CN207373168U - 一种应用于scara机器人的滑轨结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于SCARA机器人的滑轨结构，包括：基座、旋转大臂、旋转小臂、第一旋转装置、第二旋转装置、第三旋转关节机构、第四转动机构、抓取机构；所述旋转小臂的中部设置第三旋转关节机构及第四转动机构，所述第三旋转关节机构包括：第三伺服电机、行星减速机、第一皮带松紧调节机构、传动齿轮A、传动齿轮B；所述第四转动机构包括：第四伺服电机、第二皮带松紧调节机构、传动齿轮C及传动齿轮D；旋转小臂上还固定连接固定框架，固定框架上固定导轨装置，导轨装置包括：导轨安装支架、导轨、滑座、力平衡连接板、连接座；本实用新型通过上述力平衡设计，采用滑轨结构来承重，可大大提高机器人末端承重能力。

Description

一种应用于SCARA机器人的滑轨结构

技术领域

本实用新型涉及一种SCARA机器人，尤其是一种应用于SCARA机器人的滑轨结构。

背景技术

SCARA 机器人，又叫做选择顺应性装配机器手臂，是一种圆柱坐标型的特殊类型的工业机器人也叫做水平关节型机器人。 目前的 SCARA 机器人的腕部结构主要采用滚珠丝杠花键一体轴来实现第三轴的垂直升降和第四轴的水平旋转，受限于目前国内落后的工艺，滚珠丝杠花键一体轴的供货方式主要为进口，成本高，货期长，不利于该种机器人的大面积推广应用。

为改善此现状，国内众多学者也对SCARA 机器人的腕部结构进行了改进设计。CN203003891和CN105500359公开的腕部结构，采用三角连接板将丝杠、花键轴、导柱连接在小臂下方，第3轴动作时，跟随机械接口共同升降，需要占用大量的作业空间，降低了机器人的灵活性和通用性。而CN105619395A公开的腕部结构较上两个方案合理，然而小臂的结构不利于机器人其他零件的安装排布，比如，要在支撑杆上安装气缸控制阀门等零件。此外无论SCARA 机器人腕部是滚珠丝杠花键一体轴结构还是滚珠丝杠副、滚珠花键副和导柱分体连接结构，均未明确负载情况和工况的适应能力。在大负载、快速复杂运动的工况中，需要对目前SCARA机器人的运动关节和腕部结构改进，以获得足够的刚度和精度。

如图1所示，现有技术的SCARA机器人包括：机座（5）、大臂（6）、小臂（7）和执行主轴（8），大臂（6）、小臂（7）沿水平方向设置，执行主轴（8）沿垂直方向设置。在机座（5）与大臂（6）之间、大臂（6）与小臂（7）之间、小臂（7）与执行主轴（8）之间各设一个水平方向的旋转关节，同时还在小臂（7）与执行主轴（8）之间设置一个垂直方向移动的移动关节。

三个旋转关节分别为第一旋转关节机构、第二旋转关节机构、第三旋转关节机构，一个移动关节为第四移动关节机构。

如图2所示，第一旋转关节机构，设置在机座（5）与大臂（6）之间，包括旋转关节A、驱动机构A，机座（5）的顶端与大臂（6）内端通过具有水平自由度的旋转关节A连接，驱动机构A安装在机座（5）内，大臂（6）通过驱动机构A驱动在水平方向绕机座转动。

具体结构为：旋转关节A包括轴承套筒（11）、轴承组（12），驱动机构A包括伺服电机（13）、谐波减速器（14）。轴承套筒（11）通过轴承组（12）安装在机座（5）的上部，轴承套筒（11）的上端与大臂（6）内端连接固定；伺服电机（13）和谐波减速器（14）均通过连接法兰（16）安装在机座的内部，伺服电机（13）的输出轴与谐波减速器（14）的波发生器连接输入动力，谐波减速器（14）的柔轮通过柔轮法兰（15）与轴承套筒（11）的下端连接固定。其中，轴承组（12）为双列圆锥滚子轴承或成对使用的单列圆锥滚子轴承。

第二旋转关节机构（2），如图3所示，设置在大臂（6）与小臂（7）之间，包括旋转关节B、驱动机构B，大臂（6）的外端与小臂（7）的内端通过具有水平自由度的旋转关节B连接，驱动机构B安装在小臂（7）内，小臂（7）并通过传动组件B驱动在水平方向绕大臂（6）转动。

具体结构为，旋转关节B包括轴承套筒（21）、轴承组（22），驱动机构B包括伺服电机（23）、谐波减速器（24）。轴承套筒（21）通过轴承组（22）安装在小臂（7）的底部，轴承套筒（21）的下端与大臂（6）外端连接固定；伺服电机（23）以及谐波减速器（24）固定在小臂（7）内端的顶部，伺服电机（23）的输出轴与谐波减速器（24）的波发生器连接输入动力，谐波减速器（24）的柔轮通过柔轮法兰（25）与轴承套筒（21）的上端连接固定。其中，轴承组（22）为双列圆锥滚子轴承或成对使用的单列圆锥滚子轴承。

为了顺利实现对执行主轴（8）的自转驱动以及垂直升降，避免自转与垂直升降运动的相互干涉，执行主轴（8）采用滚珠花键副，其包括花键轴以及与花键轴配合的花键螺母。

如图4所示，第三旋转关节机构，设置在小臂（7）上，包括旋转关节、驱动机构，执行主轴（8）的花键螺母通过具有水平自由度的旋转关节安装在小臂外端，驱动机构安装在小臂（7）中部，执行主轴（8）通过驱动机构驱动在小臂7外端自转。

具体结构为，旋转关节包括花键法兰（31）、轴承组（32），驱动机构包括伺服电机（33）、行星齿轮减速机（34）、主动同步带轮（35）、从动同步带轮（36）和同步带。花键法兰（31）通过轴承组（32）内置于小臂（7）外端，执行主轴（8）的花键螺母与花键法兰（31）螺纹连接；伺服电机（33）以及行星齿轮减速机（34）固定在小臂（7）的中间位置，主动同步带轮（35）、从动同步带轮（36）通过同步带连接，主动同步带轮（35）安装在行星齿轮减速机（34）的输出轴上，从动同步带轮（36）通过带轮法兰（37）与花键法兰（31）连接固定。其中，轴承组（32）为角接触球轴承组。

第四移动关节机构，设置在小臂（7）上，为垂直驱动机构，垂直驱动机构与执行主轴（8）的花键轴通过连接块（9）连接实现垂直方向的联动。

具体结构为：垂直驱动机构包括滚珠丝杆（41）、丝杆法兰（42）、伺服电机（43）、主动同步带轮（44）、从动同步带轮（45）和同步带，滚珠丝杆（41）的螺母与丝杆法兰（42）螺纹连接，丝杆法兰（42）通过轴承组（49）安装在小臂（7）中部；主动同步带轮（44）、从动同步带轮（45）通过同步带连接，主动同步带轮（44）安装在伺服电机（43）的输出轴上，从动同步带轮（45）通过带轮法兰（46）与丝杆法兰（42）连接固定。垂直驱动机构还包括导向组件，以便提高执行主轴（8）工作时动作精度，并相应的提高机构的刚度。其包括导柱（47）、直线轴承（48），导柱（47）垂直设置，导柱（47）外套装与小臂（7）中部固定的直线轴承（48），导柱（47）的下端与连接滚珠丝杆（41）螺杆以及执行主轴（8）花键轴的连接块（9）固定。其中，轴承组（49）为角接触球轴承组。

现有技术主要存在以下技术缺陷：1、滚珠丝杆花键一体轴成本高、货期长，不利于SCARA机器人大面积推广应用；

2、无论SCARA机器人腕部是滚珠丝杆花键一体轴结构还是滚珠丝杆副、滚珠花键副和导柱分体连接结构，均未明确负载25KG工况的适应能力。在25KG大负载、快速复杂运动的工况中，需要对目前SCARA机器人的运动关节和腕部结构进行改进，以获得足够的刚度和精度。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种应用于SCARA机器人的滑轨结构，可以有效的提高SCARA机器人的负载能力。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

一种应用于SCARA机器人的滑轨机构，包括：基座、旋转大臂、旋转小臂、第一旋转装置、第二旋转装置、第三旋转关节机构、第四转动机构、抓取机构；

所述基座沿垂直方向设置，在所述基座内具有减速机及第一旋转装置，所述减速机与第一旋转装置连接，所述第一旋转装置连接旋转大臂的一端；

所述旋转大臂沿水平方向设置，所述旋转大臂的一端通过第一旋转装置活动的连接在基座上，因此所述旋转大臂可绕基座进行旋转运动；

所述旋转大臂的另一端的上部连接旋转小臂的末端，所述旋转小臂的末端上设置第二旋转装装置。

所述旋转小臂的中部设置第三旋转关节机构及第四转动机构，所述第三旋转关节机构包括：第三伺服电机、行星减速机、第一皮带松紧调节机构、传动齿轮A、传动齿轮B；所述第三伺服电机、行星减速机、皮带松紧调节机构、传动齿轮A及传动齿轮B位于旋转小臂的上方，所述第三伺服电机的下方连接行星减速机，即所述第三伺服电机的动力输出轴穿过行星减速机，其动力输出端连接传动齿轮A，所述传动齿轮A通过皮带连接传动齿轮B，所述行星减速机固定在第一皮带松紧调节机构上。

所述第一皮带松紧调节机构包括：垂直固定在旋转小臂上的支撑板，所述支撑板上设置滑动机构，所述滑动机构上固定连接固定板，所述固定板上固定连接行星减速机。

通过滑动机构改变第三伺服电机、行星减速机及传动齿轮A的位置，即可改变传动齿轮A与传动齿轮B之间的间距，从而调整连接传动齿轮A与传动齿轮B的皮带的松紧。

所述第四转动机构包括：第四伺服电机、第二皮带松紧调节机构、传动齿轮C及传动齿轮D；所述第四伺服电机固定在第二皮带松紧调节机构上，所述第四伺服电机的动力输出轴的输出端连接传动齿轮C，所述传动齿轮C通过皮带连接传动齿轮D。

所述第二皮带松紧调节机构与第一皮带松紧调节机构的结构相同，所述皮带松紧调节机构包括：固定在转动小臂上的支撑板、所述支撑板上设置滑动机构，所述滑动机构固定连接固定板，所述固定板上固定连接第四伺服电机。

同样的，通过滑动机构改变第四伺服电机、传动齿轮C的位置，即可改变传动齿轮C与传动齿轮D之间的距离，从而调整连接传动齿轮C与传动齿轮D的皮带的松紧。

优选地，所述传动齿轮A、连接传动齿轮A、B之间的皮带与传动齿轮B之间的空间内容纳有传动齿轮C、连接传动齿轮C、D皮带及传动齿轮D，使得传动齿轮A、B、C、D与连接传动齿轮A、B的皮带和连接传动齿轮C、D的皮带都在同一水平面上，形成嵌套结构。

所述旋转小臂上还固定连接一固定框架，所述固定框架上固定导轨装置，所述导轨装置包括：导轨安装支架、导轨、滑座、力平衡连接板、连接座；所述导轨安装支架固定于所述固定框架上，所述固定框架上还开有通孔，所述导轨安装支架的左侧设置加强筋，该加强筋与导轨安装支架是一体成型的，所述导轨安装支架右侧设置导槽，所述导槽上活动连接滑座，所述滑座沿导槽进行垂直的上下运动，所述滑座右侧固定连接连接座，所述连接座右侧固定连接力平衡连接板，所述力平衡连接板靠近滑座的一端具有丝杆位孔，远离滑座的一端具有花键位孔。

所述丝杆位孔的下端设置螺母，滚珠丝杆穿过该螺母并穿过固定框架上的通孔，最终与传动齿轮D固定连接。转动传动齿轮D带动滚珠丝杆转动，螺母会相应的进行向上或向下运动，由于所述螺母固定在力平衡连接板上，所以力平衡连接板会进行向上或向下运动。

所述花键位孔固定连接花键，所述导轨固定支架进行向上或向下的运动，所述花键也会随导轨固定支架进行向上或向下的运动。

所述花键还穿过传动齿轮B及旋转小臂，设置于旋转小臂下方。

优选地，所述导轨上方左侧的加强筋处固定连接气缸阀座，这种垂直方向的堆叠设计可较少部件的水平占空量，从而较小设备的体积。

优选地，所述花键为中空花键，气缸阀座处引出的气管穿过花键内部，达到花键底端的抓取机构，这种设计使得气管布置的路径隐藏化，也可一定程度上减少气管占用空间。

当SCARA机器人承载25KG的负载时，该负载的重力值直接作用在花键和丝杆上，而花键和丝杆将该力值分散一部分偏载至力平衡连接板上，此时，力平衡连接板是固定连接在连接座上，所述连接座固定连接滑座，所述滑座卡入导轨内，因此该偏载力是分散在平面状的导轨上，而导轨与导轨固定支架连接，导轨支架和加强筋是一体结构，最终靠导轨固定支架支撑着该偏载力。

本实用新型的优点在于，通过上述力平衡设计，采用滑轨结构来承重，可大大提高机器人末端承重能力，经实验验证，可以负载 25KG及25KG以下的重量。

附图说明

图1是现有技术中SCARA机器人的结构示意图；

图2是现有技术中SCARA机器人的基座及第一旋转机构的剖面图；

图3是现有技术中SCARA机器人第二旋转机构的局部剖面图；

图4是现有技术中SCARA机器人第三旋转关节机构和第四移动关节机构局部剖面图；

图5是本实用新型实施例的机构示意图；

图6是本实用新型实施例的旋转小臂结构示意图；

图7是本实用新型实施例的旋转小臂局部结构示意图；

图8是本实用新型实施例的导轨及导轨固定架的结构示意图。

图1中：5、基座；6、大臂；7、小臂；8、执行主轴；

图2中：11、轴承套筒；12、轴承组；13、伺服电机；14、谐波减速器；15、柔轮法兰；16、法兰；

图3中：21、轴承套筒；22、轴承组；23、伺服电机；24、谐波减速器；25、柔轮法兰；

图4中：连接块；31、花键法兰；32、轴承组；33、伺服电机；34、行星齿轮减速机；35、主动同步带轮；36、从动同步带轮；37、带轮法兰；41、滚珠丝杆；42、丝杆法兰；43、伺服电机；44、主动同步带轮；45、从动同步带轮；46、带轮法兰；47、导柱；48、直线轴承；49、轴承组；

图5中：51、基座；52、旋转大臂；53、旋转小臂；54、第二旋转装置；55、第三旋转关节机构；56、第四转动机构；57、抓取机构；

图6中：551、第三伺服电机；552、行星减速机；553、第一皮带松紧调节机构；554、支撑板；555、固定板；556、传动齿轮A；557、传动齿轮B；558、皮带；561、第四伺服电机；562、第二皮带松紧调节机构；563、支撑板；564、固定板；

图7中：565、传动齿轮C；566、传动齿轮D；601、导轨；602、力平衡连接板；603、丝杆；604、花键；

图8中：6011、导轨固定支架；6012、加强筋；6013、导槽；6014、滑座；6015、连接座。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步说明。

如图5-8所示，一种应用于SCARA机器人的滑轨结构，包括：基座51、旋转大臂52、旋转小臂53、第一旋转装置、第二旋转装置54、第三旋转关节机构55、第四转动机构56、抓取机构57；

所述基座51沿垂直方向设置，在所述基座内具有减速机及第一旋转装置，所述减速机与第一旋转装置连接，所述第一旋转装置连接旋转大臂52的一端；

所述旋转大臂沿水平方向设置，所述旋转大臂的一端通过第一旋转装置活动的连接在基座上，因此所述旋转大臂可绕基座进行旋转运动；

所述旋转大臂的另一端的上部连接旋转小臂53的末端，所述旋转小臂的末端上设置第二旋转装置54。

再次参照图5-8所示，所述旋转小臂的中部设置第三旋转关节机构及第四转动机构，所述第三旋转关节机构包括：第三伺服电机551、行星减速机552、第一皮带松紧调节机构553、传动齿轮A556、传动齿轮B558；所述第三伺服电机551、行星减速机552、皮带松紧调节机构553、传动齿轮A556及传动齿轮B558位于旋转小臂53的上方，所述第三伺服电机的下方连接行星减速机552，即所述第三伺服电机的动力输出轴穿过行星减速机，其动力输出端连接传动齿轮A，所述传动齿轮A通过皮带连接传动齿轮B，所述行星减速机固定在第一皮带松紧调节机构上。

所述第一皮带松紧调节机构包括：垂直固定在旋转小臂上的支撑板554，所述支撑板上设置滑动机构，所述滑动机构上固定连接固定板555，所述固定板上固定连接行星减速机。

通过滑动机构改变第三伺服电机、行星减速机及传动齿轮A的位置，即可改变传动齿轮A与传动齿轮B之间的间距，从而调整连接传动齿轮A与传动齿轮B的皮带558的松紧。

所述第四转动机构56包括：第四伺服电机561、第二皮带松紧调节机构562、传动齿轮C565及传动齿轮D566；所述第四伺服电机561固定在第二皮带松紧调节机构56上，所述第四伺服电机的动力输出轴的输出端连接传动齿轮C，所述传动齿轮C通过皮带连接传动齿轮D。

所述第二皮带松紧调节机构与第一皮带松紧调节机构的结构相同，所述皮带松紧调节机构包括：固定在转动小臂上的支撑板563、设置在支撑板上方的滑动机构，所述滑动机构通过固定板564固定连接第四伺服电机561。

同样的，通过滑动机构改变第四伺服电机、传动齿轮C的位置，即可改变传动齿轮C与传动齿轮D之间的距离，从而调整连接传动齿轮C与传动齿轮D的皮带的松紧。

所述传动齿轮A、连接传动齿轮A、B之间的皮带与传动齿轮B之间的空间内容纳有传动齿轮C、连接传动齿轮C、D皮带及传动齿轮D，使得传动齿轮A、B、C、D与连接传动齿轮A、B的皮带和连接传动齿轮C、D的皮带都在同一水平面上，形成嵌套结构。

所述旋转小臂上还固定连接一固定框架568，所述固定框架上固定导轨装置，所述导轨装置包括：导轨安装支架6011、导轨601、滑座6014、力平衡连接板602、连接座6015；所述导轨安装支架固定于所述固定框架上，所述固定框架上还开有通孔，所述导轨安装支架的左侧设置加强筋，该加强筋与导轨安装支架是一体成型的，所述导轨安装支架右侧设置导槽6013，所述导槽6013上活动连接滑座6014，所述滑座沿导槽进行垂直的上下运动，所述滑座右侧固定连接连接座6015，所述连接座右侧固定连接力平衡连接板602，所述力平衡连接板靠近滑座的一端具有丝杆位孔，远离滑座的一端具有花键位孔。

所述丝杆位孔的下端设置螺母，滚珠丝杆穿过该螺母并穿过固定框架上的通孔，最终于传动齿轮D固定连接。转动传动齿轮D带动滚珠丝杆转动，螺母会相应的进行向上或向下运动，由于所述螺母固定在导轨固定支架上，所以导轨固定支架会进行向上或向下运动。

所述花键位孔固定连接花键，所述导轨固定支架进行向上或向下的运动，所述花键也会随导轨固定支架进行向上或向下的运动。

所述花键还穿过传动齿轮B及旋转小臂，设置于旋转小臂下方。

所述导轨上方左侧的加强筋处固定连接气缸阀座，这种垂直方向的堆叠设计可较少部件的水平占空量，从而较小设备的体积。

所述花键为中空花键，气缸阀座处引出的气管穿过花键内部，达到花键底端的抓取机构，这种设计使得气管布置的路径隐藏化，也可一定程度上减少气管占用空间。

如图7-8所示，当SCARA机器人承载25KG的负载时，该负载的重力值直接作用在花键和丝杆上，而花键和丝杆将该力值分散一部分偏载至力平衡连接板上，此时，力平衡连接板是固定连接在连接座上，所述连接座固定连接滑座，所述滑座卡入导轨内，因此该偏载力是分散在平面状的导轨上，而导轨与导轨固定支架是一体结构，最终靠导轨固定支架支撑着该偏载力。

而传统的SCARA机器人是将偏载力由圆柱状的支撑杆来支撑，该支撑杆不仅较细，而且支撑杆与三角块是点与点的接触，不利于偏载力的分散，因此，支撑杆无法长时间工作在25KG负载状态。

而导轨结构能很好的承受住该力值，因此，导轨结构在长时间处于25KG大负载时，能顺利进行工作，也不会影响导轨结构的使用寿命。

Claims (3)

1.一种应用于SCARA机器人的滑轨结构，包括：基座、旋转大臂、旋转小臂、第一旋转装置、第二旋转装置、第三旋转关节机构、第四转动机构、抓取机构；所述基座沿垂直方向设置，在所述基座内具有减速机及第一旋转装置，所述减速机与第一旋转装置连接，所述第一旋转装置连接旋转大臂的一端；所述旋转大臂沿水平方向设置，所述旋转大臂的一端通过第一旋转装置活动的连接在基座上，因此所述旋转大臂可绕基座进行旋转运动；所述旋转大臂的另一端的上部连接旋转小臂的末端，所述旋转小臂的末端上设置第二旋转装置，其特征在于：所述旋转小臂的中部设置第三旋转关节机构及第四转动机构，所述第三旋转关节机构包括：第三伺服电机、行星减速机、第一皮带松紧调节机构、传动齿轮A、传动齿轮B；所述第三伺服电机、行星减速机、皮带松紧调节机构、传动齿轮A及传动齿轮B位于旋转小臂的上方，所述第三伺服电机的下方连接行星减速机，即所述第三伺服电机的动力输出轴穿过行星减速机，其动力输出端连接传动齿轮A，所述传动齿轮A通过皮带连接传动齿轮B，所述行星减速机固定在第一皮带松紧调节机构上；

所述第四转动机构包括：第四伺服电机、第二皮带松紧调节机构、传动齿轮C及传动齿轮D；所述第四伺服电机固定在第二皮带松紧调节机构上，所述第四伺服电机的动力输出轴的输出端连接传动齿轮C，所述传动齿轮C通过皮带连接传动齿轮D；

所述旋转小臂上还固定连接一固定框架，所述固定框架上固定导轨装置，所述导轨装置包括：导轨安装支架、导轨、滑座、力平衡连接板、连接座；所述导轨安装支架固定于所述固定框架上，所述固定框架上还开有通孔，所述导轨安装支架的左侧设置加强筋，该加强筋与导轨安装支架是一体成型的，所述导轨安装支架右侧设置导槽，所述导槽上活动连接滑座，所述滑座沿导槽进行垂直的上下运动，所述滑座右侧固定连接连接座，所述连接座右侧固定连接力平衡连接板，所述力平衡连接板靠近滑座的一端具有丝杆位孔，远离滑座的一端具有花键位孔。

2.根据权利要求1所述的应用于SCARA机器人的滑轨结构，其特征在于，所述导轨上方左侧的加强筋处固定连接气缸阀座。

3.根据权利要求1所述的应用于SCARA机器人的滑轨结构，其特征在于，所述花键为中空花键，气缸阀座处引出的气管穿过花键内部，达到花键底端的抓取机构。