本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种基于模块化设计的大惯量负载机器人。

背景技术：

太阳能光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。在生产太阳能光伏组件时，需要将电池串整齐地排布在玻璃板上，然后互联焊接，进而层压成组件。由于人工排布效率低下，费时费力，排布效果极不统一，人工的过多干涉电池串导致质量难以保证，同时人手上的汗液等容易污染电池片，造成组件外观不良，现阶段的解决方式大多采用以下两种方案：采用20kg小负载机器人替代人工，因为匹配手腕部的大惯量负载，会明显降低机器人的工作节拍，同时导致手腕关节负载惯量比大，使控制系统响应变慢，容易产生过载报警；且会使系统固有频率变低，产生谐振，导致定位误差大、排版精度低和机器人位姿稳定时间长。采用20kg以上大负载机器人，大负载机器人的功率大、体积大，不利于客户现场的线体紧凑设计排布，同时会大大的提高客户采购及使用成本。

另外，由于光伏板组件质量在8kg～20kg不等，玻璃板规格在长1.58m～2.5m、宽0.8m～1.4m不等，为了匹配工件的形状及不同质量，需要设计不同型号的机器人，制造及使用成本高。

技术实现要素：

为解决现有通用六轴机器人不能满足光伏排版、钣金折弯、pcb板搬运等行业对于大惯量负载的需求，以及为了匹配光伏板工件的形状及不同质量，需要设计不同型号的机器人，制造及使用成本高的技术问题，本发明提供一种基于模块化设计的大惯量负载机器人。

本发明采用的技术方案是：

一种基于模块化设计的大惯量负载六轴机器人，包括底座模块、大臂模块、小臂模块以及手腕模块，底座模块包括驱动底座本体回转的j1轴电机和减速机，及驱动大臂运动的j2轴电机和减速机，并且在底座模块上设有底座模块上接口；大臂模块设有大臂模块上接口和大臂模块下接口；小臂模块包括驱动小臂运动的j3轴电机和减速器，及驱动手腕旋转运动的j4轴电机和减速机，并且在小臂模块上设有小臂模块上接口和小臂模块下接口；手腕模块包括驱动手腕上下摆动的j5轴电机和减速机，及驱动手腕圆周运动的j6轴电机和减速机，并且在手腕模块上设有手腕模块下接口；大臂模块下接口与底座模块上接口可拆卸式连接；大臂模块上接口与小臂模块下接口可拆卸式连接；小臂模块上接口与手腕模块下接口可拆卸式连接。

进一步地，大臂模块下接口与底座模块上接口采用止口配合，通过螺钉连接；大臂模块上接口与小臂模块下接口采用止口配合，通过螺钉连接；小臂模块上接口与手腕模块下接口采用止口配合，通过螺钉连接。

通过采用止口配合安装定位精度高，采用螺钉连接，安装及拆卸方便。

进一步地，所述大惯量负载六轴机器人用于光伏排版、钣金折弯及pcb板搬运行业，臂展范围为1.9～2.3m，负载范围为8～20kg，手腕部许用负载惯量范围为2.5～6.5kg.m²。

满足该技术指标的机器人负载惯量比(负载惯量除以电机的惯量)小，可以有效的提高谐振频率，提高控制系统响应速度，提高定位精度、缩短机器人位姿稳定时间，从而实现光伏排版、钣金折弯、pcb板搬运等行业中大惯量板件类工件的高精度、高节拍的搬运。

进一步地，手腕模块包括依次连接的小臂连接体、手腕连接体及手腕体；小臂连接体上设有用于连接小臂模块的手腕模块下接口；j5轴电机设于手腕连接体内，通过同步带传动机构驱动手腕体绕j5轴线转动；j6轴电机设于手腕体内，驱动手腕体绕j6轴线转动。

通过增加小臂连接体，可根据客户需要灵活改变手腕模块的长度，适应不同机器人臂展范围。

进一步地，j5轴和/或j6轴电机选用低速大扭矩电机，手腕连接体和手腕体的尺寸分别与j5轴电机和j6轴电机适配。

通过选用合适的低速大扭矩电机来增加j5轴和j6轴的转动惯量，由于低速大扭矩电机安装法兰较大，手腕体需要重新进行设计，增大手腕体及手腕连接体的尺寸及强度以匹配手腕部许用负载惯量范围2.5kg.m²～6.5kg.m²。对应关节的传动结构无需重新设计，只需要变更手腕体及手腕连接体的尺寸，由于电机转速低扭矩大，可实现较高的传动效率、降低能源消耗，降低电机发热，针对光伏排版、钣金折弯、pcb板搬运等行业中大惯量板件类工件搬运，可实现高精度、高节拍的搬运，负载惯量比(负载惯量除以电机的惯量)减小可以有效的提高谐振频率，提高控制系统响应速度，提高定位精度、缩短机器人位姿稳定时间，实现高精度、高节拍的搬运。

进一步地，通过减小输入带轮的齿数，增加输出带轮的齿数，增大j5轴的减速比，提高j5轴的转动惯量。

采用该设计方案，机器人结构紧凑，手腕体连接体不需要重新进行设计，铸件无需重新开模，缩短产品开发周期，快速响应市场需求，针对光伏排版、钣金折弯、pcb板搬运等行业中大惯量板件类工件搬运，可实现高精度、高节拍的搬运，负载惯量比减小可以有效的提高谐振频率，提高控制系统响应速度，提高定位精度、缩短机器人位姿稳定时间，实现高精度、高节拍的搬运。

进一步地，通过增大j6轴的谐波减速机的减速比，提高j6轴的转动惯量。

采用该设计方案，手腕体不需要重新进行设计，铸件无需重新开模，缩短产品开发周期，快速响应市场需求，针对光伏排版、钣金折弯、pcb板搬运等行业中大惯量板件类工件搬运，可实现高精度、高节拍的搬运，负载惯量比减小可以有效的提高谐振频率，提高控制系统响应速度，提高定位精度、缩短机器人位姿稳定时间，实现高精度、高节拍的搬运。

进一步地，谐波减速机的减速比为80、100或120。针对光伏排版、钣金折弯、pcb板搬运等行业中大惯量板件类工件搬运，可实现高精度、高节拍的搬运，负载惯量比减小可以有效的提高谐振频率，提高控制系统响应速度，提高定位精度、缩短机器人位姿稳定时间，实现高精度、高节拍的搬运。

本发明的有益效果：本发明是针对光伏排版、钣金折弯、pcb板搬运等行业中大惯量板件类工件搬运工况而设计的工业机器人。本发明运用模块化的设计思路，将机器人分为多个模块部件，各模块部件采用接口可拆卸式连接，使得机器人具有更好的整体性以及更强的交互能力。本发明的工业机器人可根据客户需要灵活选择机器人杆长参数、驱动电机功率、传动机构速比、减速机速比等参数，以达到负载8kg～20kg、臂展1.9m～2.3m、手腕部许用负载惯量2.5kg.m²～6.5kg.m²的产品技术指标，满足该技术指标的机器人负载惯量比(负载惯量除以电机的惯量)小，可以有效的提高谐振频率，提高控制系统响应速度，提高定位精度、缩短机器人位姿稳定时间，从而实现光伏排版、钣金折弯、pcb板搬运等行业中大惯量板件类工件的高精度、高节拍的搬运。

附图说明

图1为本发明的大惯量负载机器人的立体结构示意图。

图2为本发明的大惯量负载机器人的底座模块的立体结构示意图。

图3为本发明的大惯量负载机器人的大臂模块的立体结构示意图。

图4为本发明的大惯量负载机器人的小臂模块的立体结构示意图。

图5为本发明的大惯量负载机器人的手腕模块的立体结构示意图。

图6为本发明的大惯量负载机器人的手腕模块的手腕连接体与手腕体的连接结构示意图。

图7是图6沿a-a方向的剖视图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施方式1

参阅图1～图7，本实施例提供一种基于模块化设计的大惯量负载六轴机器人，由底座模块1、大臂模块2、小臂模块3以及手腕模块4组成，包含j1轴(旋转)、j2轴(旋转)、j3轴(旋转)、j4轴(旋转)、j5轴(手腕摆动)、j6轴(手腕回转)六个自由度；底座模块1包括驱动底座本体回转的j1轴电机和减速机，及驱动大臂运动的j2轴电机和减速机，并且在底座模块上设有底座模块上接口101；大臂模块2设有大臂模块上接口202和大臂模块下接口201；小臂模块包括驱动小臂运动的j3轴电机和减速器，及驱动手腕旋转运动的j4轴电机和减速机，并且在小臂模块上设有小臂模块上接口302和小臂模块下接口301；手腕模块包括驱动手腕上下摆动的j5轴电机和减速机，及驱动手腕圆周运动的j6轴电机和减速机，并且在手腕模块上设有手腕模块下接口401；大臂模块下接口201以螺钉连接的方式安装入底座模块一上接口101；小臂模块下接口301以螺钉连接的方式安装入大臂模块上接口202；手腕模块下接口401以螺钉连接的方式安装入小臂模块上接口302。

上述接口均采用一侧为凹接口，另一侧为凸接口，采用止口配合，通过螺钉紧固的形式将两个部件连接在一起。

在本实施例中，手腕模块4包括依次连接的小臂连接体402、手腕连接体403及手腕体404；小臂连接体402用于连接小臂模块3与手腕连接体403，j5轴电机407设于手腕连接体403内，j5轴电机407的输出轴套装有输入带轮406，j5轴上套装有输出带轮408，输入带轮406与输出带轮408通过同步带连接。j5轴电机407直接驱动输入带轮406转动，通过同步带带动输出带轮408同步转动，驱动手腕体409绕j5轴线摆动；j6轴电机410设于手腕体404内，通过谐波减速机411驱动手腕体404绕j6轴线回转。

实施方式1的机器人用于光伏排版、钣金折弯、pcb板搬运等行业中大惯量板件类工件的搬运时，可通过增加大臂模块2的长度或增加手腕模块4的小臂连接体402的长度，来增加机器人臂展，实现臂展1.9m～2.3m。大臂模块上不设置驱动装置，仅需要增加大臂本体的长度即可实现大臂模块长度的增加，设计简单，制造成本低；且大臂模块与小臂模块及底座模块采用接口连接，装配极其方便。小臂连接体402上设置手腕模块下接口401，小臂连接体402与手腕连接体403通过销钉定位、螺钉紧固方式连接，通过增加小臂连接体402的长度增加机器人臂展，设计简单，制造成本低。

为实现实施方式1的机器人的手腕部许用负载惯量2.5kg.m²～6.5kg.m²、负载8kg～20kg的技术指标，可采用以下设计方案：

1、j5轴电机407和/或j6轴电机410选用低速大扭矩电机，如低速大扭矩伺服电机，由于低速大扭矩电机安装法兰较大，手腕连接体403及手腕体404需重新设计，增加手腕连接体及手腕体的结构尺寸及强度以匹配手腕部许用负载惯量范围2.5kg.m²～6.5kg.m²。

2、通过调整输入带轮406、输出带轮408的齿数，减少输入带轮406的齿数，增加输出带轮408的齿数，增大j5轴的减速比，手腕连接体403不需要重新设计。j6轴通过增加第六轴谐波减速机411的减速比，例如将谐波减速机411的减速比由通用的50调整为80、100、120来达到手腕部许用惯量范围2.5kg.m²～6.5kg.m²；手腕体404不需要重新进行设计。

j5轴和j6轴的转动惯量可以单一调整，也可同时调整，可以采用上述两种方案中的一种进行调整，也可同时采用上述两种方案进行调整，只需满足手腕部许用惯量范围2.5kg.m²～6.5kg.m²的要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。