CN102049773A - 平面关节型机器人 - Google Patents

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Abstract

一种平面关节型机器人，包括基座、大臂及小臂。基座上设有第一转轴及驱动第一转轴旋转的第一马达。大臂一端通过第一转轴可转动地与基座连接。小臂包括第二转轴及驱动第二转轴的第二马达，并通过第二转轴可转动地与大臂另一端相连。小臂还包括固定第二马达的固定座、与固定座固定的第三马达、由第三马达驱动的第三转轴、与固定座活动相连的丝杆、连接第三转轴与丝杆的传动装置、与丝杆活动相连的螺母、与螺母固定相连的第四马达、由第四马达驱动的第四转轴及设于固定座且供第四转轴穿设的轴承组件。该机器人具有刚性较好、精度较高的优点。

Description

平面关节型机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种的平面关节型工业机器人。
背景技术
平面关节型机器人是目前使用最广泛的装配机器人，它专门用于垂直安装作业，如在印刷电路板上插贴元器件。这种机器人具有四个关节：三个水平转动关节及一个垂直滑动关节，因此能抓取元部件在水平方向定位，并在垂直方向进行插入或旋转作业。它的平面转动关节可以放松而使插入组件时可以顺着孔的位置作微小调整，具有柔顺性，因而称为在选择方向具有柔顺性的安装机器人(Selective Compliance Assembly Robot Arm，SCARA)。
一种平面关节型机器人，其包括基座、大臂及小臂。该小臂内设有主轴及驱动该主轴旋转的步进电机。该主轴上设有通过花键固定的带轮，并与该步进电机之间通过皮带传动。然而，使用带轮传动容易造成电机惯量比过大而不易控制，致使刚性较差；且主轴高速旋转时皮带容易变形，导致定位精度不高。
发明内容
鉴于上述内容，有必要提供一种刚性较好、精度较高的平面关节型机器人。
一种平面关节型机器人，包括基座、大臂及小臂。基座上设有第一转轴及驱动第一转轴旋转的第一马达。大臂一端通过第一转轴可转动地与基座连接。小臂包括第二转轴及驱动第二转轴的第二马达，并通过第二转轴可转动地与大臂另一端相连。小臂还包括固定第二马达的固定座、与固定座固定的第三马达、由第三马达驱动的第三转轴、与固定座活动相连的丝杆、连接第三转轴与丝杆的传动装置、与丝杆活动相连的螺母、与螺母固定相连的第四马达、由第四马达驱动的第四转轴及设于固定座且供第四转轴穿设的轴承组件。
上述平面关节型机器人的各转轴与各马达直接驱动相连，省略传统的带轮、花键等传动机构，刚度较好、精度较高。
附图说明
图1是本发明实施例的平面关节型机器人的传动原理示意图。
图2是本发明实施例的平面关节型机器人的立体组装示意图。
图3是图2所示平面关节型机器人的小臂的局部立体图。
图4是图2所示平面关节型机器人的小臂沿IV-IV方向的剖面示意图。
图5是图4所示V处的局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的平面关节型机器人作进一步的详细说明。
请同时参阅图1和图2，本发明实施例的机器人100为平面关节型机器人，其包括基座10、大臂20及小臂30。基座10用于将机器人100安装至地面或工作台上，其内部设有第一转轴11及驱动第一转轴11旋转的第一马达13。大臂20一端通过第一转轴11可转动地设置于基座10上。小臂30内设有第二转轴31及驱动第二转轴31旋转的第二马达32。小臂30通过第二转轴31可转动地设置于大臂20另一端上。
小臂30还包括第三转轴33、第三马达34、传动装置35、丝杆36、螺母37、第四马达38、第四转轴39及轴承组件40。第三马达34可驱动第三转轴33旋转。传动装置35分别与第三转轴33和丝杆36相连。螺母37活动套设于丝杆36上。第四马达38与螺母37固定。第四转轴39由第四马达38驱动相连，并穿设于轴承组件40。
请同时参阅图3和图4，小臂30进一步包括固定座301及安装在固定座301上且罩设于其他零件上的外壳302。第二马达32、第三马达34及轴承组件40均固定安装在固定座301上，丝杆36通过一连接座(未标示)可转动地安装在固定座301上，上述设计可使小臂30的整体重心较低且较为靠近大臂20，以减少惯量、增强刚性。传动装置35包括第一带轮351、第二带轮353及皮带355。第一带轮351套设固定于第三转轴33。第二带轮353套设并固定在丝杆36底端。皮带355分别与第一带轮351和第二带轮353相连，并可将动力从第一带轮351传递到第二带轮353。
为了保证螺母37沿丝杆36轴向运动时的精度，小臂30进一步包括导轨座361、导轨363、连接板371及滑块373。导轨座361固设于固定座301上且位于第三马达34与丝杆36之间，以尽量节约内部空间。导轨363大致为与丝杆36平行的长条，其通过多个螺钉364固定在导轨座361上。连接板371一端套设并固定于螺母37，并且与滑块373固定。第四马达38固定安装在连接板371的另一端。滑块373可活动的卡合于导轨363，且当螺母37沿丝杆36轴向运动时，滑块373可沿导轨363滑动。为了防止螺母37向上运动时从丝杆36顶部脱落，丝杆36顶端上固设有可与螺母37相抵的挡块365。本实施例中，丝杆36为滚珠丝杆，螺母37为滚珠螺母。
为了降低第四马达38的转速并提高输出力矩，第三小臂30进一步包括减速机381。减速机381固定在连接板371上并设于第四马达38与第四转轴39之间。本实施例中，第四马达38为低惯量的伺服马达，减速机381为实心轴谐波减速机。
第四转轴39末端开设有连接孔391。各类末端执行器，例如夹具、探测装置、刀具等可通过连接孔391与第四转轴39相连。
请参阅图5，轴承组件40包括直线轴承41、套筒43、两个滚动轴承45及两个卡环47。第四转轴39穿设于直线轴承41。第四转轴39与直线轴承41之间的轴向摩擦力较小，因此第四转轴39可在直线轴承41内沿轴向上下滑动。直线轴承41上下两端的外侧壁上各开设有一个环形卡槽411。两个卡环47分别卡入两个卡槽411内。套筒43套设于直线轴承41上，且位于两个卡环47之间。由此，套筒43与直线轴承41固定在一起。套筒43上下两端分别开设有阶梯状的卡合槽431。两个滚动轴承45分别套设于套筒43两端，且滚动轴承45的内圈卡合固定于卡合槽431。滚动轴承45的外圈与固定座301固定。滚动轴承45的内外圈之间的摩擦力小于第四转轴39与直线轴承41之间的摩擦力。本实施例中，滚动轴承45为成本较低的深沟球轴承。
以下仅介绍小臂30的动作情况，机器人100其余机构，例如基座10、大臂20的动作情况与现有机器人相似。当需要第四转轴39做直线运动时，第三马达34驱动第三转轴33旋转，带动第一带轮351旋转，并经由皮带355带动第二带轮353旋转，最终带动丝杆36旋转。套设于丝杆36上的螺母37带动连接板371沿丝杆36轴向运动，由此带动第四马达38、减速机381及第四转轴39一起做直线运动，并且带动滑块373沿导轨363滑动。由于第四转轴39与直线轴承41之间的轴向摩擦力较小，因此第四转轴39可在直线轴承41内沿轴向运动。当需要第四转轴39做旋转运动时，第四马达38经过减速机381减速后驱动第四转轴39转动。第四转轴39转动时，由于第四转轴39与直线轴承41之间的摩擦力大于滚动轴承45内外圈之间的摩擦力，因此直线轴承41及套筒43将和第四转轴39形成一个整体在滚动轴承45的限制下相对固定座301旋转。
与传统的机器人相比，本实施例的第四转轴39与第四马达38直接驱动相连，省略传统的带轮、花键等传动机构，因此精度较高、刚度较好、响应速度快。实验证明，本实施例的机器人100的最大负载为20千克，且容许有100mm以上的偏心量。
可以理解，滚动轴承45也可为深沟球轴承，例如可为角接触球轴承、圆柱滚子轴承等；滚动轴承45的数量也可为一个或多于两个。如果轴承组件40的直线轴承41直接与滚动轴承45相连，套筒43也可省略。如果第四转轴39与直线轴承41之间的摩擦力小于滚动轴承45的摩擦力，则第四转轴39在直线轴承41内转动。
如果第四马达38的转速较低，减速机381也可省略。如果丝杆36顶端与小臂30的固定座301固定，导轨363、导轨座361及滑块373也可省略。
本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种平面关节型机器人，包括：
基座，其上设有第一转轴及驱动该第一转轴旋转的第一马达；
大臂，其一端通过该第一转轴可转动地与该基座连接；
小臂，其包括第二转轴及驱动该第二转轴的第二马达，该小臂通过该第二转轴可转动地与该大臂另一端相连；
其特征在于：该小臂还包括固定该第二马达的固定座、与该固定座固定的第三马达、由该第三马达驱动的第三转轴、与该固定座活动相连的丝杆、连接该第三转轴与该丝杆的传动装置、与该丝杆活动相连的螺母、与该螺母固定相连的第四马达、由该第四马达驱动的第四转轴及设于该固定座且供该第四转轴穿设的轴承组件。
2.如权利要求1所述的平面关节型机器人，其特征在于：该小臂还包括导轨和滑块，该导轨相对该固定座固定且与该丝杆平行，该滑块与该螺母固定相连，该滑块与该导轨活动相连，并可沿该导轨滑动。
3.如权利要求2所述的平面关节型机器人，其特征在于：该小臂还包括导轨座，该导轨座固设于该固定座上且位于该第三马达及该丝杆之间，该导轨固定在该导轨座上。
4.如权利要求2所述的平面关节型机器人，其特征在于：该小臂还包括连接板，该滑块及该第四马达均通过该连接板与该螺母固定相连。
5.如权利要求1所述的平面关节型机器人，其特征在于：该小臂还包括减速机，该第四转轴通过该减速机与该第四马达相连，该减速机为实心轴谐波减速机。
6.如权利要求1所述的平面关节型机器人，其特征在于：该轴承组件包括直线轴承、套筒及滚动轴承，该第四转轴穿设于该直线轴承，该套筒套设并固定于该直线轴承，该滚动轴承设于该套筒与该固定座之间。
7.如权利要求6所述的平面关节型机器人，其特征在于：该直线轴承、该套筒及该第四转轴形成一个整体相对该固定座旋转。
8.如权利要求7所述的平面关节型机器人，其特征在于：该直线轴承两端的侧壁上分别开设有一个卡槽，该轴承组件还包括两个卡环，该两个卡环分别卡入该两个卡槽内，且该套筒位于该两个卡环之间。
9.如权利要求8所述的平面关节型机器人，其特征在于：该滚动轴承为深沟球轴承。
10.如权利要求1所述的平面关节型机器人，其特征在于：该第四马达为低惯量伺服马达。
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