一种平面关节机器人的三四关节机构

1.一种平面关节机器人的三四关节机构，设于机器人的小臂上，其特征在于，包括丝杠花键轴、第三关节机构和第四关节机构；其中，第三关节机构包括第三关节驱动装置、第三关节传动组件和丝杠螺母，丝杠螺母与丝杠花键轴外周螺纹连接，第三关节驱动装置通过第三关节传动组件与丝杠螺母连接；第四关节机构包括第四关节驱动装置、第四关节传动组件和花键螺母，花键螺母与丝杠花键轴外周键槽连接，第四关节驱动装置通过第四关节传动组件与花键螺母连接。
2.根据权利要求1所述一种平面关节机器人的三四关节机构，其特征在于，所述第三关节机构中，第三关节传动组件包括第三关节主动同步轮、第三关节同步带和第三关节从动同步轮，第三关节主动同步轮设于第三关节驱动装置的输出端，第三关节主动同步轮与第三关节从动同步轮之间通过第三关节同步带连接，第三关节从动同步轮通过螺钉与丝杠螺母固定连接。
3.根据权利要求2所述一种平面关节机器人的三四关节机构，其特征在于，所述第三关节主动同步轮与第三关节从动同步轮之间的传动比为1∶1。
4.根据权利要求1所述一种平面关节机器人的三四关节机构，其特征在于，所述第三关节驱动装置上设有第三关节支架。
5.根据权利要求1所述一种平面关节机器人的三四关节机构，其特征在于，所述第四关节机构中，第四关节传动组件包括第四关节一级主动同步轮、第四关节一级同步带、第四关节一级从动同步轮、减速轴、第四关节二级主动同步轮、第四关节二级同步带和第四关节二级从动同步轮，第四关节一级主动同步轮设于第四关节驱动装置的输出端，第四关节一级主动同步轮与第四关节一级从动同步轮之间通过第四关节一级同步带连接，第四关节一级从动同步轮与第四关节二级主动同步轮之间通过减速轴同轴设置，第四关节二级主动同步轮与第四关节二级从动同步轮之间通过第四关节二级同步带连接，第四关节二级从动同步轮通过螺钉与花键螺母固定连接。
6.根据权利要求5所述一种平面关节机器人的三四关节机构，其特征在于，所述第四关节一级主动同步轮与第四关节一级从动同步轮之间的传动比为5∶1，第四关节二级主动同步轮与第四关节二级从动同步轮之间的传动比为3∶1，第四关节一级主动同步轮与第四关节二级从动同步轮之间的总传动比为15∶1。
7.根据权利要求5所述一种平面关节机器人的三四关节机构，其特征在于，所述减速轴固定于机器人的小臂上，减速轴顶部设有螺母，减速轴与机器人的小臂相接触处分别设有减速轴上深沟球轴承和减速轴下深沟球轴承。
8.根据权利要求1所述一种平面关节机器人的三四关节机构，其特征在于，所述第四关节驱动装置底部设有第四关节法兰，并通过第四关节法兰与机器人的小臂固定连接。
9.根据权利要求1所述一种平面关节机器人的三四关节机构，其特征在于，所述丝杠花键轴外侧设有滚珠丝杠花键支架，且滚珠丝杠花键支架固定于机器人的小臂上。

一种平面关节机器人的三四关节机构\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及工业机器人领域，特别涉及一种平面关节机器人的三四关节机构。\n背景技术\n[0002] 一般地，平面关节机器人具有四个轴和四个运动自由度，分别是X、Y、Z方向的平动自由度和绕Z轴的旋转自由度(可称为R轴)，因此前端结构在二维平面内能任意移动，它具有在垂直方向上的高刚性和在水平面内的低刚性(柔顺性)的特征，但在实际操作中主要不是由于它所具有的这种特殊的柔顺性，而是因为它更能简单地实现二维平面内的运动，因而它在装配作业中得到普遍采用。\n[0003] 传统结构的平面关节机器人的三、四关节分别为主轴提供竖直直线运动和旋转运动，其中第三轴的竖直直线运动由滚珠丝杠提供，第四轴的转动由滚珠花键提供。传统结构有以下不足：由于小臂末端处同时使用了滚珠丝杠和滚珠花键，结构复杂，增加本体重量和惯量。并且由于滚珠丝杠和滚珠花键安装要求高，这样必然导致系统的精度降低。\n实用新型内容\n[0004] 本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种平面关节机器人的三四关节机构，该机构简化了平面关节机器人三四关节机构的结构，有效减轻机器人本体的重量及惯量，因而改善机械臂的动力特性。\n[0005] 本实用新型的技术方案为：一种平面关节机器人的三四关节机构，设于机器人的小臂上，包括丝杠花键轴、第三关节机构和第四关节机构；其中，第三关节机构包括第三关节驱动装置、第三关节传动组件和丝杠螺母，丝杠螺母与丝杠花键轴外周螺纹连接，第三关节驱动装置通过第三关节传动组件与丝杠螺母连接；第四关节机构包括第四关节驱动装置、第四关节传动组件和花键螺母，花键螺母与丝杠花键轴外周键槽连接，第四关节驱动装置通过第四关节传动组件与花键螺母连接。其中，第三关节机构实现丝杠花键轴的Z轴运动，即丝杠花键轴的升降运动，第四关节机构实现丝杠花键轴的R轴运动，即丝杠花键轴的旋转运动。\n[0006] 所述第三关节机构中，第三关节传动组件包括第三关节主动同步轮、第三关节同步带和第三关节从动同步轮，第三关节主动同步轮设于第三关节驱动装置的输出端，第三关节主动同步轮与第三关节从动同步轮之间通过第三关节同步带连接，第三关节从动同步轮通过螺钉与丝杠螺母固定连接。\n[0007] 所述第三关节主动同步轮与第三关节从动同步轮之间的传动比为1∶1。\n[0008] 所述第三关节驱动装置上设有第三关节支架，以方便第三关节驱动装置的安装固定。\n[0009] 所述第四关节机构中，第四关节传动组件包括第四关节一级主动同步轮、第四关节一级同步带、第四关节一级从动同步轮、减速轴、第四关节二级主动同步轮、第四关节二级同步带和第四关节二级从动同步轮，第四关节一级主动同步轮设于第四关节驱动装置的输出端，第四关节一级主动同步轮与第四关节一级从动同步轮之间通过第四关节一级同步带连接，第四关节一级从动同步轮与第四关节二级主动同步轮之间通过减速轴同轴设置，第四关节二级主动同步轮与第四关节二级从动同步轮之间通过第四关节二级同步带连接，第四关节二级从动同步轮通过螺钉与花键螺母固定连接。\n[0010] 所述第四关节一级主动同步轮与第四关节一级从动同步轮之间的传动比为\n5∶1，第四关节二级主动同步轮与第四关节二级从动同步轮之间的传动比为3∶1，第四关节一级主动同步轮与第四关节二级从动同步轮之间的总传动比为15∶1。\n[0011] 所述减速轴固定于机器人的小臂上，减速轴顶部设有螺母，减速轴与机器人的小臂相接触处分别设有减速轴上深沟球轴承和减速轴下深沟球轴承，螺母可采用小圆螺母。\n[0012] 所述第四关节驱动装置底部设有第四关节法兰，并通过第四关节法兰与机器人的小臂固定连接。\n[0013] 所述丝杠花键轴外侧设有滚珠丝杠花键支架，且滚珠丝杠花键支架固定于机器人的小臂上，滚珠丝杠花键支架可较好地固定丝杠螺母及花键螺母。\n[0014] 本平面关节机器人的三四关节机构使用时，其工作原理是：丝杠末端的运动方式取决于丝杠螺母和花键螺母的旋转情况；当仅有丝杠螺母回转时，丝杠末端作线性移动，线性运动的方向取决于丝杠螺母的回转方向；当丝杠螺母和花键螺母做等速回转时，丝杠末端就只有回转运动；当仅有花键螺母回转时，丝杠花键轴末端作螺旋运动。\n[0015] 本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果：\n[0016] 本平面关节机器人的三四关节机构使用滚珠丝杠滚珠花键一体轴，使得第三第四关节机构较传统平面关节机器人的第三第四关节机构更为紧凑。由于机构紧凑，可以减轻本体重量及惯量，因而改善机械臂的动力特性；同时因为机构紧凑安装简便，运动流畅，因此提高机械臂的控制精度，减少误差。\n附图说明\n[0017] 图1为本平面关节机器人的三四关节机构的结构示意图。\n[0018] 图2为图1的A-A向视图。\n[0019] 图3为图1的B-B向视图。\n具体实施方式\n[0020] 下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。\n[0021] 实施例\n[0022] 本实施例一种平面关节机器人的三四关节机构，设于机器人的小臂上，其结构如图1～3所示，包括丝杠花键轴10、第三关节机构和第四关节机构；其中，第三关节机构包括第三关节驱动装置5、第三关节传动组件和丝杠螺母12，丝杠螺母12与丝杠花键轴10外周螺纹连接，第三关节驱动装置5通过第三关节传动组件与丝杠螺母12连接；第四关节机构包括第四关节驱动装置2、第四关节传动组件和花键螺母13，花键螺母13与丝杠花键轴\n10外周键槽连接，第四关节驱动装置2通过第四关节传动组件与花键螺母13连接。其中，第三关节机构实现丝杠花键轴的Z轴运动，即丝杠花键轴10的升降运动，第四关节机构实现丝杠花键轴10的R轴运动，即丝杠花键轴10的旋转运动。\n[0023] 第三关节机构中，第三关节传动组件包括第三关节主动同步轮3、第三关节同步带\n7和第三关节从动同步轮11，第三关节主动同步轮3设于第三关节驱动装置5的输出端，第三关节主动同步轮3与第三关节从动同步轮11之间通过第三关节同步带7连接，第三关节从动同步轮11通过螺钉与丝杠螺母12固定连接。\n[0024] 第三关节主动同步轮3与第三关节从动同步轮11之间的传动比为1∶1。\n[0025] 第三关节驱动装置5上设有第三关节支架4，以方便第三关节驱动装置5的安装固定。\n[0026] 第四关节机构中，第四关节传动组件包括第四关节一级主动同步轮21、第四关节一级同步带20、第四关节一级从动同步轮19、减速轴16、第四关节二级主动同步轮17、第四关节二级同步带15和第四关节二级从动同步轮14，第四关节一级主动同步轮21设于第四关节驱动装置2的输出端，第四关节一级主动同步轮21与第四关节一级从动同步轮19之间通过第四关节一级同步带20连接，第四关节一级从动同步轮19与第四关节二级主动同步轮21之间通过减速轴16同轴设置，第四关节二级主动同步轮17与第四关节二级从动同步轮14之间通过第四关节二级同步带15连接，第四关节二级从动同步轮14通过螺钉与花键螺母13固定连接。\n[0027] 第四关节一级主动同步轮21与第四关节一级从动同步轮19之间的传动比为\n5∶1，第四关节二级主动同步轮17与第四关节二级从动同步轮14之间的传动比为3∶1，第四关节一级主动同步轮21与第四关节二级从动同步轮14之间的总传动比为15∶1。\n[0028] 减速轴16固定于机器人的小臂22上，减速轴16顶部设有螺母6，减速轴16与机器人的小臂22相接触处分别设有减速轴上深沟球轴承8和减速轴下深沟球轴承18，螺母6可采用小圆螺母。\n[0029] 第四关节驱动装置2底部设有第四关节法兰1，并通过第四关节法兰1与机器人的小臂22固定连接。\n[0030] 丝杠花键轴10外侧设有滚珠丝杠花键支架9，且滚珠丝杠花键支架9固定于机器人的小臂22上，滚珠丝杠花键支架9可较好地固定丝杠螺母12及花键螺母13。\n[0031] 本平面关节机器人的三四关节机构使用时，其工作原理是：丝杠10末端的运动方式取决于丝杠螺母12和花键螺母13的旋转情况；当仅有丝杠螺母12回转时，丝杠10末端作线性移动，线性运动的方向决定于丝杠螺母12的回转方向；当丝杠螺母12和花键螺母\n13做等速回转时，丝杠10末端就只有回转运动；当仅有花键螺母12回转时，丝杠花键轴10末端作螺旋运动。\n[0032] 本实施例中平面关节机器人各参数如下：\n[0033] 小臂长度：350mm；\n[0034] 小臂质量：11.0384kg；\n[0035] 小臂转动惯量：0.223kg.m2；\n[0036] 第三关节动作范围：200mm；\n[0037] 第四关节动作范围：±360°；\n[0038] 第三关节最大速度：1000mm/sec；\n[0039] 第四关节最大速度：1200°/sec；\n[0040] 第三关节重复定位精度：±0.02mm；\n[0041] 第四关节重复定位精度：±0.03°。\n[0042] 如上所述，便可较好地实现本实用新型，上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围；即凡依本实用新型内容所作的均等变化与修饰，都为本实用新型权利要求所要求保护的范围所涵盖。