一种新型六自由度重载搬运装配工业机器人

技术领域

本发明属于多关节工业机器人技术领域，具体涉及一种新型六自由度重载搬运装配工业机器人。

背景技术

作为一种多自由度的柔性机器装置，工业机器人能够替代人力完成各种复杂工况条件和高危有害环境下的长时间、高强度重复劳动，高度自动化地执行工作。在重载物料搬运、辅助装配、焊接、切割、修磨等领域，有着广泛的市场和应用前景。

随着工业机器人在工业生产各行业深入普及应用，对工业机器人提出了新的需求，以重载搬运、辅助装配为例，对于顶部位置向上安装装配，以及夹层空间搬运装配，现有重载工业机器人因其结构特征限定，无法实现应用。另一方面，现有重载工业机器人腕部姿态范围及翻转转矩较持重能力而言小，对于需要工件大偏重翻转装配的应用场合，亦不符合应用需要。从应用上看，对于300公斤以上的工件装配，均需要机械动力装置辅助人工操作完成，重载工业机器人人机交互、辅助装配，行业应用上近乎空白，传统重载工业机器人与特定生产工艺应用的符合性，难以达到所需的应用目的和应用效果。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种新型六自由度重载搬运装配工业机器人，有较大的腕部姿态空间，机器人末端执行工具能够符合大偏重工件翻转装配的应用要求，机器人前部臂杆水平回转，最低限度占用上下装配空间，功能设计满足人机交互操作应用需要，实现重载工业机器人与应用工艺的深度结合，有利于将工业机器人推广到专业化的产业应用中去，对现有工业机器人而言，是一个巨大的革命性进步。能够最低限度占用装配空间，实现顶部位置向上安装装配，以及夹层空间搬运装配；符合大偏重工件翻转装配的应用场景，主要用于300-1000公斤重载搬运和装配系列产品应用，实现任意空间位置姿态的空间装配应用；且功能设计满足人机交互操作应用需要，实现重载工业机器人与应用工艺的深度结合，是重载搬运装配机器人重要的发展方向。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种新型六自由度重载搬运装配工业机器人，包括底座、铅垂关节轴腰座部件、丝杠滑块驱动单元、摆臂部件、连杆、平动座部件、回转臂部件、腕臂部件、腕座部件、输出法兰一及输出法兰二；

所述铅垂关节轴腰座部件安装在底座上并绕底座回转，构造出机器人第一关节副；

丝杠滑块驱动单元、摆臂部件，与铅垂关节轴腰座部件回转副联接，构成摇杆滑块机构，驱动摆臂部件绕安装在铅垂关节轴腰座部件上的水平回转副俯仰摆动，构造出机器人第二关节副；

平动座部件安装在摆臂部件前端回转副上，连杆分别与铅垂关节轴腰座部件、平动座部件回转副联接，构成平行四边形机构，平动座部件运动姿态保持平动，构造出机器人第三关节副；

回转臂部件与平动座部件铅垂关节副联接，构造出机器人第四关节副，回转臂部件前端回转轴副与平动座部件铅垂关节副轴线平行，实现该回转轴副在笛卡尔坐标系下三维移动的同时，绕铅垂关节轴变化运动姿态；

腕臂部件安装在回转臂部件前端回转轴副上，腕臂部件前端回转轴线水平，并与回转臂部件前端回转轴垂直正交汇于一点，构造出机器人第五关节副；

腕座部件安装在回转臂部件前端回转轴副上，腕座部件前端回转轴副与腕臂部件前端回转轴垂直正交汇于一点，构造出机器人第六关节副；

输出法兰一垂直于腕座部件前端回转轴副安装，实现盘类工件搬运装配，构造出机器人第七关节副；

输出法兰二与腕座部件前端回转轴副同轴安装，实现轴类工件绕轴线无限回转搬运装配。

所述铅垂关节轴腰座部件安装在所述底座上并绕所述底座回转，所述丝杠滑块驱动单元安装在所述铅垂关节轴腰座部件上，所述丝杠滑块驱动单元、所述摆臂部件以及所述连杆与所述铅垂关节轴腰座部件回转副联接，所述平动座部件安装在所述摆臂部件前端的回转副上，所述回转臂部件与所述平动座部件铅垂关节副联接，所述腕臂部件安装在所述回转臂部件前端回转轴副上，所述腕座部件安装在所述回转臂部件前端回转轴副上，所述输出法兰一垂直安装于所述腕座部件前端回转轴副，所述输出法兰二与所述腕座部件前端回转轴副同轴安装。

进一步，所述丝杠滑块驱动单元以及所述摆臂部件与所述铅垂关节轴腰座部件回转副联接，以构成摇杆滑块机构，进而驱动所述摆臂部件绕安装在所述铅垂关节轴腰座部件上的水平回转副俯仰摆动。

进一步，所述平动座部件安装在所述摆臂部件前端回转副上，所述连杆分别与所述铅垂关节轴腰座部件、所述平动座部件回转副联接，所述铅垂关节轴腰座部件、所述摆臂部件、所述连杆以及所述平动座部件构成平行四边形机构，所述平动座部件运动姿态保持平动。

进一步，所述回转臂部件与所述平动座部件铅垂关节副联接，所述回转臂部件前端回转轴副与所述平动座部件的回转驱动轴线平行，实现所述回转轴副在笛卡尔坐标系下三维移动的同时，绕所述铅垂关节轴变化运动姿态。

进一步，所述腕臂部件安装在所述回转臂部件前端回转轴副上，所述腕臂部件前端回转轴线水平，并与所述回转臂部件前端回转轴垂直正交汇于一点。

进一步，所述腕座部件安装在所述腕臂部件前端回转轴副上，所述腕座部件前端回转轴副与所述腕臂部件前端回转轴垂直正交汇于一点。

进一步，所述输出法兰一垂直安装于所述腕座部件前端回转轴副，以实现盘类工件搬运装配。

进一步，所述输出法兰二与所述腕座部件前端回转轴副同轴安装，以实现轴类工件绕轴线无限回转搬运装配。

进一步，所述输出法兰一与所述输出法兰二分别位于所述腕座部件的两个相邻面上。

进一步，并且所述输出法兰一与所述输出法兰二的轴线相互垂直。

本发明的有益技术效果在于：本发明公开的一种新型六自由度重载搬运装配工业机器人，能够最低限度占用装配空间，实现顶部位置向上安装装配，以及夹层空间搬运装配；符合大偏重工件翻转装配的应用场景，实现任意空间位置姿态的空间装配应用；且功能设计满足人机交互操作应用需要，实现重载工业机器人与应用工艺的深度结合。填补国内外重载工业机器人辅助装配应用的技术空白。

本发明的有益技术效果还在于：新型六自由度重载搬运装配工业机器人采用6轴7关节机构，R⊥R∥R⊥R∥R⊥R⊥R机器人关节布置方式，实现机器人位置、姿态解耦合，进而实现机器人笛卡尔坐标系下的操作应用。提升了机器人工作范围，具备笛卡尔坐标机器人编程应用环境。方便操作的同时，符合离线参数化编程工作条件下生产应用。把工业机器人的应用场景，从柔性工具应用端，推动到智能柔性工艺装备应用端，从而实现与生产工艺结合的专业化工业机器人产品应用。

在机器人运动学和动力学算法优化和应用功能优化方面也有明显的方法优势，机器人逆运动学解析解算法简明，程序占用内存小，运算速度快。得以实现本发明申请机器人应用优势特征。

附图说明

图1为本发明实施例示出的一种新型六自由度重载搬运装配工业机器人的立体结构图；

图2为本发明实施例示出的一种新型六自由度重载搬运装配工业机器人的主视图；

图3为本发明实施例示出的一种新型六自由度重载搬运装配工业机器人的俯视图；

其中：1-底座、2-铅垂关节轴腰座部件、201-腰座、202-回转支承、203-传动装置、204-第一RV减速器、205-第一伺服电机、3-丝杠滑块驱动单元、301-螺母座、302-丝杠副、303-传动座、304-第二伺服电机、305-轴承回转副、4-摆臂部件、401-摆臂回转装置、402-摆臂、403-前端回转副、5-连杆、6-平动座部件、601-平动座、602-回转驱动、603-减速装置、604-第三伺服电机、7-回转臂部件、701-回转臂、702-第四伺服电机、703-第四RV减速器、8-腕臂部件、801-回转驱动、802-第五减速装置、803-第五伺服电机、9-腕座部件、901-腕座、902-第六RV减速器、903-第六伺服电机、10-输出法兰一、11-输出法兰二、1101-联接轴。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供一种新型六自由度重载搬运装配工业机器人，包括底座1、铅垂关节轴腰座部件2、丝杠滑块驱动单元3、摆臂部件4、连杆5、平动座部件6、回转臂部件7、腕臂部件8、腕座部件9、输出法兰一10及输出法兰二11。

所述铅垂关节轴腰座部件2安装在底座1上，铅垂关节轴腰座部件2绕底座1回转，构造出机器人第一关节副。铅垂关节轴腰座部件2包括腰座201、回转支承202、传动装置203、第一RV减速器204以及第一伺服电机205。

丝杠滑块驱动单元3安装在铅垂关节轴腰座部件2上，丝杠滑块驱动单元3包括螺母座301、丝杠副302、传动座303、第二伺服电机304以及轴承回转副305，摆臂部件4由包括摆臂回转装置401、摆臂402以及前端回转副403，摆臂部件4、丝杠滑块驱动单元3，与铅垂关节轴腰座部件2回转副联接，构成摇杆滑块机构，丝杠滑块驱动单元3驱动摆臂部件4绕安装在铅垂关节轴腰座部件2上的摆臂回转装置401俯仰摆动，构造出机器人第二关节副。

平动座部件6由包括平动座601、回转驱动602、第三减速装置603以及第三伺服电机604，平动座部件6安装在摆臂部件4前端回转副403上，连杆5分别与铅垂关节轴腰座部件2、平动座部件6回转副联接，摆臂部件4、连杆5、铅垂关节轴腰座部件2以及平动座部件6构成平行四边形机构，平动座部件6运动姿态保持平动，构造出机器人第三关节副。

回转臂部件7包括回转臂701、第四伺服电机702以及第四RV减速器703，回转臂部件7与平动座部件6的回转驱动602输出端固定联接，构造出机器人第四关节副，回转臂部件7前端的第四RV减速器703轴线与平动座部件6的回转驱动602轴线平行，实现该回转轴副在笛卡尔坐标系下三维移动的同时，绕铅垂关节轴变化运动姿态。

腕臂部件8包括回转驱动801、第五减速装置802以及第五伺服电机803，腕臂部件8安装在回转臂部件7前端的第四RV减速器703输出端，构造出机器人第五关节副，腕臂部件8的前端回转驱动801轴线水平，并与回转臂部件7前端的第四RV减速器703轴线垂直正交汇于一点。

腕座部件9包括腕座901、第六RV减速器902以及第六伺服电机903，腕座部件9安装在腕臂部件8前端的回转驱动801的输出端上，腕座部件9前端的第六RV减速器902轴线与腕臂部件8前端的回转驱动801轴线垂直正交汇于一点，构造出机器人第六关节副。

腕臂部件8前端的回转驱动801具有远高于传统机器RV关节的负载能力，可以实现重载部件翻转装配，可以实现+/-180度姿态变化。

输出法兰一10安装于腕座部件9前端的第六RV减速器902输出端，其工具安装面与第六RV减速器902轴线垂直，实现盘类工件搬运装配，构造出机器人第七关节副。

输出法兰一10用于安装的盘类部件，可以实现+/-180度姿态变化。提高机器人工作范围。

输出法兰二11通过联接轴1101与腕座部件9前端的第六RV减速器902输出端同轴安装，实现轴类工件绕轴线无限回转搬运装配。

输出法兰二11用于安装轴类工件，可以实现轴类工件绕轴线无限回转搬运装配，实现深度工艺应用。

输出法兰一10与输出法兰二11分别位于腕座部件9的两个相邻面上，并且输出法兰一10与输出法兰二11的轴线相互垂直。

本发明实施例提供的一种新型六自由度重载搬运装配工业机器人。采用6轴7关节机构，R⊥R∥R⊥R∥R⊥R⊥R机器人关节布置方式，实现机器人位置、姿态解耦合，进而实现机器人笛卡尔坐标系下的操作应用。

假定机器人基坐标系Z轴与地面垂直，按右手定则在大地平面建立X-Y平面坐标系，平动座部件6可以实现笛卡尔坐标系下，XYZ三坐标移动，且姿态保持不变。安装在平动座部件6上的回转臂部件7构造出的第四关节副、第五关节副与铅垂关节轴腰座部件2构造出的第一关节副轴线平行，构成三平行轴关节特征，得以实现机器人末端工具有简明的运动学解析解。

通过上述实施例可以看出，本发明公开的一种新型六自由度重载搬运装配工业机器人，能够最低限度占用装配空间，实现顶部位置向上安装装配，以及夹层空间搬运装配；符合大偏重工件翻转装配的应用场景，实现任意空间位置姿态的空间装配应用；且功能设计满足人机交互操作应用需要，实现重载工业机器人与应用工艺的深度结合。填补国内外重载工业机器人辅助装配应用的技术空白。

在机器人运动学和动力学算法优化和应用功能优化方面也有明显的方法优势，机器人逆运动学解析解算法简明，程序占用内存小，运算速度快。得以实现本发明申请机器人应用优势特征。

本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。