【技術領域】

本發明屬于自動化技術領域，特別是涉及一種多軸機器人。

背景技術：

隨著經濟的不斷發展及科學技術的不斷進步，為企業的發展提供強有力的經濟及技術支柱，促使企業朝智能化及高集成化等的方向邁進，而機械手就是企業所研發的智能化的產品中一種。為了減輕操作人員的負擔，或者替代操作人員進行危險作業，都離不開機械手的應用。通過機械手去替代操作人員的操作，因而達到提高效果或保護操作人員的目的，因此使得機械手在自動化生產的場合得到廣泛地應用。

隨著自動化程度的提高，對于機器人運動的復雜性要求也越來越高，對于多軸機器人的研究熱度也逐漸升溫。在現有技術中的六軸機器人的基礎上實現七軸是非常困難的，對于編程人員而言根本無法實現精準的動作控制，其運動坐標點的多重變換極其復雜。

因此，有必要提供一種新的多軸機器人來解決上述問題。

技術實現要素：

本發明的主要目的在于提供一種多軸機器人，其結構簡單，運動精度高，且便于編程控制，且可擴展成五軸、六軸以及七軸等多軸機器人。

本發明通過如下技術方案實現上述目的：一種多軸機器人，其包括至少兩個水平旋轉驅動關節以及至少兩個豎直旋轉驅動關節，所有所述水平旋轉驅動關節按照其旋轉軸共線設置，所有所述豎直旋轉驅動關節按照其旋轉軸在同一個豎直平面上設置，所述水平旋轉驅動關節與所述豎直旋轉驅動關節按照兩者的旋轉軸垂直相交且在所述豎直平面上設置。

進一步的，所述水平旋轉驅動關節包括呈圓筒狀的第一安裝座、內嵌在所述第一安裝座內部的第一驅動裝置以及與所述第一驅動裝置配合的第一減速機。

進一步的，所述第一安裝座的外周表面的上部設置有若干圍繞所述水平旋轉驅動關節旋轉軸等角度分布的第一銷孔，所述第一銷孔的軸線在同一水平面上。

進一步的，所述豎直旋轉驅動關節包括第二安裝座、內嵌在所述第二安裝座內部的第二減速機以及驅動所述第二減速機的第二驅動裝置。

進一步的，兩個相鄰設置的所述豎直旋轉驅動關節之間設置有呈板狀結構的擺臂板，所述擺臂板的兩端分別安裝在兩個所述豎直旋轉驅動關節中的所述第二減速機的旋轉端。

進一步的，所述擺臂板的兩端均設置有若干圍繞所述豎直旋轉驅動關節旋轉軸等角度分布的第二銷孔。

進一步的，所述第一安裝座的下端延伸設置有與所述第二減速機的旋轉端連接的延伸安裝板，所述延伸安裝板上設置有若干圍繞所述豎直旋轉驅動關節旋轉軸等角度分布的第三銷孔。

進一步的，還包括圓點標定治具。

進一步的，所述圓點標定治具固定在所述第二安裝座上，所述圓點標定治具包括固定在所述第二安裝座上的安裝調節板以及固定在所述安裝調節板上的標定板，所述標定板的中間軸線上設置有若干第四銷孔。

進一步的，其中一個所述第四銷孔的軸線與所述第一銷孔的軸線、或所述第二銷孔的軸線、或所述第三銷孔的軸線位于同一水平面上。

與現有技術相比，本發明一種多軸機器人的有益效果在于：結構簡單，運動精度高，且便于編程控制，可擴展成五軸、六軸以及七軸等多軸機器人。具體的，

1)整個結構中只采用兩種形式的旋轉關節，即水平旋轉驅動關節和豎直旋轉驅動關節，且將所有的水平旋轉驅動關節的旋轉軸共線設計，將所有豎直旋轉驅動關節的旋轉軸共面設計，將該兩種旋轉關節的旋轉軸設置在同一個平面上，減少了不同圓點三維空間之間的坐標轉換次數，為多軸機器人的無限擴展提供了基礎；解決了多軸機器人編程困難的問題；大大提高了運動精度與控制精度；

2)通過設計圓點標定治具，能夠快速的、精準的標定圓點，相比于現有技術中的圓點標定儀器而言，本設計操作簡便、標定效率高、成本低、經濟性好，且通過控制銷孔和銷軸的加工精度，在標定圓點的精度上可達到0.005mm，大大提高了機器人的控制精度和運動精度。

【附圖說明】

圖1為本發明實施例的結構示意圖；

圖2為本發明俯視狀態下所有水平旋轉驅動關節的位置狀態示意圖；

圖3為本發明右視狀態下所有豎直旋轉驅動關節的位置狀態示意圖；

圖4為本發明實施例中第一安裝座的結構示意圖；

圖5為本發明另一實施例中第一安裝座的結構示意圖；

圖6為本發明實施例中豎直旋轉驅動關節與擺臂板的結構示意圖；

圖7為本發明一實施例中水平旋轉驅動關節與豎直旋轉驅動關節、擺臂板以及圓點標定治具的組裝結構示意圖；

圖8為本發明實施例中圓點標定治具的結構示意圖；

圖9為本發明擴展的七軸機器人的結構示意原理圖；

圖中數字表示：

1、1a、1b水平旋轉驅動關節，11、11a第一安裝座，111延伸安裝板，112第三銷孔，12第一銷孔；

a豎直旋轉驅動關節的旋轉軸；b水平旋轉驅動關節的旋轉軸；

2、2a、2b豎直旋轉驅動關節，21第二安裝座，211安裝平板，212承載座；

3擺臂板，31第二銷孔；

4圓點標定治具，41安裝調節板，411腰形孔，42標定板，421第四銷孔。

【具體實施方式】

實施例

本實施例中提到的“水平旋轉”是指旋轉軸線是豎直方向的；“豎直旋轉”是指旋轉軸線是水平方向的。

請參照圖1、圖2、圖3，本實施例為多軸機器人，其包括三個水平旋轉驅動關節1、1a、1b以及三個豎直旋轉驅動關節2、2a、2b，所有水平旋轉驅動關節的旋轉軸共線，所有豎直旋轉驅動關節的旋轉軸在同一個豎直平面上，所有水平旋轉驅動關節的旋轉軸與所有豎直旋轉驅動關節的旋轉軸垂直相交且在所述豎直平面上。

水平旋轉驅動關節1包括呈圓筒狀的第一安裝座11、內嵌在第一安裝座11內部的第一驅動裝置(圖中未標示)以及與所述第一驅動裝置配合的第一減速機(圖中未標示)。第一安裝座11的外周表面的上部設置有若干圍繞水平旋轉驅動關節1旋轉軸等角度分布的第一銷孔12，第一銷孔12的數量為四個。所以第一銷孔12的軸線在同一水平面上。本實施例中的第一安裝座11的結構如圖4所示。

請參照圖6，豎直旋轉驅動關節2包括第二安裝座21、內嵌在第二安裝座21內部的第二減速機(圖中未標示)以及驅動所述第二減速機的第二驅動裝置(圖中未標示)。第二安裝座21包括安裝在所述第一減速機旋轉端的安裝平板211以及垂直于安裝平面211且用于收容固定所述第二減速機的承載座212。

請參照圖6，兩個相鄰設置的豎直旋轉驅動關節2之間設置有呈板狀結構的擺臂板3。擺臂板3的兩端分別安裝在兩個豎直旋轉驅動關節2中的所述第二減速機的旋轉端。擺臂板3的兩端均設置有若干圍繞豎直旋轉驅動關節2旋轉軸等角度分布的第二銷孔31，第二銷孔31的數量為四個。

本實施例為由三個水平旋轉驅動關節1和三個豎直旋轉驅動關節2組合而成的六軸機器人，在其他實施例中，可選擇三個水平旋轉驅動關節1和四個豎直旋轉驅動關節2、或四個水平旋轉驅動關節1和三個豎直旋轉驅動關節2組合而成的七軸機器人；也可選擇三個水平旋轉驅動關節1和兩個豎直旋轉驅動關節2組合成五軸機器人。如圖9所示，圖9為基于本實施例的設計原理得到的七軸機器人的結構示意圖。

本實施例中，在底部或中部的相鄰兩個水平旋轉驅動關節1和豎直旋轉驅動關節2的組合結構中，第二安裝座21中的安裝平板211與第一安裝座11的上端面或下端面接觸安裝在一起。

另一實施例中第一安裝座11a的結構示意圖如圖5，主要安裝在頂部末端的相鄰兩個水平旋轉驅動關節1和豎直旋轉驅動關節2的組合結構中，第一安裝座11a的下端延伸設置有與所述第二減速機的旋轉端連接的延伸安裝板111，延伸安裝板111上設置有若干圍繞豎直旋轉驅動關節2旋轉軸等角度分布的第三銷孔112，第三銷孔112的數量為四個。

請參照圖1、圖7、圖8，第二安裝座21上固定設置有圓點標定治具4。圓點標定治具4包括固定在第二安裝座21上的安裝調節板41以及固定在安裝調節板41上的標定板42。安裝調節板41上設置有長條形的腰形孔411，便于調整標定板42的安裝位置。標定板42的中間軸線上設置有若干第四銷孔421。其中一個第四銷孔421與第一銷孔12、或第二銷孔31、或第三銷孔112位置對應以便銷軸能夠穿過，即其中一個第四銷孔421的軸線與第一銷孔12的軸線、或第二銷孔31的軸線、或第三銷孔112的軸線位于同一水平面上。在一實施例中，安裝調節板41上設置有兩個標定板42，分別位于安裝調節板41的上表面和下表面。

圓點標定治具4主要用于快速的找到最精準的設定圓點，請參照附圖2，底部為水平旋轉驅動關節1，豎直旋轉驅動關節2中的第二安裝座21固定在水平旋轉驅動關節1中的所述第一減速機的旋轉端，豎直旋轉驅動關節2中的所述第二減速機的旋轉端固定連接有擺臂板3，圓點標定治具4固定在第二安裝座21上，水平旋轉驅動關節1中的第一安裝座11上部四周表面等角度設置有第一銷孔12，圓點標定治具4中位于下表面的標定板42上設置有軸線與第一銷孔12的軸線在同一水平線上的第四銷孔421，擺臂板3的連接所述第二減速機的一端表面設置有圍繞所述第二減速機旋轉軸分布的第二銷孔31，圓點標定治具4中位于上表面的標定板42上設置有軸線與第二銷孔31的軸線在同一水平線上的第四銷孔421。

圓點標定治具4對水平旋轉驅動關節1進行圓點坐標標定的步驟如下：

1)設定初始狀態：將第四銷孔421對準其中一個第一銷孔12，采用銷軸檢測是否能夠同時穿過第四銷孔421和第一銷孔12，若能穿過則初始狀態設定完成，若不能穿過，則啟動水平旋轉驅動關節1，驅動第二安裝座21同時帶動標定板42旋轉一定角度，直到銷軸能夠同時穿過第四銷孔421和第一銷孔12；

2)設定水平旋轉驅動關節1順時針或逆時針旋轉90度，采用銷軸檢測是否能夠同時穿過第四銷孔421和對應的第一銷孔12，若能穿過，則進行下一步，若不能穿過，則啟動水平旋轉驅動關節1，驅動第二安裝座21同時帶動標定板42旋轉一定角度，直到銷軸能夠同時穿過第四銷孔421和對應的第一銷孔12，此時，得到圓點誤差；

3)修正誤差得到新的設定圓點：修正誤差為本領域內專業人員熟知的方法，且為成熟技術，因此，本實施例中不進行詳細說明；

4)回到初始狀態；

5)重復步驟2～3，其中旋轉角度可以選擇90度、180度、270度或360度中的一個，旋轉方向可以旋轉順時針或逆時針，直到從初始狀態下，水平旋轉驅動關節1任意方向旋轉任意個90度后，銷軸都能夠同時穿過第四銷孔421和對應的第一銷孔12，則說明水平旋轉驅動關節1的設定圓點坐標已標定精準。

圓點標定治具4對豎直旋轉驅動關節2進行圓點坐標標定原理與水平旋轉驅動關節1圓點坐標標定原理相同，其步驟如下：

1)設定初始狀態：將第四銷孔421對準其中一個第二銷孔31，采用銷軸檢測是否能夠同時穿過第四銷孔421和第二銷孔31，若能穿過則初始狀態設定完成，若不能穿過，則啟動豎直旋轉驅動關節2，驅動擺臂板3同時帶動第二銷孔31旋轉一定角度，直到銷軸能夠同時穿過第四銷孔421和第二銷孔31；

2)設定豎直旋轉驅動關節2順時針或逆時針旋轉90度，采用銷軸檢測是否能夠同時穿過第四銷孔421和對應的第二銷孔31，若能穿過，則進行下一步，若不能穿過，則啟動豎直旋轉驅動關節2，驅動擺臂板3旋轉一定角度，直到銷軸能夠同時穿過第四銷孔421和對應的第二銷孔31，此時，得到圓點誤差；

3)修正誤差得到新的設定圓點：修正誤差為本領域內專業人員熟知的方法，且為成熟技術，因此，本實施例中不進行詳細說明；

4)回到初始狀態；

5)重復步驟2～3，其中旋轉方向可以旋轉順時針或逆時針，旋轉角度應控制在豎直旋轉驅動關節2的旋轉需求范圍內選擇90度的倍數，直到從初始狀態下，豎直旋轉驅動關節2任意方向旋轉任意個90度后，銷軸都能夠同時穿過第四銷孔421和對應的第二銷孔31，則說明豎直旋轉驅動關節2的設定圓點坐標已標定精準。

本實施例中，由于第一銷孔12、第二銷孔31以及第三銷孔112的數量均為四個，因此在進行圓點標定過程中各個驅動關節的旋轉角度為90度的倍數，而在其他實施例中，第一銷孔12、第二銷孔31以及第三銷孔112的數量可設定為n個，則在進行圓點標定過程中各個驅動關節的旋轉角度則為360°/n的倍數。

本實施例多軸機器人的有益效果在于：結構簡單，運動精度高，且便于編程控制，可擴展成五軸、六軸以及七軸等多軸機器人。具體的，

1)整個結構中只采用兩種形式的旋轉關節，即水平旋轉驅動關節和豎直旋轉驅動關節，且將所有的水平旋轉驅動關節的旋轉軸共線設計，將所有豎直旋轉驅動關節的旋轉軸共面設計，將該兩種旋轉關節的旋轉軸設置在同一個平面上，減少了不同圓點三維空間之間的坐標轉換次數，為多軸機器人的無限擴展提供了基礎；解決了多軸機器人編程困難的問題；大大提高了運動精度與控制精度；

2)通過設計圓點標定治具，能夠快速的、精準的標定圓點，相比于現有技術中的圓點標定儀器而言，本設計操作簡便、標定效率高、成本低、經濟性好，且通過控制銷孔和銷軸的加工精度，在標定圓點的精度上可達到0.005mm，大大提高了機器人的控制精度和運動精度。

以上所述的僅是本發明的一些實施方式。對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。