CN215471115U - 一种高速高刚性scara机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及工业机器人技术领域，尤其涉及一种高速高刚性SCARA机器人。采用如下技术方案：包括顺次连接的底座组件、大臂组件和小臂组件，所述底座组件通过一轴电机和一轴减速器与大臂组件的一端驱动连接，小臂组件通过二轴电机和二轴减速器与大臂组件的另一端驱动连接，小臂组件内的四轴电机通过四轴减速器和四轴同步带组件与丝杆花键组件的花键固定座驱动连接。优点在于：通过在SCARA机器人的一轴和二轴上设置RV减速器，解决了SCARA机器人在大臂展下搬运大负载时系统动态性能不稳定的问题；并在四轴上也设置RV减速器，解决了末端只能在低速下对偏心较大的负载进行搬运的问题；同时整体结构更加合理稳定，提高SCARA机器人的加工效率，降低设备故障维修率。

Description

一种高速高刚性SCARA机器人

技术领域

本实用新型涉及工业机器人技术领域，尤其涉及一种高速高刚性SCARA机器人。

背景技术

随着“中国制造2025”的不断深入推进，工业自动化水平得到显著提高，在初始人口不断下滑的情况下，劳动力的短缺导致用人成本日益提升；近年来，不少制造型企业纷纷使用机器人代替工人的手工作用，大大提高产品的生产效率和公司的经济效益。对于SCARA机器人而言，主要承担上下料、装配、检查等工作，其快速响应性和高精度的特征，在家电行业、3C行业、PCB行业和锂电行业扮演着越来越重要的结束角色。

目前，SCARA机器人主要存在关节刚性不足的问题，在大负载大臂展的情况下存在不稳定的问题，特别是末端在偏心较大的负载工况下不能够快速响应。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种高速高刚性SCARA机器人，具体在于提供一种可搬运大偏心负载且能实现快速响应的SCARA机器人。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种高速高刚性SCARA机器人，包括顺次连接的底座组件、大臂组件和小臂组件，所述底座组件通过一轴电机和一轴减速器与大臂组件的一端驱动连接，小臂组件通过二轴电机和二轴减速器与大臂组件的另一端驱动连接，小臂组件内设置有丝杆花键组件、三轴电机和四轴电机，三轴电机通过三轴同步带组件与丝杆花键组件的丝杆固定座驱动连接，四轴电机通过四轴减速器和四轴同步带组件与丝杆花键组件的花键固定座驱动连接；所述一轴减速器、二轴减速器和四轴减速器均采用RV减速器；底座组件上设置有线束组件，小臂组件上设置有用户接口组件。

具体的，底座组件包括底座主体和第一波纹管连接头，第一波纹管连接头设置于底座主体上，一轴减速器通过一轴减速器安装法兰固定设置于底座主体上，一轴电机设置于底座主体内并通过一轴输出轴与一轴减速器的输入轴连接，一轴减速器的输出轴与大臂组件连接。

优选的，一轴输出轴为带有大圆盘结构的转轴。

具体的，一轴减速器安装法兰和一轴输出轴之间设置有油封，一轴减速器安装法兰上还设置有注油接口，线束组件上设置有注油接头，注油接头通过软管与注油接口连接。

具体的，大臂组件包括大臂主体以及设置于大臂主体上的一轴限位块和二轴限位块，二轴减速器固定设置于大臂主体上，小臂组件上的二轴电机通过二轴输出轴与二轴减速器的输入轴连接。

具体的，小臂组件包括小臂主体、小臂外壳、线束固定板、波纹管支撑板和第二波纹管接头，线束固定板用于固定小臂组件内的电气连线，波纹管支撑板固定设置于小臂外壳上，第二波纹管接头固定设置于波纹管支撑板上，第二波纹管接头通过波纹管与底座主体上的第一波纹管接头连接，小臂组件内的电气连线通过波纹管与底座组件上的线束组件连接。

具体的，三轴电机通过三轴电机安装法兰固定设置于小臂主体上，三轴同步带组件包括三轴输入同步轮、三轴同步带和三轴输出同步轮，三轴电机的三轴输入轴通过三轴输入同步轮固定法兰与三轴输入同步轮连接，三轴输入同步轮通过三轴同步带与三轴输出同步轮驱动连接，三轴输出同步轮驱动连接丝杆花键组件的丝杆固定座。

具体的，四轴减速器通过四轴减速机安装法兰固定于小臂主体上，四轴电机通过四轴电机安装法兰固定设置于四轴减速器上，四轴电机通过四轴输入轴与四轴减速器的输出轴连接；四轴同步带组件包括四轴输入同步轮、四轴同步带和四轴输出同步轮；四轴减速器的输出法兰与四轴输入同步轮固定连接，四轴输入同步轮通过四轴同步带与四轴输出同步轮驱动连接，四轴输出同步轮与丝杆花键组件的花键固定座驱动连接。

具体的，丝杆花键组件还包括有丝杆花键轴，所述丝杆固定座和花键固定座输出连接至丝杆花键轴，丝杆花键轴首末两端均设置有四轴限位块。

本实用新型的优点在于：通过在SCARA机器人的一轴和二轴上设置RV减速器，从而可以在一轴和二轴上对输入输出的惯量进行匹配，解决了SCARA机器人在大臂展下搬运大负载时系统动态性能不稳定的问题；并在四轴上也设置RV减速器，解决了末端只能在低速下对偏心较大的负载进行搬运的问题；同时整体结构更加合理稳定，提高SCARA机器人的加工效率，降低设备故障维修率。

附图说明

附图1为实施例中高速高刚性SCARA机器人的整体剖面结构示意图；

附图2为实施例中高速高刚性SCARA机器人的线束组件结构示意图；

附图3为实施例中高速高刚性SCARA机器人的底座组件结构示意图；

附图4为实施例中高速高刚性SCARA机器人的大臂组件结构示意图；

附图5为实施例中高速高刚性SCARA机器人的小臂组件结构示意图。

附图标记说明：1-底座组件，101-底座主体，102-第一波纹管接头，103-波纹管，11-一轴电机，12-一轴减速器，13-一轴减速器安装法兰，14-一轴输出轴，15-油封，16-注油接口，17-注油接头，2-大臂组件，201-大臂主体，202-一轴限位块，203-二轴限位块，21-二轴电机，22-二轴减速器，23-二轴输出轴，3-小臂组件，301-小臂主体，302小臂外壳，303-线束固定板，304-波纹管支撑板，305-第二波纹管接头，31-三轴电机，32-三轴同步带组件，321-三轴输入同步轮，322-三轴同步带，323-三轴输出同步轮，33-三轴电机安装法兰，34-三轴输入轴，41-四轴电机，42-四轴同步带组件，421-四轴输入同步轮，422-四轴同步带，423-四轴输出同步轮，43-四轴减速器，431-四轴减速机安装法兰，44-四轴电机安装法兰，45-四轴输入轴，5-丝杆花键组件，51-丝杆固定座，511-丝杆固定座安装板，52-花键固定座，53-丝杆花键轴，54-四轴限位块，6-线束组件，7-用户接口组件。

具体实施方式

参照图1-5，一种高速高刚性SCARA机器人，包括顺次连接的底座组件1、大臂组件2和小臂组件3，所述底座组件1通过一轴电机11和一轴减速器12与大臂组件2的一端驱动连接，小臂组件3通过二轴电机21和二轴减速器22与大臂组件2的另一端驱动连接，小臂组件3内设置有丝杆花键组件5、三轴电机31和四轴电机41，三轴电机31通过三轴同步带组件32与丝杆花键组件5的丝杆固定座51驱动连接，四轴电机41通过四轴减速器43和四轴同步带组件42与丝杆花键组件5的花键固定座52驱动连接；所述一轴减速器12、二轴减速器22和四轴减速器43均采用RV减速器；底座组件1上设置有线束组件6，小臂组件3上设置有用户接口组件7。

在本实施例中，通过在一轴电机11、二轴电机21和四轴电机41上设置RV减速器，可以有效利用RV减速器效率高、刚性强的特点，保证机器人性能的稳定性，即使对于臂展较大、负载较大且负载的偏心量较大的情况，依然能保持稳定的运动性能和快速响应性能。其中，一轴减速器12和二轴减速器22主要用于解决大臂展和大负载刚性不足的问题，四轴减速器43主要用于解决大偏心负载无法高速运行的问题。具体的，上述底座组件1包括底座主体101和第一波纹管连接头102，第一波纹管连接头102设置于底座主体101上，一轴减速器12通过一轴减速器安装法兰13固定设置于底座主体101上，一轴电机11设置于底座主体101内并通过一轴输出轴14与一轴减速器12的输入轴连接，一轴减速器12的输出轴与大臂组件2连接；一轴减速器安装法兰102和一轴输出轴14之间设置有油封15，一轴减速器安装法兰102上还设置有注油接口16，线束组件6上设置有注油接头17，注油接头17通过软管与注油接口16连接。通过在线束组件6上设置注油接头17，可以方便对底座主体101内部的油封16进行注油，方便对机器人日常的保养维护。另外，线束组件6上还包括有数据接口、相机网线接口、动力线接头、编码线接头、6mm气管接头、8mm气管接头、电机电池组件等，可用于对底座组件1内部的零部件进行检测控制等操作。

由于机器人的工况一般是频繁的启动停止，所以机器人关节的电机的工况是频繁加减速，因此需要保证负载惯量与电机转子惯量的惯量比合适，才能使伺服电机在运动控制方面比较容易，减少超调震荡问题的发生，一般负载惯量和电机转子惯量比的极限值为30，为了保证机器人的快速响应性能，机器人的惯量比一般在10以内，惯量比i的计算公式为：i=(JL/n2)/JM，其中：JL为负载惯量，n为减速器的减速比，JM为电机转子惯量。通过使用RV减速器可以方便对电机的输出轴进行改进，通过增大电机输出轴的转动惯量，可以增大电机整体输出的惯量，即，惯量比i的计算公式变为：i=(JL/n2)/（JM+j），其中j为电机输出轴的惯量；因此，可以在不改变减速比的前提下，降低惯量比，从而使得机器人在较大负载或较大偏心负载时，仍能保持高速运行并保证稳定性。具体的，本实施例中一轴的惯量比较大，因此，将一轴输出轴14设置为带大圆盘结构的转轴，从而有效降低一轴的惯量比。

具体的，上述大臂组件2包括大臂主体201以及设置于大臂主体201上的一轴限位块202和二轴限位块203，二轴减速器22固定设置于大臂主体201上，小臂组件3上的二轴电机21通过二轴输出轴23与二轴减速器22的输入轴连接。

具体的，上述小臂组件3包括小臂主体301、小臂外壳302、线束固定板303、波纹管支撑板304和第二波纹管接头305，线束固定板303用于固定小臂组件3内的电气连线，波纹管支撑板304固定设置于小臂外壳302上，第二波纹管接头305固定设置于波纹管支撑板304上，第二波纹管接头305通过波纹管103与底座主体101上的第一波纹管接头102连接，小臂组件3内的电气连线通过波纹管103与底座组件1上的线束组件6连接。将二轴电机21、三轴电机31和四轴电机41均设置于小臂主体301内，可以有效提高机器人整体结构的紧凑性，提高机器人的稳定性能。同时，小臂组件3内的电气连线可通过波纹管103连接至底座组件1内的线束组件6，由线束组件6进行统一连接和控制。另外，小臂组件3上的用户接口组件7上设置有气管接头、用户数据接口、相机网线接口、四轴释放抱闸按钮等，用于提供一些无法通过波纹管103进行连接的连线与外部进行连接。

具体的，上述三轴电机31通过三轴电机安装法兰33固定设置于小臂主体301上，三轴同步带组件32包括三轴输入同步轮321、三轴同步带322和三轴输出同步轮323，三轴电机31的三轴输入轴34通过三轴输入同步轮固定法兰与三轴输入同步轮321连接，三轴输入同步轮321通过三轴同步带322与三轴输出同步轮323驱动连接，三轴输出同步轮323驱动连接丝杆花键组件5的丝杆固定座51；四轴减速器43通过四轴减速机安装法兰431固定于小臂主体上，四轴电机41通过四轴电机安装法兰44固定设置于四轴减速器43上，四轴电机41通过四轴输入轴45与四轴减速器43的输入轴连接；四轴同步带组件42包括四轴输入同步轮421、四轴同步带422和四轴输出同步轮423；四轴减速器43的输出法兰与四轴输入同步轮421固定连接，四轴输入同步轮421通过四轴同步带422与四轴输出同步轮423驱动连接，四轴输出同步轮423与丝杆花键组件5的花键固定座52驱动连接；丝杆花键组件5还包括有丝杆花键轴53，所述丝杆固定座51和花键固定座52输出连接至丝杆花键轴53，丝杆花键轴53首末两端均设置有四轴限位块54。其中，三轴电机31和四轴电机41用于对丝杆花键轴53进行转动驱动和上下驱动。具体的，丝杆固定座51的上端通过丝杆固定座安装板511设置与小臂主体301上，丝杆固定座51的下端则通过螺钉与三轴输出同步轮323固定连接，花键固定座52的下端通过螺钉固定设置于小臂主体301上，花键固定座52的上端则通过螺钉与四轴输出同步轮423固定连接。

对于四轴而言，四轴直接连接负载，当负载的偏心较大时，无法实现高速运行，采用行星减速器时，是把四轴电机41的电机轴直接插入到行星减速器的输入端，为了降低惯量比，只能通过提高减速器的减速比，而这样便会牺牲末端速度，本实施例中采用RV减速器，并在四轴电机41的电机轴和RV减速器的输入端之间设置四轴输入轴45，以此提高电机转轴整体的惯量，从而降低惯量比，在保证运行稳定性的前提下，也能保证末端的高速运行。

当然，以上仅为本实用新型较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的使用范围，故，凡是在本实用新型原理上做等效改变均应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高速高刚性SCARA机器人，包括顺次连接的底座组件、大臂组件和小臂组件，其特征在于：所述底座组件通过一轴电机和一轴减速器与大臂组件的一端驱动连接，小臂组件通过二轴电机和二轴减速器与大臂组件的另一端驱动连接，小臂组件内设置有丝杆花键组件、三轴电机和四轴电机，三轴电机通过三轴同步带组件与丝杆花键组件的丝杆固定座驱动连接，四轴电机通过四轴减速器和四轴同步带组件与丝杆花键组件的花键固定座驱动连接；所述一轴减速器、二轴减速器和四轴减速器均采用RV减速器；底座组件上设置有线束组件，小臂组件上设置有用户接口组件。

2.根据权利要求1所述的一种高速高刚性SCARA机器人，其特征在于：所述底座组件包括底座主体和第一波纹管连接头，第一波纹管连接头设置于底座主体上，一轴减速器通过一轴减速器安装法兰固定设置于底座主体上，一轴电机设置于底座主体内并通过一轴输出轴与一轴减速器的输入轴连接，一轴减速器的输出轴与大臂组件连接。

3.根据权利要求2所述的一种高速高刚性SCARA机器人，其特征在于：所述一轴输出轴为带有大圆盘结构的转轴。

4.根据权利要求3所述的一种高速高刚性SCARA机器人，其特征在于：所述一轴减速器安装法兰和一轴输出轴之间设置有油封，一轴减速器安装法兰上还设置有注油接口，线束组件上设置有注油接头，注油接头通过软管与注油接口连接。

5.根据权利要求1所述的一种高速高刚性SCARA机器人，其特征在于：所述大臂组件包括大臂主体以及设置于大臂主体上的一轴限位块和二轴限位块，二轴减速器固定设置于大臂主体上，小臂组件上的二轴电机通过二轴输出轴与二轴减速器的输入轴连接。

6.根据权利要求2所述的一种高速高刚性SCARA机器人，其特征在于：所述小臂组件包括小臂主体、小臂外壳、线束固定板、波纹管支撑板和第二波纹管接头，线束固定板用于固定小臂组件内的电气连线，波纹管支撑板固定设置于小臂外壳上，第二波纹管接头固定设置于波纹管支撑板上，第二波纹管接头通过波纹管与底座主体上的第一波纹管接头连接，小臂组件内的电气连线通过波纹管与底座组件上的线束组件连接。

7.根据权利要求6所述的一种高速高刚性SCARA机器人，其特征在于：所述三轴电机通过三轴电机安装法兰固定设置于小臂主体上，三轴同步带组件包括三轴输入同步轮、三轴同步带和三轴输出同步轮，三轴电机的三轴输入轴通过三轴输入同步轮固定法兰与三轴输入同步轮连接，三轴输入同步轮通过三轴同步带与三轴输出同步轮驱动连接，三轴输出同步轮驱动连接丝杆花键组件的丝杆固定座。

8.根据权利要求7所述的一种高速高刚性SCARA机器人，其特征在于：所述四轴减速器通过四轴减速机法兰固定于小臂主体上，四轴电机通过四轴电机安装法兰固定设置于四轴减速器上，四轴电机通过四轴输入轴与四轴减速器的输出轴连接；四轴同步带组件包括四轴输入同步轮、四轴同步带和四轴输出同步轮；四轴减速器的输出法兰与四轴输入同步轮固定连接，四轴输入同步轮通过四轴同步带与四轴输出同步轮驱动连接，四轴输出同步轮与丝杆花键组件的花键固定座驱动连接。

9.根据权利要求8所述的一种高速高刚性SCARA机器人，其特征在于：所述丝杆花键组件还包括有丝杆花键轴，所述丝杆固定座和花键固定座输出连接至丝杆花键轴，丝杆花键轴首末两端均设置有四轴限位块。

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