CN111546322A - 定位精度高的scara机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种定位精度高的SCARA机器人，包括第一旋转组件、第一机械臂、第二旋转组件、第二机械臂、丝杠驱动机构及丝杠；第一机械臂的两端分别连接第一旋转组件及第二旋转组件，第二机械臂的两端分别连接第二旋转组件及丝杠驱动机构，第一机械臂及第二机械臂的材料均为碳纤维，丝杠连接丝杠驱动机构。第一机械臂及第二机械臂的材料均采用碳纤维，使得第一机械臂及第二机械臂的重量相比铝合金机械臂的重量减轻，进而减轻SCARA机器人的整体重量，有效减少SCARA机器人的惯量，便于运动控制，碳纤维的热膨胀系数小于铝合金的膨胀系数，使得在温度变化的情况下，第一机械臂及第二机械臂的变形量较小，有效提高SCARA机器人的定位精度。

Description

定位精度高的SCARA机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，特别是涉及一种定位精度高的SCARA机器人。

背景技术

在目前的工业领域中，汽车行业、电子电器行业、工程机械行业等已经使用大量的工业机器人自动化生产线，工业机器人是集精密化、柔性化、智能化、软件应用开发等先进制造于一体。SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm，意思是一种应用于装配作业的机器人手臂)机器人是属于工业机器人中的一种，SCARA机器人有三个旋转组件和一个移动组件，三个旋转组件的轴线相互平行，在平面内进行定位和定向，移动组件用于完成末端件在垂直于平面的运动。

传统SCARA机器人的机械臂的材料大多数为铝合金，使得机器人比较笨重，对于负重能力更大的机器人，该问题会更加显著，会造成机器人的惯量增大，不利于对机器人的运动控制，铝合金热膨胀系数较大，在温度变化较大的情况下，会导致机械臂在长度方向的尺寸变化较大，进而影响机器人的定位精度，且铝合金刚性差，能承受的惯性力矩小。

发明内容

基于此，有必要针对目前传统技术的问题，提供一种重量轻、定位精度高且刚性好的定位精度高的SCARA机器人。

一种定位精度高的SCARA机器人，包括第一旋转组件、第一机械臂、第二旋转组件、第二机械臂、丝杠驱动机构及丝杠；所述第一机械臂的两端分别连接所述第一旋转组件及所述第二旋转组件，所述第二机械臂的两端分别连接所述第二旋转组件及所述丝杠驱动机构，所述第一机械臂及所述第二机械臂的材料均为碳纤维，所述丝杠连接所述丝杠驱动机构。

上述定位精度高的SCARA机器人的第一机械臂及第二机械臂的材料均采用碳纤维，使得第一机械臂及第二机械臂的重量相比铝合金机械臂的重量减轻，进而减轻SCARA机器人的整体重量，有效减少SCARA机器人的惯量，便于运动控制，碳纤维的热膨胀系数小于铝合金的膨胀系数，使得在温度变化的情况下，第一机械臂及第二机械臂的变形量较小，有效提高SCARA机器人的定位精度，碳纤维的刚度较铝合金的刚度大，有效增强第一机械臂及第二机械臂的刚性，能承受更大的惯性力矩。

在其中一个实施例中，所述第一旋转组件包括第一底座、安装在所述第一底座内的第一旋转驱动器、以及连接所述第一旋转驱动器的第一基座，所述第一机械臂的一端与所述第一基座连接。

在其中一个实施例中，所述第一基座的底部与所述第一底座的顶部活动套接。

在其中一个实施例中，所述第一基座的侧壁上设有第一连接环，所述第一机械臂的一端与所述第一连接环套接。

在其中一个实施例中，所述第二旋转组件包括第二底座、安装在所述第二底座内的第二旋转驱动器、以及连接所述第二旋转驱动器的第二基座，所述第一机械臂远离所述第一旋转组件的一端与所述第二底座连接，所述第二机械臂的一端与所述第二基座连接。

在其中一个实施例中，所述第二基座的底部与所述第二底座的顶部活动套接。

在其中一个实施例中，所述第二底座的侧壁上设置有第二连接环，所述第一机械臂远离所述第一旋转组件的一端与所述第二连接环套接。

在其中一个实施例中，所述第二基座的侧壁上设置有第三连接环，所述第二机械臂的一端与所述第三连接环套接。

在其中一个实施例中，所述丝杠驱动机构包括座体、安装在座体内的丝杠升降组件、以及安装在座体内的丝杠旋转组件，所述丝杠连接所述丝杠升降组件及所述丝杠旋转组件，所述第二机械臂远离所述第二旋转组件的一端与所述座体连接。

在其中一个实施例中，所述座体上设置有第四连接环，所述第二机械臂远离所述第二旋转组件的一端与所述第四连接环套接。

附图说明

图1为本发明的定位精度高的SCARA机器人的主视图；

图2为图1的定位精度高的SCARA机器人的分解图。

附图中各标号的含义为：

第一旋转组件10,第一底座11，第一基座12,第一连接环13，第一机械臂20，第二旋转组件30，第二底座31,第二基座32,第二连接环33,第三连接环34，第二机械臂40，丝杠驱动机构50,座体51，第四连接环52，第二螺纹孔53，丝杠60,第一连杆70，第一固定座80，第一连接孔81，第一螺母90，第二连杆100，第二固定座110，第二连接孔111，第二螺母120。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请参考图1及图2，为本发明的定位精度高的SCARA机器人，包括第一旋转组件10、第一机械臂20、第二旋转组件30、第二机械臂40、丝杠驱动机构50及丝杠60；第一机械臂20的两端分别连接第一旋转组件10及第二旋转组件30，第二机械臂40的两端分别连接第二旋转组件30及丝杠驱动机构，第一机械臂20及第二机械臂40的材料均为碳纤维，丝杠60连接丝杠驱动机构50。

碳纤维强度高、密度小、刚性好及抗腐蚀性强，同时碳纤维的耐热性好、也就是碳纤维的热膨胀系数较小，且为负值，从而温度对碳纤维的影响较小，即碳纤维在温度的变化下变形量小。具体地，SCARA机器人的第一机械臂20及第二机械臂40的材料均采用碳纤维，使得第一机械臂20及第二机械臂40的重量相比铝合金机械臂的重量减轻，进而减轻SCARA机器人的整体重量，有效减少SCARA机器人的惯量，便于运动控制，碳纤维的热膨胀系数小于铝合金的膨胀系数，使得在温度变化的情况下，第一机械臂20及第二机械臂40的变形量较小，有效提高SCARA机器人的定位精度，碳纤维的刚度较铝合金的刚度大，有效增强第一机械臂20及第二机械臂40的刚性，能承受更大的惯性力矩。

为更好地说明以上第一机械臂20及第二机械臂40采用碳纤维相比铝合金机械臂的优点，以碳纤维为碳纤维T及铝合金进行数据对比，如下表：

在图1中，以SCARA机器人的竖向为Z轴方向、横向为Y轴方向建立平面坐标系，在本实施例中，第一机械臂20的Y向长度h1为180mm，第二机械臂40的Y向长度h2为185mm。分析第一机械臂20和第二机械臂40的材料受温度变化时，对比碳纤维和铝合金的热膨胀引起在Y轴方向的尺寸变化，在温度上升50℃时的情况，求Y轴方向尺寸变化量δ，其计算公式为：δ＝热膨胀系数x机械臂长度x温度变化量。

当第一机械臂20和第二机械臂40的材料选用铝合金的情况如下：

δ1＝2.4x10^^-5x180x50+2.4x10^^-5x185x50＝0.44mm

当第一机械臂20和第二机械臂40的材料选用碳纤维T300的情况如下：

δ2＝-0.74x10^^-5x180x50-0.74x10^^-5x185x50＝-0.14mm

由上述计算结果可知，由于碳纤维的热膨胀系数小且为负值，在温度上升50℃时，第一机械臂20和第二机械臂40的材料选用碳纤维T时总变形量仅为-0.14mm，第一机械臂20和第二机械臂40的材料选用铝合金时总变形量达到了0.44mm。由此可知，机械臂材料选用碳纤维的SCARA机器人，机械臂的变形量受温度变化小，从而有效确保SCARA机器人的定位精度。

请参考图2，在一些实施例中，第一旋转组件10包括第一底座11、安装在第一底座11内的第一旋转驱动器、以及连接第一旋转驱动器的第一基座12，第一底座11安装在地面上，第一机械臂20的一端与第一基座12连接，第一旋转驱动器用于驱动第一基座12沿水平方向旋转，进而带动第一机械臂20、第二旋转组件30、第二机械臂40、丝杠驱动机构50及丝杠60同步旋转。第一底座11及第一基座12均为空腔结构，第一底座11内可与第一基座12内连通，第一底座11内也可不与第一基座12内连通。第一底座11及第一基座12的材料均为铝合金。第一基座12的底部与第一底座11的顶部活动套接，具体地，第一基座12的底部套设在第一底座11的顶部上，从而第一旋转驱动器驱动第一基座12旋转时，第一基座12相对第一底座11旋转。第一连接环13的材料为铝合金。

进一步地，第一基座12的侧壁上设有第一连接环13，第一连接环13设于第一基座12朝向第二旋转组件30的外侧壁上，即第一连接环13朝向第二旋转组件30设置，第一连接环13内可与第一基座12内连通或不连通。第一机械臂20的一端与第一连接环13套接。更进一步地，第一机械臂20与第一连接环13之间还可通过粘接方式固定连接，加强第一机械臂20与第一连接环13之间连接的稳定性。另外，在其他实施例中，第一机械臂20与第一连接环13之间螺纹连接，使第一机械臂20与第一连接环13之间活动套接，从而第一连接臂与连接环之间可拆卸，便于维修和更换，同时有效加强第一机械臂20与第一连接环13之间连接的稳定性。

在一些实施例中，第一机械臂20为管状，进一步地，第一机械臂20为圆管状，且第一机械臂20的外径自第一旋转组件10朝第二旋转组件30方向逐渐变小，第一机械臂20的大端套设在第一连接环13上。第一机械臂20为管状结构，有效节约成本，同时第一机械臂20内还可进行走线，使得空间得到合理的利用。

第二旋转组件30包括第二底座31、安装在第二底座31内的第二旋转驱动器、以及连接第二旋转驱动器的第二基座32，第一机械臂20远离第一旋转组件10的一端与第二底座31，第二机械臂40的一端与第二基座32连接，第二旋转驱动器用于驱动第二基座32沿水平方向旋转，进而带动丝杠驱动机构50及丝杠60同步旋转。第二底座31可与第二基座32内连通，第二底座31也可不与第二基座32内连通。第二基座32的底部与第二底座31的顶部活动套接，具体地，第二基座32的底部套设在第二底座31的顶部活上，从而第二旋转驱动器驱动第二基座32旋转时，第二基座32相对第二底座31旋转。第二底座31及第二基座32的材料均为铝合金。

进一步地，第二底座31的侧壁上设置有第二连接环33，第二连接环33设于第二底座31朝向第一旋转组件10的外壁上，即第二连接环33朝向第一旋转组件10设置，且第二连接环33与第一连接环13等高对应设置，第二连接环33内与第二底座31内可连通或可不连通，第二连接环33的材料为铝合金。第一机械臂20远离第一旋转组件10的一端与第二连接环33套接，具体地，第一机械臂20的小端套设在第二连接环33上。更进一步地，第一机械臂20与第二连接环33之间还可通过粘接方式固定连接，进一步加强第一机械臂20与第二连接环33之间连接的稳定性。另外，在他实施例中，第一机械臂20还可与第二连接环33之间螺纹连接，使第一机械臂20与第二连接环33之间活动套接，从而第一机械臂20与第二连接环33之间可拆卸，便于维修和更换，同时有效加强第一机械臂20与第二连接环33之间连接的稳定性。

第二基座32的侧壁上设置有第三连接环34，第三连接环34设于第二基座32朝向丝杠驱动机构50的外侧壁上，即第三连接环34朝向丝杠驱动机构50设置，第三连接环34高于第二连接环33，第二连接环33内可与第二基座32内连通或不连通。第三连接环34的材料为铝合金。第二机械臂40的一端与第三连接环34套接。更进一步地，第二机械臂40与第三连接环34之间还可通过粘接方式固定连接，进一步加强第二机械臂40与第三连接环34之间连接的稳定性。另外，在他实施例中，第二机械臂40还可与第三连接环34之间螺纹连接，使第二机械臂40与第三连接环34之间活动套接，从而第二机械臂40与第三连接环34之间可拆卸，便于维修和更换，同时有效加强第二机械臂40与第三连接环34之间连接的稳定性。

在一些实施例中，第二机械臂40为管状，进一步地，第二机械臂40为圆管状，且第二机械臂40的外径自第二旋转组件30朝丝杠驱动机构50方向逐渐变小，第二机械臂40的大端套设在第一连接环13上。第二机械臂40为管状结构，有效节约成本，同时第二机械臂40内还可进行走线，使得空间得到合理的利用。

丝杠驱动机构50包括座体51、安装在座体51内的丝杠升降组件、以及安装在座体51内的丝杠旋转组件，座体51为空腔结构，丝杠60连接丝杠升降组件及丝杠旋转组件，且丝杠60的两端分别延伸出座体51的上端和下端，第二机械臂40远离第二旋转组件30的一端与座体51连接。丝杠升降组件用于驱动丝杠60进行升降直线移动，丝杠旋转组件用于驱动丝杠60进行水平旋转运动。座体51的材料为铝合金。

座体51的中部侧壁上设置有第四连接环52，第四连接环52设于座体51朝向第二基座32的外侧壁上，即第四连接环52朝向第二旋转组件30设置，且第四连接环52与第三连接环34等高对应设置，第四连接环52可与座体51内连通或不连通，第四连接环52的材料为铝合金。第二机械臂40远离第二旋转组件30的一端与第四连接环52套接。更进一步地，更进一步地，第二机械臂40与第四连接环52之间还可通过粘接方式固定连接，进一步加强第二机械臂40与第四连接环52之间连接的稳定性。另外，在他实施例中，第二机械臂40还可与第四连接环52之间螺纹连接，使第二机械臂40与第四连接环52之间活动套接，从而第二机械臂40与第四连接环52之间可拆卸，便于维修和更换，同时有效加强第二机械臂40与第四连接环52之间连接的稳定性。

在一些实施例中，定位精度高的SCARA机器人还包括第一连杆70、第一固定座80及第一螺母90，第一连杆70穿设在第一机械臂20内，且第一连杆70的两端分别连接第一旋转组件10及第二旋转组件30，进一步地，第一连杆70的两端分别第一基座12及第二底座31，第一连杆70为导电金属杆，第一连杆70用于消除附近的静电，以提高安全性和工作精度。具体地，第一固定座80安装在第一基座12内，可以是第一固定座80通过螺钉连接方式与第一基座12的底部固定连接，第一固定座80上设有第一连接孔81，第二底座31的内壁上设有第一螺纹孔，第一连杆70的两端设有螺纹，从而第一连杆70的一端穿过第一连接环13及第一固定座80上的第一连接孔81，且第一螺母90与第一连杆70穿过第一连接孔81的一端螺纹连接，第一连杆70的另一端穿过第二连接环33与第二底座31上的第一螺纹孔螺纹连接。

定位精度高的SCARA机器人还包括第二连杆100、第二固定座110及第二螺母120，第二连杆100穿设在第二机械臂40内，且第二连杆100的两端分别连接第二旋转组件30及丝杠驱动机构50，第二连杆100为导电金属杆，第二连杆100用于消除附近的静电，以提高安全性和工作精度。具体地，第二固定座110安装在第二基座32内，第一固定座80可以通过螺钉连接方式与第二基座32的底部固定连接，第二固定座110上设有第二连接孔111，第四连接环52设有第二螺纹孔53，第二连杆100的两端设有螺纹，从而第二连杆100的一端穿过第三连接环34及第二固定座110上的第二连接孔111，且第二螺母120与第二连杆100穿过第二连接孔111的一端螺纹连接，第二连杆100的另一端穿过第四连接环52上的第二螺纹孔53螺纹连接。

可以理解地，假设座体51上或附近有静电，则静电依次通过座体51、第二连杆100、第二基座32、第二底座31、第一连杆70、第一基座12及第一底座11传导至地面。

本发明的定位精度高的SCARA机器人的第一机械臂20及第二机械臂40的材料均采用碳纤维，使得第一机械臂20及第二机械臂40的重量相比铝合金机械臂的重量减轻，进而减轻SCARA机器人的整体重量，有效减少SCARA机器人的惯量，便于运动控制，碳纤维的刚度较铝合金的刚度大，有效增强第一机械臂20及第二机械臂40的刚性，能承受更大的惯性力矩。碳纤维的热膨胀系数小于铝合金的膨胀系数，使得在温度变化的情况下，第一机械臂20及第二机械臂40的变形量较小，有效提高SCARA机器人的定位精度。另外，碳纤维的热膨胀系数为负值，铝合金的热膨胀系数为正值，而第一机械臂20及第二机械臂40的材料均采用碳纤维，第一底座11、第一基座12、第一连接环13、第二底座31、第二基座32、第二连接环33、第三连接环34、座体51及第四连接环52的材料均采用铝合金，从而在温度变化的情况下，碳纤维与铝合金之间正负抵消一部分变形量，进一步提高SCARA机器人的定位精度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种定位精度高的SCARA机器人，其特征在于，包括第一旋转组件、第一机械臂、第二旋转组件、第二机械臂、丝杠驱动机构及丝杠；所述第一机械臂的两端分别连接所述第一旋转组件及所述第二旋转组件，所述第二机械臂的两端分别连接所述第二旋转组件及所述丝杠驱动机构，所述第一机械臂及所述第二机械臂的材料均为碳纤维，所述丝杠连接所述丝杠驱动机构。

2.根据权利要求1所述的定位精度高的SCARA机器人，其特征在于，所述第一旋转组件包括第一底座、安装在所述第一底座内的第一旋转驱动器、以及连接所述第一旋转驱动器的第一基座，所述第一机械臂的一端与所述第一基座连接。

3.根据权利要求2所述的定位精度高的SCARA机器人，其特征在于，所述第一基座的底部与所述第一底座的顶部活动套接。

4.根据权利要求2所述的定位精度高的SCARA机器人，其特征在于，所述第一基座的侧壁上设有第一连接环，所述第一机械臂的一端与所述第一连接环套接。

5.根据权利要求1所述的定位精度高的SCARA机器人，其特征在于，所述第二旋转组件包括第二底座、安装在所述第二底座内的第二旋转驱动器、以及连接所述第二旋转驱动器的第二基座，所述第一机械臂远离所述第一旋转组件的一端与所述第二底座连接，所述第二机械臂的一端与所述第二基座连接。

6.根据权利要求5所述的定位精度高的SCARA机器人，其特征在于，所述第二基座的底部与所述第二底座的顶部活动套接。

7.根据权利要求5所述的定位精度高的SCARA机器人，其特征在于，所述第二底座的侧壁上设置有第二连接环，所述第一机械臂远离所述第一旋转组件的一端与所述第二连接环套接。

8.根据权利要求5所述的定位精度高的SCARA机器人，其特征在于，所述第二基座的侧壁上设置有第三连接环，所述第二机械臂的一端与所述第三连接环套接。

9.根据权利要求1所述的定位精度高的SCARA机器人，其特征在于，所述丝杠驱动机构包括座体、安装在座体内的丝杠升降组件、以及安装在座体内的丝杠旋转组件，所述丝杠连接所述丝杠升降组件及所述丝杠旋转组件，所述第二机械臂远离所述第二旋转组件的一端与所述座体连接。

10.根据权利要求9所述的定位精度高的SCARA机器人，其特征在于，所述座体上设置有第四连接环，所述第二机械臂远离所述第二旋转组件的一端与所述第四连接环套接。

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