CN111409063A - Scara机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种SCARA机器人，包括：移动平台和倒装于移动平台上的机械臂。移动平台包括：导轨、滑动连接在导轨上的安装座、以及连接安装座的第一驱动组件；机械臂包括：连接安装座的第一摆臂、铰接第一摆臂的第二摆臂、连接在第一摆臂与第二摆臂之间的第二驱动组件、垂直穿设在第二摆臂上的滚珠花键轴、连接滚珠花键轴的第三驱动组件、以及连接滚珠花键轴的第四驱动组件。上述SCARA机器人，采用平移倒装的结构设置，使得SCARA机器人的第一轴改变为平移运动，使得SCARA机器人具有可移动的基点，再配合倒装的安装形式，使得机械臂可以沿工件的布局方向进行移动，从而克服动作死区，并且在不改变臂展的前提下，扩大动作区域。

Description

SCARA机器人

技术领域

本发明涉及自动化设备技术领域，特别是涉及一种SCARA机器人。

背景技术

SCARA(Selective Complaince Assembly Arm，选择顺应性装配机器手臂)机器人，是一种圆柱坐标型的特殊类型的工业机器人。

目前市场上的SCARA机器人都固定安装在台架上，所以其动作区域的大小由SCARA机器人的臂展所决定，若超出了其动作区域，一般考虑选用臂展更大规格的SCARA机器人，或者对其所安装在的自动化平台做更改，这两种情况的考虑都会造成成本的增加，且一般情况下SCARA机器人采用正装设置都会存在动作死区。例如，如图1所示，工件1、工件2、以及工件3依次排布在直线上。工件2和工件3均不在SCARA机器人的动作区域内，为适应这种工件布局，如果选用臂展更大的SCARA机器人，可以使得工件1和工件3都进入到SCARA机器人的工作范围，但因工件2所处位置较为特殊，处于SCARA机器人1轴的旋转中心轴附近，所处的位置为SCARA机器人的动作死区，该动作死区是SCARA机器人普遍存在的情况；综上所述问题，为了解决工件3和工件2不在其动作区域的情况，考虑把放置工件的工作台设计成可平移的工作台与SCARA机器人协同动作，方可解决问题。上述的解决方案都使得结构变得复杂和成本的增加。

发明内容

基于此，本发明提供一种SCARA机器人，采用平移倒装的结构设置，使得SCARA机器人的第一轴改变为平移运动，使得SCARA机器人具有可移动的基点，再配合倒装的安装形式，使得机械臂可以沿工件的布局方向进行移动，从而克服动作死区，并且在不改变臂展的前提下，扩大动作区域。

一种SCARA机器人，包括：

移动平台；移动平台包括：导轨、滑动连接在导轨上的安装座、以及连接安装座的第一驱动组件；第一驱动组件用于带动安装座沿导轨平移运动；以及

倒装于移动平台上的机械臂；机械臂包括：连接安装座的第一摆臂、铰接第一摆臂的第二摆臂、连接在第一摆臂与第二摆臂之间的第二驱动组件、垂直穿设在第二摆臂上的滚珠花键轴、连接滚珠花键轴的第三驱动组件、以及连接滚珠花键轴的第四驱动组件；第二驱动组件用于带动第二摆臂相对第一摆臂转动；第三驱动组件用于带动滚珠花键轴相对第二摆臂升降运动；第四驱动组件用于带动滚珠花键轴相对第二摆臂自转运动。

上述SCARA机器人，在工作时，移动平台的第一驱动组件可以带动安装座沿导轨平移运动，而机械臂通过第一摆臂安装在安装座上，因此，可以实现机械臂的平移运动，而SCARA机器人的第一轴也从传统的旋转运动改良为平移运动。同时，机械臂倒装在移动平台上，机械臂的动作区域不会被移动平台所遮挡。第二驱动组件带动第二摆臂相对第一摆臂转动，实现SCARA机器人的第二轴的旋转运动。第三驱动组件带动滚珠花键轴升降运动，实现SCARA机器人的第三轴的升降运动。第四驱动组件带动滚珠花键轴自转运动，实现SCARA机器人的第四轴的旋转运动。通过上述设计，采用平移倒装的结构设置，使得SCARA机器人的第一轴改变为平移运动，使得SCARA机器人具有可移动的基点，再配合倒装的安装形式，使得机械臂可以沿工件的布局方向进行移动，从而克服动作死区，并且在不改变臂展的前提下，扩大动作区域。

在其中一个实施例中，第一驱动组件包括：第一电机、连接第一电机的丝杆、以及套接丝杆的第一螺母；丝杆与导轨的延伸方向一致；第一螺母连接安装座；第一电机用于带动丝杆转动以驱动连接第一螺母的安装座沿导轨直线运动。采用电机与丝杆的驱动结构，使得移动平台可以带动机械臂实现精准和稳定的平移运动。

在其中一个实施例中，丝杆和导轨的数量均为一个，且丝杆和导轨均设置于安装座的上方。采用单丝杆和单导轨的设计，可以简化移动平台的结构，控制简单，有利于降低成本。

在其中一个实施例中，丝杆和导轨的数量均为两个，且一个丝杆对应安装在一个导轨上；两个丝杆分别设置于安装座的两侧。设置位于安装座两侧的双丝杆和双导轨，可以为滚珠花键轴的Z轴升降运动提供更多的空间。

在其中一个实施例中，第二驱动组件包括：安装在第一摆臂与第二摆臂之间的电机座、安装在电机座上的第二电机、连接第二电机的第一机轴、以及连接第一机轴的第一减速机。第二电机带动第一机轴转动，再经过第一减速机增大输出力矩，为第一摆臂与第二摆臂的相对转动提供稳定的驱动力。

在其中一个实施例中，第二驱动组件安装在第一摆臂连接第二摆臂的一端，且第二驱动组件与第一摆臂共轴。在工作时，第二驱动组件以第一摆臂为基座带动第二摆臂转动。

在其中一个实施例中，第三驱动组件包括：套接滚珠花键轴的第二螺母、套接第二螺母的第二机轴、以及套接第二机轴的第三电机；滚珠花键轴贯穿第三电机。第三电机通过第二机轴、第二螺母套接在滚珠花键轴上，使得第三电机以直驱的方式带动滚珠花键轴升降运动，免去同步带的使用，提高第三轴运动的传动精度和传动效率。

在其中一个实施例中，第三驱动组件还包括：套接第二机轴的刹车轴和套接刹车轴的制动器。通过制动器带动刹车轴以实现第二机轴的刹车动作，从而克服工作时的惯性所引起的精度下降的问题。

在其中一个实施例中，第四驱动组件包括：安装在第二摆臂上的R轴机座、连接R轴机座的第二减速机、连接第二减速机的第四电机、连接第二减速机的第一主动带轮、连接第一主动带轮的第一同步带、连接第一同步带的第一从动带轮、以及安装在第一从动带轮上的花键母；花键母套接滚珠花键轴。第四电机经过第二减速机增大输出力矩后，再通过第一主动带轮、第一同步带、以及第一从动带轮带动花键母转动，从而驱动滚珠花键轴转动以实现第四轴运动。

在其中一个实施例中，第三驱动组件包括：安装在第二摆臂上的第五电机、连接第五电机的第二主动带轮、连接第二主动带轮的第二同步带、连接第二同步带的第二从动带轮、以及安装在第二从动带轮上的第三螺母；第三螺母接滚珠花键轴。第五电机通过第二主动带轮、第二同步带、以及第二从动带轮带动第三螺母转动，从而驱动滚珠花键轴升降以实现第三轴运动。

附图说明

图1为传统的SCARA机器人的动作区域的示意图；

图2为本发明的实施例一的SCARA机器人的示意图；

图3为图2所示的SCARA机器人中的移动平台的示意图；

图4为图3所示的移动平台的另一视角的示意图；

图5为图2所示的SCARA机器人中的机械臂的示意图；

图6为图5所示的机械臂的局部视图；

图7为图6所示的机械臂的分解图；

图8为图6所示的机械臂的局部剖视图；

图9为图5所示的机械臂的另一种实现方式的简图；

图10为图2所示的SCARA机器人的动作原理图；

图11为图10所示的SCARA机器人的工作区域图；

图12为本发明实施例二的SCARA机器人的示意图。

附图中各标号的含义为：

100-SCARA机器人；

10-移动平台，11-导轨，12-安装座，13-第一驱动组件，131-第一电机，132-丝杆，133-第一螺母；

20-机械臂，21-第一摆臂，22-第二摆臂，23-第二驱动组件，231-电机座，232-第二电机，233-第一机轴，234-第一减速机，24-滚珠花键轴，25-第三驱动组件，251-第二螺母，252-第二机轴，253-第三电机，2531-转子，2532-定子，254-刹车轴，255-制动器，256-第五电机，257-第二主动带轮，258-第二同步带，259-第二从动带轮，2510-第三螺母，2511-外壳，2512-上盖，2513-上压板，2514-第一轴承，2515-Z轴机座，2516-第二轴承，26-第四驱动组件，261-R轴机座，262-第二减速机，263-第四电机，264-第一主动带轮，265-第一同步带，266-第一从动带轮，267-花键母，268-第三轴承，269-下压板。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

实施例一

如图2至图11所示，其为本发明的实施例一的SCARA机器人100。

如图2所示，该SCARA机器人100包括：移动平台10和倒装于移动平台10上的机械臂20。工作时，机械臂20执行对工件的操作，而移动平台10可以带动机械臂20实现平移运动，即机械臂20是建立于一个可平移的基座上的，因此，通过平移的方式改变机械臂20的位置，从而在不改变臂展的前提下，增大机械臂20的工作区域，并且，可以克服动作死区的问题。

下文，结合图3至图11，对上述的SCARA机器人100做进一步的说明。

如图3和图4所示，移动平台10包括：导轨11、滑动连接在导轨11上的安装座12、以及连接安装座12的第一驱动组件13。其中，第一驱动组件13用于带动安装座12沿导轨11平移运动。工作时，第一驱动组件13带动安装座12沿着导轨11设置的滑动方向平移运动。

对于移动平台10的平移方向，可以实际需求而设置，例如，在本实施例中，所展示的是直线方向的平移运动，根据工件的排布而选择X向或者Y向。在其他实施例中，若生产需要，可以设置在XY面任意平移的平移机构。

以实现Y向平移运动为例，如图3和图4所示，在本实施例中，第一驱动组件13包括：第一电机131、连接第一电机131的丝杆132、以及套接丝杆132的第一螺母133。其中，丝杆132与导轨11的延伸方向一致，第一螺母133连接安装座12。第一电机131用于带动丝杆132转动以驱动连接第一螺母133的安装座12沿导轨11直线运动。采用电机与丝杆132的驱动结构，使得移动平台10可以带动机械臂20实现精准和稳定的平移运动。

进一步地，如图4所示，丝杆132和导轨11的数量均为一个，且丝杆132和导轨11均设置于安装座12的上方。采用单丝杆132和单导轨11的设计，可以简化移动平台10的结构，控制简单，有利于降低成本。

如图5和图6所示，机械臂20包括：连接安装座12的第一摆臂21、铰接第一摆臂21的第二摆臂22、连接在第一摆臂21与第二摆臂22之间的第二驱动组件23、垂直穿设在第二摆臂22上的滚珠花键轴24、连接滚珠花键轴24的第三驱动组件25、以及连接滚珠花键轴24的第四驱动组件26。其中，第二驱动组件23用于带动第二摆臂22相对第一摆臂21转动。第三驱动组件25用于带动滚珠花键轴24相对第二摆臂22升降运动。第四驱动组件26用于带动滚珠花键轴24相对第二摆臂22自转运动。

如图6至图8所示，第二驱动组件23包括：安装在第一摆臂21与第二摆臂22之间的电机座231、安装在电机座231上的第二电机232、连接第二电机232的第一机轴233、以及连接第一机轴233的第一减速机234。第二电机232带动第一机轴233转动，再经过第一减速机234增大输出力矩，为第一摆臂21与第二摆臂22的相对转动提供稳定的驱动力。

此外，在本实施例中，第二驱动组件23安装在第一摆臂21连接第二摆臂22的一端，且第二驱动组件23与第一摆臂21共轴。在工作时，第二驱动组件23以第一摆臂21为基座带动第二摆臂22转动。

考虑到第三驱动组件25和第四驱动组件26安装在第二摆臂22上，所以对于第三驱动组件25和第四驱动组件26，根据不同的设计需求，也可以有不同的具体设置。

例如，如图6至图8所示，在本实施例的机械臂20中，第三驱动组件25采用直驱式传动，而第四驱动组件26采用同步带传动，其优势在于，在不改变第二摆臂22的臂展的前提下，拉开第三驱动组件25和第四驱动组件26在第二摆臂22上的空间距离，在保持整体的紧凑性的前提下，提供良好的散热能力。

如图6至图8所示，第三驱动组件25包括：套接滚珠花键轴24的第二螺母251、套接第二螺母251的第二机轴252、以及套接第二机轴252的第三电机253。滚珠花键轴24贯穿第三电机253。第三电机253通过第二机轴252、第二螺母251套接在滚珠花键轴24上，使得第三电机253以直驱的方式带动滚珠花键轴24升降运动，免去同步带的使用，提高第三轴运动的传动精度和传动效率。

进一步地，第三驱动组件25还包括：套接第二机轴252的刹车轴254和套接刹车轴254的制动器255。通过制动器255带动刹车轴254以实现第二机轴252的刹车动作，从而克服工作时的惯性所引起的精度下降的问题。

此外，如图8所示，第三电机253为圆环形设置且包括：套接第一机轴233的转子2531和套接转子2531的定子2532。为了保护第三电机253，还可以设置保护壳2511和上盖2512，另外，还可以设置位于上盖2512与第一机轴233之间的上压板2513，在上压板2513与上盖2512之间设有第一轴承2514。为了便于安装第三电机253，第三驱动组件25还设有连接在第二摆臂22的Z轴机座2515，在第一机轴233与Z轴机座2515之间设置第二轴承2516。

如图6至图8所示，第四驱动组件26包括：安装在第二摆臂22上的R轴机座261、连接R轴机座261的第二减速机262、连接第二减速机262的第四电机263、连接第二减速机262的第一主动带轮264、连接第一主动带轮264的第一同步带265、连接第一同步带265的第一从动带轮266、以及安装在第一从动带轮266上的花键母267。花键母267套接滚珠花键轴24。第四电机263经过第二减速机262增大输出力矩后，再通过第一主动带轮264、第一同步带265、以及第一从动带轮266带动花键母267转动，从而驱动滚珠花键轴24转动以实现第四轴运动。第一从动带轮264与第二摆臂22之间设置第三轴承268。在花键母267的底端与第二摆臂22之间设置下压板269。

又例如，如图9所示，在本实施例的机械臂20中，第三驱动组件25和第四驱动组件26均采用同步带传动。

如图9所示，第三驱动组件25包括：安装在第二摆臂22上的第五电机256、连接第五电机256的第二主动带轮257、连接第二主动带轮257的第二同步带258、连接第二同步带258的第二从动带轮259、以及安装在第二从动带轮259上的第三螺母2510。第三螺母2510接滚珠花键轴24。第五电机256通过第二主动带轮257、第二同步带258、以及第二从动带轮259带动第三螺母2510转动，从而驱动滚珠花键轴24升降以实现第三轴运动。

如图9所示，第四驱动组件26的结构设置与前文的一致，因此，此处不再赘述。

如图10所示，在工作时，移动平台10的第一驱动组件13可以带动安装座12沿导轨11平移运动，而机械臂20通过第一摆臂21安装在安装座12上，因此，可以实现机械臂20的平移运动，而SCARA机器人100的第一轴也从传统的旋转运动改良为平移运动。同时，机械臂20倒装在移动平台10上，机械臂20的动作区域不会被移动平台10所遮挡。第二驱动组件23带动第二摆臂22相对第一摆臂21转动，实现SCARA机器人100的第二轴的旋转运动。第三驱动组件25带动滚珠花键轴24升降运动，实现SCARA机器人100的第三轴的升降运动。第四驱动组件26带动滚珠花键轴24自转运动，实现SCARA机器人100的第四轴的旋转运动。

如图11所示，基于在本实施例中，移动平台10用于实现机械臂20的Y向平移，因此，SCARA机器人100的动作区域从如图所示的圆环形改变为实心的椭圆形。此外，在本实施例中，由于采用了Y向平移的移动平台10取代了传统的第一轴，因此，SCARA机器人100的X向的动作区域有所缩小，但是，其依然能满足对于Y向分布的工件1、工件2、工件3的作业需求。

上述SCARA机器人100，采用平移倒装的结构设置，使得SCARA机器人100的第一轴改变为平移运动，使得SCARA机器人100具有可移动的基点，再配合倒装的安装形式，使得机械臂20可以沿工件的布局方向进行移动，从而克服动作死区，并且在不改变臂展的前提下，扩大动作区域。

实施例二

如图12所示，其为本发明的实施例二的SCARA机器人100。

本实施例与实施例一的区别在于：在本实施例的SCARA机器人100中，丝杆132和导轨11的数量均为两个，且一个丝杆132对应安装在一个导轨11上。两个丝杆132分别设置于安装座12的两侧。设置位于安装座12两侧的双丝杆132和双导轨11，可以为滚珠花键轴24的Z轴升降运动提供更多的空间，例如，比对图10和图12可以看出，在本实施例中，滚珠花键轴24的Z向的上方的活动空间更大。

本实施例的其他结构与实施例一相同，也能达到实施例一的有益效果。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种SCARA机器人，其特征在于，包括：

移动平台；所述移动平台包括：导轨、滑动连接在所述导轨上的安装座、以及连接所述安装座的第一驱动组件；所述第一驱动组件用于带动所述安装座沿所述导轨平移运动；以及

倒装于所述移动平台上的机械臂；所述机械臂包括：连接所述安装座的第一摆臂、铰接所述第一摆臂的第二摆臂、连接在所述第一摆臂与所述第二摆臂之间的第二驱动组件、垂直穿设在所述第二摆臂上的滚珠花键轴、连接所述滚珠花键轴的第三驱动组件、以及连接所述滚珠花键轴的第四驱动组件；所述第二驱动组件用于带动所述第二摆臂相对所述第一摆臂转动；所述第三驱动组件用于带动所述滚珠花键轴相对所述第二摆臂升降运动；所述第四驱动组件用于带动所述滚珠花键轴相对所述第二摆臂自转运动。

2.根据权利要求1所述的SCARA机器人，其特征在于，所述第一驱动组件包括：第一电机、连接所述第一电机的丝杆、以及套接所述丝杆的第一螺母；所述丝杆与所述导轨的延伸方向一致；所述第一螺母连接所述安装座；所述第一电机用于带动所述丝杆转动以驱动连接所述第一螺母的所述安装座沿所述导轨直线运动。

3.根据权利要求2所述的SCARA机器人，其特征在于，所述丝杆和所述导轨的数量均为一个，且所述丝杆和所述导轨均设置于所述安装座的上方。

4.根据权利要求2所述的SCARA机器人，其特征在于，所述丝杆和所述导轨的数量均为两个，且一个所述丝杆对应安装在一个所述导轨上；两个所述丝杆分别设置于所述安装座的两侧。

5.根据权利要求1所述的SCARA机器人，其特征在于，所述第二驱动组件包括：安装在所述第一摆臂与所述第二摆臂之间的电机座、安装在所述电机座上的第二电机、连接所述第二电机的第一机轴、以及连接所述第一机轴的第一减速机。

6.根据权利要求1所述的SCARA机器人，其特征在于，所述第二驱动组件安装在所述第一摆臂连接所述第二摆臂的一端，且所述第二驱动组件与所述第一摆臂共轴。

7.根据权利要求1所述的SCARA机器人，其特征在于，所述第三驱动组件包括：套接所述滚珠花键轴的第二螺母、套接所述第二螺母的第二机轴、以及套接所述第二机轴的第三电机；所述滚珠花键轴贯穿所述第三电机。

8.根据权利要求7所述的SCARA机器人，其特征在于，所述第三驱动组件还包括：套接所述第二机轴的刹车轴和套接所述刹车轴的制动器。

9.根据权利要求1所述的SCARA机器人，其特征在于，所述第四驱动组件包括：安装在所述第二摆臂上的R轴机座、连接所述R轴机座的第二减速机、连接所述第二减速机的第四电机、连接所述第二减速机的第一主动带轮、连接所述第一主动带轮的第一同步带、连接所述第一同步带的第一从动带轮、以及安装在所述第一从动带轮上的花键母；所述花键母套接所述滚珠花键轴。

10.根据权利要求1所述的SCARA机器人，其特征在于，所述第三驱动组件包括：安装在所述第二摆臂上的第五电机、连接所述第五电机的第二主动带轮、连接所述第二主动带轮的第二同步带、连接所述第二同步带的第二从动带轮、以及安装在所述第二从动带轮上的第三螺母；所述第三螺母接所述滚珠花键轴。

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