CN113635290A - 一种水平多关节机器人 - Google Patents

Abstract

一种水平多关节机器人，其特征在于：第二减速电机安装在基座上，能驱使第二臂绕J2轴线做旋转动作；第三电机与第四电机沿J2轴线分别安装在第二臂的上下两侧，第三电机能驱使动作轴绕J3轴线水平旋转，第四电机能驱使动作轴沿J3轴线升降动作。其优点在于：不仅布局合理，结构简单，便于生产装配，而且运行速度快。

Description

一种水平多关节机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种水平多关节机器人。

背景技术

水平多关节机器人SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)是一种水平多关节机器人，具有四个轴和四个运动自由度:X ,Y ,Z方向的平动自由度和绕Z轴的转动自由度。在X ,Y方向上具有顺从性，而在Z轴方向上具有良好的刚度，大臂和小臂是串联的两杆结构，类似人的手臂，可以伸进有限的空间中进行作业，然后收回。它的第一，二，四轴具有转动特性，第三轴具有线性移动特性，并且第三和第四可以根据工作需要的不同，制造成相应多种不同的形态。因此，SCARA机器人被广泛应用于电子产品工业，汽车工业，塑料工业，药品工业和食品工业等多个领域，用以完成搬取，装配，喷涂，焊接等操作。

比如中国发明专利申请CN109551515A公布的一种水平多关节产业机器人，该机器人具有固定于天花板面的基座、连结于基座并能够在水平面转动的第一手臂、连接于第一手臂并能够在水平面内转动的第二手臂以及设置大臂组件和小臂组件之间的连接筒。该专利解决了大臂与小臂之间的运动干涉问题，但该机器人的各驱动马达都设置于各关节上或小臂组件内，增加了机器人手臂的重量与转动惯量，降低了机器人的运行速度与节拍。

又比如中国发明专利申请CN 110948476 A公布的一种水平多关节机器人，其将所有轴的驱动马达都后置在底座内，同时增大马达功率提升机器人运行速度而不增加运动部件重量；运动臂内都采用同步带传动，最大程度降低运动部件重量，降低了机器人本体的重量及转动惯量，从而有效提升了机器人的运行速度及节拍，使高速SCARA机器人的生产成为可行。但是该机器人结构过于复杂，其将所有驱动马达都设置在底座内，大大增加了设计、生产和装配的难度，而且，其与常规水平多关节机器人一样，执行轴仍然是采用螺母丝杆的传动方式实现上下运动，因此执行轴的上下运动速度还是比较慢的，这使得机器人整体运行的速度及节拍，仍然受到限制，无法实现真正的高速动作。

发明内容

为了克服背景技术的不足，本发明提供一种水平多关节机器人。

本发明所采用的技术方案：一种水平多关节机器人，包括

基座；

第一减速电机，其安装在基座上；

第一臂，其一端与第一减速电机联动连接，所述第一减速电机能驱使第一臂绕J1轴线水平旋转；

第二臂，其第一端与第一臂的端部连接，并能绕J2轴线水平旋转；

动作轴，其与第二臂的第二端活动配合，并能沿J3轴线升降动作和水平旋转；

第二减速电机，其安装在基座上，并沿J1轴线设置，所述第二减速电机通过第二传动组件与第二臂联动连接，能驱使第二臂绕J2轴线做旋转动作；

第三电机与第四电机，其沿J2轴线分别安装在第二臂的上下两侧，所述第三电机通过第三传动组件与动作轴联动连接，能驱使动作轴绕J3轴线水平旋转，所述第四电机通过第四传动组件与动作轴联动连接，能驱使动作轴沿J3轴线升降动作。

所述第一减速电机与第二减速电机沿J1轴线相向设置。

所述第二传动组件采用带传送机构，包括与第二减速电机的输出端相连接第二主动带轮、与第二臂连接的第二从动带轮、以及连接第二主动带轮与第二从动带轮的第二传送带。

所述第二传动组件还包括张紧单元，所述张紧单元包括活动架、弹性件，所述活动架活动设置在第一臂的中部，所述弹性件连接活动架，能驱使活动架动作与第二传送带保持张紧。

所述第二传动组件采用平行四边形连杆机构，包括连杆、滑块，所述连杆与第一臂平行设置，且所述连杆的一端与第二减速电机的输出端连接，另一端与第二臂连接；所述滑块形成有两道相互交叉的直线滑轨，并分别与连杆、第一臂构成直线滑移配合。

所述第三传动组件采用带传送机构，包括与第三电机的输出端相连接第三主动带轮、沿J3轴线安装在第二臂上的第三从动带轮、以及连接第三主动带轮与第三从动带轮的第三传送带；所述动作轴贯穿第三从动带轮，并与第三从动带轮构成轴向滑移且周向限位的配合。

所述第四电机水平设置；

所述第四传动组件包括

两个传送带连接件，其分别设置在动作轴的上下两端，并与动作轴构成周向旋转且轴向限位的配合；

至少两个导向轮，其安装在第二臂上；

主动轮，其与第四电机的输出端相连接；

第四传送带，其两端分别与两个传送带连接件相连接，并绕在主动轮与导向轮上。

本发明的有益效果是：1）将控制第二臂动作的第二减速电机设置在基座内，从而减小了第一臂承受的整体重量以及运动惯性，进而提高了第一臂的运行速度与节拍；2）将控制动作轴动作的第三电机与第四电机沿J2轴线分别设置在第二臂的上下两侧，从而减小了第二臂承受的整体重量以及运动惯性，进而提高了第二臂的运行速度与节拍；3）直接通过带传动的方式驱动动作轴实现水平旋转与上下动作，进一步提高动作轴的运行速度。

采用上述方案的水平多关节机器人，不仅布局合理，结构简单，便于生产装配，而且运行速度快。

附图说明

图1为本发明实施例水平多关节机器人的结构示意图。

图2为本发明实施例水平多关节机器人隐藏部分外壳后的结构示意图。

图3为本发明实施例水平多关节机器人的俯视图。

图4为本发明实施例水平多关节机器人沿A-A方向的剖视图。

图5为本发明实施例水平多关节机器人沿E-E方向的剖视图。

图6为本发明实施例水平多关节机器人沿B-B方向的剖视图。

图7为本发明实施例水平多关节机器人第四传动组件的结构示意图。

图8为本发明另一实施例中水平多关节机器人的结构示意图。

图9为本发明另一实施例中水平多关节机器人沿F-F方向的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作进一步说明：

如图1-3所示，一种水平多关节机器人，包括基座1、第一减速电机2、第一臂3、第二臂4、动作轴5、第二减速电机6、第三电机8与第四电机9。

所述第一减速电机2与第二减速电机6均可采用基于摆线针轮减速机构的减速电机，不仅结构紧凑，而且传动效率高，所述第一减速电机2与第二减速电机6均安装在基座1内，且第一减速电机2与第二减速电机6相向设置，其输出端均能够绕J1轴线旋转。

其中，所述第一臂3的其中一端与第一减速电机2的输出端固定连接，因此，所述第一减速电机2能够直接驱使第一臂3绕J1轴线水平旋转。

所述第二臂4的其中一端与第一臂3连接，并能绕J2轴线水平旋转，所述第二减速电机6通过第二传动组件与第二臂4连接，因此，所述第二减速电机6能够通过第二传动组件驱使第二臂4绕J2轴线水平旋转。

由于第一减速电机2与第二减速电机6的输出端均以J1轴线为旋转中心，因此第一减速电机2与第二减速电机6即能够分别驱动第一臂3与第二臂4动作，同时又不会相互干扰，实现水平多关节机器人的手臂快速稳定地动作。同时，第一减速电机2与第二减速电机6相向设置在基座1内，不仅使得整体结构更加合理紧凑，减小体积，而且与常规水平多关节机器人相比，能够进一步减少第一臂所承受的重量以及转动惯量，进一步提高第一臂3的运行速度与节拍。

所述第二传动组件可选的形式有很多，比如图4-5所示采用带传动机构，包括与第二减速电机6的输出端相连接第二主动带轮71、与第二臂4连接的第二从动带轮72、以及连接第二主动带轮71与第二从动带轮72的第二传送带73，通过带传动的方式，不仅结构简单，而且动作稳定、快速。

进一步的，所述第二传动组件还包括张紧单元，所述张紧单元包括活动架74、弹性件75，所述活动架74活动设置在第一臂3的中部，所述弹性件75连接活动架74，能驱使活动架74动作与第二传送带73保持张紧，避免出现打滑，进一步保证带传动的稳定传动。

另外，所述第二传动组件也可如图8-9所示，采用平行四边形连杆机构，其具体包括连杆76、滑块77，所述连杆76与第一臂3平行设置，且所述连杆76的一端与第二减速电机6的输出端连接，另一端与第二臂4连接，整体构成一个平行四边形的结构，所述滑块77形成有两条相互交叉的直线滑轨，且所述滑块77分别与连杆76、第一臂3构成直线滑移配合，通过平行四边形连杆机构，能够确保第二臂4与第二减速电机6输出端的同步动作，同时通过滑块上形成的相互交叉的滑轨结构，能够确保连杆76与第一臂3始终保持平行，解决了传统平行四边形机构中死点位置位置不确定的问题，使得动作更加灵活，而且工作也更加稳定可靠。

其中，滑块的两条直线滑轨呈垂直交叉布置，不仅更方便生产组装，而且减少滑块77相对连杆76与第一臂3的滑移行程，减少磨损，使用寿命更高。

所述动作轴5活动安装在第二臂4的端部，并能沿J3轴线升降动作和水平旋转。所述第三电机8与第四电机9则分别安装在第二臂4与第一臂3连接一端的上下两侧，所述第三电机8通过第三传动组件与动作轴5联动连接，能驱使动作轴5绕J3轴线水平旋转，所述第四电机9通过第四传动组件与动作轴5联动连接，能驱使动作轴5沿J3轴线升降动作。

将第三电机8与第四电机9在第二臂4上沿J2轴线的位置分别上下设置，不仅使得整体结构更加合理紧凑，而且与常规水平多关节机器人相比，能够进一步减少第二臂4所承受的重量以及转动惯量，进一步提高第一臂4的运行速度与节拍。

所述第三传动组件采用带传送机构，具体结构如图7所示，包括与第三电机8的输出端相连接第三主动带轮101、安装在第二臂4端部并以J2轴线为中心的第三从动带轮102、以及连接第三主动带轮101与第三从动带轮102的第三传送带103。

所述动作轴5贯穿第三从动带轮102的中心设置，且动作轴5与第三从动带轮102之间构成轴向滑移且周向限位的配合，所述第三电机8能够带动第三从动带轮102绕J3轴线旋转，第三从动带轮102能够带动动作轴5绕J3轴线水平旋转，通过带传动不仅结构简单，而且动作稳定、快速。

所述第四传动组件同样采用带传送机构，具体结构如图8所示，包括两个传送带连接件111、两个导向轮112、主动轮113、第四传送带114。所述第四电机9水平设置，所述两个传送带连接件111分别设置在动作轴5的上下两端，并与动作轴5构成周向旋转且轴向限位的配合，所述导向轮112安装在第二臂4上，所述主动轮113与第四电机9的输出端相连接，所述第四传送带114两端分别与两个传送带连接件111相连接，并绕在主动轮113与导向轮112上。

第四电机9能够带动主动轮113动作，主动轮113通过第四传送带114、传送带连接件111能够带动动作轴5沿J3轴快速上下动作，通过带传动的方式，实现动作轴5的上下动作，相对于常规螺母丝杆的结构，动作速度更快。

第三电机8与第四电机9本身并不带减速机构，其可通过带传送机构实现减速的目的，因此能够进一步降低整体重量，减少运动惯性，进而提高了运行速度与节拍。

采用上述水平多关节机器人，不仅整体布局合理，结构紧凑，易于生产装配，而且运行速度更快，能够大幅提高工作效率。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

各位技术人员须知：虽然本发明已按照上述具体实施方式做了描述，但是本发明的发明思想并不仅限于此发明，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利专利权保护范围内。

Claims (7)

1.一种水平多关节机器人，包括

基座（1）；

第一减速电机（2），其安装在基座（1）上；

第一臂（3），其一端与第一减速电机（2）联动连接，所述第一减速电机（2）能驱使第一臂（3）绕J1轴线水平旋转；

第二臂（4），其第一端（401）与第一臂（3）的端部连接，并能绕J2轴线水平旋转；

动作轴（5），其与第二臂（4）的第二端（402）活动配合，并能沿J3轴线升降动作和水平旋转；

其特征在于：还包括

第二减速电机（6），其安装在基座（1）上，并沿J1轴线设置，所述第二减速电机（6）通过第二传动组件与第二臂（4）联动连接，能驱使第二臂（4）绕J2轴线做旋转动作；

第三电机（8）与第四电机（9），其沿J2轴线分别安装在第二臂（4）的上下两侧，所述第三电机（8）通过第三传动组件与动作轴（5）联动连接，能驱使动作轴（5）绕J3轴线水平旋转，所述第四电机（9）通过第四传动组件与动作轴（5）联动连接，能驱使动作轴（5）沿J3轴线升降动作。

2.根据权利要求1所述的水平多关节机器人，其特征在于：所述第一减速电机（2）与第二减速电机（6）沿J1轴线相向设置。

3.根据权利要求1所述的水平多关节机器人，其特征在于：所述第二传动组件采用带传送机构，包括与第二减速电机（6）的输出端相连接第二主动带轮（71）、与第二臂（4）连接的第二从动带轮（72）、以及连接第二主动带轮（71）与第二从动带轮（72）的第二传送带（73）。

4.根据权利要求3所述的水平多关节机器人，其特征在于：所述第二传动组件还包括张紧单元，所述张紧单元包括活动架（74）、弹性件（75），所述活动架（74）活动设置在第一臂（3）的中部，所述弹性件（75）连接活动架（74），能驱使活动架（74）动作与第二传送带（73）保持张紧。

5.根据权利要求1所述的水平多关节机器人，其特征在于：所述第二传动组件采用平行四边形连杆机构，包括连杆（76）、滑块（77），所述连杆（76）与第一臂（3）平行设置，且所述连杆（76）的一端与第二减速电机（6）的输出端连接，另一端与第二臂（4）连接；所述滑块（77）形成有两道相互交叉的直线滑轨，并分别与连杆（76）、第一臂（3）构成直线滑移配合。

6.根据权利要求1所述的水平多关节机器人，其特征在于：所述第三传动组件采用带传送机构，包括与第三电机（8）的输出端相连接第三主动带轮（101）、沿J3轴线安装在第二臂（4）上的第三从动带轮（102）、以及连接第三主动带轮（101）与第三从动带轮（102）的第三传送带（103）；所述动作轴（5）贯穿第三从动带轮（102），并与第三从动带轮（102）构成轴向滑移且周向限位的配合。

7.根据权利要求1所述的水平多关节机器人，其特征在于：

所述第四电机（9）水平设置；

所述第四传动组件（11）包括

两个传送带连接件（111），其分别设置在动作轴（5）的上下两端，并与动作轴（5）构成周向旋转且轴向限位的配合；

至少两个导向轮（112），其安装在第二臂（4）上；

主动轮（113），其与第四电机（9）的输出端相连接；

第四传送带（114），其两端分别与两个传送带连接件（111）相连接，并绕在主动轮（113）与导向轮（112）上。

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