專利名稱：平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人，尤其涉及一種的平面關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人是目前使用最廣泛的裝配機(jī)器人，它專門用于垂直安裝作業(yè)， 如在印刷電路板上插貼元器件。這種機(jī)器人具有四個(gè)關(guān)節(jié)三個(gè)水平轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)及一個(gè)垂直 滑動(dòng)關(guān)節(jié)，因此能抓取元部件在水平方向定位，并在垂直方向進(jìn)行插入或旋轉(zhuǎn)作業(yè)。它的 平面轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)可以放松而使插入組件時(shí)可以順著孔的位置作微小調(diào)整，具有柔順性，因而 稱為在選擇方向具有柔順性的安裝機(jī)器人(Selective Compliance Assembly Robot Arm, SCARA)。一種平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其包括基座、大臂及小臂。該小臂內(nèi)設(shè)有主軸及驅(qū)動(dòng)該主 軸旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)。該主軸上設(shè)有通過花鍵固定的帶輪，并與該步進(jìn)電機(jī)之間通過皮帶傳 動(dòng)。然而，使用帶輪傳動(dòng)容易造成電機(jī)慣量比過大而不易控制，致使剛性較差；且主軸高速 旋轉(zhuǎn)時(shí)皮帶容易變形，導(dǎo)致定位精度不高。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述內(nèi)容，有必要提供一種剛性較好、精度較高的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人。一種平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，包括基座、大臂及小臂。基座上設(shè)有第一轉(zhuǎn)軸及驅(qū)動(dòng)第一 轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的第一馬達(dá)。大臂一端通過第一轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地與基座連接。小臂包括第二轉(zhuǎn)軸及 驅(qū)動(dòng)第二轉(zhuǎn)軸的第二馬達(dá)，并通過第二轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地與大臂另一端相連。小臂還包括固定 第二馬達(dá)的固定座、與固定座固定的第三馬達(dá)、由第三馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的第三轉(zhuǎn)軸、與固定座活動(dòng) 相連的絲桿、連接第三轉(zhuǎn)軸與絲桿的傳動(dòng)裝置、與絲桿活動(dòng)相連的螺母、與螺母固定相連的 第四馬達(dá)、由第四馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的第四轉(zhuǎn)軸及設(shè)于固定座且供第四轉(zhuǎn)軸穿設(shè)的軸承組件。上述平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的各轉(zhuǎn)軸與各馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)相連，省略傳統(tǒng)的帶輪、花鍵 等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，剛度較好、精度較高。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的傳動(dòng)原理示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的立體組裝示意圖。圖3是圖2所示平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的小臂的局部立體圖。圖4是圖2所示平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的小臂沿IV-IV方向的剖面示意圖。圖5是圖4所示V處的局部放大圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。請(qǐng)同時(shí)參閱圖1和圖2，本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)器人100為平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其包括基座10、大臂20及小臂30?；?0用于將機(jī)器人100安裝至地面或工作臺(tái)上，其內(nèi)部設(shè) 有第一轉(zhuǎn)軸11及驅(qū)動(dòng)第一轉(zhuǎn)軸11旋轉(zhuǎn)的第一馬達(dá)13。大臂20 —端通過第一轉(zhuǎn)軸11可 轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置于基座10上。小臂30內(nèi)設(shè)有第二轉(zhuǎn)軸31及驅(qū)動(dòng)第二轉(zhuǎn)軸31旋轉(zhuǎn)的第二馬達(dá) 32。小臂30通過第二轉(zhuǎn)軸31可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置于大臂20另一端上。小臂30還包括第三轉(zhuǎn)軸33、第三馬達(dá)34、傳動(dòng)裝置35、絲桿36、螺母37、第四馬達(dá) 38、第四轉(zhuǎn)軸39及軸承組件40。第三馬達(dá)34可驅(qū)動(dòng)第三轉(zhuǎn)軸33旋轉(zhuǎn)。傳動(dòng)裝置35分別 與第三轉(zhuǎn)軸33和絲桿36相連。螺母37活動(dòng)套設(shè)于絲桿36上。第四馬達(dá)38與螺母37固 定。第四轉(zhuǎn)軸39由第四馬達(dá)38驅(qū)動(dòng)相連，并穿設(shè)于軸承組件40。請(qǐng)同時(shí)參閱圖3和圖4，小臂30進(jìn)一步包括固定座301及安裝在固定座301上且 罩設(shè)于其他零件上的外殼302。第二馬達(dá)32、第三馬達(dá)34及軸承組件40均固定安裝在固 定座301上，絲桿36通過一連接座(未標(biāo)示)可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在固定座301上，上述設(shè)計(jì)可 使小臂30的整體重心較低且較為靠近大臂20，以減少慣量、增強(qiáng)剛性。傳動(dòng)裝置35包括第 一帶輪351、第二帶輪353及皮帶355。第一帶輪351套設(shè)固定于第三轉(zhuǎn)軸33。第二帶輪 353套設(shè)并固定在絲桿36底端。皮帶355分別與第一帶輪351和第二帶輪353相連，并可 將動(dòng)力從第一帶輪351傳遞到第二帶輪353。為了保證螺母37沿絲桿36軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)的精度，小臂30進(jìn)一步包括導(dǎo)軌座361、導(dǎo) 軌363、連接板371及滑塊373。導(dǎo)軌座361固設(shè)于固定座301上且位于第三馬達(dá)34與絲 桿36之間，以盡量節(jié)約內(nèi)部空間。導(dǎo)軌363大致為與絲桿36平行的長(zhǎng)條，其通過多個(gè)螺釘 364固定在導(dǎo)軌座361上。連接板371 —端套設(shè)并固定于螺母37，并且與滑塊373固定。第 四馬達(dá)38固定安裝在連接板371的另一端?；瑝K373可活動(dòng)的卡合于導(dǎo)軌363，且當(dāng)螺母 37沿絲桿36軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑塊373可沿導(dǎo)軌363滑動(dòng)。為了防止螺母37向上運(yùn)動(dòng)時(shí)從絲 桿36頂部脫落，絲桿36頂端上固設(shè)有可與螺母37相抵的擋塊365。本實(shí)施例中，絲桿36 為滾珠絲桿，螺母37為滾珠螺母。為了降低第四馬達(dá)38的轉(zhuǎn)速并提高輸出力矩，第三小臂30進(jìn)一步包括減速機(jī) 381。減速機(jī)381固定在連接板371上并設(shè)于第四馬達(dá)38與第四轉(zhuǎn)軸39之間。本實(shí)施例 中，第四馬達(dá)38為低慣量的伺服馬達(dá)，減速機(jī)381為實(shí)心軸諧波減速機(jī)。第四轉(zhuǎn)軸39末端開設(shè)有連接孔391。各類末端執(zhí)行器，例如夾具、探測(cè)裝置、刀具 等可通過連接孔391與第四轉(zhuǎn)軸39相連。請(qǐng)參閱圖5，軸承組件40包括直線軸承41、套筒43、兩個(gè)滾動(dòng)軸承45及兩個(gè)卡環(huán) 47。第四轉(zhuǎn)軸39穿設(shè)于直線軸承41。第四轉(zhuǎn)軸39與直線軸承41之間的軸向摩擦力較小， 因此第四轉(zhuǎn)軸39可在直線軸承41內(nèi)沿軸向上下滑動(dòng)。直線軸承41上下兩端的外側(cè)壁上 各開設(shè)有一個(gè)環(huán)形卡槽411。兩個(gè)卡環(huán)47分別卡入兩個(gè)卡槽411內(nèi)。套筒43套設(shè)于直線 軸承41上，且位于兩個(gè)卡環(huán)47之間。由此，套筒43與直線軸承41固定在一起。套筒43 上下兩端分別開設(shè)有階梯狀的卡合槽431。兩個(gè)滾動(dòng)軸承45分別套設(shè)于套筒43兩端，且滾 動(dòng)軸承45的內(nèi)圈卡合固定于卡合槽431。滾動(dòng)軸承45的外圈與固定座301固定。滾動(dòng)軸 承45的內(nèi)外圈之間的摩擦力小于第四轉(zhuǎn)軸39與直線軸承41之間的摩擦力。本實(shí)施例中， 滾動(dòng)軸承45為成本較低的深溝球軸承。以下僅介紹小臂30的動(dòng)作情況，機(jī)器人100其余機(jī)構(gòu)，例如基座10、大臂20的動(dòng) 作情況與現(xiàn)有機(jī)器人相似。當(dāng)需要第四轉(zhuǎn)軸39做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，第三馬達(dá)34驅(qū)動(dòng)第三轉(zhuǎn)軸33旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)第一帶輪351旋轉(zhuǎn)，并經(jīng)由皮帶355帶動(dòng)第二帶輪353旋轉(zhuǎn)，最終帶動(dòng)絲桿36 旋轉(zhuǎn)。套設(shè)于絲桿36上的螺母37帶動(dòng)連接板371沿絲桿36軸向運(yùn)動(dòng)，由此帶動(dòng)第四馬達(dá) 38、減速機(jī)381及第四轉(zhuǎn)軸39 —起做直線運(yùn)動(dòng)，并且?guī)?dòng)滑塊373沿導(dǎo)軌363滑動(dòng)。由于 第四轉(zhuǎn)軸39與直線軸承41之間的軸向摩擦力較小，因此第四轉(zhuǎn)軸39可在直線軸承41內(nèi) 沿軸向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)需要第四轉(zhuǎn)軸39做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，第四馬達(dá)38經(jīng)過減速機(jī)381減速后驅(qū)動(dòng) 第四轉(zhuǎn)軸39轉(zhuǎn)動(dòng)。第四轉(zhuǎn)軸39轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于第四轉(zhuǎn)軸39與直線軸承41之間的摩擦力大 于滾動(dòng)軸承45內(nèi)外圈之間的摩擦力，因此直線軸承41及套筒43將和第四轉(zhuǎn)軸39形成一 個(gè)整體在滾動(dòng)軸承45的限制下相對(duì)固定座301旋轉(zhuǎn)。與傳統(tǒng)的機(jī)器人相比，本實(shí)施例的第四轉(zhuǎn)軸39與第四馬達(dá)38直接驅(qū)動(dòng)相連，省略 傳統(tǒng)的帶輪、花鍵等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此精度較高、剛度較好、響應(yīng)速度快。實(shí)驗(yàn)證明，本實(shí)施例 的機(jī)器人100的最大負(fù)載為20千克，且容許有IOOmm以上的偏心量。可以理解，滾動(dòng)軸承45也可為深溝球軸承，例如可為角接觸球軸承、圓柱滾子軸 承等；滾動(dòng)軸承45的數(shù)量也可為一個(gè)或多于兩個(gè)。如果軸承組件40的直線軸承41直接與 滾動(dòng)軸承45相連，套筒43也可省略。如果第四轉(zhuǎn)軸39與直線軸承41之間的摩擦力小于 滾動(dòng)軸承45的摩擦力，則第四轉(zhuǎn)軸39在直線軸承41內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。如果第四馬達(dá)38的轉(zhuǎn)速較低，減速機(jī)381也可省略。如果絲桿36頂端與小臂30 的固定座301固定，導(dǎo)軌363、導(dǎo)軌座361及滑塊373也可省略。本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精神所 做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，包括基座，其上設(shè)有第一轉(zhuǎn)軸及驅(qū)動(dòng)該第一轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的第一馬達(dá)；大臂，其一端通過該第一轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地與該基座連接；小臂，其包括第二轉(zhuǎn)軸及驅(qū)動(dòng)該第二轉(zhuǎn)軸的第二馬達(dá)，該小臂通過該第二轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動(dòng) 地與該大臂另一端相連；其特征在于該小臂還包括固定該第二馬達(dá)的固定座、與該固定座固定的第三馬達(dá)、由 該第三馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的第三轉(zhuǎn)軸、與該固定座活動(dòng)相連的絲桿、連接該第三轉(zhuǎn)軸與該絲桿的傳 動(dòng)裝置、與該絲桿活動(dòng)相連的螺母、與該螺母固定相連的第四馬達(dá)、由該第四馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的第 四轉(zhuǎn)軸及設(shè)于該固定座且供該第四轉(zhuǎn)軸穿設(shè)的軸承組件。
2.如權(quán)利要求1所述的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其特征在于該小臂還包括導(dǎo)軌和滑塊，該 導(dǎo)軌相對(duì)該固定座固定且與該絲桿平行，該滑塊與該螺母固定相連，該滑塊與該導(dǎo)軌活動(dòng) 相連，并可沿該導(dǎo)軌滑動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其特征在于該小臂還包括導(dǎo)軌座，該導(dǎo)軌 座固設(shè)于該固定座上且位于該第三馬達(dá)及該絲桿之間，該導(dǎo)軌固定在該導(dǎo)軌座上。
4.如權(quán)利要求2所述的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其特征在于該小臂還包括連接板，該滑塊 及該第四馬達(dá)均通過該連接板與該螺母固定相連。
5.如權(quán)利要求1所述的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其特征在于該小臂還包括減速機(jī)，該第四 轉(zhuǎn)軸通過該減速機(jī)與該第四馬達(dá)相連，該減速機(jī)為實(shí)心軸諧波減速機(jī)。
6.如權(quán)利要求1所述的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其特征在于該軸承組件包括直線軸承、套 筒及滾動(dòng)軸承，該第四轉(zhuǎn)軸穿設(shè)于該直線軸承，該套筒套設(shè)并固定于該直線軸承，該滾動(dòng)軸 承設(shè)于該套筒與該固定座之間。
7.如權(quán)利要求6所述的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其特征在于該直線軸承、該套筒及該第四 轉(zhuǎn)軸形成一個(gè)整體相對(duì)該固定座旋轉(zhuǎn)。
8.如權(quán)利要求7所述的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其特征在于該直線軸承兩端的側(cè)壁上分 別開設(shè)有一個(gè)卡槽，該軸承組件還包括兩個(gè)卡環(huán)，該兩個(gè)卡環(huán)分別卡入該兩個(gè)卡槽內(nèi)，且該 套筒位于該兩個(gè)卡環(huán)之間。
9.如權(quán)利要求8所述的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其特征在于該滾動(dòng)軸承為深溝球軸承。
10.如權(quán)利要求1所述的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其特征在于該第四馬達(dá)為低慣量伺服馬達(dá)。
全文摘要
一種平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，包括基座、大臂及小臂?；显O(shè)有第一轉(zhuǎn)軸及驅(qū)動(dòng)第一轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的第一馬達(dá)。大臂一端通過第一轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地與基座連接。小臂包括第二轉(zhuǎn)軸及驅(qū)動(dòng)第二轉(zhuǎn)軸的第二馬達(dá)，并通過第二轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地與大臂另一端相連。小臂還包括固定第二馬達(dá)的固定座、與固定座固定的第三馬達(dá)、由第三馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的第三轉(zhuǎn)軸、與固定座活動(dòng)相連的絲桿、連接第三轉(zhuǎn)軸與絲桿的傳動(dòng)裝置、與絲桿活動(dòng)相連的螺母、與螺母固定相連的第四馬達(dá)、由第四馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的第四轉(zhuǎn)軸及設(shè)于固定座且供第四轉(zhuǎn)軸穿設(shè)的軸承組件。該機(jī)器人具有剛性較好、精度較高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B25J13/00GK102049773SQ20091030906
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月29日
發(fā)明者馮勇 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司