一种准双曲面齿轮结构的四轴机器人的制作方法
1.本发明属于机械制造技术领域，具体涉及一种准双曲面齿轮结构的四轴机器人。
背景技术：
2.近年来，随着劳动力成本不断上涨，传统制造业正逐渐向智能化转型，工业机器人因其低成本、高效率等优点，被应用至各个领域，呈现出强劲的发展态势。
3.传统工业机器人的关节轴传动一般采用同步带传动，具有传动刚度差，传动精度提升不高等缺点。
4.目前，针对小负载机器人，其线缆通常内置于本体内部，机器人线缆状态的好坏，直接影响着机器人本体能否稳定运行。针对中空式走线场合，其线缆需穿过高速中空轴，若线缆与高速中空轴发生直接接触，减速机在运行时，其内部线缆极易发生磨损，当线缆磨损至一定程度时，机器人便会停机、甚至发生危险，进而产生高昂的维护成本。
技术实现要素：
5.本发明为了解决上述技术问题提供一种准双曲面齿轮结构的四轴机器人，使用准双曲面齿轮传动提高了机器人的刚度和整机传动精度；且便于机器人内部布线，降低了线缆运动磨损，可以延长机器人线缆的使用寿命。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：准双曲面齿轮结构的四轴机器人包括：一轴底座、二轴组件、三轴组件和四轴组件组成的串联型机器结构，所述一轴底座带动所述二轴组件上下滑动，所述三轴组件水平设置，其一端通过准双曲面齿轮传动机构转动连接在所述二轴组件上，所述四轴组件水平设置，所述三轴组件另一端通过另一准双曲面齿轮传动机构转动连接所述四轴组件的一端上，所述准双曲面齿轮传动机构内设有便于过线的编码传动杆，所述编码传动杆连接所述二轴组件的输出端，所述编码传动杆上设有编码器。
7.有益效果：
8.一、机器人采用中空型结构手臂，手臂重量轻便、结构紧凑，在工程应用中便于布置工具管线，最大程度减少末端管线干涉，增大了末端运动范围，小臂防护等级可达到ip67；
9.二、准双曲面齿轮加工制造成本低于谐波减速机，具有经济性优势；
10.三、使用准双曲面齿轮传动提高了机器人的刚度和整机传动精度；
11.四、使用准双曲面齿轮传动，便于机器人内部布线，降低了线缆运动磨损，可以延长机器人线缆的使用寿命。
12.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
13.进一步，所述准双曲面齿轮传动机构包括输出连接法兰、交叉滚子轴承、准双曲面从动齿轮和准双曲面主动齿轮，所述输出连接法兰和所述准双曲面从动齿轮通过所述交叉滚子轴承转动设置在所述三轴组件内，所述准双曲面从动齿轮与所述准双曲面主动齿轮啮
合传动连接，所述输出连接法兰的中心孔、所述交叉滚子轴承的中心孔和所述准双曲面从动齿轮的中心孔在同一条直线上，且所述编码传动杆贯穿所述输出连接法兰的中心孔、所述交叉滚子轴承的中心孔和所述准双曲面从动齿轮的中心孔。
14.采用上述进一步方案的有益效果是：交叉滚子轴承的内圈固定输出连接法兰和准双曲面从动齿轮，当二轴组件的驱动部驱动准双曲面主动齿轮，从而带动准双曲面从动齿轮和输出连接法兰转动，从而带动二轴组件转动。
15.进一步，所述一轴底座包括基座壳体、第一电机、丝杆和两根导轨，所述第一电机固定在所述基座壳体内的底面上，所述丝杆和两根所述导轨均竖直设置，两根所述导轨设置在所述丝杆的两侧，所述丝杆的两端通过转动轴承设在所述基座壳体的内壁上，所述丝杆上螺纹连接有滑块，所述滑块和所述导轨滑动连接，所述导轨采用力偶式对称设置，所述第一电机的输出端通过同步带轮传动机构传动连接所述丝杆，用于带动所述丝杆轴向转动，所述滑块上固定连接所述二轴组件的输出端。
16.采用上述进一步方案的有益效果是：基座壳体内腔设计安装丝杆导轨滑动模组，实现z轴上下移动，导轨采用力偶式对称安装，可有效抵消臂端运动所产生的负载力矩，从而提升整机刚性，减少运动过程中振动。
17.进一步，所述二轴组件包括升降桶和升降桶法兰，所述升降桶的上端向上延伸并由所述基座壳体上端的敞口处伸出至其上方，且所述升降桶内部中空且其下端设有开口，所述升降桶的上端设有所述升降桶法兰，所述升降桶法兰的顶端连接所述输出连接法兰。
18.采用上述进一步方案的有益效果是：实现升降桶的上下移动。
19.进一步，所述三轴组件包括大臂、第二电机和第三电机，所述大臂为中空设置，所述大臂内固定设置有所述第二电机和所述第三电机，所述第二电机的输出端与所述准双曲面齿轮传动机构传动连接，所述编码传动杆贯穿所述准双曲面齿轮传动机构并与所述输出连接法兰连接，所述编码器固定在大臂壳体上，所述第三电机的输出端与所述大臂和所述四轴组件之间的所述准双曲面齿轮传动机构传动连接。
20.采用上述进一步方案的有益效果是：能实现三轴组件与二轴、四轴组件的传动，且通过准双曲面齿轮传动机构连接，便于内部走线，大臂的转动不与机器人线缆产生干涉，提高系统安全性。通过编码传动杆将准双曲面齿轮传动机构输出端的运动传递至编码器，实现全闭环控制，提高运动精度。
21.进一步，所述四轴组件包括小臂和第四电机，所述小臂为中空设置，所述小臂内固定设有所述第四电机，所述第四电机的输出端传动连接所述准双曲面齿轮传动机构，所述输出连接法兰和所述准双曲面从动齿轮通过所述交叉滚子轴承转动设置在所述四轴组件内。
22.采用上述进一步方案的有益效果是：通过准双曲面齿轮传动机构连接，便于内部走线。
23.进一步，所述基座壳体上设有维修口。
24.采用上述进一步方案的有益效果是：便于维修内部的零件。
25.进一步，所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机和所述第四电机均采用伺服电机。
26.采用上述进一步方案的有益效果是：精度高、转速快、过载能力强、低速运行平稳、
电机加减速的动态相应时间短、发热和噪音小。
附图说明
27.图1为本发明的剖视图；
28.图2为本发明的结构示意图；
29.图3为线缆走线的连接示意图；
30.图4为准双曲面齿轮传动机构的结构示意图；
31.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
32.1、一轴底座；11、基座壳体；12、第一电机；13、丝杆；14、导轨；15、滑块；16、同步带轮传动机构；2、二轴组件；21、升降桶；22、升降桶法兰；23、编码传动杆；24、编码器；3、三轴组件；4、四轴组件；5、准双曲面齿轮传动机构；51、输出连接法兰；52、交叉滚子轴承；53、准双曲面从动齿轮；54、准双曲面主动齿轮；6、维修口；7、第二电机；8、第三电机；9、第四电机。
具体实施方式
33.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
34.实施例
35.如图1-4所示，本实施例提供一种准双曲面齿轮结构的四轴机器人，包括一轴底座1、二轴组件2、三轴组件3和四轴组件4组成的串联型机器结构，所述一轴底座1带动所述二轴组件2上下滑动，所述三轴组件3水平设置，其一端通过准双曲面齿轮传动机构5转动连接在所述二轴组件2上，所述四轴组件4水平设置，所述三轴组件3另一端通过另一准双曲面齿轮传动机构5转动连接所述四轴组件4的一端上，所述准双曲面齿轮传动机构5内设有便于过线的编码传动杆23，所述编码传动杆23连接所述二轴组件2的输出端，所述编码传动杆23上设有编码器24，三轴组件3上的大臂和四轴组件4上的小臂的连接处采用迷宫密封设置，机械臂其余连接处均采用0型密封圈密封，整机密封性能较好，防护等级可达到ip67，避免水汽甚至灰尘杂质进入待密封的结构，使得机器人的防护性能得到大幅提升，提高了机器人在恶劣工况的适应性。
36.在本实施中，所述准双曲面齿轮传动机构5包括输出连接法兰51、交叉滚子轴承52、准双曲面从动齿轮53和准双曲面主动齿轮54，所述输出连接法兰51和所述准双曲面从动齿轮53通过所述交叉滚子轴承52转动设置在所述三轴组件3内，所述准双曲面从动齿轮53与所述准双曲面主动齿轮54啮合传动连接，所述输出连接法兰51的中心孔、所述交叉滚子轴承52的中心孔和所述准双曲面从动齿轮53的中心孔在同一条直线上，且所述编码传动杆23贯穿所述输出连接法兰51的中心孔、所述交叉滚子轴承52的中心孔和所述准双曲面从动齿轮53的中心孔，线缆穿设在编码传动杆23内，与电机等电器件连接时，选用防护等级在ip65以上的接头进行连接，且电机等电器件本身是ip65以上的等级，从而使整个方案形成一个完整的密封带，保护电流通道不受外界异物干扰，确保了机器人防护的严密性。
37.在本实施中，所述一轴底座1包括基座壳体11、第一电机12、丝杆13和两根导轨14，所述第一电机12固定在所述基座壳体11内的底面上，所述丝杆13和两根所述导轨14均竖直设置，两根所述导轨14设置在所述丝杆13的两侧，所述丝杆13的两端通过转动轴承设在所
述基座壳体11的内壁上，所述丝杆13上螺纹连接有滑块15，所述滑块15和所述导轨14滑动连接，所述导轨14采用力偶式对称设置，该方式可大大减少、抵消由机器人整个臂端运动所向基座壳体11产生的反作用力矩。所述第一电机12的输出端通过同步带轮传动机构16传动连接所述丝杆13，用于带动所述丝杆13轴向转动，所述滑块15上固定连接所述二轴组件2的输出端，同步带轮传动机构16包括主动同步带轮、从动同步带轮和同步带，主动同步带轮安装在第一电机12的输出端，从动同步带轮安装在丝杆13靠近基座壳体11底面的一端，从动同步带轮和主动同步带轮通过同步带连接。
38.在本实施中，所述二轴组件2包括升降桶21和升降桶法兰22，所述升降桶21的上端向上延伸并由所述基座壳体11上端的敞口处伸出至其上方，且所述升降桶21内部中空且其下端设有开口，所述升降桶21的上端设有所述升降桶法兰22，所述升降桶法兰22的顶端连接所述输出连接法兰51。
39.在本实施中，所述三轴组件3包括大臂、第二电机7和第三电机8，所述大臂为中空设置，所述大臂内固定设置有所述第二电机7和所述第三电机8，所述第二电机7的输出端与所述准双曲面齿轮传动机构5传动连接，所述编码传动杆23贯穿所述准双曲面齿轮传动机构5并与所述输出连接法兰51连接，所述编码器24固定在大臂壳体上，所述第三电机8的输出端与所述大臂和所述四轴组件4之间的所述准双曲面齿轮传动机构5传动连接。
40.在本实施中，所述四轴组件4包括小臂和第四电机9，所述小臂为中空设置，所述小臂内固定设有所述第四电机9，所述第四电机9的输出端传动连接所述准双曲面齿轮传动机构5，所述输出连接法兰51和所述准双曲面从动齿轮53通过所述交叉滚子轴承52转动设置在所述四轴组件4内。
41.在这里，需要说明的是三轴组件3和四轴组件4内的准双曲面齿轮传动机构5与二轴组件2中的一样，故不进一步赘述。关于本技术的准双曲面齿轮传动机构5，当输入齿轮轴线与输出齿轮轴线正交时，采用锥齿轮传动也同样适用。
42.在本实施中，所述基座壳体11上设有维修口6，具体维修口6有两个，在基座壳体11对应丝杆13的位置设有丝杆维修口6和对应第一电机12的位置设有第一电机维修口6，
43.在本实施中，所述第一电机12、所述第二电机7、所述第三电机8和所述第四电机9均采用伺服电机，精度高、转速快、过载能力强、低速运行平稳、电机加减速的动态相应时间短、发热和噪音小。
44.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“内”、“外”、“周侧”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
45.在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
46.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员
而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
47.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
48.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种准双曲面齿轮结构的四轴机器人，其特征在于，包括一轴底座(1)、二轴组件(2)、三轴组件(3)和四轴组件(4)组成的串联型机器结构，所述一轴底座(1)带动所述二轴组件(2)上下滑动，所述三轴组件(3)水平设置，其一端通过准双曲面齿轮传动机构(5)转动连接在所述二轴组件(2)上，所述四轴组件(4)水平设置，所述三轴组件(3)另一端通过另一准双曲面齿轮传动机构(5)转动连接所述四轴组件(4)的一端上，所述准双曲面齿轮传动机构(5)内设有便于过线的编码传动杆(23)，所述编码传动杆(23)连接所述二轴组件(2)的输出端，所述编码传动杆(23)上设有编码器(24)。2.根据权利要求1所述的准双曲面齿轮结构的四轴机器人，其特征在于，所述准双曲面齿轮传动机构(5)包括输出连接法兰(51)、交叉滚子轴承(52)、准双曲面从动齿轮(53)和准双曲面主动齿轮(54)，所述输出连接法兰(51)和所述准双曲面从动齿轮(53)通过所述交叉滚子轴承(52)转动设置在所述三轴组件(3)内，所述准双曲面从动齿轮(53)与所述准双曲面主动齿轮(54)啮合传动连接，所述输出连接法兰(51)的中心孔、所述交叉滚子轴承(52)的中心孔和所述准双曲面从动齿轮(53)的中心孔在同一条直线上，且所述编码传动杆(23)贯穿所述输出连接法兰(51)的中心孔、所述交叉滚子轴承(52)的中心孔和所述准双曲面从动齿轮(53)的中心孔。3.根据权利要求2所述的准双曲面齿轮结构的四轴机器人，其特征在于，所述一轴底座(1)包括基座壳体(11)、第一电机(12)、丝杆(13)和两根导轨(14)，所述第一电机(12)固定在所述基座壳体(11)内的底面上，所述丝杆(13)和两根所述导轨(14)均竖直设置，两根所述导轨(14)设置在所述丝杆(13)的两侧，所述丝杆(13)的两端通过转动轴承设在所述基座壳体(11)的内壁上，所述丝杆(13)上螺纹连接有滑块(15)，所述滑块(15)和所述导轨(14)滑动连接，所述导轨(14)采用力偶式对称设置，所述第一电机(12)的输出端通过同步带轮传动机构(16)传动连接所述丝杆(13)，用于带动所述丝杆(13)轴向转动，所述滑块(15)上固定连接所述二轴组件(2)的输出端。4.根据权利要求3所述的准双曲面齿轮结构的四轴机器人，其特征在于，所述二轴组件(2)包括升降桶(21)和升降桶法兰(22)，所述升降桶(21)的上端向上延伸并由所述基座壳体(11)上端的敞口处伸出至其上方，且所述升降桶(21)内部中空且其下端设有开口，所述升降桶(21)的上端设有所述升降桶法兰(22)，所述升降桶法兰(22)的顶端连接所述输出连接法兰(51)。5.根据权利要求4所述的准双曲面齿轮结构的四轴机器人，其特征在于，所述三轴组件(3)包括大臂、第二电机(7)和第三电机(8)，所述大臂为中空设置，所述大臂内固定设置有所述第二电机(7)和所述第三电机(8)，所述第二电机(7)的输出端与所述准双曲面齿轮传动机构(5)传动连接，所述编码传动杆(23)贯穿所述准双曲面齿轮传动机构(5)并与所述输出连接法兰(51)连接，所述编码器(24)固定在大臂壳体上，所述第三电机(8)的输出端与所述大臂和所述四轴组件(4)之间的所述准双曲面齿轮传动机构(5)传动连接。6.根据权利要求5所述的准双曲面齿轮结构的四轴机器人，其特征在于，所述四轴组件(4)包括小臂和第四电机(9)，所述小臂为中空设置，所述小臂内固定设有所述第四电机(9)，所述第四电机(9)的输出端传动连接所述准双曲面齿轮传动机构(5)，所述输出连接法兰(51)和所述准双曲面从动齿轮(53)通过所述交叉滚子轴承(52)转动设置在所述四轴组件(4)内。
7.根据权利要求5所述的准双曲面齿轮结构的四轴机器人，其特征在于，所述基座壳体(11)上设有维修口(6)。8.根据权利要求6所述的准双曲面齿轮结构的四轴机器人，其特征在于，所述第一电机(12)、所述第二电机(7)、所述第三电机(8)和所述第四电机(9)均采用伺服电机。
技术总结
本发明涉及一种准双曲面齿轮结构的四轴机器人，属于机械制造技术领域。准双曲面齿轮结构的四轴机器人，包括：一轴底座、二轴组件、三轴组件和四轴组件组成的串联型机器结构，所述一轴底座带动所述二轴组件上下滑动，所述三轴组件水平设置，其一端通过准双曲面齿轮传动机构转动连接在所述二轴组件上，所述四轴组件水平设置，所述三轴组件另一端通过另一准双曲面齿轮传动机构转动连接所述四轴组件的一端上，所述准双曲面齿轮传动机构内设有便于过线的编码传动杆。有益效果：使用准双曲面齿轮传动提高了机器人的刚度和整机传动精度；且便于机器人内部布线，降低了线缆运动磨损，可以延长机器人线缆的使用寿命。长机器人线缆的使用寿命。长机器人线缆的使用寿命。
