用於scara型機械手臂的關節機構的製作方法

2023-11-11 21:43:17 2

專利名稱：用於scara型機械手臂的關節機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種機械手臂的運動結構，更具體的說，本發明主要涉及一種用於SCARA型機械手臂的關節機構。
背景技術：
SCARA機器人在速度、可重複性以及精度方面的性能良好，其應用在諸如裝卸或零件組裝的許多工業性作業中，這種機器人還優於其它技術，因為其適於進行學習操作，這些操作包括手工將該機器人的工具容納構建導引至所需的位置，然後將該配置存儲在存儲器中，而不是將其編程進去。例如公開號為CN 101066590A的中國發明專利中公開的一種SCARA型機器人結構及相應的機器人，其中的作業主軸的軸向平移通過聯動臂的電機帶動實現前述功能，但由於作業主軸的位移動力裝置不具有獨立性，因此造成作業主軸的軸向平移運動行程不足，使得其作業範圍受到該結構的限制，並且運算定位精度也將隨之受到影響，因此基於前述現有技術中所存在的缺陷，有必要對SCARA型機械手臂作業主軸的聯動結構做進一步的研究和改進。

發明內容
本發明的目的之一在於解決上述不足，提供一種用於SCARA型機械手臂的關節機構，以期望解決現有技術中SCARA型機械手臂的作業主軸軸向平移行程不足，影響其作業範圍及定位精度等技術問題。為解決上述的技術問題，本發明採用以下技術方案
本發明所提供的一種用於SCARA型機械手臂的關節機構，包括基座，所述基座上安裝有第一臂，所述第一臂能夠相對第一轉軸線轉動，且第一臂上還安裝有第二臂，所述第二臂能夠相對於第二轉軸線轉動，所述第二臂的內腔中設有作業主軸，所述作業主軸的固定端與第一動力裝置動力連接，所述第一動力裝置安裝在第一筋板上，作業主軸能夠在第一動力裝置的作用下相對第三轉軸線轉動；所述第一筋板的下方還安裝有空心絲杆，所述作業主軸置於空心絲杆的內部；所述第二臂的內腔中還設有第二動力裝置，所述第二動力裝置與空心絲杆外部的運動副動力連接，空心絲杆能夠在第二動力裝置的作用下，通過運動副帶動第一動力裝置與作業主軸進行軸向平移。作為優選，進一步的技術方案是所述空心絲杆外部的運動副為其外部的螺紋以及與該螺紋相配合的螺母，所述螺母的外部還與第一齒輪緊密固定連接，所述第二動力裝置上安裝有與第一齒輪相嚙合的第二齒輪，所述第二動力裝置能夠通過第二齒輪帶動第一齒輪轉動。更進一步的技術方案是所述第二動力裝置為第二電機與第二減速器，所述第二電機的輸出軸與第二減速器的動力輸入端相連接，所述第二減速器通過第一傳動軸與第二齒輪緊密固定，所述第一傳動軸的上端與下端均設有第一滾動軸承，第一傳動軸能夠相對第四轉軸線轉動。
更進一步的技術方案是所述第一筋板與第二臂內腔壁之間的接觸面上還設有滑塊，且第二臂內腔壁上設有與其相配合的滑軌。更進一步的技術方案是所述空心絲杆外部的運動副置於第二臂內腔的底部，且螺母與第二臂內腔的底部之間還設有第二滾動軸承，所述第二滾動軸承與第一齒輪固定連接；所述第一動力裝置為第一電機與第一減速器，且第一電機的輸出軸與作業主軸的固定端動力連接。更進一步的技術方案是所述作業主軸的兩端與其外部的空心絲杆之間均設有第
三滾動軸承。更進一步的技術方案是所述安裝於作業主軸固定端的第三滾動軸承與空心絲杆之間還設有墊圈。更進一步的技術方案是所述基座的內腔中還安裝有第三電機與第三減速器，所述第三電機與第三減速器之間動力連接，且第三減速器的輸出端與第一臂的一端相連接，以帶動第一臂相對第一轉軸線轉動。更進一步的技術方案是所述第二臂的內腔中還安裝有第四電機，且第四電機與置於第一臂，並與其連接的一端內腔中的第四減速器動力連接，以帶動第二臂相對第二轉軸線轉動。更進一步的技術方案是所述基座內腔中的第三電機安裝在第二筋板上，且第三減速器通過上下兩端均設有第四滾動軸承的第二傳動軸與第一臂的一端相連接；所述第四減速器與第一臂的內腔之間設有第五滾動軸承。與現有技術相比，本發明的有益效果之一是通過在第二臂的內腔中增設獨立的第二動力裝置以及用於配合軸向平移的空心絲杆，增長了作業主軸軸向平移的行程，使其作業範圍得到擴大，並且通過將作業主軸平移的動力裝置與機械手臂的其它動力裝置分離，使得機械手臂的精度定位運算得到簡化，方便安裝與後期維修，同時本發明所提供的一種用於SCARA型機械手臂的關節機構結構簡單，適宜於在多種類型的SCARA機械手臂中集成安裝，應用範圍廣闊。


圖1為用於說明本發明一個實施例的結構示意 圖2為圖1中A處的放大 圖3為圖1中B處的放大 圖中，I為基座、2為第一臂、3為第二臂、4為作業主軸、5為第一動力裝置、6為第一筋板、7為空心絲杆、8為第二動力裝置、81為第二電機、82為第二減速器、9為螺母、10為第一齒輪、11為第二齒輪、12為第一傳動軸、13為第一滾動軸承、14為滑軌、15為第二滾動軸承、16為第三滾動軸承、17為墊圈、18為第三減速器、19為第四電機、20為第四減速器、21為第二筋板、22為第四滾動軸承、23為第五滾動軸承、24為第二傳動軸、25為第三減速器、26為滑塊、Zl為第一轉軸線、Z2為第二轉軸線、Z3為第三轉軸線、Z4為第四轉軸線。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步闡述。參考圖1所示，本發明的一個實施例是一種用於SCARA型機械手臂的關節機構，該機構中包括基座1，所述基座I上安裝有第一臂2，該第一臂2能夠相對第一轉軸線Zl轉動，且第一臂2上還安裝有第二臂3，該第二臂3能夠相對於第二轉軸線Z2轉動；前述第二臂3的內腔中設置有作業主軸4，該作業主軸4的固定端與第一動力裝置5動力連接，其中第一動力裝置5安裝在第一筋板6上，作業主軸4能夠在第一動力裝置5的作用下相對第三轉軸線Z3轉動；所述第一筋板6的下方還安裝有空心絲杆7，前述的作業主軸4置於空心絲杆7的內部；所述第二臂3的內腔中還設有第二動力裝置8，所述第二動力裝置8與空心絲杆7外部的運動副動力連接，空心絲杆7能夠在第二動力裝置8的作用下，通過運動副帶動第一動力裝置5與作業主軸4進行軸向平移。在本實施例中，上述的第二動力裝置8則為實現作業主軸4軸向平移動力提供的獨立裝置，在實際使用時，第二動力裝置8通過空心絲杆7外部的運動副，對空心絲杆7施加軸向的平移力，使其帶動作業主軸4進行軸向平移，且軸向平移的行程基本等於作業主軸4及空心絲杆7自身的長度，而第一動力裝置5相對於第二動力裝置8來說也相互獨立，並帶動作業主軸4進行旋轉作業。參考圖2所示，在本發明用於解決技術問題的一個優選實施例中，為使得上述第二動力裝置8通過運動副向空心絲杆7施加的軸向平移力發生損失，優選將上述空心絲杆7外部的運動副設置為由其外部的螺紋、以及與該螺紋相配合的螺母9組成，該螺母9的外部還與第一齒輪10緊密固定連接，所述第二動力裝置8上安裝有與第一齒輪10相嚙合的第二齒輪11，即第二動力裝置8能夠通過第二齒輪11帶動第一齒輪10轉動，當第一齒輪10轉動時帶動與其緊密連接的螺母9 一同轉動，空心絲杆7在螺母9轉動的作用下，帶動作業主軸4進行軸向平移。同時為避免上述的運動副結構導致作業主軸4的軸向平移行程縮短，最好將上述空心絲杆7外部的運動副結構設置於第二臂3內腔的底部，且螺母9與第二臂3內腔的底部之間還設有第二滾動軸承15，所述第二滾動軸承15與第一齒輪10固定連接，前述第二滾動軸承15可避免第一齒輪10轉動對第二臂3內腔底部的磨損；而為便於本實施例的實施，可直接米用第一電機與第一減速器作為上述的第一動力裝置5,並將第一電機的輸出軸直接與作業主軸4的固定端動力連接，第一電機的輸出軸轉動即對作業主軸4的固定端輸出動力。再參考圖2所示，根據本發明的另一實施例，上述第二動力裝置8可採用第二電機81與第二減速器82組成(但此處不排除用於輔助第二電機81與第二減速器82的其他裝置)，並將第二電機81的輸出軸與第二減速器82的動力輸入端相連接；同時為避免第二齒輪11在第二動力裝置8作用下轉動時對第二臂3內腔的底部的磨損，仍然可採用軸承予以解決，具體為第二減速器82通過第一傳動軸12與第二齒輪11緊密固定，並且在第一傳動軸12的上端與下端均設置第一滾動軸承13，第一傳動軸12能夠相對第四轉軸線TA轉動，當第一傳動軸12轉動時，即帶動與其緊密固定的第二齒輪11轉動，即向第一齒輪10傳動。參考圖3所示，為避免空心絲杆7在螺母9轉動作用下帶動作業主軸4軸向平移運動時，向作業主軸4提供動力的第一動力裝置5所安裝的第一筋板6與第二臂3的內腔壁發生磨損現象，在本發明的另一實施例中，在第一筋板6與第二臂3內腔壁之間的接觸面上增設滑塊26，同時在第二臂3內腔壁上設有與其相配合的滑軌14，當空心絲杆7帶動作業主軸4軸向平移時，第一筋板6也隨之上下移動，此時前述滑塊26在滑軌14上滑動，以減少摩擦，且起到一定的定位作用，同時滑塊26限制了空心絲杆7的旋轉，使得空心絲杆7隻能在第三轉軸線Z3向方向平移。再參考圖2、圖3所示，相應的，為避免作業主軸4轉動時與其外部的空心絲杆出現磨損，還可在作業主軸4的兩端與其外部的空心絲杆7之間均增設第三滾動軸承16。為使作業主軸4的固定端與其外部的空心絲杆7保持間隙，避免第一動力裝置5的動力輸出受損，還可在作業主軸4固定端的第三滾動軸承16與空心絲杆7之間增設墊圈17，使得作業主軸4的固定端與空心絲杆7之間形成間隙。再參考圖1所示，在本發明更為具體的一個實施例中，結合現有技術，在上述基座I的內腔中安裝第三電機18與第三減速器25，並將第三電機18與第三減速器25之間動力連接，且第三減速器25的輸出端與第一臂2的一端相連接，以帶動第一臂2相對第一轉軸線Zl轉動。在第三電機18與第三減速器25的作用下，對第一臂2的轉動形成運動約束，使其按照固定的行程進行轉動。並且，在上述第二臂3的內腔中還安裝有第四電機19，該第四電機19與置於第一臂2，並與其連接的一端內腔中的第四減速器20動力連接，以帶動第二臂3相對第二轉軸線Z2轉動。當第四電機19向第四減速器20輸出動力時，由於第四減速器20安裝在第一臂2的內腔中，在軸承的作用下，使得第四電機19與第四減速器20結合對第二臂3在第一臂2一端上的運動形成約束，使其按照固定的行程進行轉動。同時，上述基座I內腔中的第三電機18安裝在第二筋板21上，且第三減速器25通過上下兩端均設有第四滾動軸承22的第二傳動軸24與第一臂2的一端相連接；所述第四減速器20與第一臂2的內腔之間設有第五滾動軸承23，在軸承的作用下，使得基座1、第一臂2與第二臂3在相對轉動時可減少摩擦，且結構裝配也較為簡單。上述實施例中的用於SCARA型機械手臂的關節機構在實際使用時，按照預定的運算定位行程路徑，基座I中的第三電機18與第三減速器25帶動第一臂2以第一轉軸線Zl為中心轉動，第一臂2中的第四減速器20與第二臂3中的第四電機19相配合，帶動第二臂3在第一臂2的一端以第二轉軸線Z2為中心轉動，而第二臂3內腔中的第一電機帶動作業主軸以第三轉軸線Z3為中心轉動作業，同時，第二臂3內腔中的第二電機81與第二減速器82相配合，通過齒輪傳動使空心絲杆7帶動作業主軸4進行上下軸向平移，顯然，前述結構及其配合方式可使得作業主軸4軸向平移的行程接近於作業主軸4自身的長度，且空心絲杆7在軸向移動的過程中，第一筋板6上的滑塊在第二臂3內腔壁上的滑軌14上滑動。而除上述以外，本發明在上述的實施例中還需要說明的是，在本說明書中所談到的「一個實施例」、「另一個實施例」、「實施例」、等，指的是結合該實施例描述的具體特徵、結構或者特點包括在本申請概括性描述的至少一個實施例中。在說明書中多個地方出現同種表述不是一定指的是同一個實施例。進一步來說，結合任一實施例描述一個具體特徵、結構或者特點時，所要主張的是結合其他實施例來實現這種特徵、結構或者特點也落在本發明的範圍內。
儘管這裡參照本發明的多個解釋性實施例對本發明進行了描述，但是，應該理解，本領域技術人員可以設計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則範圍和精神之內。更具體地說，在本申請公開、附圖和權利要求的範圍內，可以對主題組合布局的組成部件和/或布局進行多種變型和改進。除了對組成部件和/或布局進行的變型和改進外，對於本領域技術人員來說，其他的用途也將是明顯的。
權利要求
1.一種用於SCARA型機械手臂的關節機構，包括基座(I )，所述基座(I)上安裝有第一臂(2)，所述第一臂(2)能夠相對第一轉軸線(Zl)轉動，且第一臂(2)上還安裝有第二臂(3)，所述第二臂(3)能夠相對於第二轉軸線(Z2)轉動，其特徵在於:所述第二臂(3)的內腔中設有作業主軸(4)，所述作業主軸(4)的固定端與第一動力裝置(5)動力連接，所述第一動力裝置(5)安裝在第一筋板(6)上，作業主軸(4)能夠在第一動力裝置(5)的作用下相對第三轉軸線(Z3)轉動；所述第一筋板(6)的下方還安裝有空心絲杆(7)，所述作業主軸(4)置於空心絲杆(7)的內部；所述第二臂(3)的內腔中還設有第二動力裝置(8)，所述第二動力裝置(8)與空心絲杆(7)外部的運動副動力連接，空心絲杆(7)能夠在第二動力裝置(8)的作用下，通過運動副帶動第一動力裝置(5)與作業主軸(4)進行軸向平移。
2.根據權利要求1所述的用於SCARA型機械手臂的關節機構，其特徵在於:所述空心絲杆(7)外部的運動副為其外部的螺紋以及與該螺紋相配合的螺母(9)，所述螺母(9)的外部還與第一齒輪(10)緊密固定連接，所述第二動力裝置(8)上安裝有與第一齒輪(10)相嚙合的第二齒輪(11)，所述第二動力裝置(8)能夠通過第二齒輪(11)帶動第一齒輪(10)轉動。
3.根據權利要求2所述的用於SCARA型機械手臂的關節機構，其特徵在於:所述第二動力裝置(8)為第二電機(81)與第二減速器(82)，所述第二電機(81)的輸出軸與第二減速器(82)的動力輸入端相連接，所述第二減速器(82)通過第一傳動軸(12)與第二齒輪(11)緊密固定，所述第一傳動軸(12)的上端與下端均設有第一滾動軸承(13)，第一傳動軸(12)能夠相對第四轉軸線(Z4)轉動。
4.根據權利要求1所述的用於SCARA型機械手臂的關節機構，其特徵在於:所述第一筋板(6)與第二臂(3)內腔壁之間的接觸面上還設有滑塊(26)，且第二臂(3)內腔壁上設有與其相配合的滑軌(14)。
5.根據權利要求1或2所述的用於SCARA型機械手臂的關節機構，其特徵在於:所述空心絲杆(7)外部的運動副置於第二臂(3)內腔的底部，且螺母(9)與第二臂(3)內腔的底部之間還設有第二滾動軸 承(15)，所述第二滾動軸承(15)與第一齒輪(10)固定連接；所述第一動力裝置(5)為第一電機與第一減速器，且第一電機的輸出軸與作業主軸(4)的固定端動力連接。
6.根據權利要求1或2所述的用於SCARA型機械手臂的關節機構，其特徵在於:所述作業主軸(4)的兩端與其外部的空心絲杆(7)之間均設有第三滾動軸承(16)。
7.根據權利要求6所述的用於SCARA型機械手臂的關節機構，其特徵在於:所述安裝於作業主軸(4)固定端的第三滾動軸承(16)與空心絲杆(7)之間還設有墊圈(17)。
8.根據權利要求1所述的用於SCARA型機械手臂的關節機構，其特徵在於:所述基座(I)的內腔中還安裝有第三電機(18 )與第三減速器(25 )，所述第三電機(18 )與第三減速器(25)之間動力連接，且第三減速器(25)的輸出端與第一臂(2)的一端相連接，以帶動第一臂(2)相對第一轉軸線(Zl)轉動。
9.根據權利要求1或8所述的用於SCARA型機械手臂的關節機構，其特徵在於:所述第二臂(3)的內腔中還安裝有第四電機(19)，且第四電機(19)與置於第一臂(2)，並與其連接的一端內腔中的第四減速器(20)動力連接，以帶動第二臂(3)相對第二轉軸線(Z2)轉動。
10.根據權利要求9所述的用於SCARA型機械手臂的關節機構，其特徵在於:所述基座(I)內腔中的第三電機(18)安裝在第二筋板(21)上，且第三減速器(25)通過上下兩端均設有第四滾動軸承(22)的第二傳動軸(24)與第一臂(2)的一端相連接；所述第四減速器(20)與第 一臂(2)的內腔之間設有第五滾動軸承(23)。
全文摘要
本發明公開了一種用於SCARA型機械手臂的關節機構，屬一種機械手臂的運動結構，包括基座，所述基座上安裝有第一臂，所述第一臂能夠相對第一轉軸線轉動，且第一臂上還安裝有第二臂，所述第二臂能夠相對於第二轉軸線轉動，所述第二臂的內腔中設有作業主軸，所述作業主軸的固定端與第一動力裝置動力連接，所述第一動力裝置安裝在第一筋板上，作業主軸能夠在第一動力裝置的作用下相對第三轉軸線轉動；通過在第二臂的內腔中增設獨立的第二動力裝置以及用於配合軸向平移的空心絲杆，增長作業主軸軸向平移的行程，使其作業範圍得到擴大，且本發明所提供的一種用於SCARA型機械手臂的關節機構結構簡單，適宜於在多種類型的SCARA機械手臂中集成安裝，應用範圍廣闊。
文檔編號B25J17/00GK103072143SQ20131002675
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月24日 優先權日2013年1月24日
發明者田文 申請人:南京妙手機電科技有限公司