一种基于斜面支撑的直驱式高速大行程桁架机器人的制作方法

1.本发明涉及机器人相关技术领域，尤其涉及一种基于斜面支撑的直驱式高速大行程桁架机器人。


背景技术：

2.桁架机器人也称作直角坐标机器人，由于其工作运动距离长、成本较低、控制和操作简单等优点被广泛应用于现代化柔性生产线中的搬运和上下料等多种工作岗位。但在现有的技术中，桁架机器人的水平横梁结构由于受机器人运动部件沿y轴方向前移所产生的倾覆力矩对整个桁架机器人的定位精度、刚度以及承载能力有较大的影响。同时桁架机器人一般均采用丝杠螺母或齿轮齿条等机构进行运动传递，从而将电机的旋转运动转化为直线运动，这类传动驱动机构使得桁架机器人的运行速度及其定位精度较差，难以满足高速高精度且大行程的运行要求，并且原有的桁架机器人一般只能实现三轴方向的直线运动，综上，现有的桁架机器人难以满足复杂工作流程的要求，需要作处相应的改进。


技术实现要素：

3.鉴于上述情况，本发明目的在于提供一种刚度和定位精度高、响应速度快且便于工人进行末端位姿控制的基于斜面支撑的直驱式高速大行程桁架机器人一种基于斜面支撑的直驱式高速大行程桁架机器人，其包括立柱、一x轴斜面支撑横梁、一x轴运动模组、一y轴运动模组、一z轴运动模组、一腕部旋转机构以及一在线位置检测反馈系统；所述x轴斜面支撑横梁一侧的底部设置有所述立柱，该x轴斜面支撑横梁包括有一倾斜面，形成三角形或梯形的x轴斜面支撑横梁结构，所述的倾斜面为由上至下向外倾斜；所述x轴运动模组安装在所述倾斜面上，所述y轴运动模组安装在所述x轴运动模组上，通过x轴运动模组的驱动在x轴方向往复运动，所述的z轴运动模组安装在y轴运动模组上，通过y轴运动模组的驱动在y轴方向往复运动，所述z轴运动模组驱动在z轴方向往复运动；所述腕部旋转机构包含u轴旋转组件和z轴旋转组件，分别绕x轴与绕y轴旋转运动，实现机器人末端的位姿控制；所述在线位置检测反馈系统包含一x轴光栅尺以及一光栅尺读数头，所述x轴光栅尺安装在所述x轴斜面支撑横梁上，所述光栅尺读数头安装在所述x轴运动模组上，所述x轴光栅尺与所述光栅尺读数头配合实现对所述x轴运动模组在x轴方向运动位置的在线检测与反馈控制。
4.优选的，所述x轴运动模组包含一x轴滑台、一x轴直线导轨副以及一x轴直线电机，所述x轴直线导轨副安装在所述x轴斜面支撑横梁上，所述x轴滑台安装在所述x轴直线导轨副上，所述x轴直线电机包含x轴直线电机定子以及x轴直线电机动子，所述x轴直线电机定子安装在所述x轴斜面支撑横梁上，所述x轴直线电机动子安装在所述x轴滑台上，该x轴直线电机实现所述x轴滑台沿x轴方向往复运动。
5.进一步的，所述x轴直线导轨副包含两根x轴直线导轨和4个x轴滑块，两根所述x轴直线导轨上各安装有2个所述x轴滑块，其中，两根所述x轴直线导轨安装在所述x轴斜面支撑横梁上，所述x轴滑台安装在4个所述x轴滑块上。进一步的，所述y轴运动模组包含一y轴
基座、一y轴直线导轨副、一y轴滑台、一y轴伺服电机以及一y轴滚珠丝杆，所述y轴基座为一框型基座结构，其固定安装所述x轴滑台上，所述y轴直线导轨副安装在所述y轴基座上，所述y轴滑台安装在所述y轴直线导轨副上，所述y轴伺服电机安装在y轴基座上，其驱动端连接所述y轴滑台，所述y轴滚珠丝杆设置在所述y轴基座的长度方向上，该y轴滚珠丝杆滑动连接所述y轴滑台。
6.进一步的，所述y轴直线导轨副包含4根y轴直线导轨和8个y轴滑块，每根y轴直线导轨与2个y轴滑块组成1个y轴移动副，所述y轴基座左右两边工字梁的相对内侧分别布置安装两个y轴移动副，所述y轴滑台安装在8个所述y轴滑块上。
7.进一步的，所述z轴运动模组包含一z轴直线导轨副、一z轴竖梁、一z轴伺服电机、一减速器以及一z轴齿轮齿条机构，所述z轴竖梁通过所述z轴直线导轨副实现与所述y轴基座连接，所述z轴伺服电机安装在所述y轴滑台上，所述减速器的输入端与所述z轴伺服电机之间通过皮带传动，所述减速器的输出端安装有所述z轴齿轮齿条机构的齿轮，该z轴齿轮齿条机构的齿轮与安装在所述z轴竖梁的z轴齿轮齿条机构的齿条配合，实现所述z轴竖梁沿z轴方向进行上下运动。
8.更进一步的，所述z轴直线导轨副包含1根z轴直线导轨和2个z轴滑块，所述z轴直线导轨上安装有2个所述z轴滑块，其中，所述z轴直线导轨安装在所述z轴竖梁上，2个所述z轴滑块的另一端与所述y轴滑台连接。
9.更进一步的，所述z轴竖梁的末端安装有一末端连接板，所述腕部旋转机构安装在所述末端连接板上。
10.更进一步的，所述x轴斜面支撑横梁的两端以及所述y轴基座两端均安装有2个弹性防撞限位块和2个极限位置接近开关；所述弹性防撞限位块用以防止所述x轴滑台滑出x轴直线导轨，以及防止所述y轴滑台滑出所述y轴直线导轨；所述极限位置接近开关用以限定x轴方向的正常运动行程范围，以及限定y轴方向的正常运动行程范围。
11.更进一步的，所述z轴竖梁的两端分别安装有2个硬限位块和z轴极限位置接近开关，所述y轴滑台上安装一个两端带弹性防撞限位块，所述两端带弹性防撞限位块与2个所述硬限位块配合，防止所述z轴竖梁滑出所述z轴直线导轨，所述z轴极限位置接近开关用以限定z轴方向的正常运动行程范围。
12.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明提供的基于斜面支撑的直驱式高速大行程桁架机器人，其包括立柱、一x轴斜面支撑横梁、一x轴运动模组、一y轴运动模组、一z轴运动模组、一腕部旋转机构以及一在线位置检测反馈系统；其中；
13.1、采用x轴斜面支撑横梁的独特的结构设计，使得该机器人的重心后移，降低机器人运动部件沿y轴方向前移产生的倾覆力矩的影响，减少y轴运动模组的y轴滑台前移及z轴运动模组的z轴竖梁向下运动时的变形。且y轴运动模组的y轴基座采用框型基座结构，极大的提高了桁架机器人的刚度、承载能力及其运行稳定可靠性。当然，x轴斜面支撑横梁的结构还能克服生产加工环境中产生的废气、粉尘等污染物对x轴运动模组相关部件造成的影响。
14.2、腕部旋转机构的结构实现了桁架机器人的直线定位控制与机器人末端的位姿协调控制，使得改机器人可以适合各种工作岗位。
15.3、在线位置检测反馈系统的设置使得该机器人在x轴方向上运动位置的在线检测
与反馈，使得该机器人的定位精度高，操作更为精准。
16.4、x轴运动模组包含的x轴平板直线电机，可根据需要的行程大小对电机导轨进行延申，简化了中间传动机构，实现“零传动”的结构形式，并节省了安装空间和安装时间，同时提高了机器人沿x轴的运动速度、加速度、定位精度以及重复定位精度等。y轴运动模组包含的y轴伺服电机和y轴滚珠丝杆配合，有效的改善了机器人的刚度和运行的稳定可靠性。z轴运动模组包含的z轴伺服电机以及z轴齿轮齿条机构的配合，使得承载能力大、运行平稳、传动精度高、传动效率高。
17.5、所述x轴斜面支撑横梁的两端以及所述y轴基座两端均安装有2个弹性防撞限位块和2个极限位置接近开关，所述z轴竖梁的两端分别安装有2个硬限位块和z轴极限位置接近开关，使得防止滑出相关的直线导轨，同时限定了正常运动行程范围，极大的提高了机器人运行的安全性。
18.综上，本发明提供的基于斜面支撑的直驱式高速大行程桁架机器人具有较高的承载能力和刚度以及良好的动态性能，适用于高速高精度、大行程且工序复杂的智能柔性化生产线的需要。
附图说明
19.图1为本发明所述的基于斜面支撑的直驱式高速大行程桁架机器人的正面结构示意图；
20.图2为本发明所述的基于斜面支撑的直驱式高速大行程桁架机器人的侧面结构示意图；
21.图3为图2的a处的放大结构示意图；
22.图4为本发明所述的基于斜面支撑的直驱式高速大行程桁架机器人的后示意图；
23.图5为图4的圆圈处的放大结构示意图；
24.图6为本发明所述的基于斜面支撑的直驱式高速大行程桁架机器人的俯视示意图；
25.其中：
[0026]1‑
立柱，2
‑
x轴斜面支撑横梁，7
‑
x轴光栅尺，9
‑
x轴直线导轨副，11
‑
x轴滑台，12
‑
x轴直线电机，13
‑
x轴弹性防撞限位块，15
‑
y轴极限位置接近开关16
‑
x轴极限位置接近开关，17
‑
z轴极限位置接近开关，18
‑
y轴基座，19
‑
y轴直线导轨副，21
‑
y轴伺服电机，22
‑
y轴弹性防撞限位块，24
‑
y轴滑台，27
‑
z轴伺服电机，30
‑
带弹性防撞限位块，32
‑
z轴竖梁，33
‑
硬限位块，35
‑
z轴直线导轨副，37
‑
z轴齿轮齿条机构，40
‑
末端连接板，41
‑
腕部旋转机构。
具体实施方式
[0027]
下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]
参阅图1，一种基于斜面支撑的直驱式高速大行程桁架机器人，其包括立柱1、一x轴斜面支撑横梁2、一x轴运动模组、一y轴运动模组、一z轴运动模组、一腕部旋转机构41以及一在线位置检测反馈系统；
[0029]
参阅图1，所述x轴斜面支撑横梁2一侧的底部设置有所述立柱1，该x轴斜面支撑横梁2包括有一倾斜面，形成三角形或梯形的x轴斜面支撑横梁2结构，所述的倾斜面为由上至下向外倾斜。其中，所述立柱1包含2根，2根所述立柱1通过地脚螺钉安装在地面上，斜面支撑横梁通过螺栓固定安装在2根所述立柱1上，通过上述连接使得形成龙门式框架结构。
[0030]
所述x轴运动模组安装在所述倾斜面上。具体而言，所述x轴运动模组包含一x轴滑台11、一x轴直线导轨副9以及一x轴直线电机12，所述x轴直线导轨副9安装在所述x轴斜面支撑横梁2上，所述x轴滑台11安装在所述x轴直线导轨副9上，所述x轴直线电机12包含x轴直线电机定子以及x轴直线电机动子，所述x轴直线电机定子安装在所述x轴斜面支撑横梁2上，所述x轴直线电机动子安装在所述x轴滑台11上，该x轴直线电机12实现所述x轴滑台11沿x轴方向往复运动。
[0031]
结合图2以及图3，进一步的，所述x轴直线导轨副9包含两根x轴直线导轨和4个x轴滑块，两根所述x轴直线导轨上各安装有2个所述x轴滑块，其中，两根所述x轴直线导轨安装在所述x轴斜面支撑横梁2上，所述x轴滑台11安装在4个所述x轴滑块上。同时，本实施例中，x轴直线电机12为平板直线电机。需要说明的是，x轴滑台11通过x轴直线电机12进行驱动在x轴方向往复运动，x轴直线导轨副9提高了x轴滑台11运动的平稳性和传动效率，反应灵敏无阻滞。同时斜面支撑横梁和x轴滑台11间的x轴直线电机12工作时，其直线x轴直线电机定子与x轴直线电机动子在安装面垂直方向所产生的强大吸引力能够平衡机器人运动部件沿y轴基座18前移所产生的倾覆力矩。
[0032]
参阅图6，所述y轴运动模组安装在所述x轴运动模组上，该y轴运动模组包含一y轴基座18、一y轴直线导轨副19、一y轴滑台24、一y轴伺服电机21以及一y轴滚珠丝杆，所述y轴基座18为一框型基座结构，其固定安装所述x轴滑台11上，所述y轴直线导轨副19安装在所述y轴基座18上，所述y轴滑台24安装在所述y轴直线导轨副19上，所述y轴伺服电机21安装在y轴基座18上，其驱动端连接所述y轴滑台24，所述y轴滚珠丝杆设置在所述y轴基座18的长度方向上，该y轴滚珠丝杆滑动连接所述y轴滑台24。进一步的，所述y轴直线导轨副19包含4根y轴直线导轨和8个y轴滑块，每根y轴直线导轨与2个y轴滑块组成1个y轴移动副，所述y轴基座18左右两边工字梁的相对内侧分别布置安装两个y轴移动副，所述y轴滑台24安装在8个所述y轴滑块上。需要说明的是，通过y轴伺服电机21以及一y轴滚珠丝杆的配合直线运动，驱动y轴滑台24在y轴方向往复运动，而y轴直线导轨副19提高了y轴滑台24运动的平稳性和传动效率。
[0033]
结合图4以及图5，所述的z轴运动模组安装在y轴运动模组上，该z轴运动模组包含一z轴直线导轨副35、一z轴竖梁32、一z轴伺服电机27、一减速器以及一z轴齿轮齿条机构37，所述z轴竖梁32通过所述z轴直线导轨副35实现与所述y轴基座18连接，所述z轴伺服电机27安装在所述y轴滑台24上，所述减速器的输入端与所述z轴伺服电机27之间通过皮带传动，所述减速器的输出端安装有所述z轴齿轮齿条机构37的齿轮，该z轴齿轮齿条机构37的齿轮与安装在所述z轴竖梁32的z轴齿轮齿条机构37的齿条配合，实现所述z轴竖梁32沿z轴方向进行上下运动。进一步的，所述z轴直线导轨副35包含1根z轴直线导轨和2个z轴滑块，所述z轴直线导轨上安装有2个所述z轴滑块，其中，所述z轴直线导轨安装在所述z轴竖梁32上，2个所述z轴滑块的另一端与所述y轴滑台24连接。需要说明的是，通过减速器与z轴齿轮齿条机构37进行运动传递，将z轴伺服电机27的旋转运动转化为直线运动，从而驱动z轴齿
轮齿条机构37实现z轴竖梁32沿z轴方向进行上下运动，即驱动在z轴方向往复运动，而z轴直线导轨副35提高了z轴竖梁32运动的平稳性和传动效率。
[0034]
结合图4，所述z轴竖梁32的末端安装有一末端连接板40，所述腕部旋转机构41安装在所述末端连接板40上，该腕部旋转机构41包含u轴旋转组件和z轴旋转组件，分别由单独的伺服电机驱动实现绕x轴与绕y轴的旋转运动，实现机器人末端的位姿控制。
[0035]
所述在线位置检测反馈系统包含一x轴光栅尺7以及一光栅尺读数头，所述x轴光栅尺7安装在所述x轴斜面支撑横梁2上，所述光栅尺读数头安装在所述x轴运动模组上，所述x轴光栅尺7与所述光栅尺读数头配合实现对所述x轴运动模组在x轴方向运动位置的在线检测与反馈控制。具体而言，所述光栅尺读数头安装在所述x轴滑台11上。
[0036]
优选的，本实施例中，所述x轴斜面支撑横梁2的两端以及所述y轴基座18两端均安装有2个弹性防撞限位块和2个极限位置接近开关。即x轴斜面支撑横梁2的两端各安装有1个x轴弹性防撞限位块13和1个x轴极限位置接近开关16，其中两端的所述x轴弹性防撞限位块13用以当出现意外情况时，避免x轴滑台11滑出x轴直线导轨，并起到减震的作用；所述x轴极限位置接近开关16用以限定x轴方向的正常运动行程范围。y轴基座18的两端上表面各安装有1个y轴极限位置接近开关15，用以限定y轴滑台24的运动行程范围，同时y轴基座18的相对内侧面分别安装有1个y轴弹性防撞限位块22，避免y轴滑台24滑出y轴直线导轨，并起到减震作用。
[0037]
优选的，所述z轴竖梁32的两端分别安装有2个硬限位块33和z轴极限位置接近开关17，所述y轴滑台24上安装一个两端带弹性防撞限位块30，所述两端带弹性防撞限位块30与2个所述硬限位块33配合，防止所述z轴竖梁32滑出所述z轴直线导轨，所述z轴极限位置接近开关17用以限定z轴方向的正常运动行程范围，同时起到减震作用。
[0038]
通过所述x轴斜面支撑横梁2的两端、所述y轴基座18两端以及所述z轴竖梁32的两端设置上述结构，使得机器人各运动直线轴均起到了双重保护作用，操作更为的安全。
[0039]
本实施例提供的基于斜面支撑的直驱式高速大行程桁架机器人采用x轴斜面支撑横梁2的独特的结构设计，使得该机器人的重心后移，降低机器人运动部件沿y轴方向前移产生的倾覆力矩的影响，减少y轴运动模组的y轴滑台24前移及z轴运动模组的z轴竖梁32向下运动时的变形。另外，x轴直线电机12的x轴直线电机动子与x轴直线电机定子之间具有强大的吸引力，抵消了y轴由于悬臂结构产生的力矩，从而大大提高了机器人z轴方向的刚度。且y轴运动模组的y轴基座18采用框型基座结构，极大的提高了桁架机器人的刚度、承载能力及其运行稳定可靠性。当然，x轴斜面支撑横梁2的结构还能克服生产加工环境中产生的废气、粉尘等污染物对x轴运动模组相关部件造成的影响。
[0040]
提供的腕部旋转机构41的结构实现了桁架机器人的直线定位控制与机器人末端的位姿协调控制，使得改机器人可以适合各种工作岗位。
[0041]
提供的在线位置检测反馈系统的设置使得该机器人在x轴方向上运动位置的在线检测与反馈，使得该机器人的定位精度高，操作更为精准。
[0042]
x轴运动模组包含的x轴平板直线电机，可根据需要的行程大小对电机导轨进行延申，简化了中间传动机构，实现“零传动”的结构形式，并节省了安装空间和安装时间，同时提高了机器人沿x轴的运动速度、加速度、定位精度以及重复定位精度等。y轴运动模组包含的y轴伺服电机21和y轴滚珠丝杆配合，有效的改善了机器人的刚度和运行的稳定可靠性。z
轴运动模组包含的z轴伺服电机27以及z轴齿轮齿条机构37的配合，使得承载能力大、运行平稳、传动精度高、传动效率高。
[0043]
所述x轴斜面支撑横梁2的两端以及所述y轴基座18两端均安装有2个弹性防撞限位块和2个极限位置接近开关，所述z轴竖梁32的两端分别安装有2个硬限位块33和z轴极限位置接近开关17，使得防止滑出相关的直线导轨，同时限定了正常运动行程范围，极大的提高了机器人运行的安全性。
[0044]
因此，本发明提供的是一种性能优越、功能多样、以及方便实用的基于斜面支撑的直驱式高速大行程桁架机器人。
[0045]
以上所揭露的仅为本发明几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。