本發明涉及機器人設備技術領域，尤其涉及一種上下Z軸在本體部分，結構穩定且輕巧的水平關節四軸機器人。

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背景技術：
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水平關節四軸機器人目前已經被非常廣泛應用，在搬運、加工、裝配等環境中有非常重要的作用，它本身具有動作靈活、結構緊湊、空間要求小、重復定位精度高等特點，能夠精確、快速達到空間的一點。水平關節四軸機器人相對于六軸工業機器人來說具有體積小，靈活，成本低等優勢，在未來工業流水線中被大量使用將會是必然趨勢。加大對水平關節四軸機器人的研究也非常必要，目前國內外水平關節四軸機器人的主要品牌包括愛普生、雅馬哈、庫卡等企業。

目前市場上現有的水平關節四軸機器人大多數結構采用諧波減速器或者RV減速器，其上下Z軸和旋轉R軸設在末端，前面兩個大臂體組成兩個機械臂，從而實現四軸機器人在空間上的不同動作。這種機械臂具有負載比較大，臂長可以很長，精度高等特點，但是價格比較高。由于上下Z軸和旋轉R軸設在末端，末端的結構空間比較大，不適應在空間狹小的場合工作。

基于上述問題，怎么才能通過對機器人的具體結構和傳動方式進行改進和改善，來達到小負載，結構輕巧，且縮短臂體的長度，是本領域的技術人員經常考慮的問題，通過多次研發和實驗，也取得了較好的成績。

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技術實現要素：
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為克服現有技術所存在的問題，本發明提供一種上下Z軸在本體部分，結構穩定且輕巧的水平關節四軸機器人。

本發明解決技術問題的方案是提供一種水平關節四軸機器人，包括機器人本體、與機器人本體相連的第一關節組件、與第一關節組件相連的第二關節組件以及設置于第二關節組件端頭部位的末端R旋轉軸；所述機器人本體包括底座以及設置于底座上的機器人本體外殼，在所述機器人本體外殼內設置有控制電路板、主支撐板、設置于主支撐板上的滾珠絲杠以及可相對滾珠絲杠上下移動、與滾珠絲杠配合的固定座；所述第一關節組件通過第一傳動軸與固定座前端活動連接；在所述固定座中設置有第一驅動電機、由第一驅動電機驅動且與滾珠絲杠匹配的絲杠螺母以及用于驅動第一傳動軸旋轉的第二驅動電機；所述第一關節組件包括第一關節組件外殼、設置于第一關節組件外殼中的第三驅動電機以及由第三驅動電機驅動、用于連接第一關節組件和第二關節組件的第二傳動軸；所述第二關節組件包括第二關節組件外殼以及設置于第二關節組件外殼內部、用于驅動末端R旋轉軸轉動的第四驅動電機。

優選地，所述第一驅動電機與絲杠螺母之間以及第二驅動電機與第一傳動軸之間通過同步帶傳動；且在所述第一驅動電機的輸出軸上設置第一主動同步輪，在所述滾珠絲杠上設置與第一主動同步輪通過同步帶相連的第一從動同步輪；所述第二驅動電機的輸出軸上設置第二主動同步輪，在所述第一傳動軸上設置與第二驅動電機通過同步帶相連的第二從動同步輪；所述第三驅動電機的輸出軸上設置第三主動同步輪，在所述第二傳動軸上設置與第三驅動電機通過同步帶相連的第三從動同步輪。

優選地，所述滾珠絲杠上還套設有滾珠絲杠軸承、第一鎖緊螺母以及與絲杠螺母同軸安裝的絲杠螺母固定軸；所述滾珠絲杠軸承位于絲杠螺母固定軸外側，且該滾珠絲杠軸承的外圈配合于固定座內壁，滾珠絲杠軸承的內圈與第一鎖緊螺母鎖緊配合，保證滾珠絲杠軸承不會軸向竄動；所述第一傳動軸上還設置有第二鎖緊螺母以及第一傳動軸軸承；該第二鎖緊螺母鎖緊第一傳動軸軸承的內圈，防止第一傳動軸的軸向竄動；所述第二傳動軸上還設置有第三鎖緊螺母以及第二傳動軸軸承，第三鎖緊螺母鎖緊第二傳動軸軸承的內圈，防止第二傳動軸軸向竄動；在所述第四驅動電機下部設置有用于安裝所述第四驅動電機的電機安裝座，且該電機固定座通過螺絲安裝于第二關節組件外殼上。

優選地，所述第二驅動電機部位、第一傳動軸部位、第三驅動電機部位、第二傳動軸部位都對應設置有編碼器。

優選地，所述機器人本體內還設置有坦克拖鏈以及用于設置該坦克拖鏈的坦克拖鏈支撐板；在所述固定座上方設置有固定座上蓋，且機器人本體正面設有正門擋板；所述正門擋板穿過固定座中間部位；正門擋板上方設有用于安裝閃爍燈的燈座；

所述機器人本體外殼為圓筒外殼，該圓筒外殼與底座固定相連；在所述圓筒外殼與底座之間設有底座裝飾環。

優選地，所述控制電路板位于機器人本體下部，在機器人本體外殼上開設有與控制電路板位置對應的電路插接口。

優選地，所述主支撐板上開設有導軌槽，在所述導軌槽中安裝有導軌滑塊；所述固定座通過螺絲固定于導軌滑塊上，且可在導軌滑塊上上下滑動。

優選地，所述主支撐板固定于底座上，且主支撐板與底座成垂直狀態。

優選地，所述滾珠絲杠通過設置于滾珠絲桿兩端的絲杠固定座固定在主支撐板上。

優選地，所述底座為球面底座；且第二關節組件由后段向前端寬度逐漸減小。

與現有技術相比，本發明一種水平關節四軸機器人通過在機器人本體內部設置滾珠絲杠以及與滾珠絲杠配合的固定座，第一關節組件通過第一傳動軸與固定座前端活動連接，第二關節組件與第一關節組件相連，這樣的結構設計使得上下Z軸處于機器人本體部分，末端R旋轉軸在末端，這種水平關節四軸機器人兩個機械臂懸空，末端R旋轉軸設置在第二關節組件末端，上下Z軸運動時，兩個機械臂和末端R旋轉軸同時上下運動，實際生產制造過程中，考慮到上下運動的臂體自身重量，將機器人臂體設計得較輕，臂體長度較短，負載比較小，結構輕巧，本發明一種水平關節四軸機器人特別適用輕負載且末端對空間有要求的場合，可以作為桌面級別的機器人末端可以安裝3D打印噴頭、真空吸盤、電動手爪、毛筆、電烙鐵、激光光源等，去實現各種功能，例如3D打印、堆垛、寫字、焊電路板、激光燒結等。亦可以應用在工業級場合，例如打螺絲。

[附圖說明]

圖1是本發明一種水平關節四軸機器人的立體狀態結構示意圖。

圖2是本發明一種水平關節四軸機器人的爆炸狀態結構示意圖。

圖3是本發明一種水平關節四軸機器人的內部狀態結構示意圖。

圖4是本發明一種水平關節四軸機器人的截面狀態結構示意圖。

圖5是本發明一種水平關節四軸機器人中第一關節組件的截面狀態結構示意圖。

圖6是本發明一種水平關節四軸機器人中第二關節組件的截面狀態結構示意圖。

[具體實施方式]

為使本發明的目的，技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發明，并不用于限定此發明。

請參閱圖1至圖6，本發明一種水平關節四軸機器人1包括機器人本體13、與機器人本體13相連的第一關節組件15、與第一關節組件15相連的第二關節組件17以及設置于第二關節組件17端頭部位的末端R旋轉軸19；所述機器人本體13包括底座11以及設置于底座11上的機器人本體外殼132，在所述機器人本體外殼132內設置有控制電路板1321、主支撐板1325、設置于主支撐板1325上的滾珠絲杠1323以及可相對滾珠絲杠1323上下移動、與滾珠絲杠1323配合的固定座1324；所述第一關節組件15通過第一傳動軸1357與固定座1324前端活動連接；在所述固定座1324中設置有第一驅動電機1327、由第一驅動電機1327驅動且與滾珠絲杠1323匹配的絲杠螺母13232以及用于驅動第一傳動軸1357旋轉的第二驅動電機1326；所述第一關節組件15包括第一關節組件外殼151、設置于第一關節組件外殼151中的第三驅動電機153以及由第三驅動電機153驅動、用于連接第一關節組件15和第二關節組件17的第二傳動軸159；所述第二關節組件17包括第二關節組件外殼171以及設置于第二關節組件外殼171內部、用于驅動末端R旋轉軸19轉動的第四驅動電機173。

通過在機器人本體13內部設置滾珠絲杠1323以及與滾珠絲杠1323配合的固定座1324，第一關節組件15通過第一傳動軸1357與固定座1324前端活動連接，第二關節組件17與第一關節組件15相連，這樣的結構設計使得上下Z軸處于機器人本體13部分，末端R旋轉軸19在末端，這種水平關節四軸機器人1兩個機械臂懸空，末端R旋轉軸19設置在第二關節組件17末端，上下Z軸運動時，兩個機械臂和末端R旋轉軸19同時上下運動，實際生產制造過程中，考慮到上下運動的臂體自身重量，將機器人臂體設計得較輕，臂體長度較短，負載比較小，結構輕巧，本發明一種水平關節四軸機器人1特別適用輕負載且末端對空間有要求的場合。

優選地，所述第一驅動電機1327與絲杠螺母13232之間以及第二驅動電機1326與第一傳動軸1357之間通過同步帶傳動；且在所述第一驅動電機1327的輸出軸上設置第一主動同步輪13271，在所述滾珠絲杠1323上設置與第一主動同步輪13271通過同步帶相連的第一從動同步輪13231；所述第二驅動電機1326的輸出軸上設置第二主動同步輪13261，在所述第一傳動軸1357上設置與第二驅動電機1326通過同步帶相連的第二從動同步輪1354；所述第三驅動電機153的輸出軸上設置第三主動同步輪1351，在所述第二傳動軸159上設置與第三驅動電機153通過同步帶相連的第三從動同步輪156。采用同步帶傳動，與使用諧波減速器或者RV減速器的機器人比成本大幅度降低，更有利于大范圍推廣使用。

優選地，所述滾珠絲杠1323上還套設有滾珠絲杠軸承13235、第一鎖緊螺母13234以及與絲杠螺母13234同軸安裝的絲杠螺母固定軸13233；所述滾珠絲杠軸承13235位于絲杠螺母固定軸13233外側，且該滾珠絲杠軸承13235的外圈配合于固定座1324內壁，滾珠絲杠軸承13235的內圈與第一鎖緊螺母13234鎖緊配合，保證滾珠絲杠軸承13235不會軸向竄動；所述第一傳動軸1357上還設置有第二鎖緊螺母1355以及第一傳動軸軸承1356；該第二鎖緊螺母1355鎖緊第一傳動軸軸承1356的內圈，防止第一傳動軸1357的軸向竄動；所述第二傳動軸159上還設置有第三鎖緊螺母157以及第二傳動軸軸承158，第三鎖緊螺母157鎖緊第二傳動軸軸承158的內圈，防止第二傳動軸159軸向竄動；在所述第四驅動電機173下部設置有用于安裝所述第四驅動電機173的電機安裝座175，且該電機固定座175通過螺絲安裝于第二關節組件外殼171上。

優選地，所述第二驅動電機1326部位、第一傳動軸1357部位、第三驅動電機153部位、第二傳動軸159部位都對應設置有編碼器(1329、1353、154、155)。有利于提高重復定位精度。

優選地，所述機器人本體13內還設置有坦克拖鏈以及用于設置該坦克拖鏈的坦克拖鏈支撐板；在所述固定座1324上方設置有固定座上蓋13241，且機器人本體13正面設有正門擋板133；所述正門擋板133穿過固定座1324中間部位；正門擋板133上方設有用于安裝閃爍燈的燈座131；

所述機器人本體外殼132為圓筒外殼，該圓筒外殼與底座11固定相連；在所述圓筒外殼與底座11之間設有底座裝飾環111。

優選地，所述控制電路板1321位于機器人本體13下部，在機器人本體外殼132上開設有與控制電路板1321位置對應的電路插接口。

優選地，所述主支撐板1325上開設有導軌槽，在所述導軌槽中安裝有導軌滑塊1328；所述固定座1324通過螺絲固定于導軌滑塊1328上，且可在導軌滑塊1328上上下滑動。

優選地，所述主支撐板1325固定于底座11上，且主支撐板1325與底座11成垂直狀態。

優選地，所述滾珠絲杠1323通過設置于滾珠絲桿1323兩端的絲杠固定座1322固定在主支撐板1325上。

優選地，所述底座11為球面底座1；且第二關節組件17由后段向前端寬度逐漸減小。

實際運行過程中，當第一驅動電機1327驅動絲杠螺母固定軸13233轉動時，絲杠螺母13234同步轉動，且絲杠螺母13234同時上下運動，通過滾珠絲杠軸承13235使固定座1324上下運動。實現了絲杠螺母13234轉動帶動固定座1324上下運動這個動作。第一主動同步輪13271通過同步帶與第一從動同步輪13231連接，此時第一驅動電機1327可以實現控制固定座1324的上下運動。

第一關節組件15固定在第一傳動軸1357上，整個第一關節組件15可以隨第一傳動軸1357一起轉動。所述第一關節組件外殼151包括臂體上蓋以及臂體下蓋；在該第一關節組件外殼151上方圓周安裝有起到裝飾效果的裝飾環。

第二關節組件17固定在第二傳動軸159上，整個第二關節組件17可以隨第二傳動軸159一起轉動。在第二關節組件17上方圓周同樣安裝有起到裝飾效果的裝飾環。

與現有技術相比，本發明一種水平關節四軸機器人1通過在機器人本體13內部設置滾珠絲杠1323以及與滾珠絲杠1323配合的固定座1324，第一關節組件15通過第一傳動軸1357與固定座1324前端活動連接，第二關節組件17與第一關節組件15相連，這樣的結構設計使得上下Z軸處于機器人本體13部分，末端R旋轉軸19在末端，這種水平關節四軸機器人1兩個機械臂懸空，末端R旋轉軸19設置在第二關節組件17末端，上下Z軸運動時，兩個機械臂和末端R旋轉軸19同時上下運動，實際生產制造過程中，考慮到上下運動的臂體自身重量，將機器人臂體設計得較輕，臂體長度較短，負載比較小，結構輕巧，本發明一種水平關節四軸機器人1特別適用輕負載且末端對空間有要求的場合，可以作為桌面級別的機器人末端可以安裝3D打印噴頭、真空吸盤、電動手爪、毛筆、電烙鐵、激光光源等，去實現各種功能，例如3D打印、堆垛、寫字、焊電路板、激光燒結等。亦可以應用在工業級場合，例如打螺絲。

以上所述的本發明實施方式，并不構成對本發明保護范圍的限定。任何在本發明的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的權利要求保護范圍之內。