CN109854715A - 工业机器人的电机同步带轮、电机以及工业机器人 - Google Patents

Abstract

本申请涉及工业机器人技术，提出一种工业机器人的电机同步带轮、电机以及工业机器人。其中工业机器人的电机同步带轮，用于连接至电机的输出轴，所述同步带轮包括惯量盘与带轮，两者同轴的固定连接，所述惯量盘相比所述带轮位于靠近电机的一侧。增加了惯量盘后使得机器人负载惯量与电机的惯量比值大幅降低，提高了工业机器人的响应速度。

Description

工业机器人的电机同步带轮、电机以及工业机器人

技术领域

本申请涉及工业机器人技术领域，尤其涉及一种工业机器人的电机同步带轮、电机以及工业机器人。

背景技术

在工业领域，工业机器人可以极大的提高生产效率，改善人工作业环境，因此，其在工业自动化生产中具有不可或缺的作用。

应用于装配作业的机器人(SCARA)是一种水平多关节型机器人，SCARA是Selective Compliance Assembly Robot Arm的缩写，被广泛应用于装配、包装、分拣等生产线上，SCARA机器人具有高速、高精度的特点，因此要求结构紧凑、质量轻，外观小巧，这就要求选用的电机体积小，质量轻。而SCARA机器人要求响应速度快，负载惯量与电机的惯量比通常要求10倍以下，而体积小，质量轻的电机一般属于小惯量电机，当机器人臂长较长时时，惯量比较大，难以保证机器人的响应速度。

由于现有SCARA机器人选用的电机自身的惯量较小，机器人的惯量比便难以保证，这会导致响应速度慢。

再一方面，由于现有SCARA机器人通常选用小惯量电机，保证响应速度时，机器人负载容许的惯量小。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本申请的主要目的在于，提供一种工业机器人的电机同步带轮、电机以及工业机器人，以使得工业机器人的响应速度更快。

本申请的至少一个实施例提供了一种工业机器人的电机同步带轮，用于连接至电机的输出轴，所述同步带轮包括惯量盘与带轮，两者同轴的固定连接，所述惯量盘相比所述带轮位于靠近电机的一侧。

根据本申请的一实施例，还具有固定件，所述固定件用于固定连接所述输出轴与所述带轮。

根据本申请的一实施例，所述惯量盘可拆卸地连接于所述带轮。

根据本申请的一实施例，所述带轮设有与同步带传动连接带齿面。

根据本申请的一实施例，所述带轮外侧为定位凸缘，所述带轮内侧为所述惯量盘，以所述定位凸缘以及所述惯量盘在两侧限位同步带。

根据本申请的一实施例，惯量盘的惯量范围为2.7×10^-6kg·m²～4.5×10^-5kg·m²。

另一方面，本申请实施例提供一种工业机器人的电机，包括如前所述的工业机器人的电机同步带轮。

再一方面，本申请实施例提供一种工业机器人，其第三关节与第四关节的电机配置有如前所述的工业机器人的电机同步带轮。

根据本申请的一实施例，所述工业机器人包括小臂与电机，所述电机通过电机座固定于所述小臂；所述电机座包括安装电机的座板以及连接于所述座板与所述小臂之间的多个连接件，多个所述连接件间隔设置。

本申请实施例相比现有技术的有益效果在于，

1.本发明实施例提供一种带有惯量盘的同步带轮结构，通过在电机轴末端增加惯量盘的同步带轮设计，使机器人可以选用小电机，从而使小臂电机部分结构更加紧凑。惯量盘结构的质量主要集中在圆盘的部分，根据不同的工况，可以选用不同结构和不同惯量的惯量盘。增加了惯量盘后使得机器人负载惯量与电机的惯量比值大幅降低，转动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响，惯量越小，系统的动态特性反应越好。

2、该结构包含惯量盘结构、同步带轮结构、顶丝孔结构。其中，惯量盘结构为圆柱形，惯量盘结构和同步带轮结构同轴，同步带轮结构和机器人的同步带相连，电机轴通过顶丝孔和同步带轮固定，该结构可以通过需求改变惯量盘的结构与惯量，使具有该结构的SCARA机器人的3、4关节的惯量比显著降低，提高了机器人的响应速度。

3、本发明实施例中提供的带有惯量盘的同步带轮惯量为2.7×10^-6kg·m²～4.5×10^-5kg·m²，机器人可以达到的惯量比范围为5～1，不加惯量盘时，惯量比为6.8，显著降低机器人的惯量比，提高响应速度。

4、惯量盘同步带轮结构相对简单，加工安装方便，经济性高，便于操作。

附图说明

图1：本申请实施例中工业机器人结构示意图。

图2：本申请实施例中惯量盘同步带轮安装结构示意图。

图3：本申请实施例中惯量盘同步带轮结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

SCARA机器人要求结构紧凑、高响应速度，而惯量比越小，响应速度越快，一般机器人的惯量比要求为5倍以下。对于SCARA机器人，一二关节通过谐波减速机减速，减速机的减速比较大，通过减速机折算到输入端的惯量已经较小，但是机器人三四关节通过皮带轮减速，皮带轮减速比较小，电机本身的惯量较小，难以保证惯量比，当负载惯量较大时，惯量比更加难以保证。

图1为本申请实施例中工业机器人结构示意图，图2为本申请实施例中惯量盘同步带轮安装结构示意图，以及，图3为本申请实施例中惯量盘同步带轮结构示意图。

本申请的实施例提供了一种工业机器人的电机同步带轮，用于连接至电机的输出轴，所述同步带轮包括惯量盘2与带轮4，两者同轴的固定连接，所述惯量盘2相比所述带轮4位于靠近电机的一侧。

本发明机器人整体如图1所示，通过在电机轴末端增加惯量盘的同步带轮设计，使机器人可以选用小电机，从而使小臂电机部分结构更加紧凑。惯量盘结构的质量主要集中在圆盘的部分，根据不同的工况，可以选用不同结构和不同惯量的惯量盘。

根据本申请的一实施例，所述带轮4还具有固定件41，所述固定件41用于固定连接所述输出轴与所述带轮4。本申请实施例惯量盘2可以通过顶丝孔直接固定在电机轴上，不占用高度空间从而不影响机器人的整体高度，有利于选用小体积的小惯量电机，加工安装方便，经济性高，便于操作。

根据本申请的一实施例，所述带轮4设有与同步带传动连接带齿面42。根据本申请的一实施例，所述带轮4外侧为定位凸缘43，所述带轮4内侧为所述惯量盘2，以所述定位凸缘43以及所述惯量盘2在两侧限位同步带。

惯量盘同步带轮安装图和结构图如图2、图3所示，惯量盘同步带轮结构包含同步带轮结构、顶丝孔结构、惯量盘结构，安装时该结构下端的同步带轮结构和同步带相连进行传动；机器人关节电机轴插入惯量盘同步带轮的轴孔内，用顶丝通过同步带轮的顶丝孔固定电机轴。

另一方面，也可以认为本申请实施例提供一种工业机器人的电机，包括如前所述的工业机器人的电机同步带轮。

再一方面，本申请实施例提供一种工业机器人，其第三关节与第四关节的电机配置有如前所述的工业机器人的电机同步带轮。电机1固定安装同步带轮，同步带轮可通过同步带传动连接至执行件7。

根据本申请的一实施例，所述工业机器人包括小臂6与电机1，所述电机1通过电机座5固定于所述小臂6；所述电机座5包括安装电机1的座板以及连接于所述座板与所述小臂6之间的多个连接件，多个所述连接件间隔设置，形成镂空式结构。

当第四关节容许惯性力矩设计值为0.01kg·m²，第四关节通过皮带轮减速时，不加惯量盘，负载惯量(折算到电机端)/电机惯量的惯量比为6.8，响应速度较慢，惯量大，系统的机械常数大，会使系统的固有频率下降，容易产生谐振。而机器人的惯量比最优选择为5倍以下，为了降低惯量比，使用增加惯量盘的同步带轮结构使得新的惯量比变为负载惯量/(电机惯量+惯量盘同步带轮惯量)，当惯量盘的惯量范围为2.7×10^-6kg·m²～4.5×10^{- 5}kg·m²，相应惯量比能达到5～1倍。

所以增加了惯量盘后使得机器人负载惯量与电机的惯量比值大幅降低，转动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响，惯量越小，系统的动态特性反应越好。增加了惯量盘后可以选用体积较小的电机，使机器人小臂部分结构更加紧凑，增加了惯量盘后不仅可以提高机器人的负载能力，并且可以使机器人具有更快的响应速度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种工业机器人的电机同步带轮，用于连接至电机的输出轴，其特征在于，所述同步带轮包括惯量盘(2)与带轮(4)，两者同轴的固定连接，所述惯量盘(2)相比所述带轮(4)位于靠近电机的一侧。

2.如权利要求1所述的工业机器人的电机同步带轮，其特征在于，还具有固定件(41)，所述固定件(41)用于固定连接所述输出轴与所述带轮(4)。

3.如权利要求1所述的工业机器人的电机同步带轮，其特征在于，所述惯量盘(2)可拆卸地连接于所述带轮(4)。

4.如权利要求1所述的工业机器人的电机同步带轮，其特征在于，所述带轮(4)设有与同步带传动连接带齿面(42)。

5.如权利要求1所述的工业机器人的电机同步带轮，其特征在于，所述带轮(4)外侧为定位凸缘(43)，所述带轮(4)内侧为所述惯量盘(2)，以所述定位凸缘(43)以及所述惯量盘(2)在两侧限位同步带。

6.如权利要求1所述的工业机器人的电机同步带轮，其特征在于，惯量盘(2)的惯量范围为2.7×10^-6kg·m²～4.5×10^-5kg·m²。

7.一种工业机器人的电机，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的工业机器人的电机同步带轮。

8.一种工业机器人，其特征在于，其第三关节以及/或者第四关节的电机配置有如权利要求1至6任一项所述的工业机器人的电机同步带轮。

9.如权利要求8所述的工业机器人，其特征在于，所述工业机器人包括小臂(6)与电机(1)，所述电机(1)通过电机座(5)固定于所述小臂(6)；所述电机座(5)包括安装电机(1)的座板以及连接于所述座板与所述小臂(6)之间的多个连接件，多个所述连接件间隔设置。