CN112757271A - 平面关节四轴机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平面关节四轴机械臂，包括底座，底座上安装有第一电机和滚珠丝杆模组，第一电机与滚珠丝杆模组通过同步带连接，螺母组件上安装有第二电机和大臂，大臂的前端安装有第三电机和前臂，前臂的前端安装有第四电机和末端执行器；第一、第二、第三、第四电机通过EtherCAT线缆与PLC控制器连接。本申请通过采用一体化低压伺服电机作为机械臂关节轴，采用滚珠丝杠模组为第一轴，使用EtherCAT线缆连接各关节，使得机械臂质量轻，惯量小，集成度高，运动速度快，通讯带宽提升，响应性、稳定性增强。

Description

平面关节四轴机械臂

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，具体涉及一种平面关节四轴机械臂。

背景技术

Scara机器人是一种应用于装配作业的机器人手臂，一般有2～3个轴线平行的旋转关节，结构简单，占地面积小，运动速度快，在生产领域得到广泛应用。现有SCARA四轴机械臂由4个电机分别驱动大臂和前臂的水平方向旋转，以及末端机构的水平方向旋转和竖直方向运动。其中用于驱动大臂水平方向旋转的电机位于基座内，其余三个电机位于前臂内。现有SCARA四轴机械臂在带载运行工况的主要质量集中在第四轴，转动惯量大，且刚性相对较弱，不能进行快速旋转，限制了机械臂的运转效率，成为提高工作效率的瓶颈。另一方面，现有SCARA机械臂由电控箱和机械臂两大部分组成，占用体积大，装配复杂，现场防护困难；线缆是在防护罩外由基座引至前臂，造成机器人在运动过程中易造成线缆弯折，限制了机器人的运动范围。

发明内容

为解决现有现有SCARA四轴机械臂，转动惯量大、刚性弱、运转效率低，以及占用体积大、装配复杂、运动范围小，通讯带宽低的技术问题，本发明提供一种平面关节四轴机械臂。

本发明采用的技术方案是：

一种平面关节四轴机械臂，包括底座，底座上安装有第一电机和滚珠丝杆模组，所述滚珠丝杆模组包括丝杆和螺母组件，第一电机与丝杆通过同步带连接，第一电机驱动丝杆做平面旋转运动从而带动螺母组件做直线运动；螺母组件上安装有第二电机和大臂，第二电机驱动大臂绕第二轴做平面转动；大臂的前端安装有第三电机和前臂，第三电机驱动前臂绕第三轴做平面转动；前臂的前端安装有第四电机和末端执行器，第四电机驱动末端执行器做平面转动；第一、第二、第三、第四电机均采用一体化低压伺服电机，通过EtherCAT线缆与PLC控制器连接。

进一步地，所述一体化低压伺服电机连接有行星减速器。

进一步地，第二电机输出轴穿过大臂安装在螺母组件上且通过预紧螺母锁紧定位，大臂与螺母组件之间设有第一推力球轴承。

进一步地，第三电机输出轴穿过大臂、前臂安装在大臂上且通过预紧螺母锁紧定位，大臂与前臂之间设有第二推力球轴承。

进一步地，第四电机和末端执行器通过同步带连接。

进一步地，滚珠丝杠模组的型号为1610，有效行程为200mm。

本发明的有益效果：

1、机械臂的第一轴采用滚珠丝杠模组，将机械臂大部分质量移动到第一轴上，使得机械臂轻量化，惯量小，运动速度更快，效率更高。

2、采用一体化低压伺服电机作为机械臂关节轴，使用EtherCAT线缆连接各关节，使得机械臂体积缩小，结构紧凑，集成度高，功率密度大，散热效果好；省去电缆连接，提高扩大了机械臂的运动范围，提高了电机和控制器之间的通讯带宽，使得机械臂系统增强了响应性、稳定性等方面性能。

附图说明

图1是示出本发明一种实施例的平面关节四轴机械臂的结构示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施方式1

参阅图1，一种平面关节四轴机械臂，包括底座2、第一同步带3、滚珠丝杆模组4、第一电机1、第二电机10、第三电机11、第四电机13、大臂9、前臂12、末端执行器14、第二同步带15、第一预紧螺母5、第二预紧螺母6、第一推力球轴承7及第二推力球轴承8。

底座2是整个系统的载体，由铝合金材料制成。滚珠丝杠模组4及第一电机1通过螺钉竖直安装在底板上，滚珠丝杠模组4包括丝杆和螺母组件41，丝杆及第一电机输出轴穿过底座2通过同步带3连接，第一电机1驱动丝杆做平面旋转运动从而带动螺母组件41做直线运动。

大臂9及前臂12的前后两端均设有安装通孔，螺母组件41上设有电机安装孔，第二电机10的输出轴依次穿过大臂9安装通孔、第一推力球轴承7、电机安装孔安装在螺母组件41上，末端通过第一预紧螺母5锁紧定位。大臂9与第二电机10过盈配合连接，螺母组件41与第二电机10间隙配合连接，第一推力球轴承7支持在大臂9和螺母组件41之间，第二电机10驱动大臂9绕第二轴做平面转动，第一推力球轴承7使大臂转动更为顺畅。

第三电机11的输出轴依次穿过大臂9安装通孔、第二推力球轴承8、前臂12安装孔安装在大臂9上，末端通过第二预紧螺母6锁紧定位。大臂9与第三电机11间隙配合连接，前臂12与第三电机11过盈配合连接，第二推力球轴承8支持在大臂9和前臂12之间，第三电机11驱动前臂12绕第三轴做平面转动，第二推力球轴承8使前臂转动更为顺畅。

第四电机13和末端执行器14通过螺钉安装在前臂12上，第四电机13的输出轴通过第二同步带15与末端执行器14连接，第四电机13驱动末端执行器14绕本体中心轴做平面转动，且在滚珠丝杠模组4的带动下做上下运动。

第一电机1、第二电机10、第三电机11及第四电机13均采用一体化低压伺服电机，通过EtherCAT线缆与PLC控制器连接。EtherCAT线缆的使用使得减少了机械臂电缆的使用数量，使机械臂体积缩小，提高了机器人的运动范围，增加了系统通讯带宽。PLC控制器为现有技术，在本实施例中选用NIM2000型号。

一体化低压伺服电机为现有技术，在本实施例中选用PMM6040型号。PMM6040一体化低压伺服电机通过联轴器与GF60A-L1-5-S-P2减速器连接，GF60A-L1-5-S-P2减速器用于电机减速。

在本实施例中，采用1610形滚珠丝杠模组，其有效行程为200mm，通过滚珠丝杠模组将机械臂大部分重量移动到第一轴上，使得机械臂轻量化，惯量小，运动速度更快，效率更高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种平面关节四轴机械臂，包括底座，其特征在于，底座上安装有第一电机和滚珠丝杆模组，所述滚珠丝杆模组包括丝杆和螺母组件，第一电机与丝杆通过同步带连接，第一电机驱动丝杆做平面旋转运动从而带动螺母组件做直线运动；螺母组件上安装有第二电机和大臂，第二电机驱动大臂绕第二轴做平面转动；大臂的前端安装有第三电机和前臂，第三电机驱动前臂绕第三轴做平面转动；前臂的前端安装有第四电机和末端执行器，第四电机驱动末端执行器做平面转动；第一、第二、第三、第四电机均采用一体化低压伺服电机，通过EtherCAT线缆与PLC控制器连接。

2.根据权利要求1所述的平面关节四轴机械臂，其特征在于，所述一体化低压伺服电机连接有行星减速器。

3.根据权利要求1或2所述的平面关节四轴机械臂，其特征在于，第二电机输出轴穿过大臂安装在螺母组件上且通过预紧螺母锁紧定位，大臂与螺母组件之间设有第一推力球轴承。

4.根据权利要求1或2所述的平面关节四轴机械臂，其特征在于，第三电机输出轴穿过大臂、前臂安装在大臂上且通过预紧螺母锁紧定位，大臂与前臂之间设有第二推力球轴承。

5.根据权利要求1或2所述的平面关节四轴机械臂，其特征在于，第四电机和末端执行器通过同步带连接。

6.根据权利要求1或2所述的平面关节四轴机械臂，其特征在于，滚珠丝杠模组的型号为1610，有效行程为200mm。

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