CN106142066A - 一种轻量化模块化的末端直驱平面多关节机器人*** - Google Patents

一种轻量化模块化的末端直驱平面多关节机器人*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种轻量化模块化的末端直驱平面多关节机器人***，包含：机座，其固定设置在地面上或工作空间上；大臂模块，其连接设置在机座顶端，且该大臂模块可绕竖直方向转动；小臂模块，其连接设置在大臂模块上，且该小臂模块可绕竖直方向转动；主轴直驱模块，其连接设置在小臂模块上，且该主轴直驱模块可绕竖直方向转动；直线运动机构，其固定设置在小臂模块上，且与主轴直驱模块连接，带动主轴直驱模块上下移动。本发明解决传统的SCARA机器人结构松散、精度低、不容易控制的技术问题，采用末端直驱结构，并对SCARA机器人整机进行轻量化和模块化设计，使得结构简单，降低成本，提高***结构刚度及控制精度。

Description

一种轻量化模块化的末端直驱平面多关节机器人***
技术领域
本发明涉及一种SCARA(平面多关节)机器人***，具体是指一种轻量化、模块化、低成本的末端直驱的SCARA机器人***，属于SCARA机器人技术领域。
背景技术
随着科学技术的进步，机器人技术已经被广泛应用于军事、工农业生产、科研、民用等各个领域。而SCARA机器人是一种圆柱坐标型工业机器人，具有工作效率高，运行可靠的特点，广泛应用于装配行业。但SCARA机器人的末端因带有减速器，使得其运动部分的质量较大，而实现高速高精度运动时对于机器人的机械和控制***的要求非常高，导致整机成本与维修成本居高不下。因此，减少SCARA机器人运动部分的质量﹑并且对整机进行轻量化和模块化设计，是降低SCARA机器人整体成本的有效方式。
SCARA平面多关节机器人一般具有两个以上的旋转关节，电机驱动装置布置在每一个关节上，以驱动各关节转动，机器人末端的运动轨迹为几个关节运动的合成。机器人的末端在定位时数据计算量较大，控制***的成本较高，传统的带轮传动装置结构松散、精度低、不容易控制。采用电机直驱结构有助于减小末端机械***的体积，省去减速机构，从而达到减小机器人体积，增加关节刚度的目的。
现有技术中，中国专利CN201510121144.7公开了一种直驱式可翻转晶圆传输机器人，其采用直驱结构，实现了可翻转的传输结构，但是主要用于翻转手腕使用电机驱动真空吸附末端，实现翻转动作，不能直接进行旋转，且并没有考虑结构轻量化设计。而中国专利CN201310021481.X则公开了一种基于视觉***的机器人柔性冲压工件搬运***，其主要用于冲压件的搬运自动化，未采用直驱结构。
因此，目前亟需提供一种轻量化模块化的末端直驱平面多关节机器人***，以达到减小机器人体积，增加关节刚度，降低整机成本的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种轻量化模块化的末端直驱平面多关节机器人***，解决传统的SCARA机器人结构松散、精度低、不容易控制的技术问题，采用末端直驱结构，并对SCARA机器人整机进行轻量化和模块化设计，使得结构简单，降低成本，提高***结构刚度及控制精度。
为实现上述目的，本发明提供一种轻量化模块化的末端直驱平面多关节机器人***，包含：机座，其固定设置在地面上或工作空间上；大臂模块，其连接设置在所述的机座顶端，且该大臂模块可绕竖直方向转动；小臂模块，其连接设置在所述的大臂模块上，且该小臂模块可绕竖直方向转动；主轴直驱模块，其连接设置在所述的小臂模块上，且该主轴直驱模块可绕竖直方向转动；直线运动机构，其固定设置在所述的小臂模块上，且与所述的主轴直驱模块连接，带动该主轴直驱模块上下移动。
所述的大臂模块包含：大臂，其后端通过第一转轴与所述的机座顶端连接；第一电机，其固定设置在所述的机座上；第一传动组件，其固定设置在所述的机座上，且分别连接所述的第一电机和大臂的第一转轴，将第一电机的动力传递至大臂，驱动大臂以第一转轴为中心绕竖直方向转动。
所述的第一电机为高机动伺服电机，所述的第一传动组件为谐波减速器，该第一电机和第一传动组件的传动轴均采用轴承实现轴向固定。
所述的小臂模块包含：小臂，其后端通过第二转轴与所述的大臂的前端连接；第二电机；第二传动组件，其固定设置在所述的小臂上，且分别连接所述的第二电机和小臂的第二转轴，将第二电机的动力传递至小臂，驱动小臂以第二转轴为中心绕竖直方向转动。
所述的第二电机为高机动伺服电机，所述的第二传动组件为谐波减速器，该第二电机和第二传动组件的传动轴均采用轴承实现轴向固定。
所述的主轴直驱模块包含：末端主轴，其穿设在所述的小臂的前端；第三电机，其套设在所述的末端主轴上，直接驱动末端主轴绕竖直方向转动。
所述的末端主轴为空心轴；所述的第三电机为高机动伺服电机。
所述的直线运动机构包含：滚珠丝杠，其顶端通过连接板与所述的末端主轴的顶端连接；第四电机，其固定设置在所述的小臂上；第三传动组件，其分别连接所述的第四电机和滚珠丝杠，将第四电机的动力传递至滚珠丝杠，驱动滚珠丝杠绕竖直方向转动并上下移动，并通过连接板带动末端主轴上下移动。
所述的第四电机为高机动伺服电机。
本发明所提供的轻量化模块化的末端直驱平面多关节机器人***，具有以下优点和有益效果：
1、末端主轴旋转采用直驱电机直接驱动，减少了常规的传动减速结构，消除间隙误差，极大的提高了控制精度，也使得整体结构更加紧凑，并且具有高解析度、高定位精度和高刚性，有效改善了平面多关节机器人***的性能。
2、采用轻量化、模块化设计，使得平面多关节机器人***的结构简单，降低生产成本以及维护成本。
附图说明
图1为本发明中的轻量化模块化的末端直驱平面多关节机器人***的结构示意图；
图2为本发明中的轻量化模块化的末端直驱平面多关节机器人***装配后的结构示意图；
图3为本发明中的轻量化模块化的末端直驱平面多关节机器人***装配后的剖面示意图。
具体实施方式
以下结合图1～图3，详细说明本发明的一个优选实施例。
如图1～图3所示，为本发明提供的轻量化模块化的末端直驱平面多关节机器人***，包含：机座1，其固定设置在地面上或工作空间上；大臂模块，其连接设置在所述的机座顶端，且该大臂模块可绕竖直方向转动；小臂模块，其连接设置在所述的大臂模块上，且该小臂模块可绕竖直方向转动；主轴直驱模块，其连接设置在所述的小臂模块上，且该主轴直驱模块可绕竖直方向转动；直线运动机构，其固定设置在所述的小臂模块上，且与所述的主轴直驱模块连接，带动该主轴直驱模块上下移动。
如图2所示，所述的大臂模块包含：大臂2，其后端通过第一转轴与所述的机座顶端连接；第一电机21，其固定设置在所述的机座1上；第一传动组件22，其固定设置在所述的机座1上，且分别连接所述的第一电机21和大臂2的第一转轴，将第一电机21的动力传递至大臂2，驱动大臂2以第一转轴为中心绕竖直方向转动。
所述的第一电机21为高机动伺服电机，所述的第一传动组件22为谐波减速器，该第一电机21和第一传动组件22的传动轴均采用轴承实现轴向固定。
所述的小臂模块包含：小臂3，其后端通过第二转轴与所述的大臂2的前端连接；第二电机31；第二传动组件32，其固定设置在所述的小臂3上，且分别连接所述的第二电机31和小臂3的第二转轴，将第二电机31的动力传递至小臂3，驱动小臂3以第二转轴为中心绕竖直方向转动。
所述的第二电机31为高机动伺服电机，所述的第二传动组件32为谐波减速器，该第二电机31和第二传动组件32的传动轴均采用轴承实现轴向固定。
所述的主轴直驱模块包含：末端主轴5，其穿设在所述的小臂3的前端；第三电机51，其套设在所述的末端主轴5上，通过滚珠花键直接驱动末端主轴5绕竖直方向转动。
所述的末端主轴5为空心轴；所述的第三电机51为高机动伺服电机。
区别于现有技术中传统的SCARA机器人结构形式，本发明中用于驱动末端主轴5旋转的第三电机51采用直驱电机，其能够直接驱动末端主轴5旋转，而无需采用任何的传动减速结构，使得精度高，装配更简单，节省了传动减速结构的安装过程和所需的空间安装位置，使得SCARA机器人的整体体积更小，提高整体结构刚度，达到轻量化、低成本的设计。
所述的直线运动机构包含：滚珠丝杠4，其顶端通过连接板42与所述的末端主轴5的顶端连接；第四电机41，其固定设置在所述的小臂3上；第三传动组件43，其分别连接所述的第四电机41和滚珠丝杠4，将第四电机41的动力传递至滚珠丝杠4，驱动滚珠丝杠4绕竖直方向转动并上下移动，并通过连接板42带动末端主轴5上下移动。
所述的第四电机41为高机动伺服电机。
本发明中，所述的机座、大臂模块、小臂模块和主轴直驱模块均由多个组合件组装形成模块化设计，各模块之间通过螺钉连接即可组成低成本、模块化的SCARA机器人整机。并且，其中机座上安装轴承用以固定第一转轴的位置，可在SCARA机器人整机组合之后进行整体加工，从而最大限度的保证同轴度；而大臂模块和小臂模块的连接处可设计凸台结构，以保证装配后实现高同轴度。
本发明所提供的轻量化模块化的末端直驱平面多关节机器人***，具有以下优点和有益效果：
1、末端主轴旋转采用直驱电机直接驱动，减少了常规的传动减速结构，消除间隙误差，极大的提高了控制精度，也使得整体结构更加紧凑，并且具有高解析度、高定位精度和高刚性，有效改善了平面多关节机器人***的性能。
2、采用轻量化、模块化设计，使得平面多关节机器人***的结构简单，降低生产成本以及维护成本。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种轻量化模块化的末端直驱平面多关节机器人***，其特征在于，包含：
机座(1)，其固定设置在地面上或工作空间上；
大臂模块，其连接设置在所述的机座顶端，且该大臂模块可绕竖直方向转动；
小臂模块，其连接设置在所述的大臂模块上，且该小臂模块可绕竖直方向转动；
主轴直驱模块，其连接设置在所述的小臂模块上，且该主轴直驱模块可绕竖直方向转动；
直线运动机构，其固定设置在所述的小臂模块上，且与所述的主轴直驱模块连接，带动该主轴直驱模块上下移动。
2.如权利要求1所述的轻量化模块化的末端直驱平面多关节机器人***，其特征在于，所述的大臂模块包含：
大臂(2)，其后端通过第一转轴与所述的机座顶端连接；
第一电机(21)，其固定设置在所述的机座(1)上；
第一传动组件(22)，其固定设置在所述的机座(1)上，且分别连接所述的第一电机(21)和大臂(2)的第一转轴，将第一电机(21)的动力传递至大臂(2)，驱动大臂(2)以第一转轴为中心绕竖直方向转动。
3.如权利要求2所述的轻量化模块化的末端直驱平面多关节机器人***，其特征在于，所述的第一电机(21)为高机动伺服电机，所述的第一传动组件(22)为谐波减速器，该第一电机(21)和第一传动组件(22)的传动轴均采用轴承实现轴向固定。
4.如权利要求2所述的轻量化模块化的末端直驱平面多关节机器人***，其特征在于，所述的小臂模块包含：
小臂(3)，其后端通过第二转轴与所述的大臂(2)的前端连接；
第二电机(31)；
第二传动组件(32)，其固定设置在所述的小臂(3)上，且分别连接所述的第二电机(31)和小臂(3)的第二转轴，将第二电机(31)的动力传递至小臂(3)，驱动小臂(3)以第二转轴为中心绕竖直方向转动。
5.如权利要求4所述的轻量化模块化的末端直驱平面多关节机器人***，其特征在于，所述的第二电机(31)为高机动伺服电机，所述的第二传动组件(32)为谐波减速器，该第二电机(31)和第二传动组件(32)的传动轴均采用轴承实现轴向固定。
6.如权利要求4所述的轻量化模块化的末端直驱平面多关节机器人***，其特征在于，所述的主轴直驱模块包含：
末端主轴(5)，其穿设在所述的小臂(3)的前端；
第三电机(51)，其套设在所述的末端主轴(5)上，直接驱动末端主轴(5)绕竖直方向转动。
7.如权利要求6所述的轻量化模块化的末端直驱平面多关节机器人***，其特征在于，所述的末端主轴(5)为空心轴；所述的第三电机(51)为高机动伺服电机。
8.如权利要求6所述的轻量化模块化的末端直驱平面多关节机器人***，其特征在于，所述的直线运动机构包含：
滚珠丝杠(4)，其顶端通过连接板(42)与所述的末端主轴(5)的顶端连接；
第四电机(41)，其固定设置在所述的小臂(3)上；
第三传动组件(43)，其分别连接所述的第四电机(41)和滚珠丝杠(4)，将第四电机(41)的动力传递至滚珠丝杠(4)，驱动滚珠丝杠(4)绕竖直方向转动并上下移动，并通过连接板(42)带动末端主轴(5)上下移动。
9.如权利要求8所述的轻量化模块化的末端直驱平面多关节机器人***，其特征在于，所述的第四电机(41)为高机动伺服电机。
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