專利名稱：一種六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人。
背景技術(shù)：
在公知的技術(shù)領(lǐng)域，隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，企業(yè)對機器人技能人才的需求越來越迫切。特別是我國加入世界貿(mào)易組織后，企業(yè)之間的競爭將在很大程度上表現(xiàn)為對技能人才的競爭，由此將極大地激發(fā)我國廣大高職院校學(xué)生在機器人學(xué)習(xí)、掌握技術(shù)、能力培養(yǎng)方面的熱情。機器人發(fā)展因此而帶來的人才培養(yǎng)需求更開始顯現(xiàn)，當(dāng)前各高職高校紛紛建立機器人實驗室等教學(xué)手段，因此，相關(guān)的教學(xué)機器人設(shè)備是否符合教學(xué)與就業(yè)需求顯得尤為重要。以工業(yè)機器人產(chǎn)品為原型的工業(yè)作業(yè)型教學(xué)機器人以低成本工業(yè)化設(shè)計越來越成為高職高校機器人教學(xué)平臺之一，這類機器人保留工業(yè)機器人所有特征，具有更好的開放性和可擴展性，更強的交互性和動手能力，良好的人機界面等因素，且低成本設(shè)計，安全可靠。對普及學(xué)生的機器人技能教育、科技的社會化都具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種機械結(jié)構(gòu)與控制均符合工業(yè)串聯(lián)機器人特征和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計、在機器人技術(shù)的教學(xué)過程中能夠解決工業(yè)操作實踐缺乏普及平臺問題的六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人，具有機器人底座、六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體、機器人末端工具、氣路系統(tǒng)、機器人控制系統(tǒng)和工件實驗臺，所述機器人控制系統(tǒng)安裝于鈑金控制柜內(nèi)，在所述鈑金控制柜的前面板配置控制操作按鈕，所述機器人末端工具安裝在六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體上，所述的六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體安裝機器人底座上，所述機器人底座通過地腳螺栓與地面固定連接，工件實驗臺位于機器人前方適合位置。進一步的，作為一種具體的實施方式，本發(fā)明中所述六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體的高度為1150mm,最大展開半徑為870mm ;所述的機器人控制系統(tǒng)為基于PC104總線的嵌入式運動控制器，在所述的機器人控制系統(tǒng)的內(nèi)部堆棧式安裝有三塊二軸運動控制卡，所述機器人控制系統(tǒng)具有圖形化示教盒和Windows環(huán)境接口 ；所述的工件實驗臺具有軸、套兩種尼龍工件和鋁合金實驗臺。進一步的，作為一種具體的機構(gòu)形式，本發(fā)明中所述六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體通過一關(guān)節(jié)、二關(guān)節(jié)、三關(guān)節(jié)、四關(guān)節(jié)、五關(guān)節(jié)、六關(guān)節(jié)實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動、回轉(zhuǎn)運動兩種形式，且各關(guān)節(jié)的電機、傳感器的電纜均設(shè)置在彈簧護線管內(nèi)，且六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體采用透明式的封裝結(jié)構(gòu)。進一步的，作為一種具體的結(jié)構(gòu)形式，本發(fā)明中所述的一關(guān)節(jié)包含交流伺服電機、諧波減速器、機器人底座、光電傳感器。進一步的，作為一種具體的結(jié)構(gòu)形式，本發(fā)明中所述的二關(guān)節(jié)包含交流伺服電機、RV減速器、二節(jié)大臂、光電傳感器。進一步的，作為一種具體的結(jié)構(gòu)形式，本發(fā)明中所述的三關(guān)節(jié)包含步進電機、諧波減速器、同步齒形帶、光電傳感器、三節(jié)支架。進一步的，作為一種具體的結(jié)構(gòu)形式，本發(fā)明中所述的四關(guān)節(jié)包含步進電機、諧波減速器、光電傳感器、四節(jié)支座。進一步的，作為一種具體的結(jié)構(gòu)形式，本發(fā)明中所述的五關(guān)節(jié)包含步進電機、諧波減速器、同步齒形帶、關(guān)節(jié)支座、光電傳感器。進一步的，作為一種具體的結(jié)構(gòu)形式，本發(fā)明中所述的六關(guān)節(jié)包含步進電機、同步齒形帶、錐齒輪傳動、諧波減速器、光電傳感器。進一步的，為了使得機器人的適用性更加廣泛，本發(fā)明在所述機器人末端工具上可安裝有氣動手爪工具、軌跡噴涂工具或其他抓取工具。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明中六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體基于低成本和工業(yè)串聯(lián)一致性設(shè)計，機械系統(tǒng)可視化，控制系統(tǒng)全面開放，應(yīng)用工業(yè)串聯(lián)一致的示教盒操作，采用工業(yè)串聯(lián)機器人常用的示教再現(xiàn)工作模式。六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人作為高等機器人技術(shù)教學(xué)平臺使用，符合工業(yè)機器人的特點，同時低成本設(shè)計又能滿足現(xiàn)代高等和職業(yè)教育對教學(xué)用機器人的需求。通過實驗學(xué)習(xí)，可掌握工業(yè)串聯(lián)機器人的基礎(chǔ)組成和工作原理，了解機器人基本單元技術(shù)(機構(gòu)、控制、傳感器)，可完成不同規(guī)則的搬運與裝配實驗，讓學(xué)生全面掌握工業(yè)機器人機械傳動部件的選擇、裝配、結(jié)構(gòu)件的設(shè)計、傳感器的選擇和使用、電機的選擇和使用、計算機編程和調(diào)試等技術(shù)，使學(xué)生在機器人及機電系統(tǒng)的設(shè)計、裝配、調(diào)試能力均能得到提高。對加快高素質(zhì)技能型人才培養(yǎng)，推進經(jīng)濟與社會的跨越式發(fā)展具有重要意義。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖1是本發(fā)明總成結(jié)構(gòu)的三視圖；圖2是本發(fā)明中六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明一關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)不意圖；圖4是本發(fā)明二關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明三關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明四關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明五關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明TK關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)不意圖；圖9是本發(fā)明機器人末端工具結(jié)構(gòu)示意圖；圖中:(I)機器人底座，(2 )六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體，(3 )機器人末端工具，(4)氣路系統(tǒng)，(5)機器人控制系統(tǒng)，(6)工件支架，(7)鈑金控制柜，(8)控制按鈕與指示燈，(9) 一關(guān)節(jié)，(10) 二關(guān)節(jié)，(11)三關(guān)節(jié)，(12)四關(guān)節(jié)，(13)五關(guān)節(jié)，(14)六關(guān)節(jié)，(15)氣動手爪工具，(16)軌跡噴涂工具，(17)交流伺服電機，(18)諧波減速器，(19)機器人底座，(20)光電傳感器，(21)交流伺服電機，(22) RV減速器，(23) 二節(jié)大臂，(24)光電傳感器，(25)步進電機，(26)諧波減速器，(27)同步齒形帶，(28)光電傳感器，(29)三節(jié)支架，(30)步進電機，(31)諧波減速器，(32)光電傳感器，(33)四節(jié)支座，(34)步進電機，(35)諧波減速器，(36)同步齒形帶，(37)關(guān)節(jié)支座，(38)光電傳感器，(39)步進電機，(40)同步齒形帶，(41)錐齒輪傳動，(42)諧波減速器，(43)光電傳感器，(44)彈簧護線管。
具體實施例方式現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。如圖1、圖2和圖9所示的本發(fā)明一種六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人的優(yōu)選實施例，具有機器人底座1、六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體2、機器人末端工具3、氣路系統(tǒng)
4、機器人控制系統(tǒng)5和工件實驗臺6，所述機器人控制系統(tǒng)5安裝于鈑金控制柜7內(nèi)，在所述鈑金控制柜7的前面板配置控制操作按鈕8，電氣元件緊湊美觀，開放式布局，柜體前門配置按鈕與指示燈，后面安裝航空連接器，用以電纜傳輸信號，所述機器人末端工具3安裝在六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體2上，所述的六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體2安裝機器人底座I上，所述機器人底座I通過地腳螺栓與地面固定連接，工件實驗臺6位于機器人前方適合位置，保證實驗安全可靠，在所述機器人末端工具3標(biāo)配采用氣動手爪工具15，配置無油靜音氣泵等氣動元件，可更換為軌跡噴涂工具16等，具有更高性價比。所述六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體2的高度為1150mm，最大展開半徑為870mm,負載6kg ;所述的機器人控制系統(tǒng)5為基于PC104總線的嵌入式運動控制器，在所述的機器人控制系統(tǒng)5的內(nèi)部堆棧式安裝有三塊二軸運動控制卡，所述的機器人控制系統(tǒng)
(5)人機交互良好，采用圖形化示教盒或上位機進行操作、控制。同時二次開發(fā)時可以提供相應(yīng)Windows環(huán)境接口提供通用六自由度機器人語言編程系統(tǒng)，可通過示教自動生成機器人語言等程序；所述的工件實驗臺6具有軸、套兩種尼龍工件和鋁合金實驗臺。所述六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體2通過一關(guān)節(jié)9、二關(guān)節(jié)10、三關(guān)節(jié)11、四關(guān)節(jié)12、五關(guān)節(jié)13、六關(guān)節(jié)14實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動、回轉(zhuǎn)運動兩種形式，且各關(guān)節(jié)的電機、傳感器的電纜均設(shè)置在彈簧護線管44內(nèi)，且六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體2采用透明式的封裝結(jié)構(gòu)，機器人內(nèi)部傳動結(jié)構(gòu)完全采用工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)特點，適當(dāng)增加典型傳動類型，滿足教學(xué)要求，設(shè)計中采用了工業(yè)上常用到的RV減速器、諧波減速器、同步帶傳動等主要形式。如圖3所示的本實施例中的一關(guān)節(jié)9為機器人基座關(guān)節(jié)，由交流伺服電機17驅(qū)動，直連諧波減速器18傳動，關(guān)節(jié)整體安裝在機器人底座19上，底座罩體外安裝航空連接器，用以連接機器人與控制柜間電源與信號，關(guān)節(jié)輸出端設(shè)置左右限位光電傳感器20，旋轉(zhuǎn)角度300度。如圖4所示的本實施例中的二關(guān)節(jié)10，由交流伺服電機21驅(qū)動，直連RV減速器22傳動，外側(cè)安裝二節(jié)大臂23，用以與其他關(guān)節(jié)連接，關(guān)節(jié)一側(cè)設(shè)置正負限位光電傳感器24，旋轉(zhuǎn)角度120度。如圖5所示的本實施例中的三關(guān)節(jié)11，由步進電機25驅(qū)動，通過同步齒形帶27連接諧波減速器26輸出，上部安裝三節(jié)支架29，關(guān)節(jié)一側(cè)設(shè)置正負限位光電傳感器28，旋轉(zhuǎn)角度120度。如圖6所示的本實施例中的四關(guān)節(jié)12，由步進電機30驅(qū)動，直連諧波減速器31輸出，整體位于四節(jié)支座33內(nèi)，關(guān)節(jié)一側(cè)設(shè)置正負限位光電傳感器32，旋轉(zhuǎn)角度300度。
如圖7所示的本實施例中的五關(guān)節(jié)13，由步進電機34驅(qū)動，直連同步齒形帶36傳動，連接諧波減速器35減速輸出，外側(cè)安裝關(guān)節(jié)支座37，用以與其他關(guān)節(jié)連接，關(guān)節(jié)一側(cè)設(shè)置正負限位光電傳感器38，旋轉(zhuǎn)角度180度。如圖8所示的本實施例中的六關(guān)節(jié)14，由步進電機39驅(qū)動，直連同步齒形帶40錐齒輪傳動41，連接諧波減速器42輸出，關(guān)節(jié)一側(cè)設(shè)置零位光電傳感器43，旋轉(zhuǎn)角度360度。本實施例具有如下特點:機器人系統(tǒng)嵌入式控制，示教盒操作，示教再現(xiàn)作業(yè)方式。本體可視化設(shè)計，體現(xiàn)工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)、功能和特點。按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，速度快，柔性好，可靠性高；操作靈活，開放性強，可長期使用免維護。提供機器人實驗指導(dǎo)書、使用說明書、軟件使用說明書等教材，內(nèi)容涵蓋運動學(xué)、動力學(xué)、控制系統(tǒng)設(shè)計、機器人軌跡規(guī)劃等，是機器人教學(xué)的理想平臺。以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
權(quán)利要求
1.一種六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人，其特征在于:具有機器人底座(I)、六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體(2)、機器人末端工具(3)、氣路系統(tǒng)(4)、機器人控制系統(tǒng)(5)和工件實驗臺(6 )，所述機器人控制系統(tǒng)(5 )安裝于鈑金控制柜(7 )內(nèi)，在所述鈑金控制柜(7 )的前面板配置控制操作按鈕(8)，所述機器人末端工具(3)安裝在六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體(2 )上，所述的六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體(2 )安裝機器人底座(I)上，所述機器人底座(I)通過地腳螺栓與地面固定連接，工件實驗臺(6)位于機器人前方適合位置。
2.如權(quán)利要求1所述的一種六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人，其特征在于:所述六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體(2)的高度為1150mm,最大展開半徑為870_ ； 所述的機器人控制系統(tǒng)(5)為基于PC104總線的嵌入式運動控制器，在所述的機器人控制系統(tǒng)(5)的內(nèi)部堆棧式安裝有三塊二軸運動控制卡，所述機器人控制系統(tǒng)(5)具有圖形化示教盒和Windows環(huán)境接口 ； 所述的工件實驗臺(6)具有軸、套兩種尼龍工件和鋁合金實驗臺。
3.如權(quán)利要求1所述的一種六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人，其特征在于:所述六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體(2)通過一關(guān)節(jié)(9)、二關(guān)節(jié)(10)、三關(guān)節(jié)(11)、四關(guān)節(jié)(12)、五關(guān)節(jié)(13)、六關(guān)節(jié)(14)實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動、回轉(zhuǎn)運動兩種形式，且各關(guān)節(jié)的電機、傳感器的電纜均設(shè)置在彈簧護線管(44)內(nèi)，且六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體(2)采用透明式的封裝結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人，其特征在于:所述的一關(guān)節(jié)(9)包含交流伺服電機(17)、諧波減速器(18)、機器人底座(19)、光電傳感器(20)。
5.如權(quán)利要求3所述的一種六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人，其特征在于:所述的二關(guān)節(jié)(10)包含交流伺服電機(21)、RV減速器(22)、二節(jié)大臂(23)、光電傳感器(24)。
6.如權(quán)利要求3所述的一種六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人，其特征在于:所述的三關(guān)節(jié)(11)包含步進電機(25 )、諧波減速器(26)、同步齒形帶(27)、光電傳感器(28 )、三節(jié)支架(29)。
7.如權(quán)利要求3所述的一種六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人，其特征在于:所述的四關(guān)節(jié)(12)包含步進電機(30)、諧波減速器(31)、光電傳感器(32)、四節(jié)支座(33)。
8.如權(quán)利要求3所述的一種六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人，其特征在于:所述的五關(guān)節(jié)(13)包含步進電機(34)、諧波減速器(35)、同步齒形帶(36)、關(guān)節(jié)支座(37)、光電傳感器(38)。
9.如權(quán)利要求3所述的一種六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人，其特征在于:所述的六關(guān)節(jié)(14)包含步進電機(39)、同步齒形帶(40)、錐齒輪傳動(41)、諧波減速器(42)、光電傳感器(43)。
10.如權(quán)利要求1所述的一種六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人，其特征在于:在所述機器人末端工具(3)上可安裝有氣動手爪工具(15)、軌跡噴涂工具(16)或其他抓取工具。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人，具有機器人底座、六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體、機器人末端工具、氣路系統(tǒng)、機器人控制系統(tǒng)和工件實驗臺。本發(fā)明中六自由度中型串聯(lián)教學(xué)機器人本體基于低成本和工業(yè)串聯(lián)一致性設(shè)計，機械系統(tǒng)可視化，控制系統(tǒng)全面開放，應(yīng)用工業(yè)串聯(lián)一致的示教盒操作，采用工業(yè)串聯(lián)機器人常用的示教再現(xiàn)工作模式，讓學(xué)生全面掌握工業(yè)機器人機械傳動部件的選擇、裝配、結(jié)構(gòu)件的設(shè)計、傳感器的選擇和使用、電機的選擇和使用、計算機編程和調(diào)試等技術(shù)，使學(xué)生在機器人及機電系統(tǒng)的設(shè)計、裝配、調(diào)試能力均能得到提高。對加快高素質(zhì)技能型人才培養(yǎng)，推進經(jīng)濟與社會的跨越式發(fā)展具有重要意義。
文檔編號G09B25/02GK103208224SQ20131015582
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月28日
發(fā)明者王振華, 王曉強, 劉立彬 申請人:蘇州博實機器人技術(shù)有限公司