精密裝配機器人的制作方法

本實用新型涉及一種用于全自動流水生產線的機器人，尤其涉及一種采用高精度滾珠絲杠傳動的精密裝配機器人。

背景技術：

幾年來，隨著工業技術的不斷發展，工業領域的焊接、鑄造、噴漆、搬運、裝配等場合已經開始大量使用機器人替代人工作業。另外在軍事、海洋探測、航天、醫療農業、林業甚至服務業、娛樂行業也都開始使用機器人，機器人已經成為替代人力的重要且必不可少的自動化裝備之一。目前，機器人在工業領域主要應用于汽車工業、機電電訊工業、通用機械工業、金屬加工、鑄造等部門，機器人的工業應用分為四個方面，即材料加工、零件制造、產品檢驗和裝配。由于我國的機器人產業起步較晚，在某些關鍵技術上雖有突破，但還缺乏整體核心技術的突破，具有中國知識產權的工業機器人則很少。在我國，工業機器人市場份額大部分被進口機器人占據著，在關鍵國際強手面前，國內的機器人產業面臨著巨大的壓力。如今我國正從一個“制造大國”向“制造強國”邁進，中國制造業面臨著與國際接軌、參與國際分工的巨大挑戰，對我國工業自動化的提高迫在眉睫，大力發展機器人產業將會為中國的產業升級注入新動力。

我們想要與國際強手競爭，想要實現“彎道超車”，就必須尋找一個突破口。針對進口工業機器人結構復雜、維修保養不便、價格高昂的缺點，例如X卡、X川等進口品牌的工業機器人，其結構相當復雜、由于布局緊湊，維修保養時拆卸很難，恢復后有很難保證精度要求，造成敢用不敢動、不敢拆、不敢修的尷尬局面。加之進口工業機器人價格昂貴，動輒數十萬上百萬的價格及后期昂貴的保養維護費用，是一些中小型企業無法承受之痛；他們有配備機器人的強烈愿望，卻沒有引進昂貴的進口機器人的實力。因此，我們思考如何采用簡單合理結構，制造出價格低廉又簡便好用而且能達到我們所需精度的機器人，以便于大面積推廣使用。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于克服上述現有技術中的不足，提供一種精密裝配機器人，其結構合理、生產簡單且操作維修方便，傳動平穩，定位精度高，生產效率高，使用壽命長，使用范圍廣。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是：一種精密裝配機器人，其特征在于：包括底座、轉臺、大臂、小臂、腕關節、前端旋轉關節和氣動夾緊裝置，所述轉臺轉動安裝在底座上，所述大臂的一端與轉臺鉸接，所述大臂的另一端與小臂的一端鉸接，所述小臂的另一端與腕關節的一端鉸接，所述前端旋轉關節轉動安裝在腕關節的另一端，所述氣動夾緊裝置安裝在前端旋轉關節的外端；所述底座上安裝有用于帶動轉臺轉動的轉臺滾珠絲杠驅動機構，所述轉臺上安裝有用于帶動大臂轉動的大臂滾珠絲杠驅動機構，所述大臂上安裝有用于帶動小臂轉動的小臂滾珠絲杠驅動機構，所述小臂上安裝有用于帶動腕關節轉動的腕關節驅動機構，所述腕關節上安裝有用于帶動前端旋轉關節轉動的前端關節驅動機構。

上述的精密裝配機器人，其特征在于：所述轉臺滾珠絲杠驅動機構包括第一伺服電機、第一滾珠絲杠、第一絲杠螺母、第一螺母座、套筒、轉臺托板和轉臺轉軸，所述第一伺服電機的輸出軸與第一滾珠絲杠的一端固定連接，所述第一絲杠螺母與第一滾珠絲杠相配合，所述第一絲杠螺母固定安裝在第一螺母座上，所述第一螺母座設置在套筒內，所述套筒固定在轉臺托板的底部，所述轉臺托板通過轉臺轉軸與底座轉動連接，所述轉臺托板固定在轉臺的底部，所述第一伺服電機安裝在底座上。

上述的精密裝配機器人，其特征在于：所述大臂滾珠絲杠驅動機構包括第二伺服電機、第二滾珠絲杠、第二絲杠螺母、第二螺母座和大臂轉軸，所述第二伺服電機的輸出軸與第二滾珠絲杠的一端固定連接，所述第二絲杠螺母與第二滾珠絲杠相配合，所述第二絲杠螺母固定安裝在第二螺母座上，所述第二螺母座轉動連接在大臂上，所述大臂通過大臂轉軸與轉臺轉動連接，所述第二伺服電機安裝在轉臺上。

上述的精密裝配機器人，其特征在于：所述小臂滾珠絲杠驅動機構包括第三伺服電機、第三滾珠絲杠、第三絲杠螺母、第三螺母座和小臂轉軸，所述第三伺服電機的輸出軸與第三滾珠絲杠的一端固定連接，所述第三絲杠螺母與第三滾珠絲杠相配合，所述第三絲杠螺母固定安裝在第三螺母座上，所述第三螺母座轉動連接在小臂上，所述小臂通過小臂轉軸與大臂轉動連接，所述第三伺服電機安裝在大臂上。

上述的精密裝配機器人，其特征在于：所述腕關節驅動機構包括第四伺服電機、小同步帶輪、大同步帶輪、齒形同步帶和腕關節轉軸，所述小同步帶輪固定安裝在第四伺服電機的輸出軸上，所述大同步帶輪固定安裝在腕關節轉軸上，所述小同步帶輪和大同步帶輪通過齒形同步帶連接形成帶傳動，所述腕關節通過腕關節轉軸與小臂轉動連接，所述腕關節轉軸與腕關節固定連接，所述第四伺服電機安裝在小臂上。

上述的精密裝配機器人，其特征在于：所述前端關節驅動機構包括第五伺服電機、軸承、軸承杯和前端轉軸，所述第五伺服電機的輸出軸與前端轉軸的一端固定連接，所述前端轉軸通過軸承和軸承杯與腕關節轉動連接，所述軸承安裝在軸承杯內，所述軸承杯與腕關節固定連接，所述前端旋轉關節固定在前端轉軸上，所述第五伺服電機安裝在腕關節上。

上述的精密裝配機器人，其特征在于：所述前端轉軸上螺紋連接有鎖緊螺母，所述鎖緊螺母設置在靠近腕關節處。

上述的精密裝配機器人，其特征在于：所述氣動夾緊裝置為手指氣缸，所述手指氣缸上安裝有夾爪。

本實用新型與現有技術相比具有以下優點：

1、本實用新型結構合理，零件品種少，生產簡單；操作簡便，維修方便。

2、本實用新型的轉臺、大臂、小臂均采用高精度滾珠絲杠傳動，傳動平穩，傳動效率高；采用的滾珠絲杠消除了軸向間隙，提高了自身剛性，使精密裝配機器人定位精度及定位速度大大提高。

3、本實用新型的腕關節采用同步帶傳動，其傳動對軸作用力小，結構緊湊；傳動平穩，噪音小；無滑差，傳動比精準，使精密裝配機器人運行穩定。

4、本實用新型生產效率高，可五軸聯動，能完成多種運行動作；工作半徑大，完成單個動作循環時間可以小于三秒，可大幅降低人體勞動強度，使用以替代人力。

5、本實用新型成本較低，性價比高，使用范圍廣，可以根據生產要求更換前端夾具，應用于多種零部件裝配流水生產線。

6、本實用新型在精密裝配機器人組合動作時其各個關節動作更加靈活自如，角度調節更為精準；使用壽命長，運行過程中磨損小，能有效降低機器人的生產成本。

7、本實用新型目前已經應用于燈管自動組裝生產線的插裝燈帽工序，可以一次完成指定位置夾取燈帽、指定位置旋轉涂膠、指定位置精準插裝燈帽等工作，可完全替代人工，具有動作精準、工作效率高、重復定位精度高、噪音小等優點，并且優化了工作現場環境，提高了成品合格率、降低了生產成本。

8、本實用新型便于推廣使用，很多部件都非常便于生產、購買，因而其生產成本很低，又能滿足多種零部件裝配流水生產線使用，并能達到較高定位精度，能很好替代人工。

下面通過附圖和實施例，對本實用新型做進一步的詳細描述。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖。

圖2為本實用新型的立體圖。

圖3為本實用新型底座、轉臺和轉臺滾珠絲杠驅動機構的安裝關系示意圖。

圖4為圖3的俯視圖。

圖5為圖3的側視圖。

圖6為本實用新型轉臺、大臂、小臂和大臂滾珠絲杠驅動機構的安裝關系示意圖。

圖7為本實用新型大臂、小臂和小臂滾珠絲杠驅動機構的安裝關系示意圖。

圖8為本實用新型小臂、腕關節和腕關節驅動機構的安裝關系示意圖。

圖9為本實用新型腕關節、前端旋轉關節、氣動夾緊裝置和前端關節驅動機構的安裝關系示意圖。

附圖標記說明:

1—底座；2—轉臺；3—大臂；

4—小臂；5—腕關節；6—前端旋轉關節；

7—氣動夾緊裝置；8—轉臺滾珠絲杠驅動機構；

8-1—第一伺服電機；8-2—第一滾珠絲杠；8-3—第一絲杠螺母；

8-4—第一螺母座；8-5—套筒；8-6—轉臺托板；

8-7—轉臺轉軸；9—大臂滾珠絲杠驅動機構；9-1—第二伺服電機；

9-2—第二滾珠絲杠；9-3—第二絲杠螺母；9-4—第二螺母座；

9-5—大臂轉軸；10—小臂滾珠絲杠驅動機構；10-1—第三伺服電機；

10-2—第三滾珠絲杠；10-3—第三絲杠螺母；10-4—第三螺母座；

10-5—小臂轉軸；11—腕關節驅動機構；11-1—第四伺服電機；

11-2—小同步帶輪；11-3—齒形同步帶；11-4—大同步帶輪；

11-5—腕關節轉軸；12—前端關節驅動機構；12-1—第五伺服電機；

12-2—軸承杯；12-3—軸承；12-4—鎖緊螺母；

12-5—前端轉軸；13—夾爪。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，本實用新型包括底座1、轉臺2、大臂3、小臂4、腕關節5、前端旋轉關節6和氣動夾緊裝置7，所述轉臺2轉動安裝在底座1上，所述大臂3的一端與轉臺2鉸接，所述大臂3的另一端與小臂4的一端鉸接，所述小臂4的另一端與腕關節5的一端鉸接，所述前端旋轉關節6轉動安裝在腕關節5的另一端，所述氣動夾緊裝置7安裝在前端旋轉關節6的外端；所述底座1上安裝有用于帶動轉臺2轉動的轉臺滾珠絲杠驅動機構8，所述轉臺2上安裝有用于帶動大臂3轉動的大臂滾珠絲杠驅動機構9，所述大臂3上安裝有用于帶動小臂4轉動的小臂滾珠絲杠驅動機構10，所述小臂4上安裝有用于帶動腕關節5轉動的腕關節驅動機構11，所述腕關節5上安裝有用于帶動前端旋轉關節6轉動的前端關節驅動機構12。

該精密裝配機器人轉臺滾珠絲杠驅動機構8、大臂滾珠絲杠驅動機構9和小臂滾珠絲杠驅動機構10均采用高精度滾珠絲杠傳動，由伺服電機帶動滾珠絲杠旋轉，將旋轉運動轉化為絲杠螺母的直線運動，再由絲杠螺母驅動各個關節的執行元件繞各自的旋轉軸旋轉一定角度。轉臺2可繞轉臺轉軸8-7轉動角度達120°，即轉臺2正轉約60°，反轉約60°；大臂3可繞大臂轉軸9-5轉動角度達120°，即大臂3向前轉動約60°，向后轉動約60°；小臂4可繞旋小臂轉軸10-5轉動角度達120°，即小臂4向上轉動約60°，向下轉動約60°。滾珠絲杠傳動平穩，傳動效率高，采用的滾珠絲杠消除了軸向間隙，提高了自身剛性，使精密裝配機器人定位精度及定位速度大大提高。腕關節5可繞腕關節轉軸11-5轉動角度達180°，即腕關節向上轉動約90°，向下轉動約90°；前端旋轉關節6可繞前端轉軸12-5轉動任意角度，五軸同時動作，協調運動，精密裝配機器人可組合產生多種運動路徑，使氣動夾緊裝置7可以在工作半徑內的任意位置方便快捷地夾取、安裝工件。

如圖3至圖5所示，所述轉臺滾珠絲杠驅動機構8包括第一伺服電機8-1、第一滾珠絲杠8-2、第一絲杠螺母8-3、第一螺母座8-4、套筒8-5、轉臺托板8-6和轉臺轉軸8-7，所述第一伺服電機8-1的輸出軸與第一滾珠絲杠8-2的一端固定連接，所述第一絲杠螺母8-3與第一滾珠絲杠8-2相配合，所述第一絲杠螺母8-3固定安裝在第一螺母座8-4上，所述第一螺母座8-4設置在套筒8-5內，所述套筒8-5固定在轉臺托板8-6的底部，所述轉臺托板8-6通過轉臺轉軸8-7與底座1轉動連接，所述轉臺托板8-6固定在轉臺2的底部，所述第一伺服電機8-1安裝在底座1上。

在工作過程中，第一伺服電機8-1輸出動力使第一滾珠絲杠8-2旋轉，帶動第一絲杠螺母8-3和第一螺母座8-4同時沿第一滾珠絲杠8-2的軸向做直線運動(運動方向隨第一滾珠絲杠8-2旋轉方向的變化而變化)。因第一螺母座8-4位于套筒8-5內，套筒8-5又與轉臺托板8-6連接，因此在第一螺母座8-4做直線運動的同時，驅動套筒8-5移動并帶動轉臺托板8-6繞轉臺轉軸8-7順時鐘或逆時鐘方向轉動，到達精密裝配機器人工作時轉臺所需指定的位置。

如圖6所示，所述大臂滾珠絲杠驅動機構9包括第二伺服電機9-1、第二滾珠絲杠9-2、第二絲杠螺母9-3、第二螺母座9-4和大臂轉軸9-5，所述第二伺服電機9-1的輸出軸與第二滾珠絲杠9-2的一端固定連接，所述第二絲杠螺母9-3與第二滾珠絲杠9-2相配合，所述第二絲杠螺母9-3固定安裝在第二螺母座9-4上，所述第二螺母座9-4轉動連接在大臂3上，所述大臂3通過大臂轉軸9-5與轉臺2轉動連接，所述第二伺服電機9-1安裝在轉臺2上。

在工作過程中，第二伺服電機9-1輸出動力使第二滾珠絲杠9-2旋轉，帶動第二絲杠螺母9-3和第二螺母座9-4同時沿第二滾珠絲杠9-2的軸向做直線運動(運動方向隨第二滾珠絲杠9-2旋轉方向的變化而變化)。因第二螺母座9-4與大臂3轉動連接，因此在第二螺母座9-4做直線運動的同時，驅動大臂3繞大臂轉軸9-5順時鐘或逆時鐘方向轉動，到達精密裝配機器人工作時大臂所需指定位置。

如圖7所示，所述小臂滾珠絲杠驅動機構10包括第三伺服電機10-1、第三滾珠絲杠10-2、第三絲杠螺母10-3、第三螺母座10-4和小臂轉軸10-5，所述第三伺服電機10-1的輸出軸與第三滾珠絲杠10-2的一端固定連接，所述第三絲杠螺母10-3與第三滾珠絲杠10-2相配合，所述第三絲杠螺母10-3固定安裝在第三螺母座10-4上，所述第三螺母座10-4轉動連接在小臂4上，所述小臂4通過小臂轉軸10-5與大臂3轉動連接，所述第三伺服電機10-1安裝在大臂3上。

在工作過程中，第三伺服電機10-1輸出動力使第三滾珠絲杠10-2旋轉，帶動第三絲杠螺母10-3和第三螺母座10-4同時沿第三滾珠絲杠10-2的軸向做直線運動(運動方向隨第三滾珠絲杠10-2旋轉方向的變化而變化)。因第三螺母座10-4與小臂4轉動連接，因此在第三螺母座10-4做直線運動的同時，驅動小臂4繞小臂轉軸10-5順時鐘或逆時鐘方向轉動，到達精密裝配機器人工作時小臂所需指定位置。

如圖8所示，所述腕關節驅動機構11包括第四伺服電機11-1、小同步帶輪11-2、大同步帶輪11-4、齒形同步帶11-3和腕關節轉軸11-5，所述小同步帶輪11-2固定安裝在第四伺服電機11-1的輸出軸上，所述大同步帶輪11-4固定安裝在腕關節轉軸11-5上，所述小同步帶輪11-2和大同步帶輪11-4通過齒形同步帶11-3連接形成帶傳動，所述腕關節5通過腕關節轉軸11-5與小臂4轉動連接，所述腕關節轉軸11-5與腕關節5固定連接，所述第四伺服電機11-1安裝在小臂4上。

在工作過程中，由第四伺服電機11-1驅動小同步帶輪11-2轉動，再由齒形同步帶11-3將動力傳輸至大同步帶輪11-4，大同步帶輪11-4通過腕關節轉軸11-5與腕關節5連接為一體，在大同步帶輪11-4轉動時，可使腕關節5繞腕關節轉軸11-5順時鐘或逆時鐘方向轉動，到達精密裝配機器人工作時腕關節所需指定位置。腕關節5轉動角度達180°，腕關節向上轉動約90°，向下轉動約90°。齒形同步帶11-3對腕關節轉軸11-5作用力小，結構緊湊；傳動平穩，噪音小；無滑差，傳動比精準，使精密裝配機器人運行穩定。

如圖9所示，所述前端關節驅動機構12包括第五伺服電機12-1、軸承12-3、軸承杯12-2和前端轉軸12-5，所述第五伺服電機12-1的輸出軸與前端轉軸12-5的一端固定連接，所述前端轉軸12-5通過軸承12-3和軸承杯12-2與腕關節5轉動連接，所述軸承12-3安裝在軸承杯12-2內，所述軸承杯12-2與腕關節5固定連接，所述前端旋轉關節6固定在前端轉軸12-5上，所述第五伺服電機12-1安裝在腕關節5上。

在工作過程中，第五伺服電機12-1帶動前端轉軸12-5轉動，前端轉軸12-5的轉動角度不受限制，可以轉動任意角度，由前端轉軸12-5帶動前端旋轉關節6轉動。

本實施例中，所述前端轉軸12-5上螺紋連接有鎖緊螺母12-4，所述鎖緊螺母12-4設置在靠近腕關節5處。

如圖9所示，所述氣動夾緊裝置7為手指氣缸，所述手指氣缸上安裝有夾爪13，夾爪13可根據精密裝配機器人的應用場合及所要夾取工件的外形設計成不同形式，以方便快捷夾取、釋放工件或完成指定動作。

本實用新型的工作原理為：轉臺2、大臂3和小臂4均采用高精度滾珠絲杠傳動，其傳動平穩，傳動效率高，采用的雙滾珠絲杠消除了軸向間隙，提高了自身剛性，使精密裝配機器人定位精度及定位速度提高。腕關節5采用同步帶傳動，其傳動對軸作用力小，結構緊湊；傳動平穩，噪音小；無滑差，傳動比精準，使精密裝配機器人運行穩定。

以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限制，凡是根據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變換，均仍屬于本實用新型技術方案的保護范圍內。