CN1970246A - 一种平面多关节机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明属于工业机器人的机械本体，具体地说是一种平面多关节型机器人。包括Z轴、T轴及R轴，Z轴为升降机构，T轴为旋转机构，整体安装在Z轴的支架上，其上方设回转筒，R轴部件整体安装在回转筒上；具有至少一个R轴部件，R轴部件通过回转筒与T轴安装在一起，其上配有末端执行器；R轴部件包括固定带轮、大臂壳体、从动带轮、带轮轴、小臂壳体及二级从动带轮，其中的固定带轮与从动带轮为2∶1齿数比结构，带轮轴与二级从动带轮为1∶2齿数比结构，旋转臂壳与从动带轮间为负号传递结构，即大臂壳体与小臂壳体与末端执行器为1∶－2∶1转数比的传动结构。它重量轻，动态控制性能好，重复定位精度高。
Description
技术领域
本发明属于工业机器人的机械本体，具体地说是一种平面多关节型机器人。
背景技术
随着电子、航天、军事和生物医药等工业的不断发展，现代工业产品和现代科学实验活动要求微型化、精密化、高纯度、高质量和高可靠性。特别是国内半导体制造业发展迅速，目前采用人工或普通机械手已经远远满足不了要求，需要能够适应高洁净度使用环境和满足结构简单紧凑、运动灵活可靠、重复定位精度高的要求的用于半导体器件搬运的小型机器人，然而，这种小型机器人目前尚无报道。
发明内容
针对上述现有技术中的设计要求，本发明的目的在于提供一种能够适应高洁净度使用环境和满足结构简单紧凑、运动灵活可靠、重复定位精度高的要求的用于半导体器件搬运的平面多关节型机器人。它也适用于其他需要小型机器人的行业和场合。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：包括Z轴、T轴及R轴，Z轴为升降机构，T轴为旋转机构，整体安装在Z轴的支架上，其上方设回转筒，R轴部件整体安装在回转筒上；其特征在于：具有至少一个R轴部件，R轴部件通过回转筒与T轴安装在一起，其上配有末端执行器；R轴部件包括固定带轮、大臂壳体、从动带轮、带轮轴、小臂壳体及二级从动带轮，其中的固定带轮与从动带轮为2∶1齿数比结构，带轮轴与二级从动带轮为1∶2齿数比结构，旋转臂壳与从动带轮间为负号传递结构，即大臂壳体与小臂壳体与末端执行器为1∶-2∶1转数比的传动结构；
所述固定带轮与从动带轮的旋转中心距与带轮轴与二级从动带轮的旋转中心距为相等结构；其中一个R轴部件具体结构由驱动装置、回转支板、固定带轮、大臂壳体、从动带轮、绕带轮轴、小臂壳体、二级从动带轮、安装架、一级齿型带、齿型带调节装置、二级齿型带、挡块组成，所述驱动装置安装于固定在回转筒上的回转支板上，大臂壳体装配在驱动装置输出轴上，固定带轮通过挡块穿过大臂壳体、与回转支板相连，并通过一级齿型带与绕带轮轴旋转的从动带轮啮合，带轮轴固定在大臂壳体末端，小臂壳体与从动带轮安装在一起，带轮轴通过二级齿型带与绕小臂壳体末端旋转的二级从动带轮啮合，二级从动带轮配装带有末端执行器的安装架；所述大臂壳体底部设有弧形孔，所述挡块为弧形，穿过大臂壳体的弧形孔，使其两端安装在固定带轮和回转支板之间；所述一级齿型带和二级齿型带上分别设有齿型带调节装置。
本发明具有如下优点：
1.本发明所述R轴伸展运动，使得末端执行器运行平稳，速度和加速度控制准确，动作灵活可靠，重复定位精度高。
2.由于本发明大臂壳体、小臂壳体与末端执行器转数比为1∶-2∶1的负号传动结构，同时大臂壳体中心距与小臂壳体中心距等长，其末端执行器可形成直线伸缩运动，完成物件的搬运和传递动作，适用于半导体器件搬运，结构简单、紧凑、实用，也简化了相关零件的结构。
3.本发明多数零部件采用硬质铝合金材料，既可保证整机强度也可降低重量。回转支板、大臂壳体、小臂壳体、安装架等外露部件表面进行抛光和镀镍处理，其余零部件也进行了镀镍，所有需要润滑处均采用洁净润滑脂，保证能够在高洁净度环境中使用。
4.本发明各轴均采用伺服驱动装置控制，动态控制性能好。
附图说明
图1-1为本发明一个实施例(双R轴)的结构主视图。
图1-2为图1-1的左视图。
图1-3为图1-1的A向视图。
图2-1为图1-1中的R轴部件结构主视图。
图2-2为图2-1中的俯视图。
图2-3为图2-2中的A-A剖视图。
图3为本发明另一个实施例(单R轴)的结构主视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图1-1、1-2、1-3所示，本发明为一个双R轴结构，包括Z轴、T轴及R轴部件。
Z轴由Z轴驱动装置1(起升降作用，采用伺服电机)、滑块3与导轨13、丝杠螺母副4、支架5、传动机构、安装板9及底板10组成，其中：Z轴驱动装置1安装在支架5上，通过传动机构(本实施例采用同步齿型带)与丝杠螺母副4中的螺母连接，丝杠一端固定于底板10上，所述螺母通过轴承固定于支架5上，安装在支架5上的滑块3与导轨13滑动配合，导轨13两端分别固定于安装板9和底板10上；安装板9直接安装于系统的安装平台上，或安装在外部轴(相当于X轴)的安装座板上。
T轴由T轴驱动装置2(起旋转作用，采用伺服电机)、传动机构、减速装置6、回转筒8、过渡轴11及支撑筒12组成，整体安装在Z轴的支架5上；具体为：T轴驱动装置2安装在支架5上，通过传动机构(本实施例采用同步齿型带)与固定于支架5上的减速装置6的输入轴相连，减速装置6的输出轴通过与其固定的过渡轴11与位于其上方的回转筒8相连，回转筒8下方通过轴承与安装在支架5上的支撑筒12相连；两个R轴部件7(作为伸展轴)安装在回转筒8上。
如图1-1、1-2、1-3所示，所述两个R轴部件7结构相同，均带末端执行器。如图2-1、2-2、2-3所示，每个R轴部件由驱动装置21、回转支板22、固定带轮23、大臂壳体24、从动带轮25、带轮轴26、小臂壳体27、二级从动带轮28、安装架29、一级齿型带31、齿型带调节装置32、二级齿型带33、挡块34组成，其中：所述驱动装置21(采用伺服电机)安装于固定在回转筒8上的回转支板22上，大臂壳体24装配在驱动装置21输出轴上，固定带轮23通过挡块34穿过大臂壳体24、与回转支板22固定，并通过一级齿型带31与绕带轮轴26旋转的从动带轮25啮合，带轮轴26固定在大臂壳体24末端，小臂壳体27与从动带轮25安装在一起，带轮轴26通过二级齿型带33与绕固定于小臂壳体27末端旋转的二级从动带轮28啮合，二级从动带轮28配装带末端执行器30的安装架29；一级齿型带31和二级齿型带33上分别设有齿型带调节装置32。
所述大臂壳体24底部设有弧形孔，所述挡块34为弧形，穿过大臂壳体24的弧形孔，使其两端安装在固定带轮23和回转支板22之间。
其工作过程如下：
固定于支架5上的Z轴驱动装置1通过同步齿型带驱动丝杠螺母副4上的螺母旋转，螺母旋转带动支架5沿着导轨13进行上下升降运动；T轴驱动装置2通过同步齿型带带动减速装置6的输入轴旋转，减速装置6的输出轴通过过渡轴11带动固定于过渡轴11上的回转筒8回转，从而使得安装在回转筒8上的R轴部件整体回转。
大臂壳体24由驱动装置21带动旋转，在大臂壳体24旋转过程中通过一级齿型带31带动从动带轮25旋转，固定带轮23与从动带轮25的齿数比为2∶1。从动带轮25带动壳体27旋转的同时，通过二级齿型带33带动二级从动带轮28转动，带轮轴26与二级从动带轮28的齿数比为1∶2。旋转臂壳与从动带轮间为负号传递机构(即：大臂壳体24与小臂壳体27的旋转方向相反，小臂壳体27与末端执行器30的旋转方向相反)，实现大臂壳体24与小臂壳体27与末端执行器30的转数比为1∶-2∶1的传动关系；所述固定带轮23与从动带轮25的旋转中心距与带轮轴26和二级从动带轮28的旋转中心距相等结构。在驱动装置21驱动大臂壳体24旋转时，带动末端执行器30沿着图2-2的x轴线方向(或图1-3的平行于x轴线方向)做往复直线运动，即伸展运动。
本发明所述R轴伸展运动，使得末端执行器30运行平稳，速度和加速度控制准确，动作灵活可靠，重复定位精度高。
由于本发明所述固定带轮23是通过穿过大臂壳体24底部上的弧形孔的挡块34(挡块34为弧形截面)固定于回转支板22上的结构，使得大臂壳体24的下面与驱动装置21相连，同时固定带轮23与回转支板22相连，用来实现1∶-2∶1机构，简单、实用，也简化了相关零件的结构。
本发明多数零部件采用硬质铝合金材料，既可保证整机强度也可降低重量。回转支板22、大臂壳体24、小臂壳体27、末端执行器安装架29等外露部件表面进行抛光和镀镍处理，其余零部件也进行了镀镍，所有需要润滑处均采用洁净润滑脂，保证能够在高洁净度环境中使用。
其中，本发明采用转数比为1∶-2∶1的随动齿型带传动机构及固定带轮23与从动带轮25的旋转中心距与带轮轴26和二级从动带轮28的旋转中心距相等结构，实现了R轴的伸展，并保证末端执行器30进行往复直线运动，是实现本发明的技术特点。
实施例2
与实施例1不同之处在于：本发明为单手(一个R轴)，参见图3。还可以为多手形式。
Claims (5)
1.一种平面多关节机器人，包括Z轴、T轴及R轴，Z轴为升降机构，T轴为旋转机构，整体安装在Z轴的支架(5)上，其上方设回转筒(8)，R轴部件整体安装在回转筒(8)上；其特征在于：具有至少一个R轴部件，R轴部件(7)通过回转筒(8)与T轴安装在一起，其上配有末端执行器；R轴部件(7)包括固定带轮(23)、大臂壳体(24)、从动带轮(25)、带轮轴(26)、小臂壳体(27)及二级从动带轮(28)，其中的固定带轮(23)与从动带轮(25)为2∶1齿数比结构，带轮轴(26)与二级从动带轮(28)为1∶2齿数比结构，旋转臂壳与从动带轮间为负号传递结构，即大臂壳体(24)与小臂壳体(27)与末端执行器(30)为1∶-2∶1转数比的传动结构。
2.按照权利要求1所述平面多关节机器人，其特征在于：所述固定带轮(23)与从动带轮(25)的旋转中心距与带轮轴(26)与二级从动带轮(28)的旋转中心距为相等结构。
3.按照权利要求1所述平面多关节机器人，其特征在于：其中一个R轴部件(7)具体结构由驱动装置(21)、回转支板(22)、固定带轮(23)、大臂壳体(24)、从动带轮(25)、绕带轮轴(26)、小臂壳体(27)、二级从动带轮(28)、安装架(29)、一级齿型带(31)、齿型带调节装置(32)、二级齿型带(33)、挡块(34)组成，所述驱动装置(21)安装于固定在回转筒(8)上的回转支板(22)上，大臂壳体(24)装配在驱动装置(21)输出轴上，固定带轮(23)通过挡块(34)穿过大臂壳体(24)、与回转支板(22)相连，并通过一级齿型带(31)与绕带轮轴(26)旋转的从动带轮(25)啮合，带轮轴(26)固定在大臂壳体(24)末端，小臂壳体(27)与从动带轮(25)安装在一起，带轮轴(26)通过二级齿型带(33)与绕小臂壳体(27)末端旋转的二级从动带轮(28)啮合，二级从动带轮(28)配装带有末端执行器(30)的安装架(29)。
4.按照权利要求3所述平面多关节机器人，其特征在于：所述大臂壳体(24)底部设有弧形孔，所述挡块(34)为弧形，穿过大臂壳体(24)的弧形孔，使其两端安装在固定带轮(23)和回转支板(22)之间。
5.按照权利要求3所述平面多关节机器人，其特征在于：所述一级齿型带(31)和二级齿型带(33)上分别设有齿型带调节装置(32)。
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