一种模块化的机器人操作臂制造技术

本实用新型专利技术公开一种模块化的机器人操作臂。该种机器人由五或六个关节模块和一个末端操作器组成。每个关节模块具有一个转动自由度，由直流伺服电机驱动。关节模块有两种型式，其关节转轴分别与关节连杆轴线平行和垂直，各称为Ｉ型和Ｔ型。各模块按串联方式依次用卡环连接，五自由度机器人从基座到末端的关节模块顺序为：Ｉ型关节－Ｔ型关节－Ｔ型关节－Ｉ型关节－Ｔ型关节－末端操作器，前两个Ｔ型关节模块的转轴互相平行。六自由度机器人在前述基础上在末端操作器之前加装一个Ｉ型关节模块。该种机器人具有系统构建容易、构型改变方便、结构和控制简单、扩展性好等特点，可广泛用制造、搬运和服务等作业。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及机器人
，具体而言涉及一种用模块化方法构建的具有多个自由度的串联式关节型机器人操作臂。
技术介绍
机器人操作臂已广泛用于工业，在自动化生产中用于焊接、喷涂、装配、搬运等作业。操作臂也可作为执行系统加装在其它载体例如传送带上以增大工作范围，或移动机器人上执行排爆任务。尽管机器人操作臂针对某种应用具有很大的灵活性和弹性，但现有的多数操作臂往往针对特定的使用目的和场合，只有一种主要功能，自由度和构型都固定不变，缺乏功能的扩展性和构型的重构性。此外，针对每一领域和每项应用都开发特定的机器人所花费的代价很大，严重制约机器人的推广应用。因此，易构建和低成本是机器人新系统开发中的重要目标。为此，模块化是个有效方法，是当前机器人研究和开发中的一个趋势和特点。模块化能简化设计制造和维护、縮短研制周期、降低研制成本，大大增强系统构建时的灵活性和弹性，正成为系统开发的重要设计方法。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有机器人操作臂构建复杂、构型固定不可改变等缺点，提供一种由若干独立模块组成的便于拆装、构型可改变的模块化的机器人操作臂。 为实现此目的，本技术采用的技术方案如下 —种模块化的机器人操作臂，可以采用五个或六个自由度。相应地本模块化操作臂由五个或六个关节模块和一个末端功能模块组成，包括三个T型关节模块和两个或三个I型关节模块。各模块之间采用串联方式依次连接，从基座到末端顺序为基座-I型关节模块-T型关节模块-T型关节模块-I型关节模块-T型关节(-1型关节)_末端功能模块。前两个T型关节模块的转轴互相平行，并与两端的I型关节模块的转轴互相垂直。 所述I型关节模块是指只有一个转动自由度且关节转轴与连杆轴线重合或平行的关节模块。关节由直流伺服电机驱动，电机的后端与用于检测转角位移和角速度的光电编码器直接相联，前端与谐波减速器相连，进行减速增力。谐波减速器通过一个轴输出到一个中心直齿轮，而中心直齿轮通过两个对称分布的过渡轮驱动一个内齿直齿轮作进一步减速增力并保持传动方向，内齿轮带动关节模块的另一部分作相对转动，最后驱动关节的输出件。 所述T型关节模块只有一个转动自由度且关节转轴与连杆轴线垂直的关节模块。关节由直流伺服电机驱动，电机的后端与用于检测转角位移和角速度的光电编码器直接相联，前端与谐波减速器相连，进行减速增力。谐波减速器通过一个轴进行输出，再通过一对锥齿轮作进一步减速与增力并改变传动方向。大锥齿轮通过一根关节轴带动关节模块的另一部分作相对转动，进行速度和力的输出。 上述模块化的关节型机器人操作臂中，所述末端功能模块是指装在机器人末端能满足任务需要、执行某种作业的专用设备，例如夹持器、焊枪、喷漆头和吸盘等。以夹持器为例，模块由电机驱动，通过减速机构和平行四边形机构驱动两只夹具进行开闭运动。电机前端与谐波减速器相连，进行减速增力。谐波减速器再通过一个轴输出到蜗杆，而蜗杆与蜗轮主动杆啮合，作进一步减速增力。夹持器壳体、蜗轮主动杆、从动杆和夹具一起构成平行四边形机构，将蜗轮主动杆的圆周运动变为夹具的平动并输出动力。 本技术的机器人操作臂具有如下特点 1)模块化由五个或六个单自由度的关节模块和一个末端功能模块构成，包括三个T型关节模块和两个或三个I型关节模块。模块之间通过卡环实现连接和紧固。机器人的构建和拆装简单、方便和快速。2)串联结构各模块采用串联方式依次连接。本技术与现有技术相比，还具有如下优点和效果 (1)采用模块化方法构建机器人操作臂，主体只由两种单自由度关节模块组成，构建容易，设计、制造和维护简单，成本较低； (2)根据任务的需要，通过加减一个关节模块即可改变机器人的自由度数目(例如在五自由度操作臂的基础上，在末端功能模块和T型关节模块之间前加装一个I型关节模块即成为六自由度操作臂)。附图说明图1是本技术五自由度机器人外观图； 图2是本技术五自由度机器人机构示意图； 图3是本技术I型关节模块外观图； 图4是本技术I型关节模块剖面图； 图5是本技术T型关节模块外观图； 图6是本技术T型关节模块剖面图； 图7是本技术夹持器外观图； 图8是本技术夹持器剖面图。具体实施方式为了更好地理解本技术，以下结合附图以带末端夹持器的五自由度机器人为例对本技术作进一步地描述，但本技术的实施方式不限于此。 图l和图2分别示出了本技术构建的机器人的外观图和机构示意图。如图所示，该机器人操作臂具有五个自由度，共有六个模块。本体由五个单自由度模块0-2和0-3组成，一端连接法兰盘0-l并固定在操作台上，另一端连接末端功能模块即夹持器0-5。各模块依次以串联方式连接，顺序为法兰盘-I型关节-T型关节-T型关节-I型关节-T型关节-夹持器。各关节模块之间用卡环0-4进行连接。卡环的内环纵截面为凹的梯形槽，卡环有个开口 ，开口部分穿过螺栓，拧紧卡环上的螺栓和螺母即可将相连的两个零件紧固连接。前两个T型关节模块0-3的关节转轴互相平行，并自然地与两端的I型关节模块0-2的关节轴垂直。通过改变三个T型关节和两个I形关节的角位移即可调整夹持器的位置和姿态。夹持器两个夹具闭合或张开即可对物体进行抓持或释放操作。5 如图3和图4所示分别为I型关节模块的外观图和剖面图。I型关节模块的转轴与关节连杆的轴线重合或平行。零部件包括伺服电机及光电编码器组件卜1、关节套筒l-2、电机轴套1-3、电机座l-4、关节基座l-5、轴承端盖l-6、轴承座l-7、角接触球轴承及外轴套l-8、轴承端盖1-9、内齿轮l-10、关节输出端连接件l-ll、过渡齿轮轴l-12、过渡齿轮l-13、谐波减速器输出轴1-14、中心齿轮l-15、小轴承端盖l-16、轴套l-17、角接触球轴承l-18、谐波减速器输出过渡盘1-19和盘式谐波减速器组件1-20。驱动电机为直流伺服电机，电机与用于角位移和角速度检测的光电编码器集成，即电机轴后端直接连接光电编码器，成为伺服电机及光电编码器组件l-l。电机的前端面与电机座l-4用螺钉(沿轴向)相连接。电机外面的关节套筒1-2的一端套在电机座l-4上，并沿圆周方向与电机座1-4用螺钉(沿径向)相连接。电机座1-4与关节基座1-5也用螺钉沿轴向紧固。电机的输出轴与电机轴套1-3相连接，用两个径向顶丝紧固。电机轴套1-3与谐波减速器1-20的波发生器相连接，通过一个直键传递运动和动力。为了得到较小的关节模块长度， 一级减速采用扁平盘状的谐波减速器三大件l-2，其中的输入刚轮与电机座l-4用螺钉沿轴向紧固，输出刚轮用螺钉沿轴向与谐波减速器过渡圆盘1-19紧固连接，过渡圆盘1-19再用通过螺钉与谐波减速器输出轴1-14连接。波减速器输出轴1-14通过一对角接触轴承1-18支承于关节基座1-5中，两个轴承之间有内圈套筒l-17，一端用轴承套1-16定位和预紧。波减速器输出轴1-14的输出端上安装一个直齿轮作为中心齿轮l-15，通过对称的两个直键传递运动和动力。中心齿轮1-15与两个对称分布的过渡直齿轮1-13啮合。每个过渡直齿轮1-13通过内孔中的轴承支承在其齿轮轴l-12上，而后者(1-12)通过其上的螺纹固定安装在关节基座1-5上。过渡直齿轮1-13与内齿轮1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化的机器人操作臂，其特征在于由六个独立模块构成，包括三个Ｔ型关节模块、两个Ｉ型关节模块和一个末端功能模块，该操作臂具有五个自由度；关节模块采用串联方式通过卡环依次连接，各模块从基座端到末端的顺序为：Ｉ型关节模块－Ｔ型关节模块－Ｔ型关节模块－Ｉ型关节模块－Ｔ型关节模块－末端功能模块，两个相邻的Ｔ型关节模块的转轴互相平行。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：管贻生，江励，张宪民，周雪峰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：实用新型
国别省市：81[中国|广州]