CN112589784A - 水平多关节型机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平多关节型机器人，包括底座、X臂装置、Y臂装置和丝杆装置。其中，X臂装置包括X臂和X臂驱动组件,X臂能够由X臂驱动组件驱动，绕第一轴转动，Y臂装置包括Y臂和Y臂驱动组件，Y臂能够由Y臂驱动组件驱动，绕第二轴转动，丝杆装置包括丝杆、R轴驱动电机、R轴同步带组件、Z轴驱动电机和Z轴同步带组件，丝杆与R轴驱动电机之间通过R轴同步带组件传动连接，丝杆与Z轴驱动电机之间通过Z轴同步带组件传动连接。因采用同步带方式传动和减速，可以有效降低传动链中的回程误差，该水平多关节型机器人的位置精度高。

Description

水平多关节型机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种水平多关节型机器人。

背景技术

随着社会的发展与科技的进步，机器人已经广泛应用于生产与生活中代替或者辅助人类完成各种工作，如在3C行业中已广泛使用水平多关节型机器人代替工人完成搬运、上下料与装配等作业任务。随着机器人的作业对象不断往小型化、精细化、高质量的方向发展，就需要机器人具有更高的精度以适应作业需求。在水平多关节型(SCARA)机器人中，在丝杆旋转轴的传动链中通常会使用到行星减速器，而行星减速器中客观存在的回程误差就直接导致了机器人的位置误差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种水平多关节型机器人，其能在一定程度上提高精度。

根据本发明实施例的水平多关节型机器人，包括：

底座；

X臂装置，安装于所述底座，包括X臂和X臂驱动组件，所述X臂能够由所述X臂驱动组件驱动，绕第一轴转动；

Y臂装置，安装于所述X臂，包括Y臂和Y臂驱动组件，所述Y臂能够由所述Y臂驱动组件驱动，绕第二轴转动；

丝杆装置，安装于所述Y臂,包括丝杆、R轴驱动电机、R轴同步带组件、Z轴驱动电机和Z轴同步带组件，所述丝杆与所述R轴驱动电机之间通过所述R轴同步带组件传动连接，所述丝杆与所述Z轴驱动电机之间通过所述Z轴同步带组件传动连接，所述丝杆能够由所述R轴驱动电机驱动做回转以及升降运动，所述丝杆能够由所述Z轴驱动电机驱动做升降运动，所述丝杆能够由所述R轴驱动电机和所述Z轴驱动电机驱动做纯回转运动。

根据本发明实施例的水平多关节型机器人，至少具有如下技术效果：由于丝杆在R轴的回转运动通过R轴驱动电机以及R轴同步带组件传动实现，丝杆在Z轴的升降运动则通过Z轴驱动电机以及Z轴同步带组件传动实现，因采用同步带方式传动和减速，可以有效降低传动链中的回程误差，因此，该水平多关节型机器人的位置精度高，可以应用到各种对位置精度要求较高的生产实际中，从而可以扩大此类机器人的应用范围。

另外，根据本发明实施例的水平多关节型机器人还具有如下附加的技术特征：

根据本发明实施例的一些实施例，所述R轴同步带组件包括多级同步带。

根据本发明实施例的一些实施例，所述R轴同步带组件包括两级同步带，所述两级同步带包括：

R轴一级主动带轮，与所述R轴驱动电机的输出轴连接；

R轴一级从动带轮；

R轴一级同步带，传动连接所述R轴一级主动带轮和所述R轴一级从动带轮；

R轴二级主动带轮，与所述R轴一级从动带轮同轴连接；

R轴二级从动带轮，连接于所述丝杆；

R轴二级同步带，传动连接所述R轴二级主动带轮和所述R轴二级从动带轮。

根据本发明实施例的一些实施例，所述R轴同步带组件还包括：

传动轴，所述传动轴具有相对的第一端和第二端，所述R轴一级从动带轮和所述R轴二级主动带轮均安装于所述传动轴；

第一轴承，所述第一轴承的外圈固定连接所述Y臂，所述第一轴承的内圈固定连接所述第一端；

第二轴承，所述第二轴承的外圈固定连接所述Y臂，所述第二轴承的内圈固定连接所述第二端。

根据本发明实施例的一些实施例，还包括R轴法兰，所述R轴法兰可调连接于所述Y臂，所述R轴驱动电机连接于所述包括R轴法兰。

根据本发明实施例的一些实施例，所述R轴同步带组件还包括皮带张紧机构，所述皮带张紧机构包括：

固定座，连接于所述Y臂；

调节架，可调连接于所述固定座，所述调节架包括张紧轮，所述张紧轮能够由所述调节架驱动，与所述R轴二级同步带接触连接。

根据本发明实施例的一些实施例，所述R轴一级主动带轮设有飞轮。

根据本发明实施例的一些实施例，所述Z轴同步带组件包括一级同步带。

根据本发明实施例的一些实施例，还包括抱闸，所述Z轴驱动电机的输出轴穿过所述抱闸并与所述Z轴同步带组件连接，所述抱闸具有掉电和上电两种状态，当所述抱闸掉电时，所述抱闸限制所述Z轴驱动电机的输出轴转动，当所述抱闸上电时，所述Z轴驱动电机的输出轴能够自由转动。

根据本发明实施例的一些实施例，所述R轴驱动电机和所述Z轴驱动电机并排紧贴于所述Y臂驱动组件设置。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的水平多关节型机器人的整体结构示意图；

图2是图1的正视图；

图3是图1中实施例的水平多关节型机器人另一角度的结构示意图；

图4是图1中的R轴同步带组件的结构示意图；

图5是图1中的皮带张紧机构的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“左”、“右”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。

在本发明实施例的描述中，如果某一特征被称为“设置”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、在另一个特征上。

下面结合图1至图5描述根据本发明实施例的水平多关节型机器人10。

图1至图3完整地示出了根据本发明一个实施例的水平多关节型机器人10，其包括底座100、X臂装置200、Y臂装置300和丝杆装置400。其中，X臂装置200安装于底座100，X臂装置200包括X臂210和X臂驱动组件220,X臂210能够由X臂驱动组件220驱动，绕第一轴转动。Y臂装置300安装于X臂210，包括Y臂310和Y臂驱动组件320，Y臂310能够由Y臂驱动组件320驱动，绕第二轴转动。丝杆装置400安装于Y臂310,包括丝杆410、R轴驱动电机420、R轴同步带组件430、Z轴驱动电机440和Z轴同步带组件450，丝杆410与R轴驱动电机420之间通过R轴同步带组件430传动连接，丝杆410与Z轴驱动电机440之间通过Z轴同步带组件450传动连接，丝杆410能够由R轴驱动电机420驱动做回转以及升降运动，丝杆410能够由Z轴驱动电机440驱动做升降运动，丝杆410能够由R轴驱动电机420和Z轴驱动电机440驱动做纯回转运动。由此，本实施例的水平多关节型机器人10能够实现四个轴的运动。

由于丝杆410在R轴的回转运动通过R轴驱动电机420以及R轴同步带组件430传动实现，丝杆410在Z轴的升降运动则通过Z轴驱动电机440以及Z轴同步带组件450传动实现，因采用同步带方式传动和减速，可以有效降低传动链中的回程误差，因此，该水平多关节型机器人10的位置精度高，可以应用到各种对位置精度要求较高的生产实际中，从而可以扩大此类机器人的应用范围。

参考图1至图3，在一些实施例中，水平多关节型机器人包括底座100、X臂装置200与Y臂装置300。底座100与X臂210的一端可水平转动的连接，X臂210的另一端与Y臂310的一端可水平转动的连接。此外，在底座100与Y臂装置300还设有穿线管500，从而实现两部分之间的电连接。

参考图1至图3，在一些实施例中，X臂装置200包括X臂驱动组件220。其中，X臂驱动组件220包括X轴驱动电机221；X轴驱动电机221固接在底座100上，用于驱动X臂210绕第一轴转动，从而实现水平多关节型机器人10的第一轴运动。

参考图1至图3，在一些实施例中，Y臂装置300包括Y臂驱动组件320。其中，Y臂驱动组件320包括Y轴驱动电机321和Y轴法兰322，Y轴驱动电机321固接在Y轴法兰322上，并通过Y轴法兰322固接在Y臂310上。Y轴驱动电机321驱动X臂210与Y臂310之间的相对转动，从而实现水平多关节型机器人10的第二轴运动。

参考图1至图3，在一些实施例中，Y臂装置300还包括机罩330、机罩钣金340与铜柱350等。机罩钣金340通过铜柱350与Y臂310固接，同时机罩钣金340固接穿线管500的一端，机罩330固接在Y臂310与机罩钣金340上。

进一步的，底座100、X臂210、Y臂310与机罩330都采用了流线型的外观设计，因此，本实施例的水平多关节型机器人10具有优美与协调的外观。

参考图1至图3，在一些实施例中，所述R轴同步带组件430包括多级同步带，以有效地降低R轴驱动电机420输出的转速。在一些实施例中，R轴同步带组件430包括两级同步带，具体而言，两级同步带包括R轴一级主动带轮431、R轴一级从动带轮432、R轴一级同步带433、R轴二级主动带轮434、R轴二级从动带轮435和R轴二级同步带436，其中，R轴一级主动带轮431与R轴驱动电机420的输出轴连接，R轴一级同步带433传动连接R轴一级主动带轮431和R轴一级从动带轮432，R轴二级主动带轮434与R轴一级从动带轮432同轴连接，R轴二级从动带轮435连接于丝杆410，R轴二级同步带436传动连接R轴二级主动带轮434和R轴二级从动带轮435。

如图1至3所示，并结合图4，具体地，Y臂310设置有R轴法兰460，R轴驱动电机420固接在R轴法兰460，由此，R轴驱动电机420通过R轴法兰460固定至Y臂310。所述R轴一级主动带轮431固接在R轴驱动电机420的输出轴上，并经过R轴一级同步带433将动力传递至固接在传动轴437一端的R轴一级从动带轮432上，传动轴437的另一端还固接有R轴二级主动带轮434，R轴一级从动带轮432上的动力经过传动轴437传至R轴二级主动带轮434上，并通过R轴二级同步带436将动力传递至R轴二级从动带轮435，R轴二级从动带轮435固接在花键母470的内圈部分，花键母470的外圈部分固接在Y臂310上，花键母470的内圈部分的内环与丝杆410滚动连接，花键母470的内圈部分的外环与花键母470的外圈部分滚动连接，因此花键母470的内圈部分可以与R轴二级从动带轮435同步转动，并将运动传递至丝杆410，使丝杆410产生回转以及升降运动，从而实现水平多关节型机器人10的第四轴运动。

参考图4，在一些实施例中，R轴同步带组件430还包括传动轴437、第一轴承438和第二轴承439，其中，传动轴437具有相对的第一端和第二端，且R轴一级从动带轮432和R轴二级主动带轮434均安装于所述传动轴437，可以理解的是，R轴一级从动带轮432和R轴二级主动带轮434在沿传动轴437的轴向方向上上、下错开设置。此外，在第一轴承438的外圈固定连接Y臂310，第一轴承438的内圈固定连接第一端，第二轴承439的外圈固定连接Y臂310，第二轴承439的内圈固定连接第二端。由此，通过第一轴承438和第二轴承439，可以将传动轴437的两端加以固定，从而保证了传动轴437的良好受力性，减少了传动轴437的变形量，从而确保了R轴同步带组件430的传动精度与稳定性。

可以理解的是，通过将传动轴437、R轴一级从动带轮432与R轴二级主动带轮434三者相对固定成为一个整体，从而实现动力从R轴一级从动带轮432经过传动轴437传递至R轴二级主动带轮434。

如图1至图3所示，在一些实施例中，为了便于布置，在Y臂310设置有固定架360,第一轴承438的外圈与固定架360固接，并通过固定架360将传动轴437的一端固定在Y臂310上。

如图1至图3所示，在一些实施例中，R轴法兰460相对于Y臂310的位置可以进行微调，从而可以实现对R轴一级同步带433张力的调节。

参考图1和图5，R轴同步带组件430还包括皮带张紧机构600，皮带张紧机构600包括固定座610和调节架620，固定座610连接于所述Y臂310；调节架620可调连接于固定座610，调节架610包括张紧轮630，张紧轮630能够由调节架620驱动，与R轴二级同步带436接触连接，从而对R轴二级同步带436进行张紧调节。

具体而言，固定座610固接在Y臂310上，调节架620可调连接在固定座610上，且第三轴承631与第四轴承632固接于调节架620，第三轴承631与第四轴承632压接在R轴二级同步带436的外表面上，因此通过调整调节架620的位置即可实现对R轴二级同步带436张力的调节，十分方便。其中，第三轴承631与第四轴承632构成上述的张紧轮630。

参考图4，在一些实施例中，R轴一级主动带轮431设有飞轮700，R轴一级主动带轮431直接与R轴驱动电机420的输出轴直接固接，飞轮700可以提高了R轴驱动电机420的转动惯量，从而可以提高R轴驱动电机420的负载能力。

如图1至图3所示，在一些实施例中，在Y臂310设置有Z轴法兰480，Z轴驱动电机440固接在Z轴法兰480的一端，并通过Z轴法兰480将Z轴驱动电机440固定在Y臂310上。

如图1至图3所示，在一些实施例中，Z轴同步带组件450包括一级同步带。具体而言，Z轴同步带组件450包括Z轴主动带轮451、Z轴从动带轮452和Z轴同步带453。其中，Z轴从动带轮452固接在丝杆母490的内圈部分，丝杆母490的外圈部分通过安装座800固接在Y臂310上，丝杆母490的内圈部分的内环与丝杆410滚动连接，丝杆母490的内圈部分的外环与花键母470的外圈部分滚动连接，因此丝杆母490的内圈部分可以与Z轴从动带轮452同步转动，并将Z轴驱动电机440的运动传递至丝杆410使其产生升降运动，从而实现水平多关节型机器人10的第三轴运动。

可以理解的是，由于丝杆装置400包括丝杆410、丝杆母490与花键母470三部分，其具有三种基本运动关系：

(1)、丝杠410在Z轴驱动电机440的驱动下做升降运动。具体而言，在Z轴驱动电机440的驱动下，Z轴从动带轮452旋转(R轴二级从动带轮435静止不转动)，从而带动丝杆410上下运动。在这种情况下，Z轴从动带轮452正转1圈，丝杆410下降一个导程的高度；Z轴从动带轮452反转1圈，丝杆410上升一个导程的高度。从速度的角度来说，Z轴从动带轮452的旋转速度为N1(R/min)，则丝杆410上下运动的速度为N1*l,其中，I为丝杆410的导程为l。

(2)、丝杠410在R轴驱动电机420的驱动下做回转和升降的复合运动。具体而言，在R轴驱动电机420的驱动下，R轴二级从动带轮435旋转(Z轴从动带轮452静止不动),从而带动丝杆410螺旋运动，即丝杆410在回转的同时也伴有上升或下降的复合运动。在这种情况下，R轴二级从动带轮435带动丝杆410正转一圈，丝杆410上升一个导程的高度，如R轴二级从动带轮435带动丝杆410反转一圈，丝杆410下降一个导程的高度。同理，也可以按照上述的速度角度来理解。

(3)、丝杠410在R轴驱动电机420和Z轴驱动电机440的复合驱动下做纯回转运动。具体而言，R轴驱动电机420的驱动下，R轴二级从动带轮435正转1圈、同时，在Z轴驱动电机440的驱动下，Z轴从动带轮452正转1圈，丝杆410只正转一圈。相反地，若R轴二级从动带轮435反转1圈、同时Z轴从动带轮452反转1圈，则丝杆410只反转一圈。同理，也可以按照上述的速度角度来理解。

应当理解的是，除上述三种基本运动外，还可以通过组合不同的R轴二级从动带轮435、Z轴从动带轮452的转动方向与速度，可以使得丝杆410做不同的螺旋运动。

如图3所示，还包括抱闸900，抱闸900固接在Z轴法兰480的另一端并与Z轴驱动电机440轴线同轴，Z轴驱动电机440的输出轴穿过抱闸900并与Z轴同步带组件450连接。具体而言，Z轴驱动电机440的输出轴穿过抱闸900内部与Z轴主动带轮451固接。可以理解的是，抱闸900具有掉电和上电两种状态，且当抱闸900掉电时，抱闸900限制Z轴驱动电机440的输出轴转动，从而起到掉电保护作用，当所述抱闸上电时，Z轴驱动电机440的输出轴能够自由转动。

如图1和图3所示，在一些实施例中，R轴驱动电机420和所述Z轴驱动电机440并排紧贴于所述Y臂驱动组件320设置，具体而言，紧靠Y轴驱动电机321设置，如此，可以有效降低水平多关节型机器人10的第一轴和、第二轴的转动惯量，从而使得水平多关节型机器人10能够以更高的速度工作。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.水平多关节型机器人，其特征在于，包括：

底座；

X臂装置，安装于所述底座，包括X臂和X臂驱动组件，所述X臂能够由所述X臂驱动组件驱动，绕第一轴转动；

Y臂装置，安装于所述X臂，包括Y臂和Y臂驱动组件，所述Y臂能够由所述Y臂驱动组件驱动，绕第二轴转动；

丝杆装置，安装于所述Y臂,包括丝杆、R轴驱动电机、R轴同步带组件、Z轴驱动电机和Z轴同步带组件，所述丝杆与所述R轴驱动电机之间通过所述R轴同步带组件传动连接，所述丝杆与所述Z轴驱动电机之间通过所述Z轴同步带组件传动连接，所述丝杆能够由所述R轴驱动电机驱动做回转以及升降运动，所述丝杆能够由所述Z轴驱动电机驱动做升降运动，所述丝杆能够由所述R轴驱动电机和所述Z轴驱动电机驱动做纯回转运动。

2.根据权利要求1所述的水平多关节型机器人，其特征在于，所述R轴同步带组件包括多级同步带。

3.根据权利要求2所述的水平多关节型机器人，其特征在于，所述R轴同步带组件包括两级同步带，所述两级同步带包括：

R轴一级主动带轮，与所述R轴驱动电机的输出轴连接；

R轴一级从动带轮；

R轴一级同步带，传动连接所述R轴一级主动带轮和所述R轴一级从动带轮；

R轴二级主动带轮，与所述R轴一级从动带轮同轴连接；

R轴二级从动带轮，连接于所述丝杆；

R轴二级同步带，传动连接所述R轴二级主动带轮和所述R轴二级从动带轮。

4.根据权利要求3所述的水平多关节型机器人，其特征在于，所述R轴同步带组件还包括：

传动轴，所述传动轴具有相对的第一端和第二端，所述R轴一级从动带轮和所述R轴二级主动带轮均安装于所述传动轴；

第一轴承，所述第一轴承的外圈固定连接所述Y臂，所述第一轴承的内圈固定连接所述第一端；

第二轴承，所述第二轴承的外圈固定连接所述Y臂，所述第二轴承的内圈固定连接所述第二端。

5.根据权利要求3或4所述的水平多关节型机器人，其特征在于，还包括R轴法兰，所述R轴法兰可调连接于所述Y臂，所述R轴驱动电机连接于所述包括R轴法兰。

6.根据权利要求3或4所述的水平多关节型机器人，其特征在于，所述R轴同步带组件还包括皮带张紧机构，所述皮带张紧机构包括：

固定座，连接于所述Y臂；

调节架，可调连接于所述固定座，所述调节架包括张紧轮，所述张紧轮能够由所述调节架驱动，与所述R轴二级同步带接触连接。

7.根据权利要求3或4所述的水平多关节型机器人，其特征在于，所述R轴一级主动带轮设有飞轮。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的水平多关节型机器人，其特征在于，所述Z轴同步带组件包括一级同步带。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的水平多关节型机器人，其特征在于，还包括抱闸，所述Z轴驱动电机的输出轴穿过所述抱闸并与所述Z轴同步带组件连接，所述抱闸具有掉电和上电两种状态，当所述抱闸掉电时，所述抱闸限制所述Z轴驱动电机的输出轴转动，当所述抱闸上电时，所述Z轴驱动电机的输出轴能够自由转动。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的水平多关节型机器人，其特征在于，所述R轴驱动电机和所述Z轴驱动电机并排紧贴于所述Y臂驱动组件设置。

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