CN205817848U - 一种四自由度scara机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种四自由度SCARA机器人，属于机器人技术领域。本实用新型包括底座、大臂关节、小臂关节、手腕移动旋转复合运动关节；所述底座与大臂关节一端相连接，大臂关节另一端和小臂关节一端相连接，小臂关节另一端上连接手腕移动旋转复合运动关节。本实用新型与传统的SCARA机器人相比，本实用新型SCARA机器人具有结构简单、重量轻、动力特性好等优点，同时提高手腕关节的控制精度，减少误差，从而有效提高机器人的安全可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种四自由度SCARA机器人，属于机器人技术领域。
背景技术
机器人技术作为现代科学技术的重要分支，是代表一个国家工业水平的重要标志，它涉及了机械、电子、传感器、计算机和人工智能等众多学科的研究成果，融合了目前很多领域的先进技术，体现了当代科学技术发展的最新成果。工业机器人是通过机器人关节实现自主动作，且多轴联动和广泛适用的机械设备。机器人技术不断向着：结构的模块化和简单化、控制系统的开放化、伺服驱动技术的数字化和分散化等方向发展，而且机器人技术的发展促进了机器人的大量应用，也使得人类从繁重的、重复的、单调的生产作业中解放出来。
目前我国的机器人研发和制造水平和国际的领先水平还有一段距离，特别是在机器人本体结构设计、控制系统和策略、轨迹运动优化上与国外先进水平相比有很大的差距。因此，研制具有广泛应用并且结构相对简单的平面关节型 SCARA机器人系统，针对机器人本体结构、控制体系和结构、轨迹规划和优化方法等机器人关键理论和技术展开研究。同时，在 SCARA机器人平台上的研究成果对于串联结构形式的机器人也有参考和借鉴意义。
发明内容
本实用新型提供了一种四自由度SCARA机器人，通过对SCARA机器人的结构改良提高了机器人的控制精度，同时简化结构，减少误差。
本实用新型的技术方案是：一种四自由度SCARA机器人，包括底座1、大臂关节2、小臂关节3、手腕移动旋转复合运动关节4；
所述底座1与大臂关节2一端相连接，大臂关节2另一端和小臂关节3一端相连接，小臂关节3另一端上连接手腕移动旋转复合运动关节4。
所述大臂关节2通过第一伺服电机5驱动，第一伺服电机5通过螺钉与第一精密行星减速器6连接，第一伺服电机5的输出轴通过第一精密行星减速器6与大臂关节输出轴7连接，平键连接，第一精密行星减速器6通过大臂法兰8固定于底座1上，螺钉固定，大臂关节输出轴7上安装一对圆锥滚子轴承Ⅰ9来承受轴向径向压力，大臂关节输出轴7连接大臂关节2的一端，大臂关节2的另一端安装可相对转动的小臂关节3。
所述小臂关节3通过第二伺服电机10驱动，第二伺服电机10通过螺钉与第二精密行星减速器11连接，第二伺服电机10的输出轴通过第二精密行星减速器11与小臂关节输出轴12连接，平键连接，第二精密行星减速器11通过小臂法兰13固定于小臂关节3上，螺钉固定，小臂关节输出轴12上安装一对圆锥滚子轴承Ⅱ14来承受轴向径向压力，小臂关节输出轴12连接小臂关节3的一端，小臂关节3的另一端安装手腕移动旋转复合运动关节4。
所述手腕移动旋转复合运动关节4分为手腕移动运动关节A和手腕旋转运动关节B两部分，手腕移动运动关节A通过第三伺服电机15驱动，第三伺服电机15倒置安装于小臂关节3处的电机支架16上，第三伺服电机15的输出轴安装一级传动的主动轮17，通过一级同步齿形带18连接一级传动的从动轮21，一级传动的从动轮21固定于丝杠螺母19上，一级传动的从动轮21旋转带动丝杠螺母19内圈旋转，丝杠螺母19内圈的旋转运动转化为丝杠轴20的移动；
所述手腕旋转运动关节B通过第四伺服电机22驱动，第四伺服电机22倒置安装于小臂关节3上，第四伺服电机22的输出轴连接二级传动的主动轮24，通过二级同步齿形带28连接二级传动的从动轮27，二级传动的从动轮27固定于花键螺母23上，二级传动的减速轴26安装一对深沟球轴承25，二级传动的从动轮27旋转带动花键螺母23内圈旋转，花键螺母23内圈的旋转运动转化为丝杠轴20的旋转。
本实用新型的工作原理是：
本实用新型SCARA机器人是主要由大臂关节2、小臂关节3和手腕移动旋转复合运动关节4组成，下面分别介绍它们的实现原理。大臂关节2的运动通过第一伺服电机5驱动，带动第一精密行星减速器6旋转，因与大臂关节输出轴7连接，故大臂关节输出轴7旋转，大臂关节输出轴7通过键与大臂关节2连接，这样实现了大臂关节2转动。小臂关节3的运动部分与大臂关节2的运动部分相似的，不做说明。本实用新型SCARA机器人最明显的部分就是采用了采用滚珠丝杠-滚珠花键一体结构，即手腕移动旋转复合运动关节4，其分为手腕移动运动关节A和手腕旋转运动关节B两部分，手腕移动运动关节A通过第三伺服电机15驱动，带动一级传动的主动轮17转动，通过一级同步齿形带18传动到一级传动的从动轮21，一级传动的从动轮21固定于丝杠螺母19上，使得丝杠螺母19内圈旋转，丝杠螺母19内圈的旋转运动转化为丝杠轴20的移动；手腕旋转运动关节B通过第四伺服电机22驱动，带动二级传动的主动轮24转动，通过二级同步齿形带28传动到二级传动的从动轮27，二级传动的从动轮27固定于花键螺母23上，使得花键螺母23内圈旋转，花键螺母23内圈的旋转运动转化为丝杠轴20的旋转。这样就实现了Z轴的移动和旋转运动。
各关节的传动方案如下：
大臂关节：第一伺服电机→精密行星减速器→大臂
小臂关节：第二伺服电→精密行星减速器→小臂
Z轴直线运动：第三伺服电机→一级同步齿形带→丝杆螺母→丝杆轴
Z轴旋转运动：第四伺服电机→二级同步齿形带→花键螺母→丝杆轴
对于手腕关节，采用滚珠丝杠—花键一体结构，代替传统SCARA 机器人单独使用的滚珠丝杠和滚珠花键，其主要好处为：
1：减轻手腕关节重量；
2：改善手腕关节的动力特性；
3：提高手腕关节的控制精度，同时减少了一些装配带来的误差；
同时本实用新型SCARA机器人中采用的都是伺服电机，伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，运行平稳，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，能够让我们更好地控制机器人。
本实用新型的有益效果是：
与传统的SCARA机器人相比，本实用新型SCARA机器人具有结构简单、重量轻、动力特性好等优点，同时提高手腕关节的控制精度，减少误差，从而有效提高机器人的安全可靠性。
附图说明
图1是本实用新型的外形图；
图2是本实用新型的大臂关节剖面示意图；
图3是本实用新型部分大臂关节剖面放大图；
图4是本实用新型小臂关节剖面示意图；
图5是本实用新型部分小臂关节剖面放大图；
图6是本实用新型手腕移动旋转复合运动关节剖面示意图；
图中各标号为：1-底座、2-大臂关节、3-小臂关节、4-手腕移动旋转复合运动关节、5-第一伺服电机、6-第一精密行星减速器、7-大臂关节输出轴、8-大臂法兰、9-圆锥滚子轴承Ⅰ、10-第二伺服电机、11-第二精密行星减速器、12-小臂关节输出轴、13-小臂法兰、14-圆锥滚子轴承Ⅱ、15-第三伺服电机、16-电机支架、17-一级传动的主动轮、18-一级同步齿形带、19-丝杠螺母、20-丝杠轴、21-一级传动的从动轮、22-第四伺服电机、23-花键螺母、24-二级传动的主动轮、25-深沟球轴承、26-二级传动的减速轴、27-二级传动的从动轮、28-二级同步齿形带。
具体实施方式
实施例1：如图1-6所示，一种四自由度SCARA机器人，包括底座1、大臂关节2、小臂关节3、手腕移动旋转复合运动关节4；
所述底座1与大臂关节2一端相连接，大臂关节2另一端和小臂关节3一端相连接，小臂关节3另一端上连接手腕移动旋转复合运动关节4。
所述大臂关节2通过第一伺服电机5驱动，第一伺服电机5通过螺钉与第一精密行星减速器6连接，第一伺服电机5的输出轴通过第一精密行星减速器6与大臂关节输出轴7连接，平键连接，第一精密行星减速器6通过大臂法兰8固定于底座1上，螺钉固定，大臂关节输出轴7上安装一对圆锥滚子轴承Ⅰ9来承受轴向径向压力，大臂关节输出轴7连接大臂关节2的一端，大臂关节2的另一端安装可相对转动的小臂关节3。
所述小臂关节3通过第二伺服电机10驱动，第二伺服电机10通过螺钉与第二精密行星减速器11连接，第二伺服电机10的输出轴通过第二精密行星减速器11与小臂关节输出轴12连接，平键连接，第二精密行星减速器11通过小臂法兰13固定于小臂关节3上，螺钉固定，小臂关节输出轴12上安装一对圆锥滚子轴承Ⅱ14来承受轴向径向压力，小臂关节输出轴12连接小臂关节3的一端，小臂关节3的另一端安装手腕移动旋转复合运动关节4。
所述手腕移动旋转复合运动关节4分为手腕移动运动关节A和手腕旋转运动关节B两部分，手腕移动运动关节A通过第三伺服电机15驱动，第三伺服电机15倒置安装于小臂关节3处的电机支架16上，第三伺服电机15的输出轴安装一级传动的主动轮17，通过一级同步齿形带18连接一级传动的从动轮21，一级传动的从动轮21固定于丝杠螺母19上，一级传动的从动轮21旋转带动丝杠螺母19内圈旋转，丝杠螺母19内圈的旋转运动转化为丝杠轴20的移动；
所述手腕旋转运动关节B通过第四伺服电机22驱动，第四伺服电机22倒置安装于小臂关节3上，第四伺服电机22的输出轴连接二级传动的主动轮24，通过二级同步齿形带28连接二级传动的从动轮27，二级传动的从动轮27固定于花键螺母23上，二级传动的减速轴26安装一对深沟球轴承25，二级传动的从动轮27旋转带动花键螺母23内圈旋转，花键螺母23内圈的旋转运动转化为丝杠轴20的旋转。
实施例2：如图1-6所示，一种四自由度SCARA机器人，包括底座1、大臂关节2、小臂关节3、手腕移动旋转复合运动关节4；
所述底座1与大臂关节2一端相连接，大臂关节2另一端和小臂关节3一端相连接，小臂关节3另一端上连接手腕移动旋转复合运动关节4。
所述大臂关节2通过第一伺服电机5驱动，第一伺服电机5通过螺钉与第一精密行星减速器6连接，第一伺服电机5的输出轴通过第一精密行星减速器6与大臂关节输出轴7连接，平键连接，第一精密行星减速器6通过大臂法兰8固定于底座1上，螺钉固定，大臂关节输出轴7上安装一对圆锥滚子轴承Ⅰ9来承受轴向径向压力，大臂关节输出轴7连接大臂关节2的一端，大臂关节2的另一端安装可相对转动的小臂关节3。
实施例3：如图1-6所示，一种四自由度SCARA机器人，包括底座1、大臂关节2、小臂关节3、手腕移动旋转复合运动关节4；
所述底座1与大臂关节2一端相连接，大臂关节2另一端和小臂关节3一端相连接，小臂关节3另一端上连接手腕移动旋转复合运动关节4。
所述小臂关节3通过第二伺服电机10驱动，第二伺服电机10通过螺钉与第二精密行星减速器11连接，第二伺服电机10的输出轴通过第二精密行星减速器11与小臂关节输出轴12连接，平键连接，第二精密行星减速器11通过小臂法兰13固定于小臂关节3上，螺钉固定，小臂关节输出轴12上安装一对圆锥滚子轴承Ⅱ14来承受轴向径向压力，小臂关节输出轴12连接小臂关节3的一端，小臂关节3的另一端安装手腕移动旋转复合运动关节4。
实施例4：如图1-6所示，一种四自由度SCARA机器人，包括底座1、大臂关节2、小臂关节3、手腕移动旋转复合运动关节4；
所述底座1与大臂关节2一端相连接，大臂关节2另一端和小臂关节3一端相连接，小臂关节3另一端上连接手腕移动旋转复合运动关节4。
所述手腕移动旋转复合运动关节4分为手腕移动运动关节A和手腕旋转运动关节B两部分，手腕移动运动关节A通过第三伺服电机15驱动，第三伺服电机15倒置安装于小臂关节3处的电机支架16上，第三伺服电机15的输出轴安装一级传动的主动轮17，通过一级同步齿形带18连接一级传动的从动轮21，一级传动的从动轮21固定于丝杠螺母19上，一级传动的从动轮21旋转带动丝杠螺母19内圈旋转，丝杠螺母19内圈的旋转运动转化为丝杠轴20的移动；
所述手腕旋转运动关节B通过第四伺服电机22驱动，第四伺服电机22倒置安装于小臂关节3上，第四伺服电机22的输出轴连接二级传动的主动轮24，通过二级同步齿形带28连接二级传动的从动轮27，二级传动的从动轮27固定于花键螺母23上，二级传动的减速轴26安装一对深沟球轴承25，二级传动的从动轮27旋转带动花键螺母23内圈旋转，花键螺母23内圈的旋转运动转化为丝杠轴20的旋转。
实施例5：如图1-6所示，一种四自由度SCARA机器人，包括底座1、大臂关节2、小臂关节3、手腕移动旋转复合运动关节4；
所述底座1与大臂关节2一端相连接，大臂关节2另一端和小臂关节3一端相连接，小臂关节3另一端上连接手腕移动旋转复合运动关节4。
上面结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种四自由度SCARA机器人，其特征在于：包括底座（1）、大臂关节（2）、小臂关节（3）、手腕移动旋转复合运动关节（4）；
所述底座（1）与大臂关节（2）一端相连接，大臂关节（2）另一端和小臂关节（3）一端相连接，小臂关节（3）另一端上连接手腕移动旋转复合运动关节（4）。
2.根据权利要求1所述的四自由度SCARA机器人，其特征在于：所述大臂关节（2）通过第一伺服电机（5）驱动，第一伺服电机（5）通过螺钉与第一精密行星减速器（6）连接，第一伺服电机（5）的输出轴通过第一精密行星减速器（6）与大臂关节输出轴（7）连接，平键连接，第一精密行星减速器（6）通过大臂法兰（8）固定于底座（1）上，螺钉固定，大臂关节输出轴（7）上安装一对圆锥滚子轴承Ⅰ（9）来承受轴向径向压力，大臂关节输出轴（7）连接大臂关节（2）的一端，大臂关节（2）的另一端安装可相对转动的小臂关节（3）。
3.根据权利要求1所述的四自由度SCARA机器人，其特征在于：所述小臂关节（3）通过第二伺服电机（10）驱动，第二伺服电机（10）通过螺钉与第二精密行星减速器（11）连接，第二伺服电机（10）的输出轴通过第二精密行星减速器（11）与小臂关节输出轴（12）连接，平键连接，第二精密行星减速器（11）通过小臂法兰（13）固定于小臂关节（3）上，螺钉固定，小臂关节输出轴（12）上安装一对圆锥滚子轴承Ⅱ（14）来承受轴向径向压力，小臂关节输出轴（12）连接小臂关节（3）的一端，小臂关节（3）的另一端安装手腕移动旋转复合运动关节（4）。
4.根据权利要求1所述的四自由度SCARA机器人，其特征在于：所述手腕移动旋转复合运动关节（4）分为手腕移动运动关节A和手腕旋转运动关节B两部分，手腕移动运动关节A通过第三伺服电机（15）驱动，第三伺服电机（15）倒置安装于小臂关节（3）处的电机支架（16）上，第三伺服电机（15）的输出轴安装一级传动的主动轮（17），通过一级同步齿形带（18）连接一级传动的从动轮（21），一级传动的从动轮（21）固定于丝杠螺母（19）上，一级传动的从动轮（21）旋转带动丝杠螺母（19）内圈旋转，丝杠螺母（19）内圈的旋转运动转化为丝杠轴（20）的移动；
所述手腕旋转运动关节B通过第四伺服电机（22）驱动，第四伺服电机（22）倒置安装于小臂关节（3）上，第四伺服电机（22）的输出轴连接二级传动的主动轮（24），通过二级同步齿形带（28）连接二级传动的从动轮（27），二级传动的从动轮（27）固定于花键螺母（23）上，二级传动的减速轴（26）安装一对深沟球轴承（25），二级传动的从动轮（27）旋转带动花键螺母（23）内圈旋转，花键螺母（23）内圈的旋转运动转化为丝杠轴（20）的旋转。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20161221 Termination date: 20180607 |