CN104924299B - 适用于狭小运动空间的scara机械手臂群 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于狭小运动空间的SCARA机械手臂群，至少包括一个SCARA机械手臂，SCARA机械手臂包括基座，驱动大臂旋转和小臂旋转的驱动组件同轴位于基座的内腔；大臂垂直于基座轴心线O1平面内做旋转运动；小臂垂直于大臂轴心线O2平面内做旋转运动；执行部将R轴旋转驱动和Z轴直线驱动同轴共线设置，中空滚珠丝杠及花键一体轴穿过R轴旋转驱动中心和Z轴直线驱动中心做旋转和上下的直线移动；柔性管路组件提供执行部的电源及气源；上述多个大小不同的SCARA机械手臂协同工作构成SCARA机械手臂群。本发明的优点是紧凑、小巧，特别适用于空间环境非常狭小的生产线中、小圆形生产线或用于多平行SCARA机械手臂交叉共同作业的狭小环境中使用。

Description

适用于狭小运动空间的SCARA机械手臂群

技术领域

本发明涉及一种简洁外形，适用于狭小运动空间的SCARA机械手臂群。

背景技术

目前市场上主流的SCARA机械手臂结构如图1所示，大多数SCARA机械手臂的R轴和Z轴为分别两套驱动机构进行驱动，并平行排列设置。分别设置的一根旋转R轴和一根Z轴直线移动滚珠丝杠使得其重量和占空体积均较大。Y轴的旋转驱动机构设置于大臂与小臂结合部的上方，同样增大了该平行臂机器人的占空体积。而且其体积较大的上部罩壳和输电线及导气管等将大臂、小臂上部空间尽数占掉。导致此类型的平行臂机器人在工作时其大、小平行臂上部空间不能有任何机构和物体存在，其只能在相对宽松的空间环境中工作。

当在相对狭小或小圆环形生产线的空间环境中，由多个大小不同的SCARA机械手臂协同工作时，则需要一种外形简洁且运动空间少障碍的SCARA机械手臂。特别是该机械手臂的大臂上部留出充足的空间，以让交叉于其大臂之上的另一个SCARA机械手臂在其上部运动，以实现共同协作完成特定的工作任务。这是需要着重改善的地方。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是要提供一种能够在空间相对狭小的或小圆形生产线的环境中，可采用多个大小不同的SCARA机械手臂协同工作的SCARA机械手臂群。

为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种适用于狭小运动空间的SCARA机械手臂群，至少包括一个SCARA机械手臂，所述一个SCARA机械手臂包括

基座，驱动大臂旋转和小臂旋转的驱动组件同轴位于基座的内腔；为了减小体积将X轴中空伺服电机和Y轴中空伺服电机均设置于基座的空腔中，并由这两个共轴的空心伺服电机分别驱动X轴和Y轴；

大臂，垂直于基座轴心线O₁平面内做旋转运动，带动小臂及前端的执行部进行位置移动；

小臂，垂直于大臂轴心线O₂平面内做旋转运动，通过带轮传动机构与基座内的驱动组件连接，带动前端的执行部做位移运动；

执行部，其将R轴旋转驱动和Z轴直线驱动同轴共线设置，R轴旋转驱动位于Z轴直线驱动的下方，中空滚珠丝杠及花键一体轴穿过R轴旋转驱动中心和Z轴直线驱动中心做旋转和上下的直线移动；

柔性管路组件，其一端与基座连接，另一端与执行部连接，提供执行部的电源及气源；

上述多个大小不同的SCARA机械手臂协同工作构成SCARA机械手臂群。其中，Y轴的旋转驱动由基座中的Y轴中空伺服电机进行驱动并由带轮传动机构将运动传递给小臂。去除了所有大臂上部空间和部分小臂上部空间的机械结构，使得该SCARA机械手臂可用于多平行臂SCARA机械手臂交叉共同作业的非常狭小的空间环境或小圆形生产线环境中。

所述的执行部包括电磁离合器、中空滚珠丝杠副、Z轴伺服电机、Z轴控制旋变、R轴控制旋变、R轴伺服电机、R轴谐波齿轮减速器和中空花键副；电磁离合器的静铁芯组件下端外圆止口与Z轴电机机壳上端的内圆止口定位安装；电磁离合器的A转轴下端内圆止口与滚珠丝杠副螺母的外圆定位安装在一起；B转轴中心部位设有与滚珠丝杠副的中空滚珠丝杠及花键一体轴上的直凹槽相配的凸键，该B转轴沿中空滚珠丝杠及花键一体轴2c的直凹槽上下自由滑动，且周向间隙小。

所述电磁离合器B转轴的上下两端面各设有一圈滚珠沟道；上滚珠沟道中设置了一组钢球及保持架组件，并与滚珠沟道支架组合成一端面的轴向轴承结构；下滚珠沟道中也设置了一组钢球及保持架组件，并与A转轴上端面的滚珠沟道组成另一端面的轴向轴承结构，双轴向轴承结构限制B转轴上下的轴向移动，且不限制其周向的旋转运动。

所述双轴向轴承结构的轴向力预加力机构包括罩壳、弹性波纹垫圈、罩壳盖板和滚珠沟道支架，置于滚珠沟道支架上部的弹性波纹垫圈及罩壳盖板在所述双轴向轴承结构上施加压力，确保B转轴在旋转运动中的轴向零位移。

所述B转轴的中间为带有与中空滚珠丝杠及花键一体轴上的直凹槽相配合的凸键圆孔，凸键及凸键圆孔的两端面进行倒圆，B转轴上、下两端面各设有一圈滚珠沟道，其下端面外圈设置有一放置弹簧片e的浅槽。

所述Z轴伺服电机的Z轴电机转子组件为中空型转子，其一端设有与中空滚珠丝杠及花键一体轴的螺母2b外圆相配合的内圆，其内圆表面开有数圈储胶槽；其另一端设有与Z轴控制旋变的Z轴旋变内转子组件配合的外圆止口和安装螺钉孔。

所述的R轴电机转子组件为中空型转子，其一端设有与R轴控制旋变R轴旋变内转子组件配合的外圆止口和安装螺钉孔，另一端设有与R轴谐波齿轮减速器的R轴减速器波发生器相配合的轴伸安装外圆止口和外螺纹，R轴减速器波发生器安装于R轴电机转子组件上，并用波发生器紧固螺母固紧。

所述R轴谐波齿轮减速器上的R轴减速器刚轮与花键副上的花键毂的薄壁联轴器为圆环薄壁结构，其圆环薄壁厚度直径为0.003～0.010cm，圆环薄壁的轴向长度L为圆环薄壁厚度t的24t～32t。

所述基座内腔中驱动大臂旋转和小臂旋转的驱动组件包括X轴旋转运动和Y轴旋转运动，X轴旋转运动和Y轴旋转运动同轴共线设置，X轴旋转驱动位于Y轴旋转驱动的上方或下方。

Y轴的旋转驱动由基座中的Y轴伺服电机进行驱动并由带轮传动机构将运动传递给小臂，去除了所有大臂上部空间和部分小臂上部空间的机械结构，使得该SCARA机械手臂可用于多平行臂SCARA机械手臂交叉共同作业的非常狭小的空间环境或小圆形生产线环境中。

所述Y轴旋转驱动包括Y轴伺服电机和Y轴控制旋变，Y轴电机输出轴与Y轴电机转子组件上端的内圆定位配合，底部凸台上的螺钉紧固联接成一体组合轴。

所述一体组合轴上端部分由Y轴电机输出轴轴承支撑，下端部分由Y轴电机转子组件下端的Y轴电机转子轴承支撑，轴向间隙由调整垫圈调合适后，用弹性卡圈卡住；在Y轴电机转子组件下端的Y轴电机转子轴承周边设置防止轴向超定位的弹性波纹环带，在Y轴电机转子组件下端的Y轴电机转子轴承的上方设置一轴承端面波纹垫。

所述弹性波纹环带为一金属薄钢带压制的具有多弹性波纹特性的可弯曲钢带。

所述柔性管路组件包括螺固于Z轴电机机壳和R轴电机机壳上的引线盒、锥形管路接头、锥形锁紧螺母、柔性波纹管、柔性波纹管固定卡座、弯管接头、弯管、锥形弯管锁紧螺母和锥形弯管路接头，柔性波纹管设置于大臂上方的带轮传动机构盒盖上，并平行于大臂。

所述柔性波纹管中设有用于R轴和Z轴驱动控制的电源和气源管路，并用两个柔性波纹管固定卡座固定于基座轴心线O₁和大臂轴心线O₂对应的大臂上方的带轮传动机构盒盖上，并用柔性波纹管固定卡座螺钉锁紧。

所述柔性波纹管固定卡座的形状为倒“U”形，并在内腔两端进行大圆角倒圆。

本发明集旋转与直线运动为一身，并带有数条直槽的中空滚珠丝杠及花键一体轴实现R轴的旋转和Z轴的直线移动，并由共轴的R轴中空伺服电机和Z轴中空伺服电机分别作旋转驱动和直线驱动。

本发明的优越功效在于：

1)本发明使得平行机械手臂群的更加紧凑、小巧，它是一种外形简洁且运动空间少障碍的SCARA机械手臂群；

2)本发明的电磁离合器解决了中空滚珠丝杠及花键一体轴的滚珠丝杠与其滚珠丝杠螺母的分离和联动的问题，即：中空滚珠丝杠及花键一体轴与滚珠丝杠螺母既可各自单独旋转运动，又可两者绑定旋转运动，且在旋转运动中不影响中空滚珠丝杠及花键一体轴的上下位移运动；

3)本发明驱动大、小臂运动的机构和装置均同轴设置于基座中，其执行部驱动R轴旋转和Z轴直线运动的机构和装置均同轴设置于R轴电机机壳和Z轴电机机壳组成的空间中。大臂全部的上部空间和小臂部分的上部空间均无任何机构存在。因此，本机械手臂非常适用于相对狭小或小圆环形生产线的空间环境中，且由多个大小不同的SCARA机械手臂协同工作的狭小环境中。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为目前市场上的主流SCARA机械手臂结构图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明结构分类简图；

图4为本发明SCARA机械手臂中的R轴及Z轴驱动组合结构图；

图5为本发明SCARA机械手臂中柔性管路组件和带轮传动机构结构图；

图6为本发明SCARA机械手臂中的X轴及Y轴驱动组合结构图；

图7为本发明电磁离合器中的B转轴的正、反面结构图；

图8为本发明弹性波纹环带的三维结构图；

图9本发明柔性管路组件中柔性波纹管固定卡座的结构图；

图2中标号说明：

9—小臂； 10—柔性管路组件；

12—大臂； 13—带轮传动机构；

19—基座； 20—执行部；

图3中标号说明：

1—电磁失电制动器； 2—中空滚珠丝杠副；

3—Z轴中空伺服电机； 4—Z轴控制旋变；

5—R轴控制旋变； 6—R轴中空伺服电机；

7—R轴中空谐波齿轮减速器； 8—中空花键副。

9—小臂； 10—柔性管路组件；

11—Y轴中空谐波齿轮减速器； 12—大臂；

13—带轮传动机构； 14—X轴中空谐波齿轮减速器；

15—X轴中空伺服电机； 16—X轴控制旋变；

17—Y轴控制旋变； 18—Y轴中空伺服电机；

19—基座；

图4中标号说明：

1a—罩壳； 1b—静铁芯组件；

1c—A转轴； 1d—摩擦盘；

1e—弹簧片； 1f—B转轴；

1g—防尘油毡； 1h—钢球及保持架组件；

1i—弹性波纹垫圈； 1j—滚珠沟道支架；

1k—罩壳盖板； 2a—滚珠丝杠副轴承外圈；

2b—滚珠丝杠副螺母； 2c—中空滚珠丝杠及花键一体轴；

3a—Z轴电机转子组件； 3b—Z轴电机定子；

3c—Z轴电机转子轴承； 3d—Z轴电机转子压板；

3e—Z轴电机定子压圈； 3f—Z轴电机机壳；

4a—Z轴旋变内转子组件； 4b—Z轴旋变外定子组件；

5a—R轴旋变内转子组件； 5b—R轴旋变外定子组件；

6a—R轴电机定子压圈； 6b—R轴电机转子压板；

6c—R轴电机转子轴承； 6d—R轴电机转子组件；

6e—R轴电机定子； 6f—R轴电机机壳；

7a—R轴减速器柔轮定子组件； 7b—R轴减速器刚轮；

7c—R轴减速器波发生器； 7d—波发生器紧固螺母；

8a—薄壁联轴器； 8b—花键副机壳；

8c—花键副端盖； 8d—花键副轴承外圈；

8e—花键毂；

图5中标号说明：

9—小臂； 10a—引线塞；

10b—引线盒； 10c—锥形管路接头；

10d—锥形锁紧螺母； 10e—柔性波纹管；

10f—柔性波纹管固定卡座； 10g—柔性波纹管固定卡座螺钉；

10h—弯管接头； 10i—弯管；

10j—锥形弯管锁紧螺母； 10k—锥形弯管路接头；

11a—Y轴减速器刚轮； 11b—Y轴减速器波发生器；

11c—Y轴减速器输入轴； 11d—Y轴减速器小轴承；

11e—Y轴减速器大轴承； 11f—Y轴减速器柔轮定子组件；

12—大臂； 13a—带轮机构盒盖螺钉；

13b—带轮机构盒盖“O”型密封圈； 13c—带轮组件；

13d—带轮机构盒盖； 13e—齿形皮带；

14c—X轴减速器刚轮； 14d—X轴减速器柔轮定子组件；

15a—X轴电机机壳； 15d—X轴电机转子组件；

18d—Y轴电机输出轴。

图6中标号说明：

14a—X轴波发生器紧固螺母； 14b—X轴减速器波发生器；

14c—X轴减速器刚轮； 14d—X轴减速器柔轮定子组件；

15a—X轴电机机壳； 15b—X轴电机转子大轴承；

15c—X轴电机定子； 15d—X轴电机转子组件；

15e—X轴电机转子小轴承； 15f—X轴电机定子压圈；

15g—X轴电机转子压板； 16a—X轴旋变内转子组件；

16b—X轴旋变外定子组件； 17a—Y轴旋变内转子组件；

17b—Y轴旋变外定子组件； 18a—Y轴电机定子压圈；

18b—Y轴电机定子； 18c—Y轴电机输出轴；

18d—Y轴电机转子组件； 18e—Y轴电机机壳；

18f—Y轴电机转子轴承； 18g—弹性波纹环带；

18h—Y轴电机后端盖； 18i—轴承端面波纹垫；

18j—孔用弹性卡圈； 18k—调整垫圈；

18m—Y轴电机输出轴轴承； 19—基座。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

下面结合附图详细说明本发明的实施例。

图2和图3示出了本发明实施例的结构示意图。如图2-图5所示，本发明提供了一种适用于狭小运动空间的SCARA机械手臂群，至少包括一个SCARA机械手臂，所述一个SCARA机械手臂包括执行部20、小臂9、柔性管路组件10、Y轴谐波齿轮减速器11、大臂12、带轮传动机构13、X轴中空谐波减速器14、X轴中空伺服电机15、X轴控制旋变16、Y轴控制旋变17、Y轴中空伺服电机18和基座19。

所述基座19，驱动大臂12旋转和小臂9旋转的驱动组件同轴位于基座19的内腔；为了减小体积将X轴中空伺服电机15和Y轴中空伺服电机18均设置于基座19的空腔中，并由这两个共轴的空心伺服电机分别驱动X轴和Y轴；

所述大臂12，垂直于基座19轴心线O₁平面内做旋转运动，带动小臂9及前端的执行部20进行位置移动；

所述小臂9，垂直于大臂12轴心线O₂平面内做旋转运动，通过带轮传动机构13与基座19内的驱动组件连接，带动前端的执行部20做位移运动；

所述执行部20包括电磁离合器1、滚珠丝杠副2、Z轴中空伺服电机3、Z轴控制旋变4、R轴控制旋变5、R轴中空伺机服电机6、R轴中空谐波齿轮减速器7和花键副8。执行部20将R轴旋转驱动和Z轴直线驱动同轴共线设置，R轴旋转驱动位于Z轴直线驱动的下方，中空滚珠丝杠及花键一体轴2c穿过R轴旋转驱动中心和Z轴直线驱动中心做旋转和上下的直线移动；

所述柔性管路组件10，其一端与基座19连接，另一端与执行部20连接，提供执行部的电源及气源；

上述多个大小不同的SCARA机械手臂协同工作构成SCARA机械手臂群。

所述的电磁离合器1如图4所示，电磁离合器1的静铁芯组件1b的下端外圆止口与Z轴电机机壳3f上端的内圆止口定位安装，并处于一静止的无旋转运动状态。电磁离合器的A转轴1c下端内圆止口与滚珠丝杠副螺母2b的外圆定位安装在一起。B转轴1f中心部位设计有与滚珠丝杠副2的中空滚珠丝杠及花键一体轴2c上的直凹槽相配的凸键，该B转轴1f可沿中空滚珠丝杠及花键一体轴2c的直凹槽上下自由滑动，且周向间隙小。

如图7所示，B转轴1f的上下两端面各设有一圈滚珠沟道，在上滚珠沟道中设置了一组钢球及保持架组件1h，并与滚珠沟道支架1j组合成一端面的轴向轴承结构。它的下端面的滚珠沟道中也设置了一组钢球及保持架组件1h并与A转轴1c上端面的滚珠沟道组成另一端面的轴向轴承结构。这样的双轴向轴承结构限制了B转轴1f上下的轴向移动且不限制其周向的旋转运动。

置于滚珠沟道支架1j上部的弹性波纹垫圈1i及罩壳盖板1k在上述双轴向轴承结构上施加了一适当的轴向压力，以确保B转轴1f在旋转运动中的轴向零位移。弹簧片1e上端面与B转轴1f端面螺钉连接，下端面与摩擦盘1d铆钉铆接组成一B转轴组件。

当静铁芯组件1b未通电时，则在A转轴1c的上端面没有产生电磁吸引力。因而，摩擦盘1d在弹簧片1e的回复力下紧靠B转轴1f端面并在摩擦盘1d与A转轴1c的结合端面露出一工作间隙。此时的B转轴1f与A转轴1c处于分离状态，各自的旋转运动不受对方干扰。即：中空滚珠丝杠及花键一体轴2c与滚珠丝杠副螺母2b可各自作旋转运动互不干扰，此时滚珠丝杠副螺母2b也可旋转并使得中空滚珠丝杠及花键一体轴2c获得上下轴向的运动。此时中空滚珠丝杠及花键一体轴2c与滚珠丝杠副螺母2b同时旋转时则在旋转方向上对中空滚珠丝杠及花键一体轴2c轴向移动上产生一加减运动，视其旋向相同或相异而定。

当静铁芯组件1b通电时，则在A转轴1c的上端面产生电磁吸引力将摩擦盘1d吸引并压靠A转轴1c上的摩擦片，使得B转轴1f与A转轴1c联接在一起。从而将中空滚珠丝杠及花键一体轴2c与滚珠丝杠副螺母2b固接在一起。此时R轴减速器刚轮7b可驱动中空滚珠丝杠及花键一体轴2c并带动滚珠丝杠副螺母2b一起旋转而没有Z轴轴向移动。

所述的Z轴电机转子组件3a为中空型转子，如图4所示。其上端设有易于与中空滚珠丝杠副2的滚珠丝杠副螺母2b下端外圆相配合的内圆，其内圆表面开有数圈储胶槽，其与滚珠丝杠副螺母2b下端内圆配合时采用紧配与粘接相结合的方式，方便装配及结合可靠。其另一端设计有与Z轴控制旋变4的Z轴旋变内转子组件4a配合的外圆止口、安装螺钉孔，以便Z轴旋变内转子组件4a定位安装在其下端。而且还设有安装轴承的轴承挡，将Z轴电机转子轴承3c安装于其轴承挡上，支撑Z轴电机转子组件3a。

Z轴电机定子3b压入Z轴电机机壳3f后由Z轴电机定子压圈3e轴向过盈压紧。Z轴电机转子组件3a上端与滚珠丝杠副螺母2b安装配合后，借用滚珠丝杠副2b的滚动轴承作为上端支撑的轴承，下端则由Z轴电机转子轴承3c作下端支撑，以支撑Z轴电机转子组件3a作旋转运动。Z轴电机转子组件3a的轴向间隙用调整垫圈置于Z轴电机转子轴承3c下方进行调节，合适后由Z轴电机转子压板3d锁紧。

所述的Z轴旋变内转子组件4a与Z轴电机转子组件3a下端的外圆止口定位配合安装，用紧固螺钉锁紧。

Z轴旋变外定子组件4b外圆止口与Z轴电机定子压圈3e的内圆定位安装，以确保其与Z轴电机转子组件3a轴心线的同轴，安装后用紧固螺钉锁紧。

所述的R轴电机定子6e压入R轴电机机壳6f后由R轴电机定子压圈6a轴向过盈压紧。

R轴电机转子组件6d为中空型转子，如图4所示。其上端设有易于与R轴旋变内转子组件5a内圆配合的外圆止口，与R轴旋变内转子组件5a内圆定位安装，并紧固螺钉锁紧。其上端还设有安装轴承的轴承挡，R轴电机转子轴承6c安装于其轴承挡上，支撑R轴电机转子组件6d的上端部分。其下端设有安装轴承的轴承挡，R轴电机转子轴承6c即安装其轴承挡上。其最下端设有外圆轴挡和外螺纹，R轴减速器波发生器7c即安装在其外圆轴挡上，采用R轴减速器波发生器紧固螺母7d锁紧。

所述的R轴旋变外定子组件5b外圆止口与R轴电机定子压圈6a的内圆定位安装，以确保其与R轴电机转子组件6d轴心线的同轴，安装后用紧固螺钉锁紧。

所述的R轴减速器柔轮定子组件7a的柔轮外圆与R轴电机机壳6f的内圆定位配合安装，用螺钉紧固完成R轴中空谐波齿轮减速器7的安装，如图4所示。

薄壁联轴器8a下端的内圆与花键毂8e上端的外圆配合安装，螺钉紧固。薄壁联轴器8a上端的内圆与R轴减速器刚轮7b外圆配合安装，螺钉锁紧。薄壁联轴器8a的薄壁结构保证了该联轴器在花键毂8e轴线与R轴减速器刚轮7b轴线存在微小不同轴的情况下正常工作。

所述的花键副8中的花键副轴承外圈8d下端外圆与花键副端盖8c的内圆定位安装，由螺钉锁紧。

花键副机壳8b内圆与花键副端盖8c的外圆定位安装，侧面螺钉锁紧。

所述的制动器罩壳1a、Z轴电机机壳3f、R轴电机机壳6f、花键副机壳8b和花键副端盖8c组合装配并用螺钉紧固后形成完整的封闭空间，以取代市场中流行的体积庞大的机械臂前端罩壳，如图4所示。

所述的柔性管路组件10包括螺钉紧固于Z轴电机机壳3f和R轴电机机壳6f上的引线盒10b、锥形管路接头10c、锥形锁紧螺母10d、柔性波纹管10e、柔性波纹管固定卡座10f(如图9所示)、弯管接头10h、弯管10i、锥形弯管锁紧螺母10j和锥形弯管路接头10k。如图5所示。

其中锥形管路接头10c左端的外锥螺纹与引线盒10b上的内锥螺纹联接，实现固联。

锥形锁紧螺母10d将柔性波纹管10e的左端经扩张成圆锥形的管口锁紧在锥形管路接头10c的圆锥形表面上，达到密封联接的效果。

柔性波纹管10e的右端圆管与弯管10i用弯管接头10h进行连接，在各件相互的配合处涂粘接剂进行粘接。

锥形弯管锁紧螺母10j将弯管10i的下端经扩张成圆锥形的管口锁紧在锥形弯管路接头10k的圆锥形表面上，达到密封联接的效果。

锥形弯管路接头10k左端的外锥螺纹与底座19上的内锥螺纹联接，实现固联。

所述的Y轴减速器柔轮定子组件11f定位安装于大臂12的定位内圆上，用螺钉与大臂12固联。Y轴中空谐波齿轮减速器11的Y轴减速器刚轮11a定位安装于小臂9的定位内圆上与小臂9固联。Y轴减速器大轴承11e和Y轴减速器小轴承11d如附图5装配在Y轴减速器输入轴11c上。且Y轴减速器大轴承11e和Y轴减速器小轴承11d分别装配于大臂12的轴承室内和小臂9的轴承室外内。其中段的轴挡与Y轴减速器波发生器11b装配连接，输入驱动力，带动小臂9旋转运动。如图5所示。

所述的带轮传动机构13包括带轮组件13c、齿形皮带13e、带轮机构盒盖13d、带轮机构盒盖“O”型密封圈13b和带轮机构盒盖螺钉13a。

带轮组件13c用键销分别与Y轴电机输出轴18d和Y轴减速器输入轴11c连接，齿形皮带13e将旋转动力从Y轴电机输出轴18d传输至Y轴减速器输入轴11c。如图5所示。

为了对运动中的带轮组件13c和齿形皮带13e进行安全防护，将带轮机构盒盖13d罩在其上并用带轮机构盒盖螺钉13a固定在大臂12上方。带轮机构盒盖“O”型密封圈13b置于大臂12上的“O”型槽内，由带轮机构盒盖13d下端的突出部压紧带轮传动机构盒盖“O”型密封圈13b进行密封保护。

所述的X轴减速器柔轮定子组件14d的柔轮端部外圆定位安装于X轴电机机壳15a的内圆止口中。输出转矩的X轴减速器刚轮14c的外圆止口定位安装于大臂12的内圆止口上，将X轴中空伺服电机15的输出转矩传递给大臂12。如图5所示。

所述的X轴电机转子组件15d为中空型转子，如图6所示。其上端中部设有安装轴承的轴承挡，X轴电机转子大轴承15b就安装于其轴承挡上并支撑X轴电机转子组件15d的上端部分。其最上端设有外圆轴挡和外螺纹，X轴减速器波发生器14b即安装其外圆轴挡上，采用X轴波发生器紧固螺母14a锁紧。

X轴电机转子组件15d的下端设有易于与X轴旋变内转子组件16a内圆配合的外圆止口，与X轴旋变内转子组件16a内圆定位安装，并用紧固螺钉锁紧。

X轴电机定子15c压入X轴电机机壳15a后由X轴电机定子压圈15f轴向过盈压紧。

X轴电机转子组件15d上端由X轴电机转子大轴承15b作支撑轴承。下端则由X轴电机转子小轴承15e作支撑轴承，以支撑X轴电机转子组件15d作旋转运动。X轴电机转子组件15d的轴向间隙用调整垫圈置于X轴电机转子小轴承15e的外圈下方进行调节，合适后由X轴电机转子压板15g锁紧。

所述的X轴旋变外定子组件16b外圆止口与X轴电机定子压圈15f的内圆定位安装，以确保其与X轴电机转子组件15d轴心线的同轴，安装后用紧固螺钉锁紧。所述的Y轴电机定子18c压入Y轴电机机壳18f后由Y轴电机定子压圈18b轴向过盈压紧。如图6所示。

所述的Y轴电机转子组件18d其上端设有易于与Y轴旋变内转子组件17a内圆配合的外圆止口，与Y轴旋变内转子组件17a内圆定位安装，并用紧固螺钉锁紧。Y轴旋变外定子组件17b外圆止口与Y轴电机定子压圈18a的内圆定位安装，以确保其与Y轴电机转子组件18d轴心线的同轴，安装后用紧固螺钉锁紧。

所述的Y轴电机转子组件18d为中空型转子。其上端的轴承挡安装了Y轴电机转子轴承18f并置于Y轴电机定子压圈18a的内圆中支撑起Y轴电机转子组件18d的上端部分。其下端的外轴承挡与下端的Y轴电机转子轴承18f配合安装。其轴承外圈放置一弹性波纹环带18g，如图8所示。下端的Y轴电机转子轴承18f的上面设有一轴承端面波纹垫18i。用Y轴电机后端盖18h将Y轴电机转子组件18d安装于Y轴中空伺服电机内腔内。

Y轴电机输出轴18c与Y轴电机转子组件18d上端的内圆定位配合，底部凸台上的螺钉紧固联接。Y轴电机输出轴18c的上部轴承挡上安装有一Y轴电机输出轴轴承18m。采用在Y轴电机输出轴轴承18m上方放置调整垫圈18k将其轴向间隙调整合适后，用弹性卡圈18j卡住。

此时的Y轴电机输出轴18c由两个Y轴电机转子轴承18f和一个Y轴电机输出轴轴承18k进行支撑。采用在一Y轴电机转子轴承18f外圈放置一弹性波纹环带18g的方法消除其径向超定位问题。采用在另一Y轴电机转子轴承18f的上面设置轴承端面波纹垫的方法消除轴向超定位问题。

所述的大、小臂驱动部安装成组件后，以X轴电机机壳15a上端的外圆止口定位安装于基座19上端的内圆止口内。如图6所示。

本发明将传统的R轴、Z轴均合二为一，并将R轴的旋转驱动和Z轴的直线驱动及位置传感等器件均共轴设计。由减小了的电机机壳取代了以前庞大的罩壳并高度集成了SCARA机械手臂运动前部执行部。同样将X轴和Y轴的旋转驱动及位置传感共轴设计，并将Y轴的旋转驱动通过带轮传动机构驱动小臂。因此，大臂上部空间和小臂的部分上部空间均无任何机械结构。特别适用于空间环境非常狭小的生产线中、小圆形生产线或用于多平行SCARA机械手臂交叉共同作业的狭小环境中使用。

以上所述仅为本发明的优先实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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内之内。

Claims (14)

1.一种适用于狭小运动空间的SCARA机械手臂群，其特征在于：至少包括一个SCARA机械手臂，所述一个SCARA机械手臂包括

基座，驱动大臂旋转和小臂旋转的驱动组件同轴位于基座的内腔；

大臂，垂直于基座轴心线(O₁)平面内做旋转运动，带动小臂及前端的执行部进行位置移动；

小臂，垂直于大臂轴心线(O₂)平面内做旋转运动，通过带轮传动机构与基座内的驱动组件连接，带动前端的执行部做位移运动；

执行部，其将R轴旋转驱动和Z轴直线驱动同轴共线设置，R轴旋转驱动位于Z轴直线驱动的下方，中空滚珠丝杠及花键一体轴穿过R轴旋转驱动中心和Z轴直线驱动中心做旋转和上下的直线移动；

柔性管路组件，其一端与基座连接，另一端与执行部连接，提供执行部的电源及气源；

多个大小不同的SCARA机械手臂协同工作构成SCARA机械手臂群；

其中，所述的执行部包括电磁离合器、中空滚珠丝杠副、Z轴伺服电机、Z轴控制旋变、R轴控制旋变、R轴伺服电机、R轴谐波齿轮减速器和中空花键副；电磁离合器的静铁芯组件下端外圆止口与Z轴电机机壳上端的内圆止口定位安装；电磁离合器的A转轴下端内圆止口与滚珠丝杠副螺母的外圆定位安装在一起；B转轴中心部位设有与滚珠丝杠副的中空滚珠丝杠及花键一体轴上的直凹槽相配的凸键，该B转轴沿中空滚珠丝杠及花键一体轴的直凹槽上下自由滑动，且周向间隙小。

2.根据权利要求1所述的适用于狭小运动空间的SCARA机械手臂群，其特征在于：所述电磁离合器B转轴的上下两端面各设有一圈滚珠沟道；上滚珠沟道中设置了一组钢球及保持架组件，并与滚珠沟道支架组合成一端面的轴向轴承结构；下滚珠沟道中也设置了一组钢球及保持架组件，并与A转轴上端面的滚珠沟道组成另一端面的轴向轴承结构，双轴向轴承结构限制B转轴上下的轴向移动，且不限制其周向的旋转运动。

3.根据权利要求2所述的适用于狭小运动空间的SCARA机械手臂群，其特征在于：所述双轴向轴承结构的轴向力预加力机构包括罩壳、弹性波纹垫圈、罩壳盖板和滚珠沟道支架，置于滚珠沟道支架上部的弹性波纹垫圈及罩壳盖板在所述双轴向轴承结构上施加压力，确保B转轴在旋转运动中的轴向零位移。

4.根据权利要求2所述的适用于狭小运动空间的SCARA机械手臂群，其特征在于：所述B转轴的中间为带有与中空滚珠丝杠及花键一体轴上的直凹槽相配合的凸键圆孔，凸键及凸键圆孔的两端面进行倒圆，B转轴上、下两端面各设有一圈滚珠沟道，其下端面外圈设置有一放置弹簧片的浅槽。

5.根据权利要求1所述的适用于狭小运动空间的SCARA机械手臂群，其特征在于：所述Z轴伺服电机的Z轴电机转子组件为中空型转子，其一端设有与中空滚珠丝杠及花键一体轴的螺母外圆相配合的内圆，其内圆表面开有数圈储胶槽；其另一端设有与Z轴控制旋变的Z轴旋变内转子组件配合的外圆止口和安装螺钉孔。

6.根据权利要求1所述的适用于狭小运动空间的SCARA机械手臂群，其特征在于：所述R轴伺服电机的转子组件为中空型转子，其一端设有与R轴控制旋变R轴旋变内转子组件配合的外圆止口和安装螺钉孔，另一端设有与R轴谐波齿轮减速器的R轴减速器波发生器相配合的轴伸安装外圆止口和外螺纹，R轴减速器波发生器安装于R轴电机转子组件上，并用波发生器紧固螺母固紧。

7.根据权利要求6所述的适用于狭小运动空间的SCARA机械手臂群，其特征在于：所述R轴谐波齿轮减速器上的R轴减速器刚轮与花键副上的花键毂的薄壁联轴器为圆环薄壁结构，其圆环薄壁厚度直径为0.003～0.010cm，圆环薄壁的轴向长度L为圆环薄壁厚度t的24～32倍。

8.根据权利要求1所述的适用于狭小运动空间的SCARA机械手臂群，其特征在于：所述基座内腔中驱动大臂旋转和小臂旋转的驱动组件包括X轴旋转驱动和Y轴旋转驱动，X轴旋转驱动和Y轴旋转驱动同轴共线设置，X轴旋转驱动位于Y轴旋转驱动的上方或下方。

9.根据权利要求1所述的适用于狭小运动空间的SCARA机械手臂群，其特征在于：所述Y轴旋转驱动包括Y轴伺服电机和Y轴控制旋变，Y轴电机输出轴与Y轴电机转子组件上端的内圆定位配合，底部凸台上的螺钉紧固联接成一体组合轴。

10.根据权利要求9所述的适用于狭小运动空间的SCARA机械手臂群，其特征在于：所述一体组合轴上端部分由Y轴电机输出轴轴承支撑，下端部分由Y轴电机转子组件下端的Y轴电机转子轴承支撑，轴向间隙由调整垫圈调合适后，用弹性卡圈卡住；在Y轴电机转子组件下端的Y轴电机转子轴承周边设置防止轴向超定位的弹性波纹环带，在Y轴电机转子组件下端的Y轴电机转子轴承的上方设置一轴承端面波纹垫。

11.根据权利要求10所述的适用于狭小运动空间的SCARA机械手臂群，其特征在于：所述弹性波纹环带为一金属薄钢带压制的具有多弹性波纹特性的可弯曲钢带。

12.根据权利要求1所述的适用于狭小运动空间的SCARA机械手臂群，其特征在于：所述柔性管路组件包括螺固于Z轴电机机壳和R轴电机机壳上的引线盒、锥形管路接头、锥形锁紧螺母、柔性波纹管、柔性波纹管固定卡座、弯管接头、弯管、锥形弯管锁紧螺母和锥形弯管路接头，柔性波纹管设置于大臂上方的带轮传动机构盒盖上，并平行于大臂。

13.根据权利要求12所述的适用于狭小运动空间的SCARA机械手臂群，其特征在于：所述柔性波纹管中设有用于R轴和Z轴驱动控制的电源和气源管路，并用两个柔性波纹管固定卡座固定于基座轴心线(O₁)和大臂轴心线(O₂)对应的大臂上方的带轮传动机构盒盖上，并用柔性波纹管固定卡座螺钉锁紧。

14.根据权利要求13所述的适用于狭小运动空间的SCARA机械手臂群，其特征在于：所述柔性波纹管固定卡座的形状为倒“U”形，并在内腔两端进行大圆角倒圆。