸電機(jī)；62、y軸電機(jī)；63、安裝板b；64、y軸減速器；65、下主動(dòng)帶輪；66、下同步帶。

具體實(shí)施方式

如圖1-6所示，本連桿與同步帶聯(lián)合傳動(dòng)的平面性關(guān)節(jié)四自由度機(jī)器人，包括機(jī)架、運(yùn)動(dòng)上支鏈、運(yùn)動(dòng)下支鏈和末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)；運(yùn)動(dòng)上支鏈包括x軸電機(jī)6、x軸減速器5、z軸電機(jī)7、z軸減速器8、三級(jí)同步帶傳動(dòng)裝置、第一主動(dòng)臂17和第一從動(dòng)臂21；三級(jí)同步帶傳動(dòng)裝置包括主動(dòng)帶輪a15、從動(dòng)帶輪a18、同步帶a16、主動(dòng)帶輪b22、從動(dòng)帶輪b26、同步帶b25、主動(dòng)帶輪c28、從動(dòng)帶輪c33和同步帶c30。

運(yùn)動(dòng)下支鏈包括y軸電機(jī)62、y軸減速器64、r軸電機(jī)61、r軸減速器60、二級(jí)同步帶傳動(dòng)裝置、第二主動(dòng)臂50和第二從動(dòng)臂38；二級(jí)同步帶傳動(dòng)裝置包括主動(dòng)帶輪d52、從動(dòng)帶輪d49、同步帶d51、主動(dòng)帶輪e44、從動(dòng)帶輪e48和同步帶e43。

x軸電機(jī)6輸出端與x軸減速器5輸入端通過鍵聯(lián)接，x軸減速器5連接法蘭與機(jī)架1通過安裝板a3固定連接，上主動(dòng)帶輪2通過脹緊套安裝在x軸減速器5輸出端上，上主動(dòng)帶輪2與上從動(dòng)帶輪12通過上同步帶4傳遞動(dòng)力，上從動(dòng)帶輪12與套筒a13通過第一螺釘11連接，套筒a13與傳動(dòng)軸a10同軸心間隙配合，套筒a13中部與安裝在機(jī)架1上的軸承配合，套筒a13下端部與第一主動(dòng)臂17通過第二螺釘14連接，從而帶動(dòng)第一主動(dòng)臂17一起轉(zhuǎn)動(dòng)，套筒b20與第一主動(dòng)臂17通過第三螺釘19連接，套筒b20與傳動(dòng)軸b23同軸心間隙配合,套筒b20與安裝在第一從動(dòng)臂21上的軸承配合，從而第一從動(dòng)臂21可相對(duì)套筒b20軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)軸c27與安裝在第一從動(dòng)臂21上的軸承配合，傳動(dòng)軸c27下端部與安裝在安裝板c29上的軸承配合，安裝板c29與第二從動(dòng)臂38固定連接，傳動(dòng)軸c28可繞自身軸線相對(duì)第一從動(dòng)臂21和第二從動(dòng)臂38轉(zhuǎn)動(dòng)。

y軸電機(jī)62輸出端與y軸減速器64輸入端通過鍵聯(lián)接，y軸減速器64連接法蘭與機(jī)架1通過安裝板b63固定連接，下主動(dòng)帶輪65通過脹緊套安裝在y軸減速器64輸出端上，下主動(dòng)帶輪65與下從動(dòng)帶輪56通過下同步帶66傳遞動(dòng)力，下從動(dòng)帶輪56與套筒e55通過第四螺釘57連接，套筒d55與傳動(dòng)軸d53同軸心間隙配合，套筒d55與安裝在機(jī)架1上的軸承配合，套筒d55上端部與第二主動(dòng)臂50通過第五螺釘54連接，從而帶動(dòng)第二主動(dòng)臂50一起轉(zhuǎn)動(dòng),套筒e47與第二主動(dòng)臂50通過第六螺釘48連接，套筒e47與傳動(dòng)軸e45同軸心間隙配合，套筒e47與安裝在第二從動(dòng)臂38上軸承配合，從而第二從動(dòng)臂38可相對(duì)套筒e47軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，第一從動(dòng)臂21與第二從動(dòng)臂38通過連接軸c27鉸鏈；機(jī)架1、第一主動(dòng)臂17、第一從動(dòng)臂21、第二主動(dòng)臂50和第二從動(dòng)臂38組成平面并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)；x軸電機(jī)6和y軸電機(jī)62驅(qū)動(dòng)平面并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)化成動(dòng)平臺(tái)的的x、y向運(yùn)動(dòng)。

z軸電機(jī)7輸出端與z軸減速器8輸入端通過鍵聯(lián)接，z軸減速器8連接法蘭與機(jī)架1通過螺釘連接；z軸減速器8輸出軸與傳動(dòng)軸a10上端部通過聯(lián)軸器9聯(lián)接，傳動(dòng)軸a10為階梯軸，傳動(dòng)軸a10上端部與安裝在上主動(dòng)帶輪12上的軸承配合，下端部與安裝在套筒a13上的軸承配合，主動(dòng)帶輪a15通過脹緊套安裝在傳動(dòng)軸a10，主動(dòng)帶輪a15與從動(dòng)帶輪a18通過同步帶a16傳遞動(dòng)力，從動(dòng)帶輪a18通過脹緊套安裝在傳動(dòng)軸b23下端部，傳動(dòng)軸b24下端部與安裝在套筒b20上的軸承配合,上端部與安裝在上壓蓋24的軸承配合，主動(dòng)帶輪b22通過脹緊套安裝在傳動(dòng)軸b23上，主動(dòng)帶輪b22與從動(dòng)帶輪b26通過同步帶b25傳遞動(dòng)力，從動(dòng)帶輪b26通過脹緊套安裝在傳動(dòng)軸c27上,主動(dòng)帶輪c28通過脹緊套安裝在傳動(dòng)軸c27上，主動(dòng)帶輪c28和從動(dòng)帶輪c33通過同步帶c30傳遞動(dòng)力，從動(dòng)帶輪c33固定在末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。

r軸電機(jī)61輸出端與r軸減速器58輸入端通過鍵聯(lián)接，r軸減速器58、電機(jī)安裝板60和安裝板d59通過螺釘連接，傳動(dòng)軸d53一端部為連接法蘭，r軸減速器58輸出端與傳動(dòng)軸d53通過螺釘連接，主動(dòng)帶輪d52通過脹緊套安裝在傳動(dòng)軸d53下端部，傳動(dòng)軸d53下端部與安裝在從動(dòng)帶輪d56上的軸承配合，上端部與安裝在套筒d55上的軸承配合，主動(dòng)帶輪d52與從動(dòng)帶輪d49通過同步帶d51傳遞動(dòng)力，從動(dòng)帶輪d49通過脹緊套安裝在傳動(dòng)軸e45上端部，傳動(dòng)軸e45上端部與安裝在套筒e47上的軸承配合，下端部與安裝在下壓蓋46上的軸承配合，主動(dòng)帶輪e44通過脹緊套安裝在傳動(dòng)軸e45下端部，主動(dòng)帶輪e44與從動(dòng)帶輪e40通過同步帶e43傳遞動(dòng)力，從動(dòng)帶輪e40固定安裝在末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。

末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括：軸端限位塊34、絲杠花鍵軸35、絲桿螺母36、花鍵螺母39、套杯37、光軸32、直線軸承31、連接架41、連接法蘭42；絲杠螺母36與從動(dòng)帶輪c33固定連接，花鍵螺母39與從動(dòng)帶輪e40固定連接，絲杠螺母36和花鍵螺母39通過套杯37固定在第二從動(dòng)臂38上，光軸32與絲杠花鍵軸35通過連接架41固定連接，光軸32用來增加末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的剛性。絲杠花鍵軸35下端部與安裝在連接架41的軸承配合，連接法蘭42通過螺釘安裝在絲杠花鍵軸35下端部，用來連接末端抓手。

z軸電機(jī)動(dòng)力經(jīng)過三級(jí)同步帶傳動(dòng)裝置傳遞到絲桿螺母36，絲杠螺母36與絲杠花鍵軸35嚙合，轉(zhuǎn)化成動(dòng)平臺(tái)的z向運(yùn)動(dòng)。

r軸電機(jī)經(jīng)過二級(jí)同步帶傳動(dòng)裝置傳遞到花鍵螺母39，花鍵螺母39與絲杠花鍵軸35嚙合，轉(zhuǎn)化成動(dòng)平臺(tái)繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。

進(jìn)一步地，x軸減速器5、y軸減速器64和z軸減速器8為行星減速器、r軸減速器58為諧波減速器。

四套驅(qū)動(dòng)裝置均采用后置形式，大大地減小了機(jī)械臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可以可快響應(yīng)，這為機(jī)器人能夠完成快速定位，取放產(chǎn)品成提供了保證；提高了機(jī)器人剛性，可以適應(yīng)大負(fù)載和較大的操作空間，套筒和傳動(dòng)軸配合使用，把關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)和同步帶的傳動(dòng)分開進(jìn)行，結(jié)構(gòu)緊湊。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。