类scara工业机器人的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种类SCARA工业机器人，包括基座、整臂转动机构、垂直运动机构、小臂转动机构和执行端转动机构，所述整臂转动机构固定在基座上，所述垂直运动机构安装在整臂转动机构上，所述整臂转动机构带动垂直运动机构转动，所述小臂转动机构固定在垂直运动机构上，所述垂直运动机构带动小臂转动机构垂直运动，所述执行端转动机构安装在小臂转动机构上，所述小臂转动机构带动执行端转动机构转动，形成串联型工业机器人结构。与SCARA机器人相比，本发明把机器人升降运动从第四关节移到第二关节，通过小臂转动机构和执行端转动机构的扁平化特殊设计，使得本发明在竖直方向上的尺寸特别小，从而可以更加适用于在狭小空间进行搬运等操作。
【专利说明】类SCARA工业机器人
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种工业机器人，特别是一种和SCARA机器人功能类似、但结构不同的四自由度工业机器人，也就是类SCARA工业机器人。
【背景技术】
[0002]SCARA机器人由于运动速度快、成本相对较低，在自动搬运与装配等领域有广泛的应用。典型的SCARA工业机器人由四个自由度组成，从基座开始第一关节为转动，实现整臂的水平回转；第二关节也为回转，实现小臂的水平回转；第三关节为执行端回转，实现工具的水平回转；第四关节为执行端垂直运动，实现工具的升降。由于执行端机构既含有旋转运动，又含有直线升降运动，因此执行端机构在垂直面内所占的空间很大；另外，小臂的转动机构由于电机垂直安装，尺寸也很大。因此，现有SCARA工业机器人一般只能适用于敞开的工作空间，对于在垂直面内空间狭小的空间，现有SCARA机器人是无法使用的。比如，要实现冲床在冲压时自动上下料，就需要机器人末端操作器伸入冲床上下冲压模具之间相对较窄的空间，大约20cm左右，现有SCARA机器人是无法深入这样狭小的空间的，即使能伸进去，也无法实现吸料、放料等升降运动。
【发明内容】
[0003]为了解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在垂直面内尺寸较小、适合于在狭小空间运动的类SCARA工业机器人，其结构新颖并充分发挥现有SCARA机器人的优点。
[0004]为了实现上述目的，本发明的技术方案是一种类SCARA工业机器人，包括基座、整臂转动机构、垂直运动机构、小臂转动机构和执行端转动机构，所述整臂转动机构固定在基座上，所述垂直运动机构安装在整臂转动机构上，所述整臂转动机构带动垂直运动机构转动，所述小臂转动机构固定在垂直运动机构上，所述垂直运动机构带动小臂转动机构垂直运动，所述执行端转动机构安装在小臂转动机构上，所述小臂转动机构带动执行端转动机构转动，形成串联型工业机器人结构。
[0005]进一步的，所述整臂转动机构包含第一伺服电机、第一行星减速机和固定支架，所述固定支架安装在基座上，所述第一行星减速机安装在固定支架上，所述第一伺服电机固定在第一行星减速机上，所述垂直运动机构固定在第一行星减速机输出端，所述第一伺服电机通过第一行星减速机减速后带动垂直运动机构转动。
[0006]进一步的，所述垂直运动机构包含框架组件、滚珠丝杆、滑动组件和第二伺服电机，所述第二伺服电机固定在框架组件上，所述滚珠丝杆竖直安装在框架组件上，所述滑动组件包含螺母套、滑动板和大臂，所述螺母套和滚珠丝杆组成滚珠丝杆螺母副，所述滑动板安装在螺母套外侧，所述大臂固定在滑动板上，所述小臂转动机构固定在大臂上，所述第二伺服电机通过滚珠丝杆螺母副带动小臂转动机构垂直运动。
[0007]进一步的，所述框架组件包含框体、电机支撑座和传动轴,所述传动轴固定于框体下端，所述传动轴通过第一联轴器与整臂转动机构中第一行星减速机的输出轴连接，所述滚珠丝杆两端分别通过轴承座固定于框体的上端面和下端面，所述第二伺服电机通过电机支撑座固定于框体上端，所述第二伺服电机通过第二联轴器与滚珠丝杆连接。
[0008]进一步的，所述框体下端面固定于回转支承的内圈，所述回转支承的外圈固定于
基座上。
[0009]进一步的，所述框体上还竖设有运动导轨，所述滑动组件还包含与运动导轨滑动配合的导轨滑块，所述导轨滑块固定在滑动板上。
[0010]进一步的，所述小臂转动机构包含第三伺服电机、第二行星减速机和小臂，所述第二行星减速机上固定在垂直运动机构中滑动组件的大臂上，所述第三伺服电机固定在第二行星减速机上，所述小臂安装在第二行星减速机的输出轴，所述执行端转动机构固定在小臂上，所述第三伺服电机经第二行星减速机减速后带动小臂上的执行端转动机构转动。
[0011]进一步的，所述第二行星减速机的输入轴与输出轴相垂直，所述第三伺服电机固定于第二行星减速机的输入端面并靠近大臂一侧。
[0012]进一步的，所述执行端转动机构包含第四伺服电机、主动轮、同步带和从动轮，所述第四伺服电机固定在小臂转动机构的小臂上，所述主动轮安装在第四伺服电机的转轴上，所述主动轮通过同步带带动从动轮，所述从动轮的中心轴竖设于小臂转动机构的小臂上，所述从动轮的中心轴下端安装有吸盘固定板。
[0013]进一步的，所述第四伺服电机设置在小臂下侧且靠近大臂一侧。
[0014]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:将整臂转动机构作为第一关节，垂直运动机构作为第二关节，小臂转动机构作为第三关节，执行端转动机构作为第四关节，即把SCARA机器人的垂直升降运动机构从第四关节移到第二关节，大幅降低了第四关节机构在垂直面内的高度；执行端转动机构的伺服电机不是直接安装在转动轴上，而是通过带传动，把伺服电机安装在小臂上靠近大臂一侧，这样也有助于降低执行端在垂直面内的高度；同时，小臂转动机构采用输入轴和输出轴垂直的减速机，从而可以使小臂伺服电机水平安装，从而也大幅降低了小臂转动机构在垂直面内的高度；而且这样的设计还有助于降低第一关节上的转动惯量。整臂转动机构采用回转支承连接基座和框体，可以同时承受较大的轴向、径向负荷和倾覆力矩，简化了这一关节的设计复杂度。
[0015]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明实施例的立体图。
[0017]图2A是本发明实施例的主视图。
[0018]图2B是本发明实施例的左视图。
[0019]图2C是本发明实施例的俯视图。
[0020]图3A是框架组件的主视图。
[0021]图3B是框架组件的左视图。
[0022]图3C是框架组件的俯视图。
[0023]图4A是回转支承及其连接部件的主视图。[0024]图4B是回转支承的俯视图。
[0025]图5A是滑动组件的主视图。
[0026]图5B是滑动组件的俯视图。
[0027]图6A是小臂转动机构的主视图。
[0028]图6B是小臂转动机构的俯视图。
[0029]图中:A-基座，B-整臂转动机构，C-垂直运动机构，D-小臂转动机构，E-执行端转动机构；a_框架组件，b-滑动组件；1_基座，2-第一伺服电机，3-第一行星减速机，3a_第一行星减速机的输出轴，4-固定支架,5-第一联轴器,6-传动轴,7-回转支承,7a-外圈，7b_内圈,8-框体，8a_下端面，8b_上端面，9_轴承座，10-滚珠丝杆，Il-螺母套，12-滑动板，13-运动导轨,14-导轨滑块,15-电机支撑座，16-第二联轴器,17-第二伺服电机，18-大臂，19-第二伺服电机，20-第二行星减速机，20a-第二行星减速机的输入轴，20b_第二行星减速机的输出轴，21-小臂，22-第四伺服电机，23-同步带，24-从动轮的中心轴，25-吸盘固定板，26-主动轮，27-从动轮。
【具体实施方式】
[0030]如图1所示，一种类SCARA工业机器人，包括基座A、整臂转动机构B、垂直运动机构C、小臂转动机构D和执行端转动机构E，所述整臂转动机构B固定在基座A上，所述垂直运动机构C安装在整臂转动机构B上，所述整臂转动机构B带动垂直运动机构C转动，所述小臂转动机构D固定在垂直运动机构C上，所述垂直运动机构C带动小臂转动机构D垂直运动，所述执行端转动机构E安装在小臂转动机构D上,所述小臂转动机构D带动执行端转动机构E转动，形成串联型工业机器人结构。
[0031]在本发明实施例中，如图2A、2B、2C所示，所述整臂转动机构B包含第一伺服电机
2、第一行星减速机3和固定支架4，所述固定支架4安装在基座I上，所述第一行星减速机3安装在固定支架4上，所述第一伺服电机2固定在第一行星减速机3上，所述垂直运动机构C固定在第一行星减速机3输出端，所述第一伺服电机2通过第一行星减速机3减速后带动垂直运动机构C转动。
[0032]在本发明实施例中，所述垂直运动机构C包含框架组件a、滚珠丝杆10、滑动组件b和第二伺服电机17，所述第二伺服电机17固定在框架组件a上，所述滚珠丝杆10竖直安装在框架组件a上，所述滑动组件b包含螺母套11、滑动板12和大臂18，所述螺母套11和滚珠丝杆10组成滚珠丝杆10螺母副，所述滑动板12安装在螺母套11外侧，所述大臂18固定在滑动板12上，所述小臂转动机构D固定在大臂18上，所述第二伺服电机17通过滚珠丝杆10螺母副带动小臂转动机构D垂直运动。
[0033]在本发明实施例中，如图3A、3B、3C所示，所述框架组件a由框体8、电机支撑座15和传动轴6组成一体，所述传动轴6固定于框体8下端，所述传动轴6通过第一联轴器5与整臂转动机构B中第一行星减速机3的输出轴3a连接，所述滚珠丝杆10两端分别通过轴承座9固定于框体8的上端面Sb和下端面8a，所述第二伺服电机17通过电机支撑座15固定于框体8上端，所述第二伺服电机17通过第二联轴器16与滚珠丝杆10连接。
[0034]在本发明实施例中，如图4A、4B所示，所述框体8下端面固定于回转支承7的内圈7b，所述回转支承7的外圈7a固定于基座I上。基于上述的连接结构，所述第一伺服电机2通过第一行星减速机3带动传动轴6，即可实现框架组件a的转动，所述框架组件a带动后面所有机构一起运动，从而实现整臂转动。如图5A、5B所示，为了使得滑动板12和大臂18跟随螺母套11平稳升降运动，所述框体8上还竖设有运动导轨13，所述滑动组件b还包含与运动导轨13滑动配合的导轨滑块14，所述导轨滑块14固定在滑动板12上。
[0035]在本发明实施例中，所述小臂转动机构D包含第三伺服电机19、第二行星减速机20和小臂21，所述第二行星减速机20上固定在垂直运动机构C中滑动组件b的大臂18上，所述第三伺服电机19固定在第二行星减速机20上，所述小臂21安装在第二行星减速机20的输出轴，所述执行端转动机构E固定在小臂21上，所述第三伺服电机19经第二行星减速机20减速后带动小臂21上的执行端转动机构E转动。
[0036]在本发明实施例中，如图6A、6B所示，所述第二行星减速机20的输入轴20a与输出轴20b相垂直，所述第三伺服电机19固定于第二行星减速机20的输入端面并靠近大臂18—侧。这样的设计既降低了小臂转动机构D在垂直面内的高度，又降低了在第一关节上的转动惯量。
[0037]在本发明实施例中，所述执行端转动机构E包含第四伺服电机22、主动轮26、同步带23和从动轮27，所述第四伺服电机22固定在小臂转动机构D的小臂21上，所述主动轮26安装在第四伺服电机22的转轴上，所述主动轮26通过同步带23带动从动轮27，所述从动轮27的中心轴24竖设于小臂转动机构D的小臂21上,所述从动轮27的中心轴24下端安装有吸盘固定板25。所述第四伺服电机22设置在小臂21下侧且靠近大臂18 —侧，通过带传动实现执行端的转动。同样也降低了执行端转动机构E在垂直面内的高度，降低了其在第一关节和第三关节上的转动惯量。
[0038]本发明公开的是一种四自由度工业机器人，其整臂转动机构B采用伺服电机和行星减速机传动，实现整臂的水平回转；其垂直运动机构C采用伺服电机、滚珠丝杆和螺母套传动，实现机器人大臂的垂直升降运动；其小臂转动机构D采用伺服电机和垂直型行星减速机传动，实现机器人小臂的水平回转；其执行端转动机构E采用伺服电机和同步带传动，实现执行机构的水平回转。与SCARA机器人相比，本发明把机器人升降运动从第四关节移到第二关节，通过小臂转动机构D和执行端转动机构E的特殊设计，使得本发明在竖直方向上的尺寸特别小，从而可以更加适用于在狭小空间进行搬运等操作，可以非常方便地实现机器人在其工作空间内进行位置和姿态的调整，姿态调整只限于绕垂直轴的姿态调整，这种机器人可以广泛应用于码垛、搬运、机床上下料等。由于只有四个运动轴，造价较低。
[0039]本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
【权利要求】
1.一种类SCARA工业机器人，包括基座、整臂转动机构、垂直运动机构、小臂转动机构和执行端转动机构，其特征在于:所述整臂转动机构固定在基座上，所述垂直运动机构安装在整臂转动机构上，所述整臂转动机构带动垂直运动机构转动，所述小臂转动机构固定在垂直运动机构上，所述垂直运动机构带动小臂转动机构垂直运动，所述执行端转动机构安装在小臂转动机构上，所述小臂转动机构带动执行端转动机构转动，形成串联型工业机器人结构。
2.根据权利要求1所述的类SCARA工业机器人，其特征在于:所述整臂转动机构包含第一伺服电机、第一行星减速机和固定支架，所述固定支架安装在基座上，所述第一行星减速机安装在固定支架上，所述第一伺服电机固定在第一行星减速机上，所述垂直运动机构固定在第一行星减速机输出端，所述第一伺服电机通过第一行星减速机减速后带动垂直运动机构转动。
3.根据权利要求2所述的类SCARA工业机器人，其特征在于:所述垂直运动机构包含框架组件、滚珠丝杆、滑动组件和第二伺服电机，所述第二伺服电机固定在框架组件上，所述滚珠丝杆竖直安装在框架组件上，所述滑动组件包含螺母套、滑动板和大臂，所述螺母套和滚珠丝杆组成滚珠丝杆螺母副，所述滑动板安装在螺母套外侧，所述大臂固定在滑动板上，所述小臂转动机构固定在大臂上，所述第二伺服电机通过滚珠丝杆螺母副带动小臂转动机构垂直运动。
4.根据权利要求3所述的类SCARA工业机器人，其特征在于:所述框架组件包含框体、电机支撑座和传动轴，所述传动轴固定于框体下端，所述传动轴通过第一联轴器与整臂转动机构中第一行星减速机的输出轴连接，所述滚珠丝杆两端分别通过轴承座固定于框体的上端面和下端面，所述第二伺服电机通过电机支撑座固定于框体上端，所述第二伺服电机通过第二联轴器与滚珠丝杆连接。
5.根据权利要求4所述的类SCARA工业机器人，其特征在于:所述框体下端面固定于回转支承的内圈，所述回转支承的外圈固定于基座上。
6.根据权利要求4所述的类SCARA工业机器人，其特征在于:所述框体上还竖设有运动导轨，所述滑动组件还包含与运动导轨滑动配合的导轨滑块，所述导轨滑块固定在滑动板上。
7.根据权利要求3所述的类SCARA工业机器人，其特征在于:所述小臂转动机构包含第三伺服电机、第二行星减速机和小臂，所述第二行星减速机固定在垂直运动机构中滑动组件的大臂上，所述第三伺服电机固定在第二行星减速机上，所述小臂安装在第二行星减速机的输出轴，所述执行端转动机构固定在小臂上，所述第三伺服电机经第二行星减速机减速后带动小臂上的执行端转动机构转动。
8.根据权利要求7所述的类SCARA工业机器人，其特征在于:所述第二行星减速机的输入轴与输出轴相垂直，所述第三伺服电机固定于第二行星减速机的输入端面并靠近大臂一侧。
9.根据权利要求4所述的类SCARA工业机器人，其特征在于:所述执行端转动机构包含第四伺服电机、主动轮、同步带和从动轮，所述第四伺服电机固定在小臂转动机构的小臂上，所述主动轮安装在第四伺服电机的转轴上，所述主动轮通过同步带带动从动轮，所述从动轮的中心轴竖设于小臂转动机构的小臂上，所述从动轮的中心轴下端安装有吸盘固定板。
10.根据权利要求9所述的类SCARA工业机器人，其特征在于:所述第四伺服电机设置在小臂下侧且 靠近大臂一侧。
【文档编号】B25J9/08GK103978482SQ201410215384
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】吴海彬, 张金燚, 陈圳华, 姚立纲 申请人:福州大学