CN106272365A - 一种水平关节机器人z和r轴的传动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种水平关节机器人Z和R轴的传动机构，包括臂体、传动固定架、第一电机与第二电机、由第一电机驱动的花键轴以及由第二电机驱动的滚珠丝杠；花键轴与滚珠丝杠同轴设置且在滚珠丝杠丝杆内部轴向开设有用于插入花键轴的深沉孔；还包括设置于花键轴上、与滚珠丝杠一端匹配的花键螺母组件；实际操控过程中，通过调整第一电机与第二电机的运行方式，可以分别实现花键轴转动、滚珠丝杠上下运动且转动、以及花键轴不转动、滚珠丝杠上下运动且不自转以及花键轴转动、滚珠丝杠上下不运动且转动三种不同的运行模式，结构简单，成本显著降低。

Description

一种水平关节机器人Z和R轴的传动机构
[技术领域]
本发明涉及机器人传动技术领域，尤其涉及一种操控灵活，能够进行多种不同方式运行的水平关节机器人Z和R轴的传动机构。
[背景技术]
水平关节四轴机器人目前已经被非常广泛应用，在搬运、加工、装配等环境中有非常重要的作用，它本身具有动作灵活、结构紧凑、空间要求小、重复定位精度高等特点，能够精确、快速达到空间的一点。水平关节四轴机器人相对于六轴工业机器人来说具有体积小，灵活，成本低等优势，在未来工业流水线中被大量使用将会是必然趋势。加大对水平关节四轴机器人的研究也非常必要，目前国内外水平关节四轴机器人的主要品牌包括爱普生、雅马哈、库卡等企业。
目前市场上现有的水平关节四轴机器人的Z轴和R轴大多数都采用滚珠丝杠花键，滚珠丝杠花键是一种在滚珠丝杠上同时带有花键螺母和滚珠丝杠螺母，可以实现花键螺母轴向运动和滚珠丝杠螺母旋转运动的装置。滚珠丝杠花键精度很高，但价格非常昂贵。
为了解决上述问题，本领域的技术人员进行了大量的研发和实验，通过进行结构和运行模式的改进和改善，取得了较好的成绩，降低了制作成本，且保证多种运行方式的灵活切换。
[发明内容]
为克服现有技术所存在的问题，本发明提供一种操控灵活，能够进行多种不同方式运行的水平关节机器人Z和R轴的传动机构。
本发明解决技术问题的方案是提供一种水平关节机器人Z和R轴的传动机构，包括臂体、设置于臂体上的传动固定架、固定设置于传动固定架上的第一电机与第二电机、由第一电机驱动的花键轴以及由第二电机驱动的滚珠丝杠；所述花键轴与滚珠丝杠同轴设置且在滚珠丝杆内部轴向开设有用于插入花键轴的深沉孔；
还包括设置于花键轴上、与滚珠丝杠一端匹配的花键螺母组件；所述花键螺母组件包括花键螺母以及用于固定花键螺母的花键螺母固定套；第一电机驱动花键轴转动时，通过花键螺母组件的传动，带动滚珠丝杠同时转动；
还包括与滚珠丝杠匹配、由第二电机驱动的滚珠丝杠螺母；所述第二电机驱动滚珠丝杠螺母旋转时，由滚珠丝杠螺母与滚珠丝杠配合并驱动滚珠丝杠产生轴向移动；
还包括设置于臂体内部的控制器，所述第一电机、第二电机与控制器电性连接。
优选地，所述第一电机与花键轴之间以及第二电机与滚珠丝杠通过齿轮传动；所述第一电机上设置第一主动齿轮，花键轴上固定设置第一从动齿轮，由第一主动齿轮与第一从动齿轮齿合传动；所述第二电机上设置第二主动齿轮，滚珠丝杠上固定设置第二从动齿轮，由第二主动齿轮与第二从动齿轮齿合传动。
优选地，所述传动固定架与花键轴之间设置至少一个用于防止花键轴轴向窜动的花键轴角接触轴承；所述臂体与滚珠丝杠之间设置至少一个用于防止滚珠丝杠轴向窜动的滚珠丝杠角接触轴承；滚珠丝杠角接触轴承固定于臂体上；各花键轴角接触轴承以及滚珠丝杠角接触轴承由轴承端盖固定。
优选地，所述花键轴末端轴肩部位与第一从动齿轮之间设置涨紧器，并通过涨紧器将第一从动齿轮固定于花键轴上。
优选地，所述一种水平关节机器人Z和R轴的传动机构还包括与所述滚珠丝杠角接触轴承配合设置的滚珠丝杠螺母固定套；所述滚珠丝杠螺母固定于滚珠丝杠螺母固定套上；滚珠丝杠角接触轴承通过锁紧螺母并紧。
优选地，所述臂体上开设有用于放置所述控制器的凹槽。
优选地，所述滚珠丝杠贯穿臂体一端，且滚珠丝杠角接触轴承、滚珠丝杠轴承端盖、第二从动齿轮以及滚珠丝杠螺母都设置于臂体一端内部；所述凹槽开设于臂体的中间部位。
优选地，所述第一主动齿轮与第一从动齿轮以及第二主动齿轮与第二从动齿轮具有同样的传动比。
优选地，所述第一电机和第二电机为直流无刷电机；第一电机与花键轴之间以及第二电机与滚珠丝杠通过同步带传动。
优选地，所述滚珠丝杠相对花键螺母组件的另一端固定设置有法兰盘，且在臂体底部设置有与滚珠丝杠匹配、用于防止灰尘进入臂体内部滚珠丝杠角接触轴承内部空间的防尘端盖。
与现有技术相比，本发明一种水平关节机器人Z和R轴的传动机构通过同时设置第一电机与第二电机、由第一电机驱动的花键轴以及由第二电机驱动的滚珠丝杠；且将所述花键轴与滚珠丝杠同轴设置，在滚珠丝杠内部轴向开设有用于插入花键轴的深沉孔，实际操控过程中，通过调整第一电机与第二电机的运行方式，可以分别实现花键轴转动、滚珠丝杠上下运动且转动、以及花键轴不转动、滚珠丝杠上下运动且不自转以及花键轴转动、滚珠丝杠上下不运动且转动三种不同的运行模式，结构简单，成本显著降低。
[附图说明]
图1是本发明一种水平关节机器人Z和R轴的传动机构的立体状态结构示意图。
图2是本发明一种水平关节机器人Z和R轴的传动机构的截面结构示意图。
图3是本发明一种水平关节机器人Z和R轴的传动机构的爆炸状态结构示意图。
[具体实施方式]
为使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定此发明。
请参阅图1至图3，本发明一种水平关节机器人Z和R轴的传动机构1包括臂体158、设置于臂体158上的传动固定架153、固定设置于传动固定架153上的第一电机151与第二电机152、由第一电机151驱动的花键轴154以及由第二电机152驱动的滚珠丝杠156；所述花键轴154与滚珠丝杠156同轴设置且在滚珠丝杠156内部轴向开设有用于插入花键轴154的深沉孔，用于避空花键轴154；
还包括设置于花键轴154上、与滚珠丝杠156一端匹配的花键螺母组件155；所述花键螺母组件155包括花键螺母1551以及用于固定花键螺母1551的花键螺母固定套1553；第一电机151驱动花键轴154转动时，通过花键螺母组件155的传动，带动滚珠丝杠156同时转动；
还包括与滚珠丝杠156匹配、由第二电机152驱动的滚珠丝杠螺母1561；所述第二电机152驱动滚珠丝杠螺母1561旋转时，由滚珠丝杠螺母1561与滚珠丝杠156配合并驱动滚珠丝杠156产生轴向移动；
还包括设置于臂体158内部的控制器，所述第一电机151、第二电机152与控制器电性连接。
通过同时设置第一电机151与第二电机152、由第一电机151驱动的花键轴154以及由第二电机152驱动的滚珠丝杠156；且将所述花键轴154与滚珠丝杠156同轴设置，在滚珠丝杠156内部轴向开设有用于插入花键轴154的深沉孔，实际操控过程中，通过调整第一电机151与第二电机152的运行方式，可以分别实现花键轴154转动、滚珠丝杠156上下运动且转动以及花键轴154不转动、滚珠丝杠156上下运动且不自转以及花键轴154转动、滚珠丝杠156上下不运动且转动三种不同的运行模式，结构简单，成本显著降低。
优选地，所述第一电机151与花键轴154之间以及第二电机152与滚珠丝杠156通过齿轮传动；所述第一电机151上设置第一主动齿轮，花键轴154上固定设置第一从动齿轮1511，由第一主动齿轮与第一从动齿轮1511齿合传动；所述第二电机152上设置第二主动齿轮，滚珠丝杠156上固定设置第二从动齿轮1521，由第二主动齿轮与第二从动齿轮1521齿合传动。
实际使用过程中，齿轮传动也可以采用同样减速比的同步带轮代替。
优选地，所述传动固定架153与花键轴154之间设置至少一个用于防止花键轴154轴向窜动的花键轴角接触轴承1541；所述臂体158与滚珠丝杠156之间设置至少一个用于防止滚珠丝杠156轴向窜动的滚珠丝杠角接触轴承1563；滚珠丝杠角接触轴承1563固定于臂体158上；各花键轴角接触轴承1541以及滚珠丝杠角接触轴承1563由轴承端盖1565固定。
优选地，所述花键轴154末端轴肩部位与第一从动齿轮1511之间设置涨紧器，并通过涨紧器将第一从动齿轮1511固定于花键轴151上。
优选地，所述一种水平关节机器人Z和R轴的传动机构1还包括与所述滚珠丝杠角接触轴承1563配合设置的滚珠丝杠螺母固定套1565；所述滚珠丝杠螺母1561固定于滚珠丝杠螺母固定套1565上；滚珠丝杠角接触轴承1563通过锁紧螺母并紧。
优选地，所述臂体158上开设有用于放置所述控制器的凹槽1581。
优选地，所述滚珠丝杠156贯穿臂体158一端，且滚珠丝杠角接触轴承1563、滚珠丝杠轴承端盖、第二从动齿轮1521以及滚珠丝杠螺母1561都设置于臂体158一端内部；所述凹槽1581开设于臂体158的中间部位。
优选地，所述第一主动齿轮与第一从动齿轮1511以及第二主动齿轮与第二从动齿轮1521具有同样的传动比。
优选地，所述第一电机151和第二电机152为直流无刷电机；第一电机151与花键轴154之间以及第二电机152与滚珠丝杠156通过同步带传动。
优选地，所述滚珠丝杠156相对花键螺母组件155的另一端固定设置有法兰盘157，且在臂体158底部设置有与滚珠丝杠156匹配、用于防止灰尘进入臂体158内部滚珠丝杠角接触轴承1563内部空间的防尘端盖1567。
当第二电机152转动，第一电机151不转，则滚珠丝杠螺母1561转动，花键轴154不转，也就是滚珠丝杠156不转，滚珠丝杠156就会上下运动且不自转，此时花键轴154起导向作用。
当第二电机152不转，第一电机151转动，则滚珠丝杠螺母1561不转，花键轴154转动，也就是滚珠丝杠156转动，滚珠丝杠156就会上下运动且自转。
当第二电机152和第一电机151以同样的转速转动，则滚珠丝杠螺母1561转动，花键轴154转动，也就是滚珠丝杠156转动，此时滚珠丝杠156和滚珠丝杠螺母1561同速转动，那么滚珠丝杠156就会自转且上下不动。
实际运行过程中，所述滚珠丝杠156上下运动和自转都由系统预先设置有零位，通过设置于花键螺母组件155中的磁环、磁铁以及霍尔元件来检测零位。通过零位设置，便于控制和计算滚珠丝杠156上下运动的距离。
与现有技术相比，本发明一种水平关节机器人Z和R轴的传动机构1通过同时设置第一电机151与第二电机152、由第一电机151驱动的花键轴154以及由第二电机152驱动的滚珠丝杠156；且将所述花键轴154与滚珠丝杠156同轴设置，在滚珠丝杠156内部轴向开设有用于插入花键轴154的深沉孔，实际操控过程中，通过调整第一电机151与第二电机152的运行方式，可以分别实现花键轴154转动、滚珠丝杠156上下运动且转动、以及花键轴154不转动、滚珠丝杠156上下运动且不自转以及花键轴154转动、滚珠丝杠156上下不运动且转动三种不同的运行模式，结构简单，成本显著降低。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水平关节机器人Z和R轴的传动机构，其特征在于：包括臂体、设置于臂体上的传动固定架、固定设置于传动固定架上的第一电机与第二电机、由第一电机驱动的花键轴以及由第二电机驱动的滚珠丝杠；所述花键轴与滚珠丝杠同轴设置且在滚珠丝杠丝杆内部轴向开设有用于插入花键轴的深沉孔；
还包括设置于花键轴上、与滚珠丝杠一端匹配的花键螺母组件；所述花键螺母组件包括花键螺母以及用于固定花键螺母的花键螺母固定套；第一电机驱动花键轴转动时，通过花键螺母组件的传动，带动滚珠丝杠同时转动；
还包括与滚珠丝杠匹配、由第二电机驱动的滚珠丝杠螺母；所述第二电机驱动滚珠丝杠螺母旋转时，由滚珠丝杠螺母与滚珠丝杠配合并驱动滚珠丝杠产生轴向移动；
还包括设置于臂体内部的控制器，所述第一电机、第二电机与控制器电性连接。
2.如权利要求1所述的一种水平关节机器人Z和R轴的传动机构，其特征在于：所述第一电机与花键轴之间以及第二电机与滚珠丝杠通过齿轮传动；所述第一电机上设置第一主动齿轮，花键轴上固定设置第一从动齿轮，由第一主动齿轮与第一从动齿轮齿合传动；所述第二电机上设置第二主动齿轮，滚珠丝杠上固定设置第二从动齿轮，由第二主动齿轮与第二从动齿轮齿合传动。
3.如权利要求1所述的一种水平关节机器人Z和R轴的传动机构，其特征在于：所述传动固定架与花键轴之间设置至少一个用于防止花键轴轴向窜动的花键轴角接触轴承；所述臂体与滚珠丝杠之间设置至少一个用于防止滚珠丝杠轴向窜动的滚珠丝杠角接触轴承；滚珠丝杠角接触轴承固定于臂体上；各花键轴角接触轴承以及滚珠丝杠角接触轴承由轴承端盖固定。
4.如权利要求2所述的一种水平关节机器人Z和R轴的传动机构，其特征在于：所述花键轴末端轴肩部位与第一从动齿轮之间设置涨紧器，并通过涨紧器将第一从动齿轮固定于花键轴上。
5.如权利要求3所述的一种水平关节机器人Z和R轴的传动机构，其特征在于：还包括与所述滚珠丝杠角接触轴承配合设置的滚珠丝杠螺母固定套；所述滚珠丝杠螺母固定于滚珠丝杠螺母固定套上；滚珠丝杠角接触轴承通过锁紧螺母并紧。
6.如权利要求1至5中任意一项权利要求所述的一种水平关节机器人Z和R轴的传动机构，其特征在于：所述臂体上开设有用于放置所述控制器的凹槽。
7.如权利要求6所述的一种水平关节机器人Z和R轴的传动机构，其特征在于：所述滚珠丝杠贯穿臂体一端，且滚珠丝杠角接触轴承、滚珠丝杠轴承端盖、第二从动齿轮以及滚珠丝杠螺母都设置于臂体一端内部；所述凹槽开设于臂体的中间部位。
8.如权利要求2所述的一种水平关节机器人Z和R轴的传动机构，其特征在于：所述第一主动齿轮与第一从动齿轮以及第二主动齿轮与第二从动齿轮具有同样的传动比。
9.如权利要求1所述的一种水平关节机器人Z和R轴的传动机构，其特征在于：所述第一电机和第二电机为直流无刷电机；第一电机与花键轴之间以及第二电机与滚珠丝杠通过同步带传动。
10.如权利要求1所述的一种水平关节机器人Z和R轴的传动机构，其特征在于：所述滚珠丝杠相对花键螺母组件的另一端固定设置有法兰盘，且在臂体底部设置有与滚珠丝杠匹配、用于防止灰尘进入臂体内部滚珠丝杠角接触轴承内部空间的防尘端盖。
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