CN101066590B - Scara型机器人结构及相应的机器人 - Google Patents

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Abstract

一种机器人结构包括：基座结构(2)；至少第一臂(40)，该第一臂既能够相对于该基座结构平移也能够相对于该基座结构转动；用于使该第一臂相对于该基座结构运动的运动装置(12、22、32)；用于容纳工具(72)的容纳构件(70)；以及动力供应组件(80)。所述运动装置包括中空运动构件(32)，中空运动构件能够相对于该基座结构或该第一臂中的一个平移，并且中空运动构件不能独立于该基座结构或该第一臂中的另一个平移，中空运动构件能够相对于该基座结构或该第一臂中的一个转动，同时中空运动构件不能独立于该基座结构或该第一臂中的另一个转动，动力供应组件(80)从基座结构向该第一臂延伸穿过中空运动构件(32)。

Description

SCARA型机器人结构及相应的机器人
技术领域
本发明涉及一种SCARA型机器人结构及一种设置有该结构的SCARA型机器人。
背景技术
通常，SCARA、或者说“平面关节(Selective Compliance AssemblyRobot Arm)”型机器人首先包括能够例如设置在工作台上的固定的基座结构。该机器人还设置有能够相对于该基座结构运动——至少能够绕尤其是竖直轴线旋转——的臂。
最后，该机器人配置有诸如凸缘的构件，该构件能够容纳例如夹具或磨削工具的工具。该工具容纳构件能够相对于上述臂运动。因此，其可以以可旋转的方式直接安装在该臂上。
作为一种可选方式，该工具容纳构件可以安装在辅助臂上，该辅助臂可相对于该第一臂自由旋转。在后一种情况下，该工具容纳构件可以是固定的，或者可选地能够相对于该辅助臂运动。最后，该工具容纳构件设计成能够相对于该基座结构平移，通常是沿竖直轴线平移。
SCARA机器人在速度、可重复性以及精度方面性能良好，其应用在诸如装卸或零件组装的许多工业性作业中。这种机器人还优于其它技术，因为其适于进行学习操作。这些操作包括手工将该机器人的工具容纳构件导引至所需的位置，然后将该配置存储在存储器中，而不是将其编程进去。
为了更容易、更安全地实现这种操纵以进行这种学习操作的目的，首先必须锁止该工具容纳构件的平移，同时使该第一臂和该辅助臂旋转，此处假设只有一个辅助臂。接下来，该工具容纳构件的平移不受锁止，允许该工具设置在适当的位置，并纪录。
EP-A-1 525 957披露一种SCARA型机器人，该机器人包括基座结构；第一臂，其仅能够相对于该基座结构转动；以及第二臂，其安装在上述第一臂上并且仅能够相对于后者自由旋转。最后，有一根用作工具容纳构件的轴，其安装在该第二臂上。在容纳于该第二臂内的两个马达的作用下，该轴既能够相对于该臂旋转也能够相对于该臂平移。
然而，该已知方案暴露出一些特别是与其相当大的体积相关的问题。因此，该第二臂内的两个马达的存在意味着该第二臂沿竖直轴线的体积非常大，其中该两个马达上下堆叠地设置。再者，安装在该第二臂上的工具容纳轴必须沿相同的轴线突出于该第二臂。最后，必须考虑该轴在竖直方向上的行程。
这些各种原因意味着EP-A-1 525 957所述的机器人的体积很大，至少从承载所述工具的第二臂沿竖直方向的尺寸来说是这样。这是不利的，因为这使该SCARA机器人不能集成到狭窄的作业区(例如压力机下方)内，因此大大减少该机器人的多功能能力。
再者，在EP-A-1 525 957所述的设置中，线组对设置在该臂内的工具和马达进行电驱动及空气驱动，该线组在环绕该第二臂的罩之外从该基座结构向该第二臂延伸。因此，该线组(也称为束线)其在该机器人的各种运动中受到很大磨损，这大大削弱了上述电气构件的性能。
随着该机器人运动所述束线承受拉力、过早的磨损，因此仅通过护套保护的所述束线很快便损坏了，并且当该机器人置于例如腐蚀性或充满灰尘的侵蚀性作业环境中时，所述束线可能劣化。再者，从体积方面来说使束线置于罩外是不利的，因为所述束线的位置随该机器人的运动而变化，这意味着该机器人的总体积易于产生随机变化。
最后，应当注意的是，该第二臂配置有三个马达以及与其相关的驱动线路。这意味着该第二臂的体积必须非常大，并且该第二臂具有高的惯性，这不利于该机器人的性能。
另一个来源是US-A-6 199 444，其披露一种SCARA型机器人，该机器人包括基座结构和支柱，该支柱安装成使其仅能相对于该基座结构平移。为实现该目的，该结构设置有丝杠-螺母系统以提供这种平移。
再者，第一臂安装成使其能够相对于该支柱旋转，还有能够相对于该第一臂转动的第二臂，该第二臂设置有安装成能够旋转的工具容纳构件。
该可选方案在某种程度上解决了与EP-A-1 525 957的教导相关的体积问题。具体而言，由于该工具的平移由可移动的支柱提供，该工具及其容纳构件沿轴向仅占据较小空间，实际上大大小于EP-A-1 525 957的设备所占的空间。
然而，US-A-6 199 444并没有提出任何解决动力供应束线问题的方案。实际上，在那份文件的教导中，该束线在该防护罩外穿梭于该基座结构和该第一臂之间。
另外，该美国专利所述的机器人不能覆盖大的作业区域。这是因为可移动支柱的存在意味着该第一臂的旋转很快便受到该基座结构的限制，这意味着该机器人不能做大幅度的运动。
最后，已知例如JP-A-61 293691、EP-A-1 646 455、US-A-2005/193854描述了SCARA型机器人。这些机器人提出采用中空构件，上述束线部分地穿过该中空构件。
因此，这些文件的教导在某种程度上可以解决与动力供应束线相关的问题。相比之下，它们所描述的方案表现出的缺点是用于使该机械手运动的机械部件过多相关，从而导致大体积和运动时的高惯性。
发明内容
已经提到，本发明的目的是减轻现有技术的上述各种缺点。
为了实现该目的，本发明的一个主题是一种SCARA型机器人结构，其包括：基座结构；一个第一臂，该第一臂既能够相对于该基座结构沿运动轴线平移也能够相对于该基座结构绕相同的运动轴线转动；运动装置，其用于使该第一臂相对于该基座结构运动；容纳构件，特别是凸缘或者心轴，其用于容纳工具，尤其是夹具或磨削工具，该工具容纳构件能够相对于该第一臂运动；以及动力供应组件，特别是电动型或气动型的动力供应组件，其用于为所述机器人结构的辅助元件提供动力，所述动力供应组件的一端设置在该工具容纳构件附近，该机器人结构的特征在于，该运动装置包括中空运动构件，该中空运动构件能够相对于该基座结构或该第一臂中的一个沿所述运动轴线平移，并且该中空运动构件不能独立于该基座结构或该第一臂中的另一个平移，该中空运动构件能够相对于该基座结构或该第一臂中的一个绕该运动轴线转动，同时该中空运动构件不能独立于该基座结构或该第一臂中的另一个转动；并且该动力供应组件从该基座结构向该第一臂延伸，通过所述中空运动构件。
本发明的另一个主题是一种SCARA型机器人，其包括如上所述的结构，以及至少一个能够可拆卸地附接到该工具容纳构件的工具。
附图说明
通过下面对根据本发明原理的SCARA型机器人结构的两个实施例所作的说明，将更好地理解本发明并且本发明的其它优点将变得更加明显，该说明仅通过非限制性的例子而参照附图给出，在所述附图中：
-图1是根据本发明的SCARA型机器人结构的纵剖面视图；
-图2是示出属于图1所示机器人结构的用于对轴进行制动的制动装置的纵剖面视图；
-图2A和图2B是与图2相似但比例较大的纵剖面视图，其更具体地示出该轴制动装置的两个不同位置；
-图3是与图2相似的纵剖面视图，其示出该轴制动装置的实施例的变例；
-图3A和图3B是与图3相似但比例较大的纵剖面视图，其更具体地示出该轴制动装置的两个不同位置；
-图4是与图1相似的纵剖面视图，其示出根据本发明的机器人结构的实施例的变例。
具体实施方式
图1中具体所示的SCARA型机器人结构首先包括整体上以标号2标示的基座结构，该基座结构能够设置在工作支架上，在该例中工作支架是工作台4，在所示例子中工作台4的顶表面是水平的。该基座结构2配置有防护罩6，该防护罩内有支腿8、支腿8的底座10直接搁置在上述工作台4上。
该支腿8首先支撑第一马达12，该第一马达具有能够绕竖直轴线枢转的旋转轴121，并且该第一马达能够与已知类型的带14相配合。后者能够驱动齿圈16，相应的减速比取决于马达12的输出与该齿圈16的齿比。
该齿圈16还固定到衬套18，已知该衬套为滑动件，该衬套的内表面配置有未图示的球体，该球体相对于轴的主轴线Z轴向地设置，下面将更详细地描述。在该例中，该轴线Z是竖直的，也就是说其垂直于工作台4所在平面。在常规结构的滚动接触球轴承型的轴承20内，该衬套滑动件18在旋转方面受到引导，同时该衬套的平移被锁止。
在第一马达12上方，所述支腿支撑第二马达22，该第二马达也具有能够绕竖直轴线枢转的旋转轴221。该马达22与第二带24相配合，该第二带能够驱动第二齿圈26。后者固定到球螺母型的第二球衬套28，该第二球衬套的内表面设置有球体，所述球体绕上述轴线Z布设为螺旋状。固定到支腿8的例如滚动接触球轴承型的第二轴承30为该螺母衬套28的旋转提供引导并锁止沿轴线Z的运动。
中空轴32形成随后将说明的运动构件，该中空轴容纳在基座结构2的内部空间内。在使用时竖直地设置的该轴32从基座结构2向外延伸穿过形成在罩6的顶壁上的开口34。
轴32的外表面具有纵向狭缝，其中有例如三条狭缝延伸过该轴的轴向尺寸的大部分。该外表面还具有螺旋状狭缝，该螺旋状狭缝至少在轴32的上部延伸，从而与螺母衬套28相配合。这些纵向和螺旋状的狭缝没有在图中示出，其以已知方式形成，例如根据EP-A-1 525 957所示的轴实施例形成。
最后，在靠近该轴的底部的位置处，有用于制止该轴沿轴线Z平移的轴制动装置，后面将更加详细地描述该装置。
轴32的上端固定到第一臂40的主体42，该第一臂能够相对于该基座结构运动，后面将会更详细地对此进行说明。该臂40设置有防护罩44，而能够延伸及收缩的护套46为该第一臂40和基座结构2提供，特别是防止外界灰尘影响衬套18和28的工作。该护套46还能够提高该机器人作为一个整体使用时的安全性。应当注意的是，该护套可由与洁净室相匹配的保证高度密封性的系统替代。
臂40还设置有马达48，该马达具有安装成绕竖直轴线枢转的旋转轴481，该旋转轴481通过带50驱动附加轴52。后者具有平行于轴32的轴线Z但与轴线Z偏置的主轴线Z`。
附加轴52固定到第二臂60的主体62，该第二臂也设置有防护罩64。该臂60配置有马达66，该马达具有能够绕竖直轴线枢转的旋转轴661，并且旋转轴661通过带68驱动用于容纳工具72的工具容纳构件70，根据本发明的机器人设置有所述工具。常规型的容纳构件70在所示例子中是凸缘，而工具72例如是夹具或磨削工具。应当注意的是，由于马达66的帮助，容纳构件70能够绕轴线Z``枢转，轴线Z``平行于轴52的轴线Z`但与该轴线偏置。
根据本发明的机器人还包含束线80，已知该束线由特别是电动或气动型线缆组构成。这些线缆给该机器人的各辅助元件特别是工具和马达提供动力，这些线缆由防护套环绕。
在其下端，束线80容纳在固定到支腿8的底座10的引导件82内。应当注意的是，根据未图示的变例，束线80能够滑动通过引导件82从而对于臂40沿竖直轴线Z的运动进行补偿。也可以采取形成属于该束线的线储备这样的等同措施，该线储备例如通过给出型机械设备在该基座结构的下部进给。还能够通过诸如常规型控制器的未图示装置从基座结构2外部给该束线中的线缆提供动力。
束线80从引导件82开始在中空轴32内延伸，从而进入第一臂40的内部空间。该束线然后转过大约180度的弯并使自身容纳在也中空的附加轴52内，从而该束线进入第二臂60的内部空间。属于束线80的一些动力线缆通过已知但未图示的方式连接到马达48和66。
另外，用于工具的动力供应线缆经由以示意示出的开口83连接到该工具，该开口设置在工具容纳凸缘70内。如果后者易于旋转±360°，则线缆形成延伸过两圈并进入上述开口的绕组84。这是一种常规方法，使得可以减少施加到这些线缆上的应力。
应当注意的是，工具容纳构件70容纳在第二臂60的内部空间内，该内部空间由防护罩64限定。允许动力供应线缆穿过而伸向工具的开口83也包含在该内部空间里，这特别有利于保护这些线缆免受外界影响。
在使用时，第一臂40既能够相对于基座结构2沿轴线Z平移也能够绕该相同的轴线旋转。为实现此目的，马达12和22中的一个和/或另一个需要被选择性地运行以便使衬套18和28中的一个和/或另一个旋转。因此，这些马达12和22与轴32相接合，以便使该轴相对于基座结构2转动和/或平移。
更具体地说，如果要使该轴做纯平移，则只需运行上马达22，另一个马达12被锁止在其位置，从而旋转螺母衬套28。应当重提的是，衬套28沿轴线Z的平移被锁止，因此该衬套28的转动导致轴32沿该轴线Z的平移。另外，如果要使轴32做纯转动，则必须沿相同的转向并以相同的转速驱动衬套18和28。
最后，如果要使轴3既做平移又做转动，那么必须以不同的转速驱动两衬套18和28。在这种情境下，也能够根据将要传递给轴32的运动的类型而沿相反的转向驱动这些马达。
假定如上面所述轴32相对于第一臂40的主体42固定，则该轴将自身的转动和/或平移传递给该臂。因此，在上述SCARA机器人结构中，工具72和两臂40和60都能够相对于基座结构2沿轴线Z平移。
下面将描述该轴制动装置的第一实施例的变例，该轴制动装置制止该轴沿轴线Z的平移，下文将不对之进行说明。如图2、图2A及图2B所示，驱动齿圈16在其下端固定到标示为固定轴承102的轴承，该轴承为已知类型，例如滚动接触球轴承。
该固定轴承102支撑由例如金属制成的环104，该环相对于轴承102被固定而不能沿轴线Z相对于该轴承平移，但是其能够绕相同的轴线Z相对于该轴承旋转。该环104具有倾斜的内径向表面104`，该内径向表面朝向底部亦即远离齿圈16的方向增宽。
再者，轴32的下端由固定到该支腿的主体106环绕。该主体106限定用于容纳弹簧109的径向内部第一壳体，该弹簧紧接着该轴32的外周设置。该主体106还限定径向外部第二壳体用于容纳已知类型的电磁线圈110。
在主体106的上端，也就是说在面向齿圈16的端部，有环形板112，该环形板能够相对于该主体106沿轴线Z平移。下面将会看到，该平移能够在两个方向上进行，这取决于板112是由弹簧109驱动还是线圈110驱动，。
在背向主体106的端部，该板112容纳与前述轴承102相似的第二轴承114。该轴承114为滑动轴承，其固定到与前述环104相似的第二环116。该环116具有倾斜表面116`，该倾斜表面不同于倾斜表面104`，即其朝上亦即朝齿圈16的方向增宽。
最后，有优选地由塑料制成的中间环118，该环因由塑料制成而具有柔性。该环118是裂开的，即没有绕轴32延伸360度。该环安装成能够在轴32上滑动，从而在没有外部作用的情况下该环不会影响该轴的自由滑动。在纵剖面中，该环118具有两个倾斜表面118`和118``，该两表面分别与属于环104的倾斜表面104`和属于环106的倾斜表面106`配对。换句话说，在纵剖面中观察时，这两个倾斜表面118`和118``呈人字形。
图2A以较大比例示出正常的使用位置，在该位置上无需制止该轴沿轴线Z的平移。在这种情况下，线圈110被启用，从而由适当材料制成的板112牢固地保持为抵靠线圈110，并且两个环104和116设置在与中间开口环118保持一定距离的位置。在此条件下，倾斜表面104`和118`、以及118``和116`之间有两个标示为j1和j`1的间隙，所示间隙都既是轴向型又是径向型。因而，各环104、116和118的存在不会阻碍轴32沿轴线Z的自由平移或者绕该轴线的自由转动。为了便于理解，图2A中将这些间隙j1和j`1夸大。
如果要对该轴32进行制动，那么线圈110需要被停用，从而弹簧109将板112、轴承114和环116推离该线圈。然后线圈110和板112之间产生标示为j2的间隙。在此条件下，该环116向固定环104靠近，从而挤压中间环118使之抵靠固定环104。应当注意的是，如果意外终止动力供应，该中间环118还将被楔住，这有利于保证安全性，因为该主轴和该结构的该两臂不会在重力作用下坠落。
更具体地说，环104和106的倾斜表面104`和106`向中间环118的倾斜表面118`和118``施加轴向力。那也导致产生施加到内环118上的向内的轴向应力。因而，该环关闭，从而通过附着而固定到轴32，如图2b所示。
在这些条件下，该轴沿轴线Z的平移被各环104、116和118锁止，这些环相对于基座结构2的平移被绑定(bound)。相比之下，由于滚动接触轴承102和104的存在，轴32能够绕轴线Z枢转，由于零件16和112的形状的构造方式，轴承102和104的内环没有安装成分别与齿圈16和板112相接触。
因此，这些特别地包括上述三个环104、116和118的制动装置允许轴32沿轴线Z的平移被锁止，而同时继续允许所述轴绕该相同的轴线旋转。在这些条件下，如果两臂40和60能够相对于基座结构2转动，那么便可以使本发明的机器人结构经历一次学习操作。
再者，该轴的平移被锁止是有利的，特别是不需要操作员逆着重力作用而支撑所述轴32或两臂40和60。通过没有示出的变例，上述制动系统可设置在例如介于两衬套18和28之间的中间区域，而非结合到该基座结构的下部。
现在将参照图3、图3A和图3B描述上述制动装置的附加变例。在这些图中，与图1中的机械元件相似的机械元件被赋予增加了200的相同的标号。
在该变例中，还具有固定到该基座结构的主体206，电磁线圈210容纳于该主体中。滑动衬套218及其齿圈216和其引导轴承220不同于图1所述的齿圈16、衬套18和引导轴承20，即它们能够沿轴线Z平移。这种运动是小幅度的，其量级为数十毫米。为此，引导轴承220以滑动配合的方式安装在支腿208，允许上述运动的进行并且不干扰所述枢轴对第一臂40的引导作用，从而不会对该机器人结构的臂端精确性产生不利影响。
在正常使用时，如图3A中以大比例示出的，线圈210被启用从而其克服压缩弹簧209的作用而吸引由适当材料制成的轴承220，该压缩弹簧209以与上述弹簧109相似的方式绕轴232安装。在这些条件下，滑动衬套218轴向地与螺母衬套228距离开，从而形成以j3标示的间隙，使得这些构件没有绑定在一起。因此，轴232既可以平移又可以转动。
如果要给轴232施加制动作用，那么提供给线圈210的电能必须被切断，从而弹簧209向回朝另一衬套228推挤轴承220及衬套218。因此，线圈210和轴承220之间产生标示为j4的间隙。然而，这并不影响轴232的轴向位置，因为该滑动衬套218能够相对于该轴自由地平移。
在该运动结束时，如图3B所示，滑动衬套218与螺母衬套228相接触，使得其由于产生的摩擦而不能独立转动。在此情况下，两衬套218和228必须沿相同的方向以相同角速度转动。现在，如上文所述，这意味着轴232只能绕轴线Z转动，任何沿相同轴线的平移皆被锁止。
还应当注意的是，如果意外断电的话，两衬套218和228相互接触，从而绑定在一起。这有利于保证安全性，因为一旦断电该主轴和该结构的该两臂不会在重力作用下坠落。
图4示出本发明的实施例的变例。在该图中，与图1中的机械元件相似的机械元件被赋予增加了300的相同的标号。
图4中的实施例不同于前述图中的实施例，特别是基座结构302只设置有一个与图1中的马达22具有相同结构的马达322。该马达322具有旋转轴3221，该马达322与带324、齿圈326、螺母衬套328及轴承330相关联。
该第二实施例进一步不同于第一实施例，即轴332仅在沿轴线Z平移方面不能独立于第一臂340运动。因此，该第一臂340能够相对于该轴332绕该轴线Z枢转。
为此目的，该第一臂340设置有与图1所示的基座结构2所配置的马达12具有相同结构的马达312。具有旋转轴3121的该马达312与带314相关联，带314能够与固定到轴332的齿圈316相接合。再次地，还有轴承320装配该第一臂340并引导该第一臂340相对于轴332的旋转运动，轴332现在不能旋转。
还应当注意的是，在靠近上开口334的位置处，基座结构302设置有已知类型的球滑动件335，该球滑动件固定到该基座结构。该球滑动件用于防止轴332绕轴线Z旋转，该球滑动件设置有未图示的球体，所述球体能够进入轴332的纵向狭缝。这些纵向狭缝与图2中的狭缝36相似，没有在图4中示出。
还应当注意的是，第二臂360和工具容纳构件370与参照第一实施例所述的相似。相似地，又具有用于使第二臂360相对于第一臂340旋转并使工具容纳构件370相对于该第二臂360旋转的的相同机械元件。
特别是，设置有用于驱动第二臂360绕轴线Z`旋转的马达348。必须强调的是，该马达348和用于驱动第一臂340绕轴线Z旋转的马达312分别设置在轴332两侧。这种方法是有利的，因为其允许更好地平衡第一臂340的总体结构。
参照图4描述的该机器人结构的工作方式如下。马达322能够驱动衬套328，以将沿轴线Z的平移传递给轴332。应当重提的是，由于滑动件335的存在，该轴332相对于基座结构302的任何旋转皆被防止。
另外，当马达312运行时，后者经由带314与齿圈316相配合。已知后者固定到轴332，而轴332自身在旋转方面相对于基座结构被绑定，因此，马达312限制为相对于轴332的枢转，这导致第一臂340相应地绕轴332枢转。最后，对该轴沿轴线Z的平移的制动通过直接操作马达322进行，主要通过停用该马达而进行。
本发明不限于所述及所示的例子。
因此，在所示的两个实施例中，轴线Z被认为是沿重力方向。然而，能够想到的是其可以是空间中的其他轴线，轴线Z`和Z``同样如此。相似地，该马达的各旋转轴可以沿不同于所示实施例中的非竖直的其他方向设置。
在第一实施例中，在不改变根据本发明的机器人结构的运行原理的情况下，两衬套18和28的位置可以互换。
在两个实施例中，第一臂40或340设置在第二臂60或360上方。然而，作为一种变例，该第二臂可以设置在该第一臂上方。
在所示的例子中，该中空轴内的凹部沿中心延伸，换句话说，该凹部的主轴线对应于该轴的主轴线。然而，该凹槽也可以是偏心的，就是说该轴的壁本质上可以是不对称的。
作为一种未示出的附加变例，该第一臂可设置有两个用于使其相对于该中空轴运动的马达。在这种情况下，后者既不能独立于该基座结构平移也不能独立于该基座结构旋转。因此在使用时，上述两个固定到该第一臂的马达能够相对于该固定轴平移和转动，从而传递第一臂相对于基座结构的运动。
更具体地说，在第三实施例中，第一臂设置有上述两个马达和与第一实施例的基座结构所配置的衬套相似的两个衬套。在使用时，如果该第一臂要相对于该固定轴因此相对于该基座结构做纯平移的话，则与不能相对于该第一臂平移的该螺母衬套相关联的该马达需要被驱动，而另一个马达被锁止在其位置。
相比之下，如果要传递纯转动的话，那么启动的马达是与该滑动衬套相关联的马达，该滑动衬套由于与该轴的滑动连接而使自身无法旋转，其中该轴自身无法旋转。因而，该马达开始绕该滑动衬套旋转，就像固定到上述马达的第一臂一样。
应当注意的是，在这种情况下，如在第一实施例中一样，与螺母衬套相关联的马达需要被启动，从而该衬套不相对于固定轴旋转。最后，通过与第一实施例相似的方式，必须启动两个马达来获得该第一臂相对于该基座结构的平移和转动的组合。
还应当注意的是，第三实施例能够包含对该中空轴沿其主轴线的平移进行制动的制动装置。在这种情况下，这些制动装置与参照第一实施例所述及所示的制动装置相似。
通过一种未示出的附加变例，用于使该工具容纳构件相对于该第二臂旋转的马达可以结合于该第一臂内。在这种情境下，设置传动线路系统，该传动线路系统从该第一臂向该第二臂延伸，而且经过例如连接这两臂的附加中空轴。
在各个例子中，本发明的机器人结构采用两个臂和一个工具容纳构件，该工具容纳构件能够相对于第二臂运动。然而，作为一种变例，可以采用单个臂，或者可选地将工具相对于第二臂固定。
本发明使上述目的得以实现。
本发明采用中空构件，该中空构件具有双重功能：亦即，一方面，其保护动力供应束线，另一方面，其使该第一臂相对于该基座结构运动。因此，这简化了该机器人的整体结构，同时使该束线得到令人满意的保护。
在这些条件下，本发明是有利的，因为本发明的机载马达相对较少。事实上这些固定到该机器人结构的运动零件上的马达实际上会影响该机器人的性能——特别是当其固定到该第二臂时。该有利的特征在第一实施例的情况下尤为显著。
所机载马达数目的减少呈现一些具体的优点，因为这允许各个臂具有低的惯性。惯性的减少使加速度增大，因而获得更快速的运动并提高该机器人结构的整体性能。
另外，限制机载马达数目确保运动线缆的数目减少。再者，随之而来的是束线护套的直径减小，从而允许后者更紧地弯曲。
再者，该中空运动构件保护该束线免受外界影响，因为该束线在该机器人结构的整个内部空间行进。在这些条件下，本发明呈现出额外的优点，特别是优于EP-A-1 525 957的优点。
这还使得对束线所占用的空间进行控制成为可能，其原因在于，该空间需求不会随该机器人的运动而改变，这优于现有技术的结构。最后，将该束线穿过该轴内的中心凹部使该束线在使用时所承受的应力最小化。
本发明的机器人结构具有大的作业区域——特别是较之于US-A-6199 444的技术方案。具体而言，本发明的这种设置能够省去易于限制作业区域尺寸的中间支柱。应当注意的是，当该中空运动轴的尺寸允许该第二臂设置在该支腿上方时，该第一臂便能够枢转360度，因此允许该作业区域进一步增大。

Claims (27)

1.一种SCARA型机器人结构，包括：基座结构(2；302)；至少第一臂(40；340)，所述第一臂既能够相对于所述基座结构沿运动轴线(Z)平移也能够相对于所述基座结构绕相同的运动轴线(Z)转动；运动装置(12、22、32；312、322、332)，所述运动装置用于使该第一臂相对于所述基座结构运动；容纳构件(70；370)，用于容纳工具(72)，该工具容纳构件能够相对于所述第一臂(40；340)运动；以及动力供应组件(80；380)，用于为所述机器人结构的辅助元件(48、66、72；312、348、366)提供动力，所述动力供应组件的一端设置在所述工具容纳构件附近，
所述运动装置包括中空运动构件(32；332)，所述中空运动构件能够相对于所述基座结构(2；302)或所述第一臂(40；340)中的一个沿所述运动轴线(Z)平移，并且所述中空运动构件不能独立于所述基座结构或所述第一臂中的另一个平移，此中空运动构件(32；332)能够相对于所述基座结构(2；302)或所述第一臂(40；340)中的一个绕所述运动轴线(Z)转动，同时所述中空运动构件不能独立于所述基座结构或所述第一臂中的另一个转动；并且所述动力供应组件(80；380)从所述基座结构向所述第一臂延伸，通过所述中空运动构件(32；332)，
其特征在于，
所述运动装置(12、22、32；312、322、332)进一步包括驱动装置(12、22；312、322)，所述驱动装置能够与所述中空运动构件(32；332)接合以便使所述中空运动构件(32；332)相对于所述基座结构(2；302)和/或所述第一臂(40；340)平移及转动，所述驱动装置包括第一马达(22)，所述第一马达能够与第一衬套(18；218)相配合，所述第一衬套能够相对于所述基座结构(2)绕所述运动轴线(Z)转动，但是在平移方面大体上相对于所述基座结构被绑定，或者能够相对于所述第一臂(40；340)绕所述运动轴线(Z)转动，而同时在平移方面大体上相对于所述第一臂(40；340)被绑定，该第一衬套配置有接合构件，所述接合构件绕所述运动轴线(Z)布设为螺旋状，并且所述接合构件能够与形成在所述中空运动构件(32)的外表面上的至少一个螺旋狭缝相配合。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述中空运动构件(32；332)不能独立于所述第一臂(40；340)平移，但是所述中空运动构件能够相对于所述基座结构(2；302)沿所述运动轴线(Z)平移，所述第一衬套(18；218)能够相对于所述基座结构(2)绕所述运动轴线(Z)转动，但是在平移方面大体上相对于所述基座结构被绑定。
3.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，所述中空运动构件(32)不能独立于所述第一臂(40)转动，但是能够相对于所述基座结构(2)绕所述运动轴线(Z)转动。
4.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，所述驱动装置(12、22)能够使所述中空运动构件(32)相对于所述基座结构(2)平移和转动。
5.根据权利要求4所述的结构，其特征在于，所述驱动装置包括固定到所述基座结构的第二马达(12)。
6.根据权利要求5所述的结构，其特征在于，所述第二马达能够与第二衬套(28；228)相配合，所述第二衬套能够相对于所述基座结构(2)绕所述运动轴线(Z)转动，但是在平移方面大体上相对于所述基座结构(2；302)被绑定，该第二衬套配置有轴向地设置的接合构件，所述接合构件能够与属于所述运动构件(32)的至少一个纵向狭缝相配合。
7.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，所述结构包括用于对所述运动构件(32)进行制动的制动装置(209、210)，这些制动装置能够防止所述运动构件相对于所述基座结构(2)沿所述运动轴线(Z)平移，然而这些制动装置不防止所述运动构件相对于所述基座结构绕所述运动轴线(Z)转动。
8.根据权利要求6所述的结构，其特征在于，所述结构包括用于对所述运动构件(32)进行制动的制动装置(209、210)，这些制动装置能够防止所述运动构件相对于所述基座结构(2)沿所述运动轴线(Z)平移，然而这些制动装置不防止所述运动构件相对于所述基座结构绕所述运动轴线(Z)转动，所述制动装置包括用于选择性地绑定所述第一衬套(218)和所述第二衬套(228)的装置(209、210)。
9.根据权利要求8所述的结构，其特征在于，用于选择性地绑定所述第一衬套和所述第二衬套的所述装置包括：电磁构件(210)，所述电磁构件能够将所述第一衬套和第二衬套中的一个(218；228)从所述第一衬套和第二衬套中的另一个(228；218)吸开，从而使它们断开连接；以及复位弹簧(209)，所述复位弹簧能够在所述电磁构件没有运行时将该衬套推回抵靠另一个衬套，从而将所述第一衬套和第二衬套连接在一起。
10.根据权利要求7所述的结构，其特征在于，所述制动装置包括用于锁止所述运动构件(32)的锁止构件(118)，所述锁止构件具有：非锁止位置，在所述非锁止位置上所述锁止构件没有绑定到所述运动构件；以及锁止位置，在所述锁止位置上所述锁止构件绑定到所述运动构件(32)，同时所述锁止构件不能相对于所述基座结构平移，但是所述锁止构件能够相对于所述基座结构绕所述运动轴线(Z)自由旋转。
11.根据权利要求10所述的结构，其特征在于，所述锁止构件是绕所述中空运动构件(32)延伸的开口环(118)，该开口环具有两个倾斜表面(118`、118``)，所述两个倾斜表面能够选择性地与属于两个辅助环(104、116)的倾斜表面(104`、116`)相配合，在开口环的锁止位置，所述两个辅助环能够轴向地压所述开口环，从而使所述开口环绕所述运动构件(32)径向地收紧。
12.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，所述运动构件(332)不能独立于所述基座结构(302)转动，但是所述第一臂(340)能够相对于所述运动构件绕所述运动轴线(Z)转动。
13.根据权利要求12所述的结构，其特征在于，所述驱动装置(312、322)包括：所述第一马达(322)，所述第一马达固定到所述基座结构(302)并且能够使所述运动构件(332)相对于所述基座结构平移；以及第二马达(312)，所述第二马达固定到所述第一臂(340)并且能够使所述第一臂相对于所述运动构件绕所述运动轴线转动。
14.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述中空运动构件不能独立于所述基座结构平移或转动，并且所述第一臂既能够相对于所述中空运动构件平移又能够相对于所述中空运动构件转动，所述第一衬套能够相对于所述第一臂转动，但是在平移方面大体上相对于所述第一臂被绑定。
15.根据权利要求14所述的结构，其特征在于，所述驱动装置包括第二马达以及所述第一马达，所述第二马达以及所述第一马达都固定到所述第一臂，所述第二马达以及所述第一马达能够相对于所述中空运动构件运动，以便所述第一臂相对于所述中空运动构件平移及转动。
16.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述中空运动构件(32；332)具有与所述运动轴线相重合的主轴线(Z)。
17.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述结构还包括支撑所述工具容纳构件(70；370)的第二臂(60；360)，所述第二臂能够相对于所述第一臂(40；340)转动；在所述第一臂和所述第二臂之间提供连接的附加中空运动构件(52；352)；并且用于为所述辅助元件(48、66、72；312、348、366)提供动力的动力供应组件(80；380)在所述附加中空运动构件内从所述第一臂向所述第二臂延伸。
18.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述基座结构(2；302)和所述第一臂(40；340)分别形成或多或少的封闭空间，而所述中空运动构件(32；332)的第一端通向所述基座结构的内部空间，且其第二端通向所述第一臂的内部空间。
19.根据权利要求17或18所述的结构，其特征在于，所述第二臂(60；360)形成另一或多或少的封闭空间，而所述附加中空运动构件(52；352)的第一端通向所述第一臂的内部空间，且其第二端通向所述第二臂的内部空间开口。
20.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，用于容纳所述工具(72)的所述工具容纳构件(70；370)结合到所述机器人结构的臂(60；360)的内部空间。
21.根据权利要求20所述的结构，其特征在于，所述工具容纳构件(70；370)设置有通道开口(83)，所述通道开口能够使所述动力供应组件(80；380)与所述工具(72)相联通，所述通道开口也结合到所述臂(60；360)的内部空间。
22.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述容纳构件(70；370)是凸缘或心轴。
23.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述动力供应组件(80；380)是电气或气动型的动力供应组件。
24.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述接合构件是滚动构件。
25.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述工具(72)是夹具或磨削工具。
26.根据权利要求9所述的结构，其特征在于，所述电磁构件(210)是线圈。
27.一种SCARA型机器人，包括：根据前述权利要求中任一项所述的结构，以及能够以可拆卸方式附接到所述工具容纳构件(70；370)的至少一个工具(72)。
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