包含动作轴结构的产业机器人论文和设计-何杰

全文摘要

本实用新型公开了一种包含动作轴结构的产业机器人，包括基台、第一臂部、第二臂部和动作轴，第一臂部由第一马达驱动转动，第二臂部由第二马达驱动转动，动作轴上设置有螺旋螺纹和花键式沟槽，第二臂部上设置有螺母套筒和谐波减速机，螺母套筒可相对第二臂部转动，谐波减速机外圈安装在第二臂部上，谐波减速机输出轴上设置有滑动套筒，滑动套筒内沿竖直方向设置有与花键式沟槽相对应的内花键，动作轴自上而下依次穿过螺母套筒、谐波减速机和滑动套筒，动作轴与螺母套筒螺纹连接并且与滑动套筒相配合，螺母套筒与设置在第二臂部上的第三马达连接，谐波减速机与设置在第二臂部上的第四马达连接。

主设计要求

1.一种包含动作轴结构的产业机器人，其特征在于：包括基台（1）、第一臂部（2）、第二臂部（3）和动作轴（41），所述的动作轴（41）的端部设置有用于对零部件进行操作动作的末端执行器，所述的第一臂部（2）的一端由设置在基台（1）上的第一马达（M1）驱动绕竖直的J1轴转动，所述的第二臂部（3）的一端安装在第一臂部（2）上远离基台（1）的一端并且由安装在第二臂部（3）上的第二马达（M2）驱动绕竖直的J2轴转动，所述的动作轴（41）上设置有螺旋螺纹和花键式沟槽，所述的第二臂部（3）上设置有螺母套筒（44）和谐波减速机（47），所述的螺母套筒（44）可相对第二臂部（3）转动，所述的谐波减速机（47）的谐波减速机外圈（47a）安装在第二臂部（3）上，所述的谐波减速机（47）的谐波减速机输出端（47b）上设置有滑动套筒（43），所述的滑动套筒（43）内沿竖直方向设置有与花键式沟槽相对应的内花键，所述的动作轴（41）自上而下依次穿过螺母套筒（44）、谐波减速机（47）和滑动套筒（43），所述的动作轴（41）与螺母套筒（44）螺纹连接并且与滑动套筒（43）相配合，所述的螺母套筒（44）与设置在第二臂部（3）上的第三马达（M3）连接，所述的谐波减速机（47）与设置在第二臂部（3）上的第四马达（M4）连接。

设计方案

2.根据权利要求1所述的包含动作轴结构的产业机器人，其特征在于：所述的螺母套筒（44）上套设有外套筒（42），所述的外套筒（42）可拆卸的安装在第二臂部（3）上，所述的螺母套筒（44）可在外套筒（42）内转动，所述的螺母套筒（44）上安装有螺母带轮（46），所述的第三马达（M3）的输出轴上设置有第一带轮（35），所述的第一带轮（35）与螺母带轮（46）由第一同步带（33）连接，所述的谐波减速机（47）的输入端上设置有谐波减速机带轮（48），所述的第四马达（M4）的输出轴上设置有第二带轮（36），所述的第二带轮（36）与谐波减速机带轮（48）由第二同步带（34）连接。

3.根据权利要求2所述的包含动作轴结构的产业机器人，其特征在于：所述的第二臂部（3）靠近第一臂部（2）一端的宽度大于另一端的宽度，所述的第三马达（M3）和第四马达（M4）安装在靠近第一臂部（2）的一端并且两者沿着第二臂部（3）的宽度方向布置，所述的第一带轮（35）的高度大于第二带轮（36）的高度。

4.根据权利要求3所述的包含动作轴结构的产业机器人，其特征在于：还包括第二臂罩壳（32），所述的第二臂罩壳（32）罩在第二臂部（3）上并且所述的第二臂罩壳（32）靠近第一臂部（2）的一端的高度大于远离第一臂部（2）的一端的高度，所述的动作轴（41）向上穿透第二臂罩壳（32）。

5.根据权利要求4所述的包含动作轴结构的产业机器人，其特征在于：所述的基台（1）的一侧设置有中穿的线缆支架（6），所述的线缆支架（6）的顶端与第二臂罩壳（32）顶部由软线管（7）连接，所述的第二马达（M2）、第三马达（M3）和第四马达（M4）的电缆线从基台（1）穿过线缆支架（6）和软线管（7）进入第二臂罩壳（32）分别与第二马达（M2）、第三马达（M3）和第四马达（M4）相连。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种包含动作轴结构的产业机器人，属于工业机器人技术领域。

背景技术

多轴机械手用于沿着接近平面的轨迹快速的操作零件。例如是拾起运行的传动带上的零件并且将该零件防止于置具内的情况。

SCARA（选择顺应性装配机器手臂）类型的机械手是适于工作在水平面上的多轴机械手。常规地，SCARA机械手包括基台，基台可以例如放置在桌面上，SCARA机械手还包括第一臂，第一臂可以相对于基台至少以转动的方式移动，第一臂前端还装有可以相对第一臂转动的第二臂部，最后机器人还配备有动作轴，动作轴能够接纳工具，工具例如是抓握钳或抓握工具。

动作轴可相对于第二臂部转动或上下移动，动作轴的外表面包括螺旋凹槽和纵向凹槽，滑动套筒和螺母套筒借助于容纳在轴的凹槽内的滚珠安装在槽轴上，螺母套筒的内表面提供有螺旋凹槽，并且滑动套筒提供有纵向凹槽。这些套筒单独的转动，并且使槽轴以及因此还使接纳的工具能够轴向移动、转动或进行组合的转动和上下移动。

对于动作轴能提升的工具重量目前不同厂家基本相同，但是同样重量的工具由于形状、重心不一样，惯量会存在不同，由于目前滑动套筒是有马达经过行星减速机或减速机构减速后通过同步带控制滑动套筒上的同步带轮。由于目前行星减速机或其他减速机构的速比有限制，目前速比都不会很大。且如果马达输出能力又会受限于同步带能力，所以目前不同厂家SCARA机器人对于动作轴能负载工具的惯量较低。

同行中YAMAHA机器人的旋转轴由减速机驱动，可负载惯量较大，但是又采用中空电机，机器人本体惯量较大，且中空电机成本较高。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种包含动作轴结构的产业机器人，解决现有技术中的产业机器人动作轴能负载的工具惯量小的技术缺陷。

为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案是：包含动作轴结构的产业机器人，包括基台、第一臂部、第二臂部和动作轴，所述的动作轴的端部设置有用于对零部件进行操作动作的末端执行器，所述的第一臂部的一端由设置在基台上的第一马达驱动绕竖直的J1轴转动，所述的第二臂部的一端安装在第一臂部上远离基台的一端并且由安装在第二臂部上的第二马达驱动绕竖直的J2轴转动，所述的动作轴上设置有螺旋螺纹和花键式沟槽，所述的第二臂部上设置有螺母套筒和谐波减速机，所述的螺母套筒可相对第二臂部转动，所述的谐波减速机的谐波减速机外圈安装在第二臂部上，所述的谐波减速机的谐波减速机输出端上设置有滑动套筒，所述的滑动套筒内沿竖直方向设置有与花键式沟槽相对应的内花键，所述的动作轴自上而下依次穿过螺母套筒、谐波减速机和滑动套筒，所述的动作轴与螺母套筒螺纹连接并且与滑动套筒相配合，所述的螺母套筒与设置在第二臂部上的第三马达连接，所述的谐波减速机与设置在第二臂部上的第四马达连接。本实用新型采用谐波减速机，其传动速比高，对于动作轴能负载的工具的惯量较大，尤其是在马达输出能力受限时，可有效的提高本实用新型的承载能力，本实用新型相较于现有技术采用中空电机可采用普通电机驱动，可有效的降低总体的成本。

作为本实用新型的进一步改进，所述的螺母套筒上套设有外套筒，所述的外套筒可拆卸的安装在第二臂部上，所述的螺母套筒可在外套筒内转动，所述的螺母套筒上安装有螺母带轮，所述的第三马达的输出轴上设置有第一带轮，所述的第一带轮与螺母带轮由第一同步带连接，所述的谐波减速机的输入端上设置有谐波减速机带轮，所述的第四马达的输出轴上设置有第二带轮，所述的第二带轮与谐波减速机带轮由第二同步带连接。本实用新型采用带传动，结构简单，传动平稳。

作为本实用新型的进一步改进，所述的第二臂部靠近第一臂部一端的宽度大于另一端的宽度，所述的第三马达和第四马达安装在靠近第一臂部的一端并且两者沿着第二臂部的宽度方向布置，所述的第一带轮的高度第二带轮的高度。本实用新型中的第三马达和第四马达沿第二臂部的宽度方向布置且靠近第二马达，三个马达成三角形布置，使第二臂部内部结构紧凑，更进一步的减小机器人本体的转动惯量。

作为本实用新型的进一步改进，还包括第二臂罩壳，所述的第二臂罩壳罩在第二臂部上并且所述的第二臂罩壳靠近第一臂部的一端的高度大于远离第一臂部的一端的高度，所述的动作轴向上穿透第二臂罩壳。本实用新型设置第二臂罩壳，将第二臂部内元器件覆盖，保证机器人防护等级及整体外形。

作为本实用新型的进一步改进，所述的基台的一侧设置有中穿的线缆支架，所述的线缆支架的顶端与第二臂罩壳顶部由软线管连接，所述的第二马达、第三马达和第四马达的电缆线从基台穿过线缆支架和软线管进入第二臂罩壳分别与第二马达、第三马达和第四马达相连。本实用新型可有效的防止电缆线发生缠绕。

综上所述，本实用新型的有益效果是：本实用新型的负载惯量大，动作速度、加速度快，成本更低，机器人本体惯量较小。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1的A-A剖示图。

图3是反应本实用新型中第二臂部内部示意图。

图4是本实用新型中动作轴的使用状态图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的说明。

如图1-图3所示的包含动作轴结构的产业机器人，包括基台1、第一臂部2、第二臂部3和动作轴41，所述的动作轴41的端部设置有用于对零部件进行操作动作的末端执行器，本实用新型中的动作轴41可以绕J3轴转动，本实用新型中的J3轴为动作轴的中心线所在的竖直线，动作轴41也可沿着动作轴41的中心线方向上下移动，所述的基台1用于将本实用新型整体的放置于诸如桌面上等，以在使用本实用新型时为本实用新型提供支撑，所述的第一臂部2的一端由第一马达M1驱动绕竖直的J1轴转动，本实用新型中的第一臂部2的一端与基台1的上表面转动连接，具体的转动连接方式系现有技术，非本实用新型的改进点，本实用新型中的第一马达M1安装在基台1内，并且第一马达M1的输出轴向上设置与第一臂部2连接，所述的第一马达M1工作，第一马达M1转动的输出轴驱动第一臂部2在基台1上绕J1轴转动，本实用新型中的第一马达M1的输出轴与J1轴位于同一竖直线上。

所述的第二臂部3的一端安装在第一臂部2上远离基台1的一端并且由安装在第二臂部3上的第二马达M2驱动绕竖直的J2轴转动，本实用新型中的第二臂部包括下底板、上底板和连接下底板与上底板的连接板，所述的下底板转动设置在第一臂部2的上表面，所述的第二马达M2采用螺栓可拆卸的安装在下底板上，所述的和第二马达M2的输出轴竖直向下并且与第一臂部2连接，所述的第二马达M2工作，其转动的输出轴驱动第二臂部3在第一臂部1上转动。

在所述的动作轴41上设置有螺旋螺纹（图中未示出）和花键式沟槽（图中未示出），所述的花键式沟槽沿动作轴的长度方向开设，并且与螺纹相交，即相邻的花键式沟槽之间的部分的动作轴上设置螺纹，本实用新型在丝杆沿圆周方向开有多个沿丝杆长度方向听沟槽即可制成动作轴41，所述的第二臂部3上设置有螺母套筒44和谐波减速机47，所述的谐波减速机47具有谐波减速机输出端47b，所述谐波减速机输出端47b可转动的固定于谐波减速机外圈47a内，谐波减速机47还具有谐波减速机输入端47c，所述谐波减速机输入端47c可转动的固定于谐波减速机外圈47a和谐波减速机输出端47b内。谐波减速机输出端47b内圈齿与谐波减速机外圈47a延伸出来的柔轮外圈齿啮合，谐波减速机输入端47c中部可滚动部分呈椭圆形，与谐波减速机外圈47a柔轮内圈接触，谐波减速机输入端47c转动时会对谐波减速机外圈47a柔轮产生谐波运动，从而驱动谐波减速机输出端47b以一定减速比转动。

所述的螺母套筒44可相对第二臂部3转动，所述的谐波减速机外圈47a安装在第二臂部3上，所述的谐波减速机输出端47b上设置有滑动套筒43，所述的滑动套筒43内沿竖直方向设置有与花键式沟槽相对应的内花键，所述的动作轴41自上而下依次穿过螺母套筒44、谐波减速机47和滑动套筒43，所述的动作轴41与螺母套筒44螺纹连接并且与滑动套筒43相配合，所述的螺母套筒44与设置在第二臂部3上的第三马达M3连接，第三马达M3驱动螺母套筒44转动，所述的谐波减速机输入端47c与设置在第二臂部3上的第四马达M4连接，所述的第四马达M4工作驱动谐波减速机47工作。本实用新型中所述谐波减速机47的传动速比大于或等于30，所述谐波减速机47可以将第四马达扭矩增大后输出到动作轴41上。且谐波减速机47材质由轻金属合金（例如，铝或镁合金）制成，对第二臂部3末端的本体惯量增加较少，可以提供机器人动作速度和加速度。

本申请中所述的螺母套筒44上套设有外套筒42，本实用新型中的外套筒42包括圆筒状的第一套筒单元和第二套筒单元，所述的第一套筒单元的外径大于第二套筒单元的外径，所述的第二套筒单元的底端与第一套筒单元的顶端固定连接，所述的第一套筒单元和第二套筒单元的内径相等并且两者的中心线重合，本申请优选的第一套筒单元和第二套筒单元一体成型，所述的螺母套筒44可采用轴承转动安装在第一套筒单元和第二套筒单元内，所述的第一套筒单元上沿圆周方向均匀的开设有多个第一固定通孔，所述的上底板和下底板上分别开有上安装通孔和下安装通孔，所述的上安装通孔外侧沿圆周方向均匀的开有第一螺纹孔，所述的第一套筒单元通过穿插过第一固定通孔并且与第一螺纹孔螺纹连接的第一螺栓可拆卸的安装在上底板上，所述的螺母套筒44的底端向下穿过上安装通孔并且在螺母套筒44的下端的端部沿圆周方向均匀的开设有第二螺纹孔，在螺母套筒44的底端通过与第二螺纹孔螺纹配合的第二螺母可拆卸的安装有螺母带轮46，所述的动作轴41穿过螺母带轮46上下两端。

本实用新型在谐波减速机输入端47c顶端的端部采用第三螺栓可拆卸的安装有谐波减速机带轮48，所述的动作轴41穿过谐波减速机带轮48的上下两端，本实用新型中所述的滑动套筒43包括圆筒状的第一滑动单元和第二滑动单元，所述的第一滑动单元的外径大于第二滑动单元的外径，所述的第二滑动单元的顶端与第一滑动单元的底端固定并且两者的中心线重合，所述的第一滑动单元和第二滑动单元的内径相等，所述的内花键设置在第一滑动单元和第二滑动单元的内表面上，所述的第一滑动单元上沿圆周方向开有多个第二固定孔，所述的第一滑动单元通过穿过第二固定孔并且与谐波减速机47的输出端47b螺纹连接的螺母可拆卸的安装在谐波减速机47上，本实用新型优选的第一滑动单元和第二滑动单元一体成型。

本实用新型中的第三马达M3和第四马达M4均采用螺栓可拆卸的安装在上底板上，并且第三马达M3和第四马达M4的输出轴向下穿过上底板，在第三马达M3的输出轴上设置有第一带轮35，所述的第一带轮35与螺母带轮46由第一同步带33连接，在第四马达M4的输出轴上设置有第二带轮36，所述的第二带轮36与谐波减速机带轮48由第二同步带34连接，本实用新型中所述的第二臂部3靠近第一臂部2一端的宽度大于另一端的宽度，所述的第三马达M3和第四马达M4安装在靠近第一臂部2的一端并且两者沿着第二臂部3的宽度方向布置，由于本实用新型中所述的螺母带轮46位于谐波减速机带轮48的上方，所以本实用新型中所述的第一带轮35的高度大于第二带轮36的高度，以确保第一带轮35与螺母带轮位于同一高度上，第二带轮36与谐波减速机带轮48位于同一高度上。

为保护电机，本实用新型设置有第二臂罩壳32，所述的第二臂罩壳32罩在第二臂部3上并且所述的第二臂罩壳32靠近第一臂部2的一端的高度大于远离第一臂部2的一端的高度，所述的动作轴41向上穿透第二臂罩壳32，本实用新型中所述的第二臂罩壳32包括上罩壳单元和下罩壳单元，所述的上罩壳单元的底端与下罩壳单元的顶端连接，所述的下罩壳单元顶部的长度和宽度分别大于上罩壳单元底部的长度和宽度，在上罩壳单元底端和下罩壳单元顶端的连接处形成水平的连接部，所述的上罩壳单元靠近第一臂部的一端的高度大于用于安装动作轴的一端的高度，在将第二臂罩壳32罩在第二臂部3上时，第二臂罩壳32的连接部由上底板的边沿支撑，为对第二臂罩壳32进行固定，本实用新型可以在上底板上开有螺纹孔，在连接部开有连接通孔，可采用穿过连接通孔并且与上底板上的螺纹孔螺纹配合的螺栓将第二臂罩壳32固定在第二臂部3上，本实用新型优选的下罩壳单元顶端的长度和宽度分别大于底端的长度和宽度，使整个下罩壳单元形成上端小下端大的结构，以方便将第二臂罩壳32罩在第二臂部3上。

本实用新型优选的在所述的基台1的一侧设置有中穿的线缆支架6，所述的线缆支架6的顶端与第二臂罩壳32顶部由软线管7连接，所述的第二马达M2、第三马达M3和第四马达M4的电缆线从基台1穿过线缆支架6和软线管7进入第二臂罩壳32分别与第二马达M2、第三马达M3和第四马达M4相连，本实用新型中所述的线缆支架6倒L形，其竖直部分采用诸如螺栓等可拆卸的安装在基台1上，线缆支架6顶部的水平部分与软件管7转动连接，本实用新型可在轮线管7的端部设置硬质的套管，并采用轴承将套管与线缆支架6的水站部分转动连接，本实用新型中所述的软线管7与第二臂罩壳32的顶部也转动连接，其连接方式与软线管7和线缆支架7的连接方式相同。

本实用新型中的第三马达M3工作，而第四马达M4不工作时，滑动套筒43阻止动作轴41转动，第三马达M3驱动螺母套筒44转动，由于螺母套筒44与动作轴41螺纹配合，所以螺母套筒44驱动动作轴41上下运动；当第三马达M3不工作，而第四马达M4工作时，第四马达M4驱动滑动套筒43转动，由于滑动套筒43与动作轴41键连接，因此滑动套筒驱动动作轴41转动，而此时的螺母套筒44不转动，因此动作轴41在转动的同时还上下运动；当第三马达M3和第四马达M4同时工作，并且第三马达M3驱动螺母套筒44转动使螺母套筒44的转速与被第四马达M4驱动的动作轴41转动的速度相同时，动作轴41相对螺母套筒44没有上下移动，此时的动作轴41只有转动，而无上下移动。

如图4所示，动作轴41末端连接有末端法兰51，末端法兰51可连接工具50，通过以上的设计，工具50质心偏置距离（即工具50的质心与J3轴的中心线间的距离）L1可以更大，综上所述末端连接工具50惯量可以更大。

以上说明书中未做特别说明的部分均为现有技术，或者通过现有技术既能实现。而且本实用新型中所述具体实施案例仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本实用新型的技术范畴。

设计图

包含动作轴结构的产业机器人论文和设计

包含动作轴结构的产业机器人论文和设计-何杰

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

相关信息详情

猜你喜欢