本发明公开一种六自由度平面关节机器人，属于工业机器人技术领域。该机器人包括底座、第一臂及其驱动装置、第二臂及其驱动装置、三自由度手腕及其驱动装置三个部分；第一臂安装在底座上，第二臂安装在第一臂的末端，三自由度手腕与三根滚珠花键连接，并由安装在第二臂上的驱动装置通过同步带轮和滚珠花键驱动；三自由度手腕的竖直方向上的运动由滚珠丝杠提供。本发明所提供的六自由度平面关节机器人在三自由度SCARA机器人的基础上增加一个三自由度的手腕，使其具有沿X、Y、Z轴的三个平动自由度以及沿X、Y、Z轴的三个转动自由度，本发明适合于实现复杂运动，能够实现被操作目标的六自由度的运动。
1.一种六自由度平面关节机器人，其特征在于该机器人包括底座(1)、第一臂(2)及其驱动装置、第二臂(3)及其驱动装置、三自由度手腕(18)及其驱动装置；所述第一臂(2)安装在所述底座(1)上，所述第二臂(3)安装在所述第一臂(2)的末端，所述三自由度手腕(18)与第一滚珠花键(10)、第二滚珠花键(12)以及第三滚珠花键(14)连接，设置在第二臂(3)上的第一伺服电机(6)、第二伺服电机(8)以及第三伺服电机(9)通过同步带轮以及所述第一滚珠花键(10)、第二滚珠花键(12)以及第三滚珠花键(14)驱动所述三自由度手腕(18)的运动，所述三自由度手腕(18)的竖直方向上的运动由滚珠丝杠(11)提供，第六伺服电机(7)通过同步带轮向所述滚珠丝杠(11)提供动力；所述第一臂(2)及其驱动装置包括第一臂(2)、第四伺服电机(20)、第一谐波减速器(21)、第一连接法兰(22)、第一轴承(23)、第一轴承端盖(24)以及轴承内圈端盖(25)；所述第四伺服电机(20)安装在所述底座(1)的内部，所述第一轴承端盖(24)、轴承内圈端盖(25)及所述底座(1)内壁的凸台共同对所述第一轴承(23)进行定位，所述第四伺服电机(20)与所述第一谐波减速器(21)通过螺栓连接，所述第一谐波减速器(21)通过螺栓与所述第一连接法兰(22)连接，所述第一连接法兰(22)通过螺栓与所述轴承内圈端盖(25)连接，所述第一臂(2)通过螺栓与所述轴承内圈端盖(25)连接，所述第一连接法兰(22)与所述底座(1)的内壁通过所述第一轴承(23)连接，所述第一轴承端盖(24)通过螺栓与所述底座(1)连接；所述第二臂(3)及其驱动装置包括第五伺服电机(4)、电机连接板(26)、第二谐波减速器(27)、第二连接法兰(28)、法兰连接件(31)、第二轴承(29)、第二轴承端盖(30)以及第二臂(3)；所述第二臂(3)的一端是带有阶梯孔的空心圆柱，所述第二谐波减速器(27)、第二连接法兰(28)以及法兰连接件(31)安装在所述空心圆柱的内部，所述第五伺服电机(4)安装在所述电机连接板(26)上，所述第五伺服电机(4)与所述第二谐波减速器(27)连接，所述第二谐波减速器(27)通过螺栓与所述第二连接法兰(28)连接，所述法兰连接件(31)与所述第二连接法兰(28)通过螺栓连接，所述法兰连接件(31)通过所述第二轴承(29)与所述第二臂(3)连接，所述法兰连接件(31)通过螺栓与所述第一臂(2)的另一端连接，所述第二轴承端盖(30)通过螺栓固定在所述第二臂(3)带有阶梯孔的一端，所述第二轴承端盖(30)用于对所述第二轴承(29)进行轴向定位；所述三自由度手腕(18)及其驱动装置包括第一伺服电机(6)、第二伺服电机(8)、第三伺服电机(9)、第六伺服电机(7)、第一滚珠花键(10)、第二滚珠花键(12)、第三滚珠花键(14)、滚珠丝杠(11)、花键同步带轮、丝杠同步带轮(15)、三角座(17)以及三自由度手腕(18)；所述第一伺服电机(6)与行星减速机相连，所述行星减速机安装在连接板上，所述连接板通过螺栓固定在所述第二臂(3)的下端面，所述行星减速机穿过所述第二臂(3)上的方形孔，所述行星减速机的轴与电机带轮连接，所述电机带轮通过皮带驱动所述第一滚珠花键(10)的花键同步带轮；所述第二伺服电机(8)与行星减速机相连，所述行星减速机通过螺栓固定在第二臂(3)的孔座中，所述行星减速机的轴与电机带轮连接，所述电机带轮通过皮带驱动所述第二滚珠花键(12)的花键同步带轮；所述第三伺服电机(9)与行星减速机相连，所述行星减速机通过螺栓固定在所述第二臂(3)的孔座中，所述行星减速机的轴与电机带轮连接，所述电机带轮通过皮带驱动所述第三滚珠花键(14)的花键同步带轮(16)；与所述第一伺服电机(6)、第二伺服电机(8)以及所述第三伺服电机(9)连接的电机带轮位于所述第二臂(3)的下端面，所述第六伺服电机(7)安装在支撑座上，所述支撑座通过螺栓固定在所述第二臂(3)上，所述第六伺服电机(7)通过平键与电机带轮连接，所述第六伺服电机(7)通过电机带轮驱动所述丝杠同步带轮(15)，所述第六伺服电机(7)位于所述第二伺服电机(8)与所述第三伺服电机(9)之间；所述滚珠丝杠(11)通过法兰与所述三角座(17)固接，所述三角座(17)能够随着所述滚珠丝杠(11)的上下移动而移动；所述第一滚珠花键(10)、第二滚珠花键(12)以及所述第三滚珠花键(14)分别穿过所述三角座(17)的三个孔，所述第一滚珠花键(10)、第二滚珠花键(12)以及所述第三滚珠花键(14)分别与所述三角座(17)通过轴承连接，并用轴承端盖和螺母轴向固定，所述第一滚珠花键(10)、第二滚珠花键(12)以及所述第三滚珠花键(14)能够同时随着所述三角座(17)的上下移动而移动；所述花键同步带轮(16)分别安装在所述第一滚珠花键(10)、第二滚珠花键(12)以及所述第三滚珠花键(14)上，所述花键同步带轮(16)位于所述第二臂(3)的下端面；所述丝杠同步带轮(15)安装在所述滚珠丝杠(11)上，所述丝杠同步带轮(15)位于所述第二臂(3)的上端面；所述第一滚珠花键(10)、第二滚珠花键(12)以及所述第三滚珠花键(14)的上端装有夹紧套(13)，所述夹紧套(13)用于限位；所述花键同步带轮(16)通过法兰驱动所述第一滚珠花键(10)、第二滚珠花键(12)以及所述第三滚珠花键(14)的转动，所述丝杠同步带轮(15)通过法兰驱动所述滚珠丝杠(11)的上下运动；所述三自由度手腕(18)通过虎克铰(32)分别与所述第一滚珠花键(10)、第二滚珠花键(12)以及所述第三滚珠花键(14)相连接。
2.根据权利要求1所述一种六自由度平面关节机器人，其特征在于所述三自由度手腕(18)包括虎克铰(32)、手腕外壳(34)、外壳盖(33)、第一轴(49)、第一齿轮副(52)、第二轴(50)、第二齿轮副(51)、第一花键(44)、第三轴(47)、第三齿轮副(46)、第二花键(45)、第二关节壳(36)、第三关节壳(37)、连接端盖(54)、轴承盖(35)、第一轴承座(41)、滚针轴承(43)、第三轴承端盖(42)、连接轴(53)、第一圆锥齿轮副(40)、第二圆锥齿轮副(39)、第二圆锥齿轮轴(48)、第三圆锥齿轮副(55)、第三连接法兰(56)、第二轴承座(57)以及法兰盘(38)；所述虎克铰(32)分别与所述第一轴(49)、第二轴(50)以及第三轴(47)固接；所述第一轴(49)与所述第一齿轮副(52)的小齿轮通过键连接，所述第一齿轮副(52)的大齿轮与所述第一轴承座(41)通过花键连接；所述第一轴承座(41)与所述第三轴承端盖(42)通过轴承连接，所述第一轴承座(41)的下部通过螺栓与所述第二关节壳(36)连接，从而实现所述第一齿轮副(52)、第一轴承座(41)以及第二关节壳(36)的传动；所述第二轴(50)与所述第二齿轮副(51)的小齿轮通过键连接，所述第二齿轮副(51)的大齿轮通过第一花键(44)与所述连接轴(53)连接，所述第一花键(44)与所述连接轴(53)固连，所述连接轴(53)通过螺栓与所述第一圆锥齿轮副(40)的圆锥齿轮轴连接，从而实现所述第二齿轮副(51)、连接轴(53)以及所述第一圆锥齿轮副(40)的传动；所述第三轴(47)与所述第三齿轮副(46)的小齿轮通过键连接，所述第三齿轮副(46)的大齿轮通过第二花键(45)与所述第二圆锥齿轮轴(48)连接，从而使所述第三齿轮副(46)能够驱动所述第二圆锥齿轮副(39)的运动；所述第一齿轮副(52)、第二齿轮副(51)以及所述第三齿轮副(46)的大齿轮位于所述手腕外壳(34)内，所述第一齿轮副(52)、第二齿轮副(51)以及所述第三齿轮副(46)同心安装；所述第三轴承端盖(42)通过螺栓安装在所述手腕外壳(34)的底部，所述第一轴承座(41)与所述第三轴承端盖(42)通过轴承连接；所述第一轴承座(41)是空心的；所述第一圆锥齿轮副(40)与所述第一轴承座(41)通过轴承连接，所述连接轴(53)与所述第一轴承座(41)通过滚针轴承(43)连接；所述连接轴(53)是空心的，所述第二圆锥齿轮副(39)的第二圆锥齿轮轴(48)穿过所述连接轴(53)且通过轴承与所述连接轴(53)连接；所述第三关节壳(37)固接在所述连接端盖(54)上，所述连接端盖(54)通过螺栓连接在所述第一圆锥齿轮副(40)上，从而使所述第一圆锥齿轮副(40)能够驱动所述第三关节壳(37)转动；所述第二圆锥齿轮副(39)与所述第三圆锥齿轮副(55)连接，即所述第二圆锥齿轮副(39)中的圆锥齿轮通过螺栓与平键与所述第三圆锥齿轮副(55)的齿轮轴固接，从而驱动所述第三圆锥齿轮副(55)的转动；所述轴承盖(35)通过螺栓固定在所述第二关节壳(36)上；所述第一圆锥齿轮副(40)通过轴承与所述第一轴承座(41)连接，所述第三圆锥齿轮副(55)的齿轮轴穿过所述第一圆锥齿轮副(40)的空心齿轮轴，所述第三圆锥齿轮副(55)的齿轮轴与所述第一圆锥齿轮副(40)的空心齿轮轴通过轴承连接；所述第三连接法兰(56)通过螺栓固定在所述第三关节壳(37)上，所述第二轴承座(57)通过螺栓固定在所述第三连接法兰(56)上，所述第三圆锥齿轮副(55)的齿轮轴与所述第二轴承座(57)通过轴承连接，所述第三圆锥齿轮副(55)的齿轮轴通过螺栓和轴套与所述法兰盘(38)连接，所述法兰盘(38)用来与不同的抓手连接。
一种六自由度平面关节机器人
技术领域：
[0001] 本发明属于工业机器人技术领域，具体涉及一种六自由度平面关节机器人。背景技术：
[0002] 2000年以来,受国家宏观政策调控及居民消费水平提高的影响,我国汽车工业进入了一个高速增长期，整个汽车行业增产扩能增大了对工业机器人需求，成为工业机器人快速发展的原动力之一。工业机器人是广泛适用的、能够自主动作、多轴联动的机械设备。它是集机械、电子、控制、传感器、人工智能、计算机等多学科先进技术于一体的制造业重要的自动化装备。伴随着科技的不断进步，工业机器人可分为三代，第—代是示教再现型机器人，它主要由机器手控制器与示教盒组成，可按预定的引导动作记录下信息重复再现执行，当前工业中应用最多。第二代是感觉型机器人，如有视觉、力觉和触觉等，它具有对某些环境信息进行反馈调整的能力，目前已经进入应用阶段。第三代是智能型机器人，具有感知和理解外部环境的能力，在工作条件改变的情况下，也能够成功完成任务，这种机器人尚处于实验研究阶段。
[0003] 目前，工业机器人已经广泛应用于汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、食品工业、橡胶及塑料工业、木材与家具制造业等领域中。在工业生产中，弧焊机器人、点焊机器人、装配机器人、分配机器人、喷漆机器人及搬运机器人等工业机器人都已被大量应用，并从传统的汽车制造领域向非制造领域延伸：建筑业机器人、如采矿机器人，以及水电系统用于维护维修的机器人等。使用工业机器人可以降低废品率和成本,提高机床的利用率,降低工人误操作带来的残次零件风险等。采用工业机器人还有如下优点:改善劳动条件,提高生产效率；更强与可控的生产能力,缩短产品更新换代的周期；提升零件的处理能力与产品质量；消除枯燥乏味的工作,节约劳动力；提供更加安全的工作环境,减轻工人的劳动强度,减少劳动风险。随着国内社会劳动力的过剩程度降低、单个工人成本增加、对产品质量更严格的要求、政府对装备制造业的重视等变化改善了机器人的使用环境，工业机器人及技术在中国已逐渐得到了政府和企业的重视。利用机器人技术提升我国工业生产水平、从制造业大国向强国转变，提高人民生活水平已成为全社会的共识。发明内容：
[0004] 本发明的目的是提供一种六自由度平面关节机器人，在三自由度SCARA机器人的基础上增加一个三自由度的手腕，使其具有沿X、Y、Z轴的三个平动自由度，和沿X、Y、Z轴的三个转动自由度。
[0005] 本发明所提供的一种六自由度平面关节机器人包括包括底座1、第一臂2及其驱动装置、第二臂3及其驱动装置、三自由度手腕18及其驱动装置；所述第一臂2安装在所述底座1上，所述第二臂3安装在所述第一臂2的末端，所述三自由度手腕18与第一滚珠花键10、第二滚珠花键12以及第三滚珠花键14连接，设置在第二臂3上的第一伺服电机6、第二伺服电机8以及第三伺服电机9通过同步带轮以及所述第一滚珠花键10、第二滚珠花键12以及第三滚珠花键14驱动所述三自由度手腕18的运动，所述三自由度手腕18的竖直方向上的运动由滚珠丝杠11提供，第六伺服电机7通过同步带轮向所述滚珠丝杠11提供动力。
[0006] 所述第一臂2及其驱动装置包括第一臂2、第四伺服电机20、第一谐波减速器21、第一连接法兰22、第一轴承23、第一轴承端盖24以及轴承内圈端盖25；所述第四伺服电机20安装在所述底座1的内部，所述第一轴承端盖24、轴承内圈端盖25及所述底座1内壁的凸台共同对所述第一轴承23进行定位，所述第四伺服电机20与所述第一谐波减速器21通过螺栓连接，所述第一谐波减速器21通过螺栓与所述第一连接法兰22连接，所述第一连接法兰22通过螺栓与所述轴承内圈端盖25连接，所述第一臂2通过螺栓与所述轴承内圈端盖25连接，所述第一连接法兰22与所述底座1的内壁通过所述第一轴承23连接，所述第一轴承端盖24通过螺栓与所述底座1连接。这样所述第四伺服电机20通过第一谐波减速器21、第一连接法兰22以及轴承内圈端盖25驱动所述第一臂2的转动。
[0007] 所述第二臂3及其驱动装置包括第五伺服电机4、电机连接板26、第二谐波减速器27、第二连接法兰28、法兰连接件31、第二轴承29、第二轴承端盖30以及第二臂3；所述第二臂3的一端是带有阶梯孔的空心圆柱，所述第二谐波减速器27、第二连接法兰28以及法兰连接件31安装在所述空心圆柱的内部，使第二谐波减速器27、第二连接法兰28以及法兰连接件31元件能得到有效的防护；所述第五伺服电机4安装在所述电机连接板26上，所述第五伺服电机4与所述第二谐波减速器27连接，所述第二谐波减速器27通过螺栓与所述第二连接法兰28连接，所述法兰连接件31与所述第二连接法兰28通过螺栓连接，所述法兰连接件31通过所述第二轴承29与所述第二臂3连接，所述法兰连接件31通过螺栓与所述第一臂2的另一端连接，所述第二轴承端盖30通过螺栓固定在所述第二臂3带有阶梯孔的一端，所述第二轴承端盖30用于对所述第二轴承29进行轴向定位；所述第二臂3上设有用于安装第一滚珠花键10、第二滚珠花键12、第三滚珠花键14以及滚珠丝杠11的孔，用于安装第一滚珠花键10、第二滚珠花键12、第三滚珠花键14的孔以正三角形排列，用于安装滚珠丝杠11的孔位于所述正三角形的中心。
[0008] 所述三自由度手腕18及其驱动装置包括第一伺服电机6、第二伺服电机8、第三伺服电机9、第六伺服电机7、第一滚珠花键10、第二滚珠花键12、第三滚珠花键14、夹紧套13、滚珠丝杠11、花键同步带轮、丝杠同步带轮15、三角座17以及三自由度手腕18；所述第一伺服电机6与行星减速机相连，所述行星减速机安装在连接板上，所述连接板通过螺栓固定在所述第二臂3的下端面，所述行星减速机穿过所述第二臂3上的方形孔，所述行星减速机的轴与电机带轮连接，所述电机带轮通过皮带驱动所述第一滚珠花键10的花键同步带轮；所述第二伺服电机8与行星减速机相连，所述行星减速机通过螺栓固定在第二臂3的孔座中，所述行星减速机的轴与电机带轮连接，所述电机带轮通过皮带驱动所述第二滚珠花键12的花键同步带轮；所述第三伺服电机9与行星减速机相连，所述行星减速机通过螺栓固定在第二臂3的孔座中，所述行星减速机的轴与电机带轮连接，所述电机带轮通过皮带驱动所述第三滚珠花键14的花键同步带轮16；与所述第一伺服电机6、第二伺服电机8以及所述第三伺服电机9连接的电机带轮位于所述第二臂3的下端面，所述第六伺服电机
7安装在支撑座上，所述支撑座通过螺栓固定在所述第二臂3上，所述第六伺服电机7通过平键与电机带轮连接，所述第六伺服电机7通过电机带轮驱动所述丝杠同步带轮15，所述第六伺服电机7位于所述第二伺服电机8与所述第三伺服电机9之间；在所述第二臂3的前端设有四个分别用于安装滚珠丝杠11、第一滚珠花键10、第二滚珠花键12、第三滚珠花键14的安装孔，第一滚珠花键10、第二滚珠花键12、第三滚珠花键14以正三角形排列，所述滚珠丝杠11安装在正三角形的中间；所述滚珠丝杠11通过法兰与所述三角座17固接，所述三角座17能够随着所述滚珠丝杠11的上下移动而移动；所述第一滚珠花键10、第二滚珠花键12以及所述第三滚珠花键14分别穿过所述三角座17的三个孔，所述第一滚珠花键10、第二滚珠花键12以及所述第三滚珠花键14分别与所述三角座17通过轴承连接，并用轴承端盖和螺母轴向固定，所述第一滚珠花键10、第二滚珠花键12以及所述第三滚珠花键14能够同时随着所述三角座17的上下移动而移动；所述花键同步带轮16分别安装在所述第一滚珠花键10、第二滚珠花键12以及所述第三滚珠花键14上，所述花键同步带轮16位于第二臂3的下端面；所述丝杠同步带轮15安装在所述滚珠丝杠11上，所述丝杠同步带轮15位于所述第二臂3的上端面；所述第一滚珠花键10、第二滚珠花键12以及所述第三滚珠花键14的上端装有夹紧套13，所述夹紧套13用于限位；所述花键同步带轮16通过法兰驱动所述第一滚珠花键10、第二滚珠花键12以及所述第三滚珠花键14的转动，所述丝杠同步带轮15通过法兰驱动所述滚珠丝杠11的上下运动；所述三自由度手腕18通过虎克铰
32分别与所述第一滚珠花键10、第二滚珠花键12以及所述第三滚珠花键14相连接。所述的三自由度手腕具有三个转动自由度，输入为三个输入轴的转动，输出为三自由度手腕末端的三个方向的转动。
[0009] 所述三自由度手腕18包括虎克铰32、手腕外壳34、外壳盖33、第一轴49、第一齿轮副52、第二轴50、第二齿轮副51、第一花键44、第三轴47、第三齿轮副46、第二花键45、第二关节壳36、第三关节壳37、连接端盖54、轴承盖35、第一轴承座41、滚针轴承43、第三轴承端盖42、连接轴53、第一圆锥齿轮副40、第二圆锥齿轮副39、第二圆锥齿轮轴48、第三圆锥齿轮副55、第三连接法兰56、第二轴承座57以及法兰盘38；所述虎克铰32分别与所述第一轴49、第二轴50以及第三轴47固接；所述第一轴49与所述第一齿轮副52的小齿轮通过键连接，所述第一齿轮副52的大齿轮与所述第一轴承座41通过花键连接；所述第一轴承座41与所述第三轴承端盖42通过轴承连接，所述第一轴承座41的下部通过螺栓与所述第二关节壳36连接，从而实现所述第一齿轮副52、第一轴承座41以及第二关节壳36的传动；所述第二轴50与所述第二齿轮副51的小齿轮通过键连接，所述第二齿轮副51的大齿轮通过第一花键44与所述连接轴53连接，所述第一花键44与所述连接轴53固连，所述连接轴53通过螺栓与所述第一圆锥齿轮副40的圆锥齿轮轴连接，从而实现所述第二齿轮副51、连接轴53以及所述第一圆锥齿轮副40的传动；所述第三轴47与所述第三齿轮副46的小齿轮通过键连接，所述第三齿轮副46的大齿轮通过第二花键45与所述第二圆锥齿轮轴48连接，从而使所述第三齿轮副46能够驱动所述第二圆锥齿轮副39的运动；所述第一齿轮副52、第二齿轮副51以及所述第三齿轮副46的大齿轮位于所述手腕外壳34内，所述第一齿轮副52、第二齿轮副51以及所述第三齿轮副46同心安装；所述第三轴承端盖42通过螺栓安装在所述手腕外壳34的底部，所述第一轴承座41与所述第三轴承端盖42通过轴承连接；所述第一轴承座41是空心的；所述第一圆锥齿轮副40与所述第一轴承座41通过轴承连接，所述连接轴53与所述第一轴承座41通过滚针轴承43连接；所述连接轴53是空心的，所述第二圆锥齿轮副39的第二圆锥齿轮轴48穿过所述连接轴53且通过轴承与所述连接轴53连接；所述第三关节壳37固接在所述连接端盖54上，所述连接端盖54通过螺栓连接在所述第一圆锥齿轮副40上，从而使所述第一圆锥齿轮副40能够驱动所述第三关节壳37转动；所述第二圆锥齿轮副39与所述第三圆锥齿轮副55连接，即所述第二圆锥齿轮副39中的圆锥齿轮通过螺栓与平键与所述第三圆锥齿轮副55的齿轮轴固接，从而驱动所述第三圆锥齿轮副55的转动，即实现了三自由度手腕的另一个转动；所述轴承盖35通过螺栓固定在所述第二关节壳36上；所述第一圆锥齿轮副40通过轴承与所述第一轴承座41连接，所述第三圆锥齿轮副55的齿轮轴穿过所述第一圆锥齿轮副40的空心齿轮轴，所述第三圆锥齿轮副55的齿轮轴与所述第一圆锥齿轮副40的空心齿轮轴通过轴承连接；所述第三连接法兰56通过螺栓固定在所述第三关节壳37上，所述第二轴承座57通过螺栓固定在所述第三连接法兰56上，所述第三圆锥齿轮副55的齿轮轴与所述第二轴承座57通过轴承连接，所述第三圆锥齿轮副55的齿轮轴通过螺栓和轴套与所述法兰盘38连接，所述法兰盘
38用来与不同的抓手连接。
[0010] 三自由度手腕具有三个转动自由度，输入为三个输入轴(第一轴49、第二轴50和第三轴47)的转动，输出为三自由度手腕末端的三个方向的转动；第一齿轮副52通过第一轴承座41驱动第二关节壳36转动；第二齿轮副51通过连接轴53驱动第一圆锥齿轮副40，从而使第三关节壳37绕水平方向的轴线转动；第三齿轮副46驱动第二圆锥齿轮副39，进而驱动所述第三圆锥齿轮副55，使三自由度手腕末端的第三圆锥齿轮副55的齿轮轴沿着竖直方向的轴线转动；由于机构耦合的作用，当所述的第二关节壳36转动的时候，会使所述第一圆锥齿轮副40、第二圆锥齿轮副39也随着转动，当第三关节壳37转动的时候，会使所述第三圆锥齿轮副55也随着转动；所以在具体实现三自由度手腕的运动的时候要考虑机构的耦合性，设计合理的运动控制算法使其实现预期的运动。
[0011] 本发明在三自由度SCARA的基础上增加了一个三自由度手腕，使得该机器人具有六个自由度，而且六个伺服电机保证该机器人能够快速的准确的完成复杂的运动，满足工业生产中的一定要求。附图说明：
[0012] 图1是本发明六自由度平面关节机器人结构示意图；
[0013] 图2是本发明机器人中第一臂及其驱动装置结构示意图；
[0014] 图3是本发明机器人中第二臂及其驱动装置结构示意图；
[0015] 图4是本发明机器人中三自由度手腕结构示意图；
[0016] 图5是本发明机器人中三自由度手腕结构剖面结构示意图。
[0017] 图中：1:底座，2:第一臂，3:第二臂，4:第五伺服电机，5:行星减速机，6:第一伺服电机,7:第六伺服电机，8:第二伺服电机,9：第三伺服电机，10:第一滚珠花键，11:滚珠丝杠，12:第二滚珠花键,13:夹紧套,14:第三滚珠花键,15:丝杠同步带轮,16:花键同步带轮，17:三角座，18:三自由度手腕，19:电机带轮，20:第四伺服电机，21:第一谐波减速器，22:第一连接法兰，23:第一轴承，24:第一轴承端盖，25:轴承内圈端盖,26：电机连接板，27:第二谐波减速器，28:第二连接法兰，29:第二轴承，30:第二轴承端盖，31:法兰连接件，32:虎克铰，33:外壳盖，34:手腕外壳，35:轴承盖，36:第二关节壳，37:第三关节壳，38:法兰盘，39:第二圆锥齿轮副，40:第一圆锥齿轮副，41:第一轴承座，42:第三轴承端盖，43:滚针轴承，44:第一花键，45:第二花键，46：第三齿轮副，47：第三轴，48：第二圆锥齿轮轴，49：第一轴，50：第二轴，51：第二齿轮副，52：第一齿轮副，53：连接轴，54：连接端盖，55：第三圆锥齿轮副，56：第三连接法兰，57：第二轴承座。具体实施方式：
[0018] 下面结合附图对本发明作进一步描述：
[0019] 如图1所示，本发明所提供的一种六自由度平面关节机器人包括底座1、第一臂2及其驱动装置、第二臂3及其驱动装置、三自由度手腕18及其驱动装置三个部分；第一臂2安装在底座1上，第二臂3安装在第一臂的末端，末端的三自由度手腕18与三根滚珠花键(第一滚珠花键10、第二滚珠花键12、第三滚珠花键14)连接，并由安装在第二臂上的驱动装置(第一伺服电机6、第二伺服电机8、第三伺服电机9)通过同步带轮和滚珠花键驱动；三自由度手腕的竖直方向上的运动由滚珠丝杠11提供，第六伺服电机7通过同步带轮提供动力。
[0020] 如图1、图2所示，所述第一臂及其驱动装置包括第四伺服电机20、第一谐波减速器21、第一连接法兰22、第一轴承23、第一轴承端盖24、轴承内圈端盖25以及第一臂2；所述伺服电机等构件安装在所述的底座的内部，可以有效的防护电机；所述第一轴承端盖
24、轴承内圈端盖25及底座内壁的凸台共同对所述第一轴承23进行定位，所述第四伺服电机20与所述的第一谐波减速器21通过螺栓连接，所述第一谐波减速器21通过螺栓与所述第一连接法兰22连接，所述第一连接法兰22通过螺栓与所述轴承内圈端盖25连接，所述第一臂通过螺栓与所述轴承内圈端盖25连接，所述第一连接法兰22与所述底座内壁通过第一轴承23连接，所述第一轴承端盖24通过螺栓与所述底座1连接，这样所述第四伺服电机20即可通过第一谐波减速器21、第一连接法兰22以及轴承内圈端盖25驱动所述第一臂转动。
[0021] 如图1、图3所示，所述第二臂及其驱动装置包括第五伺服电机4、电机连接板26、第二谐波减速器27、第二连接法兰28、法兰连接件31、第二轴承29、第二轴承端盖30以及第二臂3；所述第二臂3的一端是带有阶梯孔的空心圆柱，所述第二谐波减速器27、第二连接法兰28以及法兰连接件31安装在空心圆柱的内部，第二臂空心圆柱内部的元件能得到有效的防护；所述第五伺服电机4安装在所述电机连接板26上，并与所述第二谐波减速器27连接，所述第二谐波减速器27通过螺栓与所述第二连接法兰28连接，所述法兰连接件
31与所述第二连接法兰28通过螺栓连接，所述法兰连接件31与第二臂3通过第二轴承29连接，所述法兰连接件31通过螺栓与第一臂2的另一端连接，所述第二轴承端盖30通过螺栓固定在阶梯孔的一端，对第二轴承29进行轴向定位；通过以上连接关系，所述伺服电机便能驱动所述的第二臂3转动；所述第二臂上安装了四台驱动电机(第一伺服电机6、第二伺服电机8、第三伺服电机9、第六伺服电机7)、三根滚珠花键(第一滚珠花键10、第二滚珠花键12、第三滚珠花键14)和一根滚珠丝杠11，在第二臂上设有用于安装驱动电机的孔座以及用于安装滚珠花键和滚珠丝杠的孔，用于安装三根滚珠花键的孔以正三角形排列，用于安装滚珠丝杠的孔在该正三角形的中心。
[0022] 如图1、图4所示，所述三自由度手腕及其驱动装置包括第一伺服电机6、第二伺服电机8、第三伺服电机9、第六伺服电机7、行星减速机5、电机带轮19、第一滚珠花键10、第二滚珠花键12、第三滚珠花键14、夹紧套13、滚珠丝杠11、滚珠花键同步带轮16、丝杠同步带轮15、三角座17以及三自由度手腕18；所述第一伺服电机6与行星减速机5相连，所述行星减速机5安装在连接板上，连接板通过螺栓固定在第二臂3的下端面，行星减速机5穿过所述第二臂上的方形孔，所述行星减速机的轴与电机带轮连接，所述电机带轮通过皮带驱动所述第一滚珠花键10的滚珠花键同步带轮；所述第二伺服电机8与行星减速机相连，行星减速机通过螺栓固定在第二臂3的孔座中，所述行星减速机的轴与所述的电机带轮连接，所述电机带轮通过皮带驱动所述的第二滚珠花键12的花键同步带轮；所述第三伺服电机9与行星减速机相连，所述行星减速机通过螺栓固定在第二臂的孔座中，所述行星减速机的轴与所述的电机带轮连接，所述电机带轮通过皮带驱动所述第三滚珠花键14的花键同步带轮16；与所述第一伺服电机6、第二伺服电机8、第三伺服电机9连接的电机带轮位于第二臂的下端面；所述第六伺服电机7安装在支撑座上，支撑座通过螺栓固定在第二臂3上，所述第六伺服电机7通过平键直接与相应的电机带轮连接，所述第六伺服电机7通过电机带轮驱动丝杠同步带轮，所述第六伺服电机7位于第二伺服电机8与第三伺服电机9之间；在第二臂3的前端设有四个用于滚珠丝杠11和滚珠花键(第一滚珠花键10、第二滚珠花键12、第三滚珠花键14)的安装孔，三个滚珠花键以正三角形排列，所述滚珠丝杠11安装在正三角形的中间；所述滚珠丝杠11的下端通过法兰和螺栓与所述三角座17固接，三角座17可以随着滚珠丝杠11的上下移动而移动；所述三角座7安装在滚珠花键的下部，三根滚珠花键穿过所述三角座7的三个孔；所述三根滚珠花键(第一滚珠花键10、第二滚珠花键
12、第三滚珠花键14)与所述三角座7通过轴承连接，并用轴承端盖和螺母轴向固定，所述三根滚珠花键能够随着三角座的上下移动而移动；所述花键同步带轮共三个，分别安装在三根滚珠花键上,位于第二臂3下端面；所述丝杠同步带轮15安装在滚珠丝杠11上，位于第二臂3的上端面；所述的滚珠花键上端装有夹紧套13用于限位；所述花键同步带轮通过法兰驱动滚珠花键转动；所述丝杠同步带轮15通过法兰驱动滚珠丝杠11上下运动；所述三自由度手腕18通过虎克铰32分别与三根滚珠花键固接；所述三根滚珠花键以正三角形排列，所述的滚珠丝杠安装在正三角形的中心，结构紧凑，要求较高的安装精度，以实现精确的传动。
[0023] 如图5所示，所述三自由度手腕具有三个转动自由度，输入为三个输入轴的转动，输出为三自由度手腕末端的三个方向的转动；所述三自由度手腕包括虎克铰32、手腕外壳34、外壳盖33、第一轴49、第一齿轮副52、第二轴50、第二齿轮副51、第一花键44、第三轴
47、第三齿轮副46、第二花键45、第二关节壳36、第三关节壳37、连接端盖54、轴承盖35、第一轴承座41、滚针轴承43、第三轴承端盖42、连接轴53、第一圆锥齿轮副40、第二圆锥齿轮副39、第二圆锥齿轮轴48、第三圆锥齿轮副55、第三连接法兰56、第二轴承座57、法兰盘
38；所述虎克铰32分别与第一轴49、第二轴50以及第三轴47固接；所述第一轴49与所述第一齿轮副52的小齿轮通过键连接，所述第一齿轮副52的大齿轮与所述第一轴承座41通过花键连接；所述第一轴承座41与所述第三轴承端盖42通过轴承连接，第一轴承座41的下部通过螺栓与所述第二关节壳36连接，从而实现第一齿轮副52-第一轴承座41-第二关节壳36的传动；所述第二轴50与所述第二齿轮副51的小齿轮通过键连接，所述第二齿轮副51的大齿轮通过第一花键44与所述连接轴53连接，所述第一花键44与所述连接轴53连接，所述连接轴53通过螺栓与所述第一圆锥齿轮副40的圆锥齿轮轴连接，从而实现第二齿轮副51-连接轴53-第一圆锥齿轮副40的传动；所述第三轴47与所述第三齿轮副46的小齿轮通过键连接，所述第三齿轮副46的大齿轮通过第二花键45与所述第二圆锥齿轮轴
48连接，这样第三齿轮副46便可以驱动第二圆锥齿轮副39；所述第一齿轮副52、第二齿轮副51以及第三齿轮副46的大齿轮在手腕外壳34内同心安装；所述第三轴承端盖42通过螺栓安装在手腕外壳34的底部，所述第一轴承座41与所述第三轴承端盖42通过轴承连接；所述第一轴承座41是空心的；所述第一圆锥齿轮副40与所述第一轴承座41通过轴承连接，所述连接轴53与所述第一轴承座41通过滚针轴承43连接；所述连接轴53是空心的；所述第二圆锥齿轮副39的第二圆锥齿轮轴48穿过所述连接轴53，通过轴承与连接轴
53连接；所述第三关节壳37固接在所述连接端盖54上，所述连接端盖54通过螺栓连接在所述第一圆锥齿轮副40上，从而第一圆锥齿轮副40可以驱动第三关节壳37转动；所述第二圆锥齿轮副39与所述第三圆锥齿轮副54连接，即第二圆锥齿轮副39的一个圆锥齿轮通过螺栓与平键与第三圆锥齿轮副55的齿轮轴固接，从而驱动第三圆锥齿轮副55的转动，即实现了三自由度手腕的另一个转动；所述轴承盖35通过螺栓固定在所述第二关节壳36上；
所述第一圆锥齿轮副40通过轴承与所述第一轴承座41连接，所述第三圆锥齿轮副55的齿轮轴穿过所述第一圆锥齿轮副40的空心齿轮轴并且二者通过轴承连接；所述第三连接法兰56通过螺栓固定在第三关节壳37上，所述第二轴承座57通过螺栓固定在所述第三连接法兰56上，所述第三圆锥齿轮副55的齿轮轴与所述的第二轴承座57通过轴承连接；所述第三圆锥齿轮副55的齿轮轴通过螺栓、轴套与所述法兰盘38连接，所述法兰盘38用来与不同的抓手连接。
[0024] 以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施实例，均应属于本发明的保护范围。
