WO2012155349A1 - 定位梁及具有该定位梁的机器人直线运动单元 - Google Patents

Description

定位梁及具有该定位梁的机器人直线运动单元 本申请要求于 2011 年 5 月 16 日提交至中国国家知识产权局、 申请号为 201110126387.1、 发明名称为"定位梁及具有该定位梁的机器人直线运动单元" 的专利申请的优先权。 技术领域 本发明涉及机器人直线运动系统领域， 特别地， 涉及一种定位梁及具有该 定位梁的机器人直线运动单元。 背景技术 在当今迅猛发展的工业自动化时代里， 越来越多的环节需要自动化程度更 高的设备来完成， 加之人工成本的不断上升， 工作环境更高要求， 因此， 机器 人产品就孕育而生。 直角坐标机器人， 顾名思义， 就是一种以空间几何关系沿

XYZ方向所形成的立体空间作为工作空间的一种工业自动化机器人设备。该设 备在工业应用中， 可以通过不同的程序进行设定， 实现自动控制， 形成多用途 的操作机。 直角坐标机器人主要有 4大功能模块构成： 直线运动单元、 驱动单元、 控 制单元以及末端操作单元。 为了降低直角坐标机器人的成本， 缩短产品的研发 周期， 增加产品的可靠性以及提高产品性能， 欧美的许多国家都已经将直角坐 标机器人模块化， 而直线运动单元则是模块化中最为典型、 最为核心的单元。 所谓的直线运动单元就是将整个运动元素加之到一个运动整体中， 其共包括运 动支撑部分（光杠或直线导轨）、 定位体型材部分（各种型号的型材）、 传动部 分（同步带轮及同步带或丝杆） 以及滑块运动部分（通过同步带或丝杆螺母的 拉动而随之运动）。 随着科技的不断发展，人们对直角坐标机器人的性能提出高速度、 高精度、 高可靠性、 易操作性和可维修性等更高的要求。 作为其核心单元， 直线运动单 元的可靠性、 稳定性、 可操作性以及易维修性等性能更是越来越被科技人员所 重视， 而直线运动单元性能的提高主要取决于定位体型材部分和运动支撑部 分。 传统的定位体型材部分是在普通铝型材的中间截面上切割出用于装配传动 单元的装配空间， 运动支撑部分则直接铺设在装配空间内， 这样就会破坏掉原 有型材的机械结构， 当然也就降低了整体结构的机械性能以及力学性能。另夕卜， 传统的定位体型材部分和运动支撑部分常釆用单根铝型材构成悬臂结构， 或者 釆用双才艮铝型材构成^ I架结构， 通过长期的实践发现， 这两种基于铝型材的机 械结构都比较容易发生不同程度的挠曲形变以及扭转形变， 并在机器人运动速 度较高时的抗冲击力也相对较低。 这些对于被要求高性能， 高可靠性以及高精 度的直角坐标机器人直线运动系统来说是非常致命的。 因此， 有必要提供一种机械结构稳定、 能够减轻挠曲形变、 扭转形变， 并 具有较高的抗冲击性能的直线运动单元。 发明内容 本发明目的在于提供一种定位梁及具有该定位梁的机器人直线运动单元， 以解决现有直线运动单元的定位体型材容易发生挠曲变形、 扭转变形， 导致直 线运动单元的抗冲击性能差的技术问题。 为实现上述目的， 根据本发明的一个方面， 提供了一种定位梁， 包括： 相 互平行的第一支撑梁和第二支撑梁， 第一支撑梁和第二支撑梁之间连接有横 梁， 横梁与第一支撑梁和第二支撑梁垂直且横梁与第一支撑梁和第二支撑梁的 连接处均设置有直角连接件。 进一步地， 每个横梁与第一支撑梁和第二支撑梁的连接处的两侧均设置有 直角连接件。 进一步地， 第一支撑梁和第二支撑梁的端头设置有一体或分体的密封盖 板。 进一步地， 第一支撑梁、 第二支撑梁以及横梁均为铝型材。 才艮据本发明的另一方面， 还提供了一种机器人直线运动单元， 包括运动轨 道及沿该运动轨道的延伸方向布置的传动机构， 运动轨道设置于上述定位梁的 表面上。 进一步地， 传动机构包括单轨道传动机构， 运动轨道为设置于定位梁的第 一支撑梁和第二支撑梁上的单轨道。 进一步地， 传动机构包括双轨道传动机构， 运动轨道为分别设置在定位梁 的第一支撑梁和第二支撑梁上的第一轨道和第二轨道。 进一步地， 传动机构为丝杠传动机构。 进一步地， 传动机构为同步带轮传动机构。 进一步地， 定位梁的安装有运动轨道的表面上设置有覆盖在运动轨道上的 防尘罩。 本发明具有以下有益效果： 在第一支撑梁和第二支撑梁之间设置横梁及直角连接件， 能够有效提高定 位梁的机械结构强度， 减轻定位梁发生挠曲变形、 扭转变形， 进而提高机器人 直线运动单元的抗冲击性能。 除了上面所描述的目的、 特征和优点之外， 本发明还有其它的目的、 特征 和优点。 下面^参照图， 对本发明作进一步详细的说明。 附图说明 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解， 本发明的示 意性实施例及其说明用于解释本发明， 并不构成对本发明的不当限定。 在附图 中： 图 1是本发明优选实施例的适用于单轨道传动机构的定位梁主视结构示意 图； 图 2是本发明优选实施例的适用于单轨道传动机构的定位梁立体结构示意 图； 图 3是本发明优选实施例的适用于单轨道传动机构的两根定位梁上的两个 传递机构釆用一个驱动电机进行驱动的主视结构示意图； 图 4是本发明优选实施例的适用于单轨道传动机构的两根定位梁上的两个 传递机构釆用一个驱动电机进行驱动的立体结构示意图； 图 5是本发明优选实施例的适用于双轨道传动机构的定位梁立体结构示意 图； 图 6是本发明优选实施例的适用于双轨道传动机构的定位梁上安装了丝杠 传动机构的立体结构示意图； 以及 图 7是本发明优选实施例的适用于双轨道传动机构的定位梁上安装了同步 带轮传动机构的立体结构示意图。 具体实施方式 以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明， 但是本发明可以由权利要 求限定和覆盖的多种不同方式实施。 如图 1和图 2所示， 根据本发明的一个方面， 提供了一种定位梁， 包括： 相互平行的第一支撑梁 11和第二支撑梁 12, 第一支撑梁 11和第二支撑梁 12 之间连接有横梁 13 , 横梁 13与第一支撑梁 11和第二支撑梁 12垂直且横梁 13 与第一支撑梁 11和第二支撑梁 12的连接处均设置有直角连接件 15。 釆用平行的两根支撑梁并在两支撑梁之间设置横梁以及直角连接件， 可以 有效地防止定位梁的抗扭性， 减轻定位梁的扭曲变形， 提高整个直线运动单元 的抗冲击性能。 优选地， 为了提高第一支撑梁 11和第二支撑梁 12的结构强度以及与横梁 之间的连接强度， 每个横梁 13与第一支撑梁 11和第二支撑梁 12的连接处的 两侧均设置有直角连接件 15 , 也就是说， 一才艮横梁的上下两个侧面上一共可以 设置有四个直角连接件 15。 才艮据直线运动单元的应用场合， 定位梁的长度可能有所不同， 横梁 13 的 数量可以根据定位梁的长度的增长而有所增加。 为了防止定位梁的两端的断面对工作人员造成伤害并使定位梁更加美观， 第一支撑梁 11和第二支撑梁 12的端头设置有一体或分体的密封盖板 16。 当第 一支撑梁 11和第二支撑梁 12的厚度较小、 两者的距离较近时， 可以釆用一个 密封盖板 16 将两个支撑梁都密封住； 当两个支撑梁的厚度较大、 两者的距离 较远乃至可以构成框架结构时， 可以釆用两个密封盖板 16 分别将第一支撑梁 11和第二支撑梁 12的端头密封。 为了提高定位梁的整体性能， 第一支撑梁 11、 第二支撑梁 12以及横梁 13 均为铝型材。 才艮据本发明的另一个方面， 还提供了一种机器人直线运动单元， 包括运动 轨道及沿该运动轨道的延伸方向布置的传动机构， 其中， 运动轨道设置于上述 的定位梁的表面上。 将运动轨道设置在定位梁的表面上， 无需在定位梁上开设安装槽， 定位梁 型材截面未被破坏， 定位梁的机械性能和力学性能都得到了很好的保证。 传动 机构为可以为单轨道传动机构 （参见图 1和图 2 ), 此时， 第一支撑梁 11和第 二支撑梁 12较薄， 两者的间距较短， 横梁的长度也较短， 四个直角连接件 15 之间的距离也较短， 运动轨道为设置于定位梁的第一支撑梁 11 和第二支撑梁 12上的单轨道 21。 如图 3和图 4所示， 也可以釆用一个驱动电机 90同时驱动两个单轨道传 动机构， 每个单轨道传动机构可以分别设置在一个定位梁上。 如图 5所示， 传动机构也可以为双轨道传动机构， 釆用双轨道， 可以应用 于具有更大冲击力的运动单元。 此时， 第一支撑梁 11和第二支撑梁 12的厚度 较大， 两者的间距也较大， 此时的定位梁类似一个框架结构， 运动轨道为分别 设置在第一支撑梁 11和第二支撑梁 12上的第一轨道 22和第二轨道 （在图中 未示出， 其与第一轨道 22对称设置）。 双轨道传动机构具有分别在第一轨道 22 和第二轨道上滑动的两个滑动件。 在此需要解释的是， 每个轨道， 包括单轨道 21、 第一轨道 22 和第二轨道都包括两条平行的单轨， 也就是说， 传动机构为 双轨道传动机构时， 定位梁上一共安装了四条单轨（第一支撑梁 11 和第二支 撑梁 12上各两条）。 优选地， 传动机构为丝杠传动机构或同步带轮传动机构。 为了对运动轨道起到防尘保护的作用， 定位梁的安装有运动轨道的表面上 设置有覆盖在运动轨道上的防尘罩 30。 实际上， 也可以说运动轨道设置在定位 梁的轴向延伸的侧面上。 下面， 对分别釆用了具有双轨道的丝杠传动机构和同步带轮传动机构的直 线运动单元进行描述： 如图 6所示， 本发明提供的机器人直线运动单元中定位梁 （定位体型材） 和传动机构 （运动支撑单元） 的结构如下： 第一支撑梁 11和第二支撑梁 12, 其两端设有密封盖板 16,横梁 13通过标准的直角固定件 15 固定于两根支撑梁 之间， 在保证两个支撑梁两端各设有横梁 15 的情况下， 为了加强系统结构强 度， 提高系统可靠性以及提高系统精度时支撑梁之间横梁 13 的根数可根据支 撑梁的长度来确定， 运动轨道可以通过螺栓固定于第一支撑梁 11 和第二支撑 梁 12的各一侧， 防尘罩 30可以通过螺栓分别固定于两根支撑梁上。 如图 7所示， 釆用的丝杠传动机构的结构如下： 第一轴 7 座 41和第二轴 承座 42通过螺栓分别固定于每个支撑梁的两端， 伺服电机 G 通过螺栓固定于 减速器 50上， 减速器 50通过螺栓固定于第一轴 7 座 41上， 丝杠 61的一端通 过第一轴承 43 固定于第一轴承座 41上， 并通过联轴器 51直接与伺服电机 G 的轴相连， 另一端通过第二轴 7 42 固定于第二轴 7 座 42上， 滑块 63穿过丝 杠 61 固定于运动轨道上， 丝杠螺母 65穿过丝杠 61 固定于滑块 63上， 在伺服 电机 G的驱动下， 滑块 63可以沿着运动轨道故往复直线运动。 实现了运动的 导向功能。 釆用的同步带传动机构的结构如下： 同步带卡头 71 通过四个螺栓固定于 第一支撑梁 11和第二支撑梁 12上， 同步带压板 72通过四个螺栓固定于同步 带卡头 71上， 同步带 73两端各通过一个同步带压板 72和一个同步带卡头 71 固定于一个支撑梁上， 同步带 73穿过带轮箱体 75 , 带轮箱体 75通过螺栓和同 步带滑块 76 固定在一起， 箱体盖板 77通过四个螺栓固定于带轮箱体 75上。 同步带滑块 76 固定于运动轨道上， 其可与带轮箱体 75在伺服电机 40驱动下 一起^ 主复直线运动， 实现了运动的导向功能。 与现有技术相比， 本发明中的直角坐标机器人直线运动系统具有总体机械 强度较高， 结构可靠性强， 抗冲击力以及抗扭性能强， 易于维修， 便于操作等 优点， 其创新之处在于本直角坐标机器人直线运动系统中的两个平行的第一支 撑梁 11、 第二支撑梁 12和横梁 13组成的组合结构 （也就是定位体型材部分） 皆釆用铝型材， 传动单元 （同步带轮传动机构或者丝杠传动机构） 固定于定位 梁表面； 其另一创新之处在于本直角坐标机器人直线运动系统中的横梁 13 可 通过标准直角连接件 15简单方便固定于第一支撑梁 11和第二支撑梁 12之间， 在保证第一支撑梁 11和第二支撑梁 12两端各设有横梁 13的情况下， 为了加 强系统结构强度， 提高系统可靠性以及提高系统精度时两根支撑梁之间的横梁 13的根数可根据支撑梁的长度来确定。 总之， 本角坐标机器人直线运动系统总 体重量轻， 传动定位梁截面未被破坏， 机械性能和力学性能都得到了很好的保 证。 以上所述仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明， 对于本领 域的技术人员来说， 本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的 ^"神和原则 之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之 内。

Claims

权 利 要 求 书

1. 一种定位梁， 其特征在于， 包括：

相互平行的第一支撑梁（ 11 )和第二支撑梁（ 12 ), 所述第一支撑梁 ( 11) 和所述第二支撑梁 （ 12 ) 之间连接有横梁 （ 13 ), 所述横梁 （ 13 ) 与所述第一支撑梁（ 11 )和所述第二支撑梁（ 12 )垂直且所述横梁（ 13 ) 与所述第一支撑梁 （ 11) 和所述第二支撑梁 （ 12) 的连接处均设置有直 角连接件 （ 15)。

2. 根据权利要求 1所述的定位梁， 其特征在于， 每个所述横梁 （ 13) 与所 述第一支撑梁 （ 11) 和所述第二支撑梁 （ 12) 的连接处的两侧均设置有 所述直角连接件 （ 15)。

3. 根据权利要求 2所述的定位梁， 其特征在于， 所述第一支撑梁 （ 11 ) 和 所述第二支撑梁 （ 12) 的端头设置有一体或分体的密封盖板 （ 16)。

4. 根据权利要求 2所述的定位梁， 其特征在于， 所述第一支撑梁（ 11 )、 所 述第二支撑梁 （ 12) 以及所述横梁 （ 13 ) 均为铝型材。

5. —种机器人直线运动单元， 包括运动轨道 （21、 22) 及沿所述运动轨道

(21、 22)的延伸方向布置的传动机构，其特征在于，所述运动轨道（21、 22 )设置于权利要求 1至 4中任一项所述的定位梁的表面上。

6. 根据权利要求 5所述的机器人直线运动单元， 其特征在于， 所述传动机 构包括单轨道传动机构， 所述运动轨道 （21、 22) 为设置于所述定位梁 的所述第一支撑梁 （ 11 ) 和所述第二支撑梁 （ 12) 上的单轨道 （21 )。

7. 根据权利要求 5所述的机器人直线运动单元， 其特征在于， 所述传动机 构包括双轨道传动机构， 所述运动轨道 （21、 22) 为分别设置在所述定 位梁的所述第一支撑梁（ 11)和所述第二支撑梁（ 12)上的第一轨道（22) 和第二轨道。

8 根据权利要求 5至 7中任一项所述的机器人直线运动单元，其特征在于， 所述传动机构为丝杠传动机构。 根据权利要求 5至 7中任一项所述的机器人直线运动单元，其特征在于， 所述传动机构为同步带轮传动机构。 根据权利要求 5至 7中任一项所述的机器人直线运动单元，其特征在于， 所述定位梁的安装有所述运动轨道 （21、 22 ) 的所述表面上设置有覆盖 在所述运动轨道 （21、 22 ) 上的防尘罩 （30 )。