CN209256985U

CN209256985U - 一种机器人的关节末端低振动驱动机构

Info

Publication number: CN209256985U
Application number: CN201822160106.4U
Authority: CN
Inventors: 赵小棚; 汪科; 许建平; 陈栋
Original assignee: Jiangsu Turing Intelligent Robot Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Turing Intelligent Robot Co Ltd
Priority date: 2018-12-22
Filing date: 2018-12-22
Publication date: 2019-08-16
Anticipated expiration: 2028-12-22

Abstract

一种机器人的关节末端低振动驱动机构，涉及机器人相关设备结构技术领域，包括直线驱动机构、以及与所述直线驱动机构连接的旋转驱动机构，直线驱动机构包括Z轴电机和丝杆，丝杆的底端安装在法兰座的大轴承上，丝杆的顶端设有丝杆螺母，丝杆螺母通过连接块与旋转驱动机构连接，法兰座的下方设有Z轴皮带轮，Z轴电机的输出轴通过皮带与Z轴皮带轮连接，且在法兰座与Z轴皮带轮之间设有弹性阻尼件。本实用新型利用弹性阻尼结构，将丝杆的振动和机械臂隔离，从而有利于减小机器手臂末端的抖动，能适应更苛刻的应用环境。另外，该驱动机构，结构简单，装配方便且成本极低，且不影响机器的重量及大小。

Description

一种机器人的关节末端低振动驱动机构

技术领域

本实用新型涉及机器人相关设备结构技术领域，尤其涉及机器人的关节末端机构技术。

背景技术

术语解释：

SCARA：选择顺应性装配机器手臂，共有四个自由度，三个水平旋转关节和一个上下行走关节。

Z轴：机器人中上下行走关节。

R轴：机器人末端旋转关节。

一体式丝杆花键：可以同时实现直线运动和旋转运动的机械机构。

分离式丝杆花键：丝杆实现直线运动，花键实现旋转运动，二者组装在一起使用。

中空电机：伺服电机，中心是空的，利于在中间穿线缆或一些轴类零件。

目前，随着自动化行业发展，对机器人提出越来越高的要求。行业对机器人的稳定性，速度，精度都有极为严苛的要求。机器人的机械结构都是在往简单化，轻量化发展，但对其设计，材料，工艺提出更高要求。为了能提高速度，设计时必须在保证强度的前提下压缩尺寸，减轻重量；另一方面，对制造工艺就有更高要求，需要将零部件都做得更加精准，才能保证机器人的性能。然而，提高工艺势必会导致成本的急剧上升。因此，需要一些新型的结构设计，既能保证机器人的性能，同时又能将成本控制在合理的范围内。

例如，Scara机器人，日本山梨大学牧野洋1978年实用新型，该机器人具有四个轴和四个运动自由度，非常适合在桌面上进行一些平面的重复性工作。各厂家的整体结构都大同小异，但是Z轴和R轴是整机中最复杂的结构，既要求结构紧凑，重量轻便，同时又要实现直线和旋转两种不同的运动，并且还要求精度高，速度快，稳定性高。

SCARA机器人的Z轴和R轴处于机器人末端，目前行业内有两种主流结构，一种是实用一体式丝杆花键；另一种是采用分离式丝杆花键。

一体式丝杆花键，是一根轴配有两个螺母，受其结构限制，直线运动和旋转运动都只能使用皮带来进行传动。皮带的最大问题则是挠性比较大，因此R轴容易出现晃动问题，尤其是当末端带有惯量比较大的负载。使用一体式丝杆，机器人在很多行业应用都将受到限制。

分离式丝杆花键，是一套丝杆和一套花键组合在一起，分别实现直线运动和旋转运动。该实用新型的结构是目前行业内一般的结构进行改良，目前的结构是以雅马哈SCARA为代表的典型结构。雅马哈SCARA Z轴的电机与丝杆之间使用联轴器直连，R轴则是使用一个中空电机。该结构主要就是成本高，中空电机不易采购。并且也未将丝杆的振动与机械手臂进行隔离。

目前，几乎所有采用分离式丝杆花键的厂家都是直接将丝杆安装机器的手臂上。这样丝杆的振动就会直接传递到手臂上，而手臂又是悬臂式结构，极易引起手臂末端的振动。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种利用弹性阻尼结构，将丝杆的振动和机械臂隔离，从而有利于减小机器手臂末端抖动的机器人的关节末端低振动驱动机构。

本实用新型包括直线驱动机构、以及与所述直线驱动机构连接的旋转驱动机构，所述直线驱动机构包括Z轴电机和丝杆，所述丝杆的底端安装在法兰座的大轴承上，所述丝杆的顶端设有丝杆螺母，所述丝杆螺母通过连接块与旋转驱动机构连接，所述法兰座的下方设有Z轴皮带轮，所述Z轴电机的输出轴通过皮带与Z轴皮带轮连接，且在所述法兰座与Z轴皮带轮之间设有弹性阻尼件；所述旋转驱动机构包括R轴电机和花键轴，所述花键轴的顶端安装有小轴承，所述小轴承与连接块连接，所述花键轴底端依次设有R轴皮带轮、R轴减速器、输出法兰和花键螺母，所述R轴电机的输出轴通过皮带与R轴皮带轮连接。

进一步地，所述弹性阻尼件为膜片，也可将膜片替换为弹簧件。

进一步地，所述驱动机构还包括Y轴电机和Y轴减速器，所述Y轴电机通过Y臂与旋转驱动机构连接，所述Y轴减速器的输出端上连接有X臂。

进一步地，所述大轴承的下方设有锁紧螺母，所述大轴承的上方依次设有大垫片和大压板。

进一步地，所述小轴承的上方依次设有小垫片和小压板。

本实用新型利用弹性阻尼结构，将丝杆的振动和机械臂隔离，从而有利于减小机器手臂末端的抖动，能适应更苛刻的应用环境。另外，该驱动机构，结构简单，装配方便且成本极低，且不影响机器的重量及大小，可以应用在SCARA机器人的全系列产品上。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图。

图2是图1中A部的剖视图。

图中：1 Z轴电机、2丝杆、3法兰座、4大轴承、5丝杆螺母、6连接块、7 Z轴皮带轮、8R轴电机、9花键轴、10小轴承、11 R轴皮带轮、12 R轴减速器、13输出法兰、14花键螺母、15膜片、16 Y轴电机、17 Y轴减速器、18 Y臂、19 X臂、20锁紧螺母、21大垫片、22大压板、23小垫片、24小压板。

具体实施方式

该结构实用新型是可以应用到整个SCARA的产品系列中，针对不同臂展，不同负载的SCARA机器人都同样适用。以下提到的具体实施方式中涉及到的一些具体部件型号、参数都是以500mm臂展，3kg负载的SCARA机器人为例。

如图1-2所示，机器人的关节末端低振动驱动机构包括直线驱动机构，以及与直线驱动机构连接的旋转驱动机构，直线驱动机构包括Z轴电机1和丝杆2，丝杆2的底端安装在法兰座3的大轴承4上，丝杆2的顶端设有丝杆螺母5，丝杆螺母5通过连接块6与旋转驱动机构连接，法兰座3的下方设有Z轴皮带轮7， Z轴电机1的输出轴通过皮带与Z轴皮带轮7连接，且在所述法兰座3与Z轴皮带轮7之间设有弹性阻尼件。

在本实施例中，该直线驱动机构利用丝杆来实现，实际应用时，将将丝杆安装在法兰座的大轴承上，通过皮带带动丝杆轴转动，使得丝杆螺母进行直线行走运动；同时丝杆螺母和下述旋转驱动机构的花键轴之间，使用连接块连接，这样使得丝杆螺母运动带动花键轴上下运动；

旋转驱动机构包括R轴电机8和花键轴9，花键轴9的顶端安装有小轴承10，所述小轴承10与连接块6连接，所述花键轴9底端依次设有R轴皮带轮11、R轴减速器12、输出法兰13和花键螺母14，所述R轴电机8的输出轴通过皮带与R轴皮带轮11连接；在本实施例中，由R轴电机连接皮带，皮带带动R轴减速器，由于R轴减速器和花键螺母组装在一起，使得花键螺母和花键轴一起运动。该结构中，可以增加减速器，因而可以大大增加旋转关节的刚性，从而可以使机器人R轴的惯量负载大大增加。

在本实施例中，丝杆是传动结构，也是机械系统中的执行元件。在运动过程当中，必然会将自身振动的能量传递到法兰座上。在丝杆的法兰座和手臂之间添加弹性阻尼结构，则可以大幅度减小机器人末端振幅。

具体的，所述弹性阻尼件为膜片15；在实际应用时，因机器人运动范围要求，丝杆一般比较长，因此，对零部件的尺寸要求较为严格。而该膜片可以在各个方向进行弯曲，即使工件的定位尺寸和垂直度、垂直度有一点偏差，该膜片也能消除加工偏差所带来的影响。

具体的，所述膜片15可替换为弹簧件，这里采用弹簧件同样可达到上述效果。

具体的，所述驱动机构还包括Y轴电机16和Y轴减速器17，所述Y轴电机16通过Y臂18与旋转驱动机构连接，所述Y轴减速器17的输出端上连接有X臂19；所述大轴承4的下方设有锁紧螺母20，所述大轴承4的上方依次设有大垫片21和大压板22；所述小轴承10的上方依次设有小垫片23和小压板24；该结构可进一步提高了机器人运动时的稳定性和可靠性。

本实施例在安装时，可以根据机构设计的图纸，加工零部件，也可同时购买配套使用的标准零部件，且零部件的加工尺寸要求需要达到IT7级精度。另外，安装的时候，安装一块理论尺寸（约为理想尺寸的90%厚度）的膜片和一块垫片（约为理想尺寸的90%厚度）。如果整机效果不佳，可以通过适当增减垫片膜片数量来调整。

另外，本申请上述涉及到的直线驱动机构和旋转驱动机构，由于与现有技术无本质区别，因此其工作原理在这里不再详细阐述。

综上所述，该机器人的关节末端低振动驱动机构，使得R轴的惯性负载明显提升；且机器人末端的抖动明显减小，从而能适应更苛刻的应用环境；同时，可以适当放宽零部件加工工艺要求，零部件的合格率上升；另外，机器运行的噪音也明显减小。

Claims

1.一种机器人的关节末端低振动驱动机构，包括直线驱动机构、与所述直线驱动机构连接的旋转驱动机构，其特征在于：所述直线驱动机构包括Z轴电机（1）和丝杆（2），所述丝杆（2）的底端安装在法兰座（3）的大轴承（4）上，所述丝杆（2）的顶端设有丝杆螺母（5），所述丝杆螺母（5）通过连接块（6）与旋转驱动机构连接，所述法兰座（3）的下方设有Z轴皮带轮（7），所述Z轴电机（1）的输出轴通过皮带与Z轴皮带轮（7）连接，且在所述法兰座（3）与Z轴皮带轮（7）之间设有弹性阻尼件；所述旋转驱动机构包括R轴电机（8）和花键轴（9），所述花键轴（9）的顶端安装有小轴承（10），所述小轴承（10）与连接块（6）连接，所述花键轴（9）底端依次设有R轴皮带轮（11）、R轴减速器（12）、输出法兰（13）和花键螺母（14），所述R轴电机（8）的输出轴通过皮带与R轴皮带轮（11）连接。

2.根据权利要求1所述的一种机器人的关节末端低振动驱动机构，其特征在于：所述弹性阻尼件为膜片（15）。

3.根据权利要求1所述的一种机器人的关节末端低振动驱动机构，其特征在于：所述弹性阻尼件为弹簧件。

4.根据权利要求1所述的一种机器人的关节末端低振动驱动机构，其特征在于：所述驱动机构还包括Y轴电机（16）和Y轴减速器（17），所述Y轴电机（16）通过Y臂（18）与旋转驱动机构连接，所述Y轴减速器（17）的输出端上连接有X臂（19）。

5.根据权利要求4所述的一种机器人的关节末端低振动驱动机构，其特征在于：所述大轴承（4）的下方设有锁紧螺母（20），所述大轴承（4）的上方依次设有大垫片（21）和大压板（22）。

6.根据权利要求5所述的一种机器人的关节末端低振动驱动机构，其特征在于：所述小轴承（10）的上方依次设有小垫片（23）和小压板（24）。