本發(fā)明涉及一種SCARA(平面多關(guān)節(jié))機(jī)器人系統(tǒng)，具體是指一種輕量化、模塊化、低成本的末端直驅(qū)的SCARA機(jī)器人系統(tǒng)，屬于SCARA機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科研、民用等各個領(lǐng)域。而SCARA機(jī)器人是一種圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，具有工作效率高，運(yùn)行可靠的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于裝配行業(yè)。但SCARA機(jī)器人的末端因帶有減速器，使得其運(yùn)動部分的質(zhì)量較大，而實(shí)現(xiàn)高速高精度運(yùn)動時對于機(jī)器人的機(jī)械和控制系統(tǒng)的要求非常高，導(dǎo)致整機(jī)成本與維修成本居高不下。因此，減少SCARA機(jī)器人運(yùn)動部分的質(zhì)量﹑并且對整機(jī)進(jìn)行輕量化和模塊化設(shè)計(jì)，是降低SCARA機(jī)器人整體成本的有效方式。

SCARA平面多關(guān)節(jié)機(jī)器人一般具有兩個以上的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，電機(jī)驅(qū)動裝置布置在每一個關(guān)節(jié)上，以驅(qū)動各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，機(jī)器人末端的運(yùn)動軌跡為幾個關(guān)節(jié)運(yùn)動的合成。機(jī)器人的末端在定位時數(shù)據(jù)計(jì)算量較大，控制系統(tǒng)的成本較高，傳統(tǒng)的帶輪傳動裝置結(jié)構(gòu)松散、精度低、不容易控制。采用電機(jī)直驅(qū)結(jié)構(gòu)有助于減小末端機(jī)械系統(tǒng)的體積，省去減速機(jī)構(gòu)，從而達(dá)到減小機(jī)器人體積，增加關(guān)節(jié)剛度的目的。

現(xiàn)有技術(shù)中，中國專利CN201510121144.7公開了一種直驅(qū)式可翻轉(zhuǎn)晶圓傳輸機(jī)器人，其采用直驅(qū)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了可翻轉(zhuǎn)的傳輸結(jié)構(gòu)，但是主要用于翻轉(zhuǎn)手腕使用電機(jī)驅(qū)動真空吸附末端，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)動作，不能直接進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，且并沒有考慮結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)。而中國專利CN201310021481.X則公開了一種基于視覺系統(tǒng)的機(jī)器人柔性沖壓工件搬運(yùn)系統(tǒng)，其主要用于沖壓件的搬運(yùn)自動化，未采用直驅(qū)結(jié)構(gòu)。

因此，目前亟需提供一種輕量化模塊化的末端直驅(qū)平面多關(guān)節(jié)機(jī)器人系統(tǒng)，以達(dá)到減小機(jī)器人體積，增加關(guān)節(jié)剛度，降低整機(jī)成本的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種輕量化模塊化的末端直驅(qū)平面多關(guān)節(jié)機(jī)器人系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)的SCARA機(jī)器人結(jié)構(gòu)松散、精度低、不容易控制的技術(shù)問題，采用末端直驅(qū)結(jié)構(gòu)，并對SCARA機(jī)器人整機(jī)進(jìn)行輕量化和模塊化設(shè)計(jì)，使得結(jié)構(gòu)簡單，降低成本，提高系統(tǒng)結(jié)構(gòu)剛度及控制精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種輕量化模塊化的末端直驅(qū)平面多關(guān)節(jié)機(jī)器人系統(tǒng)，包含：機(jī)座，其固定設(shè)置在地面上或工作空間上；大臂模塊，其連接設(shè)置在所述的機(jī)座頂端，且該大臂模塊可繞豎直方向轉(zhuǎn)動；小臂模塊，其連接設(shè)置在所述的大臂模塊上，且該小臂模塊可繞豎直方向轉(zhuǎn)動；主軸直驅(qū)模塊，其連接設(shè)置在所述的小臂模塊上，且該主軸直驅(qū)模塊可繞豎直方向轉(zhuǎn)動；直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)，其固定設(shè)置在所述的小臂模塊上，且與所述的主軸直驅(qū)模塊連接，帶動該主軸直驅(qū)模塊上下移動。

所述的大臂模塊包含：大臂，其后端通過第一轉(zhuǎn)軸與所述的機(jī)座頂端連接；第一電機(jī)，其固定設(shè)置在所述的機(jī)座上；第一傳動組件，其固定設(shè)置在所述的機(jī)座上，且分別連接所述的第一電機(jī)和大臂的第一轉(zhuǎn)軸，將第一電機(jī)的動力傳遞至大臂，驅(qū)動大臂以第一轉(zhuǎn)軸為中心繞豎直方向轉(zhuǎn)動。

所述的第一電機(jī)為高機(jī)動伺服電機(jī)，所述的第一傳動組件為諧波減速器，該第一電機(jī)和第一傳動組件的傳動軸均采用軸承實(shí)現(xiàn)軸向固定。

所述的小臂模塊包含：小臂，其后端通過第二轉(zhuǎn)軸與所述的大臂的前端連接；第二電機(jī)；第二傳動組件，其固定設(shè)置在所述的小臂上，且分別連接所述的第二電機(jī)和小臂的第二轉(zhuǎn)軸，將第二電機(jī)的動力傳遞至小臂，驅(qū)動小臂以第二轉(zhuǎn)軸為中心繞豎直方向轉(zhuǎn)動。

所述的第二電機(jī)為高機(jī)動伺服電機(jī)，所述的第二傳動組件為諧波減速器，該第二電機(jī)和第二傳動組件的傳動軸均采用軸承實(shí)現(xiàn)軸向固定。

所述的主軸直驅(qū)模塊包含：末端主軸，其穿設(shè)在所述的小臂的前端；第三電機(jī)，其套設(shè)在所述的末端主軸上，直接驅(qū)動末端主軸繞豎直方向轉(zhuǎn)動。

所述的末端主軸為空心軸；所述的第三電機(jī)為高機(jī)動伺服電機(jī)。

所述的直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)包含：滾珠絲杠，其頂端通過連接板與所述的末端主軸的頂端連接；第四電機(jī)，其固定設(shè)置在所述的小臂上；第三傳動組件，其分別連接所述的第四電機(jī)和滾珠絲杠，將第四電機(jī)的動力傳遞至滾珠絲杠，驅(qū)動滾珠絲杠繞豎直方向轉(zhuǎn)動并上下移動，并通過連接板帶動末端主軸上下移動。

所述的第四電機(jī)為高機(jī)動伺服電機(jī)。

本發(fā)明所提供的輕量化模塊化的末端直驅(qū)平面多關(guān)節(jié)機(jī)器人系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、末端主軸旋轉(zhuǎn)采用直驅(qū)電機(jī)直接驅(qū)動，減少了常規(guī)的傳動減速結(jié)構(gòu)，消除間隙誤差，極大的提高了控制精度，也使得整體結(jié)構(gòu)更加緊湊，并且具有高解析度、高定位精度和高剛性，有效改善了平面多關(guān)節(jié)機(jī)器人系統(tǒng)的性能。

2、采用輕量化、模塊化設(shè)計(jì)，使得平面多關(guān)節(jié)機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，降低生產(chǎn)成本以及維護(hù)成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中的輕量化模塊化的末端直驅(qū)平面多關(guān)節(jié)機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中的輕量化模塊化的末端直驅(qū)平面多關(guān)節(jié)機(jī)器人系統(tǒng)裝配后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中的輕量化模塊化的末端直驅(qū)平面多關(guān)節(jié)機(jī)器人系統(tǒng)裝配后的剖面示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合圖1～圖3，詳細(xì)說明本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例。

如圖1～圖3所示，為本發(fā)明提供的輕量化模塊化的末端直驅(qū)平面多關(guān)節(jié)機(jī)器人系統(tǒng)，包含：機(jī)座1，其固定設(shè)置在地面上或工作空間上；大臂模塊，其連接設(shè)置在所述的機(jī)座頂端，且該大臂模塊可繞豎直方向轉(zhuǎn)動；小臂模塊，其連接設(shè)置在所述的大臂模塊上，且該小臂模塊可繞豎直方向轉(zhuǎn)動；主軸直驅(qū)模塊，其連接設(shè)置在所述的小臂模塊上，且該主軸直驅(qū)模塊可繞豎直方向轉(zhuǎn)動；直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)，其固定設(shè)置在所述的小臂模塊上，且與所述的主軸直驅(qū)模塊連接，帶動該主軸直驅(qū)模塊上下移動。

如圖2所示，所述的大臂模塊包含：大臂2，其后端通過第一轉(zhuǎn)軸與所述的機(jī)座頂端連接；第一電機(jī)21，其固定設(shè)置在所述的機(jī)座1上；第一傳動組件22，其固定設(shè)置在所述的機(jī)座1上，且分別連接所述的第一電機(jī)21和大臂2的第一轉(zhuǎn)軸，將第一電機(jī)21的動力傳遞至大臂2，驅(qū)動大臂2以第一轉(zhuǎn)軸為中心繞豎直方向轉(zhuǎn)動。

所述的第一電機(jī)21為高機(jī)動伺服電機(jī)，所述的第一傳動組件22為諧波減速器，該第一電機(jī)21和第一傳動組件22的傳動軸均采用軸承實(shí)現(xiàn)軸向固定。

所述的小臂模塊包含：小臂3，其后端通過第二轉(zhuǎn)軸與所述的大臂2的前端連接；第二電機(jī)31；第二傳動組件32，其固定設(shè)置在所述的小臂3上，且分別連接所述的第二電機(jī)31和小臂3的第二轉(zhuǎn)軸，將第二電機(jī)31的動力傳遞至小臂3，驅(qū)動小臂3以第二轉(zhuǎn)軸為中心繞豎直方向轉(zhuǎn)動。

所述的第二電機(jī)31為高機(jī)動伺服電機(jī)，所述的第二傳動組件32為諧波減速器，該第二電機(jī)31和第二傳動組件32的傳動軸均采用軸承實(shí)現(xiàn)軸向固定。

所述的主軸直驅(qū)模塊包含：末端主軸5，其穿設(shè)在所述的小臂3的前端；第三電機(jī)51，其套設(shè)在所述的末端主軸5上，通過滾珠花鍵直接驅(qū)動末端主軸5繞豎直方向轉(zhuǎn)動。

所述的末端主軸5為空心軸；所述的第三電機(jī)51為高機(jī)動伺服電機(jī)。

區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的SCARA機(jī)器人結(jié)構(gòu)形式，本發(fā)明中用于驅(qū)動末端主軸5旋轉(zhuǎn)的第三電機(jī)51采用直驅(qū)電機(jī)，其能夠直接驅(qū)動末端主軸5旋轉(zhuǎn)，而無需采用任何的傳動減速結(jié)構(gòu)，使得精度高，裝配更簡單，節(jié)省了傳動減速結(jié)構(gòu)的安裝過程和所需的空間安裝位置，使得SCARA機(jī)器人的整體體積更小，提高整體結(jié)構(gòu)剛度，達(dá)到輕量化、低成本的設(shè)計(jì)。

所述的直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)包含：滾珠絲杠4，其頂端通過連接板42與所述的末端主軸5的頂端連接；第四電機(jī)41，其固定設(shè)置在所述的小臂3上；第三傳動組件43，其分別連接所述的第四電機(jī)41和滾珠絲杠4，將第四電機(jī)41的動力傳遞至滾珠絲杠4，驅(qū)動滾珠絲杠4繞豎直方向轉(zhuǎn)動并上下移動，并通過連接板42帶動末端主軸5上下移動。

所述的第四電機(jī)41為高機(jī)動伺服電機(jī)。

本發(fā)明中，所述的機(jī)座、大臂模塊、小臂模塊和主軸直驅(qū)模塊均由多個組合件組裝形成模塊化設(shè)計(jì)，各模塊之間通過螺釘連接即可組成低成本、模塊化的SCARA機(jī)器人整機(jī)。并且，其中機(jī)座上安裝軸承用以固定第一轉(zhuǎn)軸的位置，可在SCARA機(jī)器人整機(jī)組合之后進(jìn)行整體加工，從而最大限度的保證同軸度；而大臂模塊和小臂模塊的連接處可設(shè)計(jì)凸臺結(jié)構(gòu)，以保證裝配后實(shí)現(xiàn)高同軸度。

本發(fā)明所提供的輕量化模塊化的末端直驅(qū)平面多關(guān)節(jié)機(jī)器人系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、末端主軸旋轉(zhuǎn)采用直驅(qū)電機(jī)直接驅(qū)動，減少了常規(guī)的傳動減速結(jié)構(gòu)，消除間隙誤差，極大的提高了控制精度，也使得整體結(jié)構(gòu)更加緊湊，并且具有高解析度、高定位精度和高剛性，有效改善了平面多關(guān)節(jié)機(jī)器人系統(tǒng)的性能。

2、采用輕量化、模塊化設(shè)計(jì)，使得平面多關(guān)節(jié)機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，降低生產(chǎn)成本以及維護(hù)成本。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。