CN111673723A - 一种基于双导轨的scara机器人z轴结构及运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于双导轨的SCARA机器人Z轴结构及运行方法，包括机械臂底座、Z轴传动装置和花键模组，Z轴传动装置和花键模组分别安装在机械臂底座上，且Z轴传动装置和花键模组连接，随着Z轴传动装置的传动带动花键模组运动；通过实施本发明将SCARA机器人的Z轴与Y轴的运动功能分开，实现两轴相互独立运动，互不干扰，从而提高了机器人的运动控制精度，简化运动控制算法，提高工作效率，扩展了SCARA机器人的适用性；本发明通过双导轨引导并限制滑动块在滚珠丝杆上做往复运动，进而提高了稳定性。

Description

一种基于双导轨的SCARA机器人Z轴结构及运行方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域,具体涉及一种基于双导轨的SCARA机器人Z轴结构及运行方法。

背景技术

常规的SCARA机器人通过丝杆花键结构的直导槽和螺纹结构分别实现功能轴的Z轴升降功能和Y轴旋转功能，这种设计结构简单，占用空间小，易实现小型化。但是由于丝杆花键的结构特点，使得Y轴和Z轴任何一轴的动作都会牵连另一轴,造成联动，这种联动造成的位移误差给前端夹爪位置的高精度控制带来很大的困难，同时对SCARA机器人在工业产线上的高精度应用和柔性化生产造成较大的生产隐患，通常需要采用更加复杂的运动控制算法进行补偿和校正，才能保证SCARA机器人满足现代工业产线上对高精度控制和柔性化生产的需求，因而限制了这类SCARA机器人的应用领域和范围。

发明内容

为了解决上述技术问题，本专利的目的是提出一种基于双导轨的SCARA机器人Z轴结构，将SCARA机器人的Z轴与Y轴的运动功能分开，实现两轴相互独立运动，互不干扰，从而提高了机器人的运动控制精度，简化运动控制算法，提高工作效率，扩展了SCARA机器人的适用性。

本发明公开了一种SCARA机器人的Z轴结构，包括机械臂底座、Z轴传动装置和花键模组，所述Z轴传动装置和花键模组分别安装在机械臂底座上，且Z轴传动装置和花键模组连接，随着Z轴传动装置的传动带动花键模组运动。

进一步的，所述Z轴传动装置包括驱动结构、滚珠丝杆、直线导轨、滑动块、滑动连接块、直线轴承、丝杆固定底座和导轨安装支架，所述驱动结构安装在机械臂底座上，所述滚珠丝杆依次穿过丝杆固定底座、导轨安装支架与驱动结构连接，并与滑动块螺纹连接，所述直线导轨数量为2，位于滚珠丝杆的一侧，平行固装在导轨安装支架上，每根直线导轨滑动连接有直线轴承，所述滑动连接块分别与直线轴承和滑动块固接。

进一步的，所述Z轴传动装置还包括固定板，所述固定板两端分别与直线导轨的顶端固接。

进一步的，所述驱动结构包括伺服电机、主动轮、同步带、从动轮和安装板，所述安装板固装在机械臂底座上，所述伺服电机固装在安装板上，所述主动轮固定在伺服电机主轴上，所述同步带将主动轮和从动轮传动连接，所述从动轮与滚珠丝杆末端固接。

进一步的，所述花键模组包括花键轴和花键套，所述花键套安装在机械臂底座上，且花键套内安装有花键轴，所述花键轴与滑动连接块转动连接。

进一步的，所述花键模组还包括锁定环，所述锁定环固接在花键轴的末端。

本发明还公开了一种基于双导轨的SCARA机器人Z轴结构的运行方法，

将Z轴传动装置和花键模组分别安装在机械臂底座上；

通过驱动结构带动滚珠丝杆转动，直线导轨引导并限制滑动连接块沿着滚珠丝杆上下运动；

滑动连接块与花键轴转动连接，锁定环将滑动连接块限制在花键轴末端，滑动块通过滑动连接块带动花键轴在花键套内上下运动。

有益效果：通过实施本发明的技术方案，

1.将SCARA机器人的Z轴与Y轴的运动功能分开，实现两轴相互独立运动，互不干扰，从而提高了机器人的运动控制精度，简化运动控制算法，提高工作效率，扩展了SCARA机器人的适用性；

2.本发明通过双导轨引导并限制滑动块在滚珠丝杆上做往复运动，进而提高了稳定性。

附图说明

图1为本发明一种基于双导轨的SCARA机器人Z轴结构的结构示意图；

图2为本发明一种基于双导轨的SCARA机器人Z轴结构的A-A剖视图。

图例：1.机械臂底座；2.Z轴传动装置；20.固定板；21.驱动结构；211.伺服电机；212.主动轮；213.同步带；214.从动轮；215.安装板；22.滚珠丝杆；23.直线导轨；24.滑动块；25.滑动连接块；26.直线轴承；27.丝杆固定底座；28.导轨安装支架；29.轴承固定套；3.花键模组；31.花键轴；32.花键套；33.锁定环。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但不局限于说明书上的内容。

以下通过特定的具体实例说明本发明公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本发明公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明公开保护的范围。

如图1-2所示，本发明公开了一种基于双导轨的SCARA机器人Z轴结构，包括机械臂底座1、Z轴传动装置2和花键模组3，所述Z轴传动装置2和花键模组3分别安装在机械臂底座1上，且Z轴传动装置2和花键模组3连接，随着Z轴传动装置2的传动带动花键模组3在Z轴方向做往复运动；

所述Z轴传动装置2包括驱动结构21、滚珠丝杆22、直线导轨23、滑动块24、滑动连接块25、直线轴承26、丝杆固定底座27、导轨安装支架28和轴承固定套29。所述驱动结构21安装在机械臂底座1上，所述滚珠丝杆22依次穿过丝杆固定底座27、导轨安装支架28与驱动结构21连接，并与滑动块24螺纹连接，所述直线导轨23数量为2，位于滚珠丝杆22的一侧，平行固装在导轨安装支架28上，每根直线导轨23滑动连接有直线轴承26，所述滑动连接块25分别与直线轴承26和滑动块24固接,轴承固定套29用于将滑动连接块25与直线轴承26固定连接。当滚珠丝杆22在驱动结构21的作用下旋转时，滑动连接块25在Z轴方向上下运动时，直线导轨23起到引导、限制作用，提高了稳定性，当滑动块24沿滚珠丝杆22方向上下运动，花键轴31随着滑动块24的上下往复运动而运动。

Z轴传动装置2还包括固定板20，所述固定板20两端分别与直线导轨23的顶端固接，通过固定板20的固定作用，进一步增加了滑动块运动的稳定性。

所述花键模组3包括花键轴31和花键套32。所述花键套32安装在机械臂底座1上，且花键套32内安装有花键轴31，花键轴31与花键套32在竖直方向上做相对运动，花键套32能够带动花键轴31旋转，所述花键轴31与滑动连接块25转动连接，在滚珠丝杆22的旋转作用下，滑动块24沿滚珠丝杆22方向上下运动，花键轴31随着滑动块24的上下往复运动而运动。

所述花键模组3还包括锁定环33，所述锁定环33固接在花键轴31的顶端，锁定环33用来限制花键轴31的位置，防止花键轴31做往复运动时脱离滑动连接块25。

所述驱动结构21包括伺服电机211、主动轮212、同步带213和从动轮214、安装板215。所述安装板215固装在机械臂底座1上，所述伺服电机211固装在安装板215上，所述主动轮212与伺服电机211主轴固接，伺服电机211在外部驱控信号的控制下转动，并带动主动轮212转动，所述同步带213将主动轮212和从动轮214传动连接，确保从动轮214可与主动轮212同步转动，所述从动轮214与滚珠丝杆22末端固接，从动轮214在同步带213的驱动下转动，并带动滚珠丝杆22转动，进而带动滑动块24沿滚珠丝杆22方向上下运动。

实际运作时，伺服电机211在外部智能驱动控制信号的控制下带动安装在伺服电机211主轴上的主动轮212转动，主动轮212通过同步带213的传动带动从动轮214实现转动，从动轮214固定在滚珠丝杆22的一端，带动滚珠丝杆22转动时，安装在滚珠丝杆22上的滑动块24在滚珠丝杆22的带动下实现上下运动，滑动块24与滑动连接块25的一端固定连接，滑动连接块25的另一端与花键轴31的末端固定连接，两个直线轴承26固定安装在滑动连接块25的安装孔内，并与两根直线导轨23滑动连接，花键轴31通过直线轴承26，在两根直线导轨23的引导下，跟随滑动块24的上下运动，从而实现机器人在Z轴方向做往复运动。

本发明公开了一种基于双导轨的SCARA机器人Z轴结构的运行方法，

将Z轴传动装置2和花键模组3分别安装在机械臂底座1上；

通过驱动结构21带动滚珠丝杆22转动，直线导轨23引导并限制滑动连接块25沿着滚珠丝杆22上下运动；

滑动连接块25与花键轴31转动连接，锁定环33将滑动连接块25限制在花键轴31末端，滑动块24通过滑动连接块25带动花键轴31在花键套34内上下运动。

本发明将SCARA机器人的Z轴与Y轴的运动功能分开，实现两轴相互独立运动，互不干扰，从而提高了机器人的运动控制精度，简化运动控制算法，提高工作效率，扩展了SCARA机器人的适用性。

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”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。“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，也可以是电连接或彼此可通讯；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。

以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于双导轨的SCARA机器人Z轴结构，其特征在于：包括机械臂底座(1)、Z轴传动装置(2)和花键模组(3)，所述Z轴传动装置(2)和花键模组(3)分别安装在机械臂底座(1)上，且Z轴传动装置(2)和花键模组(3)连接，随着Z轴传动装置(2)的传动带动花键模组(3)运动。

2.根据权利要求1所述的一种基于双导轨的SCARA机器人Z轴结构，其特征在于：所述Z轴传动装置(2)包括驱动结构(21)、滚珠丝杆(22)、直线导轨(23)、滑动块(24)、滑动连接块(25)、直线轴承(26)、丝杆固定底座(27)和导轨安装支架(28)，所述驱动结构(21)安装在机械臂底座(1)上，所述滚珠丝杆(22)依次穿过丝杆固定底座(27)、导轨安装支架(28)与驱动结构(21)连接，并与滑动块(24)螺纹连接，所述直线导轨(23)数量为2，位于滚珠丝杆(22)的一侧，平行固装在导轨安装支架(28)上，每根直线导轨(23)滑动连接有直线轴承(26)，所述滑动连接块(25)分别与直线轴承(26)和滑动块(24)固接。

3.根据权利要求2所述的一种基于双导轨的SCARA机器人Z轴结构，其特征在于：所述Z轴传动装置(2)还包括固定板(20)，所述固定板(20)两端分别与直线导轨(23)的顶端固接。

4.根据权利要求2所述的一种基于双导轨的SCARA机器人Z轴结构，其特征在于：所述驱动结构(21)包括伺服电机(211)、主动轮(212)、同步带(213)、从动轮(214)和安装板(215)，所述安装板(215)固装在机械臂底座(1)上，所述伺服电机(211)固装在安装板(215)上，所述主动轮(212)固定在伺服电机(211)主轴上，所述同步带(213)将主动轮(212)和从动轮(214)传动连接，所述从动轮(214)与滚珠丝杆(22)末端固接。

5.根据权利要求1所述的一种基于双导轨的SCARA机器人Z轴结构，其特征在于：所述花键模组(3)包括花键轴(31)和花键套(32)，所述花键套(32)安装在机械臂底座(1)上，且花键套(32)内安装有花键轴(31)，所述花键轴(31)与滑动连接块(25)转动连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于双导轨的SCARA机器人Z轴结构，其特征在于：所述花键模组(3)还包括锁定环(33)，所述锁定环(33)固接在花键轴(31)的顶端。

7.一种基于双导轨的SCARA机器人Z轴结构的运行方法，其特征在于：

将Z轴传动装置(2)和花键模组(3)分别安装在机械臂底座(1)上；

通过驱动结构(21)带动滚珠丝杆(22)转动，直线导轨(23)引导并限制滑动连接块(25)沿着滚珠丝杆(22)上下运动；

滑动连接块(25)与花键轴(31)转动连接，锁定环(33)将滑动连接块(25)限制在花键轴(31)末端，滑动块(24)通过滑动连接块(25)带动花键轴(31)在花键套(34)内上下运动。

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