專利名稱：平面多關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械本體，具體地說是一種平面多關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂組件。
背景技術(shù)：
隨著電子、航天、軍事和生物醫(yī)藥等工業(yè)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品和現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)活動要求微型化、精密化、高純度、高質(zhì)量和高可靠性，要求半導(dǎo)體元器件在相當(dāng)高的真空度和潔凈度環(huán)境下加工。用于半導(dǎo)體器件搬運(yùn)的小型機(jī)器人，必須能夠適應(yīng)高潔凈度而空間狹小的使用環(huán)境，同時滿足結(jié)構(gòu)簡單緊湊、結(jié)構(gòu)剛度高、運(yùn)動靈活可靠、重復(fù)定位精度高和可靠性高的要求。為了提高工作效率，通常將兩組機(jī)械手臂安裝在一起，當(dāng)一組手臂取片之后，另一組手臂可以放片。目前，最常見的用于真空環(huán)境的雙手臂搬運(yùn)機(jī)器人主要有跳蛙型雙臂真空機(jī)器人、雙蛙腿型雙臂真空機(jī)器人和斜置跳蛙型雙臂真空機(jī)器人，這些雙臂真空機(jī)器人結(jié)構(gòu)雖然簡潔，但在并聯(lián)手臂的末端通常都需要8字形鋼帶進(jìn)行約束以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動同步，而8 字形鋼帶是提高整個機(jī)械臂剛度和獲得理想的最大無故障工作時間的主要瓶頸。近來又出現(xiàn)了采用兩組七桿連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)雙臂運(yùn)動的機(jī)器人，但由于桿件過多，運(yùn)動控制較復(fù)雜，更重要的是最小回轉(zhuǎn)半徑較大，不適合用于空間寶貴的真空腔室。

實(shí)用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有真空機(jī)器人存在的上述問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種平面多關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂組件。該機(jī)器人手臂組件能夠適應(yīng)空間狹小的高真空度和高潔凈度使用環(huán)境，同時滿足結(jié)構(gòu)簡單緊湊、結(jié)構(gòu)剛度高、重復(fù)定位精度高和可靠性高的要求，可用于半導(dǎo)體器件搬運(yùn)，也適用于其他需要小型機(jī)器人的行業(yè)和場合。本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型包括底座和至少兩組可伸縮旋轉(zhuǎn)的五連桿機(jī)構(gòu)，其中底座上設(shè)有至少兩個分別由驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸，每組五連桿機(jī)構(gòu)的一端連接在一個旋轉(zhuǎn)軸上，另一端設(shè)有抓持工件的執(zhí)行器。其中所述底座上的各旋轉(zhuǎn)軸同軸設(shè)置；所述每組五連桿機(jī)構(gòu)均包括兩個大臂及兩個小臂，兩個大臂的一端分別連接一個旋轉(zhuǎn)軸，兩個大臂的另一端分別鉸接一個小臂的一端，兩個小臂的另一端相鉸接；每組五連桿機(jī)構(gòu)中的大臂相間隔設(shè)置，兩相鄰大臂之間的夾角為鈍角或銳角。所述旋轉(zhuǎn)軸包括外軸及內(nèi)軸，外軸與內(nèi)軸同軸安裝在底座上，五連桿機(jī)構(gòu)為兩組， 分別為第一組五連桿機(jī)構(gòu)及第二組五連桿機(jī)構(gòu)，第一組五連桿機(jī)構(gòu)與第二組五連桿機(jī)構(gòu)對稱設(shè)置；第一組五連桿機(jī)構(gòu)包括第一大臂、第一小臂、第二大臂及第二小臂，其中第一大臂的一端與外軸相連，另一端與第一小臂的一端鉸接；第二大臂的一端與內(nèi)軸相連，另一端與第二小臂的一端鉸接，第二小臂的另一端與第一小臂的另一端相鉸接；第一小臂的另一端安裝有第一末端執(zhí)行器；第二組五連桿機(jī)構(gòu)包括第三大臂、第三小臂、第四大臂及第四小臂，其中第三大臂的一端與外軸相連，另一端與第三小臂的一端鉸接；第四大臂的一端與內(nèi)軸相連，另一端與第四小臂鉸接，第四小臂的另一端與第三小臂相鉸接；第三小臂的另一端安裝有第二末端執(zhí)行器；第四大臂位于第一組五連桿機(jī)構(gòu)的下方，第三大臂、第三小臂及第四小臂位于第一組五連桿機(jī)構(gòu)的上方。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為1.結(jié)構(gòu)簡單可靠本實(shí)用新型末端執(zhí)行器直接固連在手臂的五連桿機(jī)構(gòu)上，代替齒輪嚙合傳動或鋼帶傳動，避免了齒輪間隙調(diào)節(jié)的復(fù)雜性或鋼帶的可靠性瓶頸，保證了小臂運(yùn)動的同步性；并且簡化了傳動結(jié)構(gòu)，通過減少不可靠部件，提高可靠性，降低生產(chǎn)成本。2.結(jié)構(gòu)剛性好本實(shí)用新型每組手臂組件均采用并聯(lián)五桿機(jī)構(gòu)的手臂形式，提高了手臂的剛性，比采用其它形式手臂的伸展距離更大，滿足較大物體的搬運(yùn)和較遠(yuǎn)距離的搬運(yùn)。3.兩組手臂的伸縮方向之間夾角通常在60°左右，只需轉(zhuǎn)動較小角度就可以交換晶片，因此速度更快。4.運(yùn)動靈活可靠本實(shí)用新型采用五連桿機(jī)構(gòu)，只有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動副，使得手臂的運(yùn)動更加靈活。

圖1為本實(shí)用新型立體結(jié)構(gòu)(對稱雙臂)示意圖；圖2為本實(shí)用新型左右側(cè)手臂均處于縮回工作位置的俯視圖；圖3為本實(shí)用新型左右側(cè)手臂處于一伸一縮工作位置的俯視圖；其中1為底座，2為外軸，3為內(nèi)軸，4為第一大臂，5為第二大臂，6為第三大臂，7 為第四大臂，8為第一小臂，9為第二小臂，10為第三小臂，11為第四小臂，12為第一工件，13 為第二工件，14為第一末端執(zhí)行器，15為第二末端執(zhí)行器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述。本實(shí)用新型平面多關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂組件包括底座1和至少兩組可伸縮旋轉(zhuǎn)的五連桿機(jī)構(gòu)，其中底座1上設(shè)有至少兩個分別由驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸，每組五連桿機(jī)構(gòu)的一端連接在一個旋轉(zhuǎn)軸上，另一端設(shè)有抓持工件的執(zhí)行器。底座1上的各旋轉(zhuǎn)軸同軸設(shè)置；每組五連桿機(jī)構(gòu)均包括兩個大臂及兩個小臂，兩個大臂的一端分別連接一個旋轉(zhuǎn)軸，兩個大臂的另一端分別鉸接一個小臂的一端，兩個小臂的另一端相鉸接；每組五連桿機(jī)構(gòu)中的大臂相間隔設(shè)置，兩相鄰大臂之間的夾角為鈍角或銳角。本實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)軸包括外軸2及內(nèi)軸3，外軸2與內(nèi)軸3同軸安裝在底座1上，分別由兩臺驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動；五連桿機(jī)構(gòu)為兩組，分別為第一組五連桿機(jī)構(gòu)及第二組五連桿機(jī)構(gòu)，第一組五連桿機(jī)構(gòu)與第二組五連桿機(jī)構(gòu)對稱設(shè)置。如圖1 3所示，第一組五連桿機(jī)構(gòu)包括第一大臂4、第一小臂8、第二大臂5及第二小臂9，其中第一大臂4的一端固接在外軸2上，另一端與第一小臂8的一端鉸接；第二大臂5的一端固接在內(nèi)軸3上，另一端與第二小臂9的一端鉸接，第二小臂9的另一端與第一小臂8的另一端相鉸接；在第一小臂8的另一端安裝有第一末端執(zhí)行器14。第二組五連桿機(jī)構(gòu)包括第三大臂6、第三小臂10、第四大臂7及第四小臂11，其中第三大臂6的一端固接在外軸2上，另一端與第三小臂10的一端鉸接；第四大臂7的一端固接在內(nèi)軸3上，另一端與第四小臂11鉸接，第四小臂11的另一端與第三小臂10相鉸接； 在第三小臂10的另一端安裝有第二末端執(zhí)行器15。第一大臂4與第一小臂8的鉸接端，第一大臂4的另一端在下、第一小臂8的一端在上；第二大臂5與第二小臂9的鉸接端，第二大臂5的另一端在下、第二小臂9的一端在上；第二小臂9與第一小臂8的鉸接端，第二小臂9的另一端在下、第一小臂8的另一端在上。第四大臂7位于整個第一組五連桿機(jī)構(gòu)的下方，第三大臂6、第三小臂10及第四小臂11位于整個第一組五連桿機(jī)構(gòu)的上方。第三大臂6與第三小臂10的鉸接端，第三大臂 6的另一端在下、第三小臂10的一端在上；第四大臂7與第四小臂11的鉸接端，第四大臂 7的另一端在下、第四小臂11的一端在上；第四小臂11與第三小臂10的鉸接端，第三小臂 10的另一端在下、第四小臂11的另一端在上。第一末端執(zhí)行器14及第二末端執(zhí)行器15分別用于抓持著第一工件12及第二工件13，第一工件12與第二工件13可以是晶圓或玻璃基板等。第一大臂4與第三大臂6之間的夾角可以為鈍角或銳角，第二大臂5與第四大臂 7之間的夾角可以為鈍角或銳角。本實(shí)用新型的工件原理為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動與外軸2及內(nèi)軸3分別相連的驅(qū)動電機(jī)工作，驅(qū)動外軸2及內(nèi)軸3同速同向旋轉(zhuǎn)，分別帶動第一組五連桿機(jī)構(gòu)中的第一大臂4及第二組五連桿機(jī)構(gòu)中的第三大臂 6同速同向旋轉(zhuǎn)，同理，第一組五連桿機(jī)構(gòu)中的第二大臂5及第二組五連桿機(jī)構(gòu)中的第四大臂7同速同向旋轉(zhuǎn)；由于第一大臂4與第三大臂6之間沒有相對角度變化，第二大臂5與第四大臂7之間也沒有相對角度變化，機(jī)器人手臂組件的形狀就不會發(fā)生改變，因此，產(chǎn)生了機(jī)器人手臂組件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，也就是第一末端執(zhí)行器14及第二末端執(zhí)行器15的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。伸縮運(yùn)動與外軸2及內(nèi)軸3分別相連的驅(qū)動電機(jī)工作，驅(qū)動外軸2及內(nèi)軸3變速反向旋轉(zhuǎn)，分別帶 動第一組五連桿機(jī)構(gòu)中的第一大臂4及第二組五連桿機(jī)構(gòu)中的第三大臂 6變速反向旋轉(zhuǎn)，同理，第一組五連桿機(jī)構(gòu)中的第二大臂5及第二組五連桿機(jī)構(gòu)中的第四大臂7變速反向旋轉(zhuǎn)；通過對驅(qū)動外軸2、內(nèi)軸3旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的控制，達(dá)到對第一末端執(zhí)行器14和第二末端執(zhí)行器15沿直線L的伸縮運(yùn)動。
權(quán)利要求1.一種平面多關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂組件，其特征在于包括底座(1)和至少兩組可伸縮旋轉(zhuǎn)的五連桿機(jī)構(gòu)，其中底座(1)上設(shè)有至少兩個分別由驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸，每組五連桿機(jī)構(gòu)的一端連接在一個旋轉(zhuǎn)軸上，另一端設(shè)有抓持工件的執(zhí)行器。
2.按權(quán)利要求1所述的平面多關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂組件，其特征在于所述底座(1)上的各旋轉(zhuǎn)軸同軸設(shè)置。
3.按權(quán)利要求1所述的平面多關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂組件，其特征在于所述每組五連桿機(jī)構(gòu)均包括兩個大臂及兩個小臂，兩個大臂的一端分別連接一個旋轉(zhuǎn)軸，兩個大臂的另一端分別鉸接一個小臂的一端，兩個小臂的另一端相鉸接；每組五連桿機(jī)構(gòu)中的大臂相間隔設(shè)置，兩相鄰大臂之間的夾角為鈍角或銳角。
4.按權(quán)利要求1或2所述的平面多關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂組件，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)軸包括外軸(2)及內(nèi)軸(3)，外軸(2)與內(nèi)軸(3)同軸安裝在底座(1)上，五連桿機(jī)構(gòu)為兩組， 分別為第一組五連桿機(jī)構(gòu)及第二組五連桿機(jī)構(gòu)，第一組五連桿機(jī)構(gòu)與第二組五連桿機(jī)構(gòu)對稱設(shè)置。
5.按權(quán)利要求4所述的平面多關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂組件，其特征在于所述第一組五連桿機(jī)構(gòu)包括第一大臂(4)、第一小臂(8)、第二大臂(5)及第二小臂(9)，其中第一大臂(4) 的一端與外軸(2)相連，另一端與第一小臂(8)的一端鉸接；第二大臂(5)的一端與內(nèi)軸 (3)相連，另一端與第二小臂(9)的一端鉸接，第二小臂(9)的另一端與第一小臂⑶的另一端相鉸接。
6.按權(quán)利要求5所述的平面多關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂組件，其特征在于所述第一小臂(8) 的另一端安裝有第一末端執(zhí)行器(14)。
7.按權(quán)利要求4所述的平面多關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂組件，其特征在于所述第二組五連桿機(jī)構(gòu)包括第三大臂(6)、第三小臂(10)、第四大臂(7)及第四小臂(11)，其中第三大臂 (6)的一端與外軸(2)相連，另一端與第三小臂(10)的一端鉸接；第四大臂(7)的一端與內(nèi)軸(3)相連，另一端與第四小臂(11)鉸接，第四小臂(11)的另一端與第三小臂(10)相鉸接。
8.按權(quán)利要求7所述的平面多關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂組件，其特征在于所述第三小臂 (10)的另一端安裝有第二末端執(zhí)行器(15)。
9.按權(quán)利要求7所述的平面多關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂組件，其特征在于所述第四大臂(7) 位于第一組五連桿機(jī)構(gòu)的下方，第三大臂(6)、第三小臂(10)及第四小臂(11)位于第一組五連桿機(jī)構(gòu)的上方。
專利摘要本實(shí)用新型涉及工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械本體，具體地說是一種平面多關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂組件，包括底座和至少兩組可伸縮旋轉(zhuǎn)的五連桿機(jī)構(gòu)，其中底座上設(shè)有至少兩個分別由驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軸，每組五連桿機(jī)構(gòu)的一端連接在一個旋轉(zhuǎn)軸上，另一端設(shè)有抓持工件的執(zhí)行器；底座上的各旋轉(zhuǎn)軸同軸設(shè)置；每組五連桿機(jī)構(gòu)均包括兩個大臂及兩個小臂，兩個大臂的一端分別連接一個旋轉(zhuǎn)軸，兩個大臂的另一端分別鉸接一個小臂的一端，兩個小臂的另一端相鉸接；每組五連桿機(jī)構(gòu)中的大臂相間隔設(shè)置，兩相鄰大臂之間的夾角為鈍角或銳角。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、結(jié)構(gòu)剛性好、速度快、運(yùn)動靈活可靠等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B25J18/00GK201998175SQ20102066083
公開日2011年10月5日 申請日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者徐方, 曲道奎, 王鳳利, 王金濤 申請人:沈陽新松機(jī)器人自動化股份有限公司