CN107639631B - 一种多工位scara工业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多工位SCARA工业机器人，包括SCARA机器人机构和移位驱动机构，所述SCARA机器人机构包括有基座、第一臂、第一臂驱动装置、第二臂、第二臂驱动装置、滚珠花键丝杆和供电电缆；第一、第二臂驱动装置上的第一、第二电机均安装在所述基座内，滚珠花键丝杆的转动及升降由第三电机通过第三传动组件驱动，SCARA机器人机构可在移位驱动机构的驱动下移动。生产时，多个工位只需共用一台SCARA机器人机构即可，降低设备的占地空间及购置成本。另外，在SCARA机器人机构中，通过将第一、第二电机设置在基座内，第二臂上就只有第三电机，能够使第二臂上承载的重量降低，减少配件成本，而且能提高运动精度。

Description

一种多工位SCARA工业机器人

技术领域

本发明涉及一种多工位SCARA工业机器人。

背景技术

SCARA机器人有3个旋转关节，其轴线相互平行，在平面内进行定位和定向。另一个关节是移动关节，用于完成末端件在垂直于平面的运动。因其具有动作快、精度高、部件少、可靠性高等特点，被广泛应用于高效率的装配、焊接、密封和搬运等领域。

现有的SCARA机器人在使用过程中，还存在如下问题：1、当各运动组件在运动时，由于惯性和重力的影响会对SCARA机器人的定位和重复定位精度产生影响。运动部分重量越大，对电机和电能的要求越高，运行成本越高。同时重量越大，其运动时的惯性越大，对SCARA机器人运动精度的影响也越大。同时大重量的运动部件更容易加剧零部件的磨损。为了提高SCARA机器人的重复定位精度，降低运行维护成本，需要在保持刚度足够的前提下，尽量降低SCARA机器人运动部分的重量。2、在工业生产中，如装配生产中，每个工位需配备一个SCARA机器人，如此，对于装配车间，需要的生产空间占地大，设备的购买成本高。3、SCARA机器人在运动时，为各电机提供电力的电缆也随之运动，电线容易因为反复的弯折而损坏，降低SCARA机器人的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能快速移位、作业精度高、可在多个工位中切换工作的多工位SCARA工业机器人。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多工位SCARA工业机器人，包括SCARA机器人机构和移位驱动机构，其特征在于：所述SCARA机器人机构包括有基座、第一臂、第一臂驱动装置、第二臂、第二臂驱动装置、滚珠花键丝杆和供电电缆；所述基座内固定设有一安装板；所述第一臂驱动装置包括有第一电机和第一传动组件，第一电机固定于安装板上且在第一电机输出轴上安装有第一主动齿轮；第一传动组件包括第一安装座、下端带有第一从动齿轮的第一转动筒和固定在第一转动筒上端的第一连接盘，第一安装座固定在所述基座，第一转动筒活动安装在第一安装座上且下端第一从动齿轮与第一主动齿轮相啮合；连接盘与所述第一臂的一端固定连接。

所述第二臂驱动装置包括有第二电机和第二传动组件，第二电机固定于安装板上且在第一电机输出轴上安装有第二主动齿轮；第二传动组件包括下端带有第二从动齿轮的第二转动筒、固定在第二转动筒上端的第一皮带轮、下端带有第二皮带轮的第三转动筒、第二连接盘、第二安装座和连接第一皮带轮和第二皮带轮的第一同步带，在所述安装板上设有一限位块，所述第二转动筒套装在所述第一转动筒内且下部通过限位块限位支承，并使第二从动齿轮与第二主动齿轮啮合，所述第一皮带轮、第二皮带轮和第一同步带设置在所述第一臂内；所述第二安装座固定在所述第一臂的另一端上，第三转动筒活动安装在第二安装座上。

所述第二臂的一端固定连接在所述第二连接盘上，另一端竖直安装有所述滚珠花键丝杆，在所述第二臂上安装有一第三电机，所述滚珠花键丝杆的动作由第三电机通过第三传动组件驱动。

所述移位驱动机构包括有底座、线性电机和移动支撑板，所述移动支撑板由竖直支板和水平支板固定连接而成，所述线性电机的定子两端分别通过支座固定安装在座上，所述竖直支板固定安装在线性电机的动子上，在所述底座顶面两侧各设有一导轨，所述水平支板的两侧各设有一滑块，滑块可套装在导轨上；所述基座固定安装在水平支板上。

进一步地，所述第三传动组件包括安装在所述第三电机上的两个第三主动齿轮、安装在所述第二臂内的两个第三主动齿轮和分别与两个第三主动齿轮配合连接的两个电磁离合器，两个电磁离合器通过第三皮带组件分别与滚珠花键丝杆上的丝杆螺母、花键母相连接。

进一步地，所述供电电缆由基座进入，延伸穿过第一臂、第二臂，为第一电机、第二电机、第三电机和电磁离合器、供电，在电缆上设有两个旋转电缆接头，两个旋转电缆接头、分别与所述第一连接盘与第二连接盘同轴安装。

进一步地，所述两个旋转电缆接头、结构相同，均由与电缆相连的插头、插头安装座、插槽和插槽安装座构成；插头和插槽分别通过螺钉穿弹簧固定在安装座、上，插头和插槽插接后能够相对转动，所述插头上设有用于连接电线的金属接触区，每个金属接触区之间由绝缘层隔开，在所述插头金属接触区均设有三角形凸起，在所述插槽内设有与三角形凸起相配合的楔形块。

进一步地，所述底座的横截面呈U形，所述线性电机的定子固定在U形腔内，所述导轨安装在开口两侧上。

本发明的有益效果是：采用上述结构，SCARA机器人机构可在移位驱动机构的驱动下移动，多个工位共用一台SCARA机器人机构即可，降低设备的占地空间及购置成本。另外，在SCARA机器人机构中，通过将驱动第一臂和第二臂的两个电机均设置在基座上，同时只用一个电机驱动滚珠丝杆的转动及升降，能够使第二臂上承载的重量降低，不但能减少配件成本，而且能有效提高运动精度和降低运行成本。

另外，由于使用电磁离合器能够简化传动组件，而且控制简单精确。

而电缆采用分段固定于运动部分并利用旋转电缆接头连接，如此，电缆不随机器人臂的旋转而发生扭转导致电线疲劳断裂，有效延长电缆的使用寿命，从而提高SCARA机器人供电系统的可靠性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中SCARA机器人机构的结构示意图。

图3为本发明中基座与第一臂连接处的结构示意图。

图4为本发明中第三传动组件的结构示意图。

图5为本发明中旋转电缆接头的结构示意图。

图6为本发明中移位驱动机构的立体结构示意图。

图7为本发明中移位驱动机构的侧面结构示意图。

实施方式

如图1-7所示，本发明一种多工位SCARA工业机器人，包括SCARA机器人机构10和移位驱动机构20。所述SCARA机器人机构10包括有基座1、第一臂2、第一臂驱动装置、第二臂3、第二臂驱动装置、滚珠花键丝杆5和供电电缆16；所述基座1内固定设有一安装板13。

所述第一臂驱动装置包括有第一电机11和第一传动组件，第一电机11固定于安装板13上且在第一电机11输出轴上安装有第一主动齿轮；第一传动组件包括第一安装座12、下端带有第一从动齿轮231的第一转动筒和固定在第一转动筒上端的第一连接盘23，第一安装座12固定在所述基座1，第一转动筒活动安装在第一安装座12上且下端第一从动齿轮231与第一主动齿轮相啮合；连接盘23与所述第一臂2的一端固定连接。

所述第二臂驱动装置包括有第二电机21和第二传动组件，第二电机21固定于安装板13上且在第二电机21输出轴上安装有第二主动齿轮；第二传动组件包括下端带有第二从动齿轮的第二转动筒、固定在第二转动筒上端的第一皮带轮24、下端带有第二皮带轮331的第三转动筒、第二连接盘33、第二安装座22和连接第一皮带轮24和第二皮带轮331的第一同步带28，在所述安装板13上设有一限位块121，所述第二转动筒套装在所述第一转动筒内且下部通过限位块121限位支承，并使第二从动齿轮与第二主动齿轮啮合，所述第一皮带轮24、第二皮带轮331和第一同步带28设置在所述第一臂2内；所述第二安装座22固定在所述第一臂2的另一端上，第三转动筒活动安装在第二安装座22上。

所述第二臂3的一端固定连接在所述第二连接盘33上，另一端竖直安装有所述滚珠花键丝杆5，在所述第二臂3上安装有一第三电机31，所述滚珠花键丝杆5的动作由第三电机31通过第三传动组件驱动。

如图6、7所示，所述移位驱动机构20包括有底座201、线性电机和移动支撑板202，所述线性电机由定子203和动子204构成，定子203两端分别通过支座205固定安装在座上。支座205用于支承定子203并限制动子204的移动范围。如图7所示，所述移动支撑板202由竖直支板2020和水平支板2021固定连接而成。所述竖直支板2020固定安装在线性电机的动子204上，在所述底座201顶面两侧各设有一导轨206，所述水平支板2021的两侧各设有一滑块207，滑块207可套装在导轨206上。所述基座1固定安装在水平支板2021上。实际应用时，底座201的长度可根据实际工位的需要进行设计并可以固定在车间地面上或专用支架上。生产时，SCARA机器人机构10可在移位驱动机构20的驱动下移动，一台SCARA机器人机构10就能满足多个工位的生产要求；降低设备的占地空间及购置成本。

优选地，所述底座201的横截面呈U形，所述线性电机的定子203固定在U形腔内，所述导轨206安装在开口两侧上。

进一步地，所述第三传动组件41包括安装在所述第三电机31上的两个第三主动齿轮311、312、两个第四主动齿轮411、413和分别与两个第四主动齿轮411、413配合连接的两个电磁离合器412、414。两个第三主动齿轮411、413通过支架415安装在所述第二臂3内，两个电磁离合器412、414通过第三皮带组件421、422分别与滚珠花键丝杆5上的丝杆螺母51、花键母52相连接。

下面详细说明第三电机31是如何通过第三传动组件41控制滚珠花键丝杆的上下移动和转动的。本实施例中，电磁离合器412、414采用常闭电磁离合器，在不通电的情况下，常闭电磁离合器412、414是保持合的状态，第三电机31动作带动第三主动齿轮411、413转动，进而通过第三皮带组件421、422带动滚珠花键丝杆旋转和竖直移动。若只需滚珠花键丝杆5竖直移动或者旋转，只需控制相应的常闭电磁离合器断电即可。若不需要滚珠花键丝杆竖直移动和旋转，则直接控制第三电机31断电即可。

进一步地，所述供电电缆16由基座1进入，延伸穿过第一臂2、第二臂3，为第一电机11、第二电机21、第三电机31和电磁离合器412、414供电，在电缆16上设有两个旋转电缆接头27、37，两个旋转电缆接头27、37分别与所述第一连接盘23与第二连接盘33同轴安装。

进一步地，所述两个旋转电缆接头27、37结构相同，均由与电缆相连的插头2711、插头安装座25、插槽2712和插槽安装座26构成；插头2711和插槽2712分别通过螺钉276穿弹簧277固定在插头安装座25、插槽安装座26上，插头2711和插槽2712插接后能够相对转动，所述插头上设有用于连接电线的金属接触区271、272、273、274，每个金属接触区之间由绝缘层275隔开，在所述插头金属接触区271、272、273、274均设有三角形凸起，在所述插槽2712内设有与三角形凸起279相配合的楔形块278。

如图5所示，采用上述旋转电缆接头的结构，使用时，插头安装座、和插槽安装座分别固定在相对转动的两个部件上，如旋转电缆接头27的插头安装座25固定在所述第一臂2上，而插槽安装座26则固定在所述安装板13上。如此，当第一臂1旋转时，电缆16不会发生弯折，只有插头和插槽之间发生旋转。另外，由于由于采用了弹簧277，当插头和插槽接触区发生磨损松动时，插头上的三角形凸起和插槽内的楔形块在弹簧277弹力作用下始终保持紧密接触，提高了接头的稳定性、可靠性和使用寿命。

以上内容仅用以说明本发明的技术方案，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种多工位SCARA工业机器人，包括SCARA机器人机构（10）和移位驱动机构（20），其特征在于：所述SCARA机器人机构（10）包括有基座（1）、第一臂（2）、第一臂驱动装置、第二臂（3）、第二臂驱动装置、滚珠花键丝杆（5）和供电电缆（16）；所述基座（1）内固定设有一安装板（13）；

所述第一臂驱动装置包括有第一电机（11）和第一传动组件，第一电机（11）固定于安装板（13）上且在第一电机（11）输出轴上安装有第一主动齿轮；第一传动组件包括第一安装座（12）、下端带有第一从动齿轮（231）的第一转动筒和固定在第一转动筒上端的第一连接盘（23），第一安装座（12）固定在所述基座（1）上，第一转动筒活动安装在第一安装座（12）上且下端第一从动齿轮（231）与第一主动齿轮相啮合；连接盘（23）与所述第一臂（2）的一端固定连接；

所述第二臂驱动装置包括有第二电机（21）和第二传动组件，第二电机（21）固定于安装板（13）上且在第二电机（21）输出轴上安装有第二主动齿轮；第二传动组件包括下端带有第二从动齿轮的第二转动筒、固定在第二转动筒上端的第一皮带轮（24）、下端带有第二皮带轮（331）的第三转动筒、第二连接盘（33）、第二安装座（22）和连接第一皮带轮（24）和第二皮带轮（331）的第一同步带（28），在所述安装板（13）上设有一限位块（121），所述第二转动筒套装在所述第一转动筒内且下部通过限位块（121）限位支承，并使第二从动齿轮与第二主动齿轮啮合，所述第一皮带轮（24）、第二皮带轮（331）和第一同步带（28）设置在所述第一臂（2）内；所述第二安装座（22）固定在所述第一臂（2）的另一端上，第三转动筒活动安装在第二安装座（22）上；

所述第二臂（3）的一端固定连接在所述第二连接盘（33）上，另一端竖直安装有所述滚珠花键丝杆（5），在所述第二臂（3）上安装有一第三电机（31），所述滚珠花键丝杆（5）的动作由第三电机（31）通过第三传动组件驱动；

所述移位驱动机构（20）包括有底座（200）、线性电机（201）和移动支撑板（202），所述移动支撑板（202）由竖直支板（2020）和水平支板（2021）固定连接而成，所述线性电机（201）的定子（2010）两端分别通过支座（203）固定安装在座上，所述竖直支板（2020）固定安装在线性电机（201）的动子（2011）上，在所述底座（200）顶面两侧各设有一导轨（204），所述水平支板（2021）的两侧各设有一滑块（205），滑块（205）可套装在导轨（204）上；所述基座（1）固定安装在水平支板（2021）上。

2.根据权利要求1所述的多工位SCARA工业机器人，其特征在于：所述第三传动组件（41）包括安装在所述第三电机（31）上的两个第三主动齿轮（311、312）、安装在所述第二臂（3）内的两个第四主动齿轮（411、413）和分别与两个第四主动齿轮（411、413）配合连接的两个电磁离合器（412、414），两个电磁离合器（412、414）通过第三皮带组件（421、422）分别与滚珠花键丝杆（5）上的丝杆螺母（51）、花键母（52）相连接。

3.根据权利要求1所述的多工位SCARA工业机器人，其特征在于：所述供电电缆（16）由基座（1）进入，延伸穿过第一臂（2）、第二臂（3），为第一电机（11）、第二电机（21）、第三电机（31）和电磁离合器（412、414）供电，在电缆（16）上设有两个旋转电缆接头（27、37），两个旋转电缆接头（27、37）分别与所述第一连接盘（23）与第二连接盘（33）同轴安装。

4.根据权利要求3所述的多工位SCARA工业机器人，其特征在于：所述两个旋转电缆接头（27、37）结构相同，均由与电缆相连的插头（2711）、插头安装座（25）、插槽（2712）和插槽安装座（26）构成；插头（2711）和插槽（2712）分别通过螺钉（276）穿弹簧（277）固定在插头安装座（25）、插槽安装座（26）上，插头（2711）和插槽（2712）插接后能够相对转动，所述插头上设有用于连接电线的金属接触区（271、272、273、274），每个金属接触区之间由绝缘层（275）隔开，在所述插头金属接触区（271、272、273、274）均设有三角形凸起（279），在所述插槽（2712）内设有与三角形凸起（279）相配合的楔形块（278）。

5.根据权利要求1-4任一项权利要求所述的多工位SCARA工业机器人，其特征在于：所述底座（200）的横截面呈U形，所述线性电机（201）的定子（2010）固定在U形腔内，所述导轨（204）安装在开口两侧上。