選擇順應性裝配機器手臂的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種選擇順應性裝配機器手臂，包括：通過手臂旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接的前臂和后臂；和通過手臂線性關(guān)節(jié)與所述前臂遠離所述手臂旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的一端連接的伸縮桿；通過手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與所述伸縮桿的一端連接的多自由度的手腕；所述手臂線性關(guān)節(jié)的線性運動方向與所述手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動軸的方向平行。通過上述配置，選擇順應性裝配機器手臂具有全方位的自由度，因此其在運動空間內(nèi)所有工作點上具有多種工作姿態(tài)，拓寬了這種機器人的應用范圍，尤其在一些需要改變末端執(zhí)行器姿態(tài)的操作領(lǐng)域。
【專利說明】選擇順應性裝配機器手臂
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及選擇順應性裝配機器手臂(SCARA)，更具體地說，涉及選擇順應性裝配機器手臂的手腕。
【背景技術(shù)】
[0002]由于4自由度選擇順應性裝配機器手臂(SCARA, Selective CompliantArticulated RobotArm)機器人價格低、效率高、輕巧、安裝面積小以及極其出色的高速性能，在3C行業(yè)中，得到了廣泛地應用。傳統(tǒng)的4軸SCARA機器人，在Z方向具有很好的剛性，同時在XY平面內(nèi)又具有很好的柔順性，使得SCARA機器人在許多應用領(lǐng)域，比如:搬運，具有特別的優(yōu)勢。
[0003]然而，由于4軸SCARA機器人的手腕非多自由度手腕，僅僅只有I個旋轉(zhuǎn)自由度，因此也限制了它的應用領(lǐng)域，尤其需要改變末端執(zhí)行器姿態(tài)的操作。目前一些機器人廠商或者機器人用戶通過在末端執(zhí)行器上增加I個或者2個執(zhí)行器，如氣缸、電機等，來實現(xiàn)末端執(zhí)行器更多自由度的運動。但這樣的改造使得機器人配置變得復雜，不易于使用和操作。
實用新型內(nèi)容
[0004]針對上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種選擇順應性裝配機器手臂，包括:通過手臂旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接的前臂和后臂；和通過手臂線性關(guān)節(jié)與所述前臂遠離所述手臂旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的一端連接的伸縮桿；通過手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與所述伸縮桿的一端連接的多自由度的手腕；所述手臂線性關(guān)節(jié)的線性運動方向與所述手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動軸的方向平行。通過上述配置，選擇順應性裝配機器手臂具有全方位的自由度，因此其在運動空間內(nèi)所有工作點上具有多種工作姿態(tài)，拓寬了這種機器人的應用范圍，尤其在一些需要改變末端執(zhí)行器姿態(tài)的操作領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]圖1示出根據(jù)本實用新型的一個實施例的選擇順應性裝配機器手臂；
[0006]圖2示出根據(jù)本實用新型的一個實施例的手腕的剖視圖；
[0007]圖3示出根據(jù)本實用新型的一個實施例采用中空軸電動機和中空軸齒輪箱的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的剖視圖；和
[0008]圖4示出根據(jù)本實用新型的一個實施例采用非中空軸電動機和中空軸齒輪箱的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的剖視圖。
【具體實施方式】
[0009]圖1示出根據(jù)本實用新型的一個實施例的選擇順應性裝配機器手臂。如圖1所示，選擇順應性裝配機器手臂I包括底座10、通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)Al與底座10連接的后臂11、通過手臂旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A2與后臂11連接的前臂12、通過手臂線性關(guān)節(jié)LI與前臂12遠離手臂旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A2的一端連接的伸縮桿13和通過手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A3與伸縮桿13的一端連接的多自由度的手腕14(虛線框內(nèi))。手臂線性關(guān)節(jié)LI的線性運動方向與手腕14的第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動軸的方向平行。旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)Al、手臂旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A2和手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A3其軸線相互平行，在平面內(nèi)進行定位和定向。手臂線性關(guān)節(jié)LI用于完成末端件在垂直于平面的運動。根據(jù)不同需求，多自由度的手腕14可通過手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A3與伸縮桿13的兩端的任何一端連接。例如如圖1所示，多自由度的手腕14為3自由度手腕，除了可通過手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A3相對于伸縮桿13轉(zhuǎn)動，其手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A4和第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A5也可以旋轉(zhuǎn)。當然，作為變體，手腕14可以省略第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A5而成為2自由度的手腕，也可以增加旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)成為4、5或更多自由度的手腕。通過上述配置，選擇順應性裝配機器手臂具有全方位的自由度，因此其在運動空間內(nèi)所有工作點上具有多種工作姿態(tài)，拓寬了這種機器人的應用范圍，尤其在一些需要改變末端執(zhí)行器姿態(tài)的操作領(lǐng)域。
[0010]圖2示出根據(jù)本實用新型的一個實施例的手腕的剖視圖。如圖2所示，手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A3包括:位于伸縮桿13內(nèi)的第一電動機20和其輸入端與第一電動機20的輸出端連接第一減速器21，并且手腕14可隨第一減速器21的輸出端轉(zhuǎn)動；手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A3的轉(zhuǎn)動軸與手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A4的轉(zhuǎn)動軸垂直。手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A4包括:位于手腕14內(nèi)的第二電動機23，其可隨手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A3的第一減速器21的輸出端轉(zhuǎn)動，和第二減速器24，其輸入端與第二電動機23的輸出端連接，由于手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A3和手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A4，手腕具有2自由度。最好，手腕14包括第一支架板25，其一端與手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A3的第一減速器21固定連接并且其另一端與第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A4的第二電動機23的本體固定連接，從而第二電動機23可隨第一減速器21的輸出端21b轉(zhuǎn)動。作為2自由度手腕的輸出，手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A4的第二減速器24的輸出端可接法蘭盤(未示出)。
[0011]如圖2所示，手腕14還包括與手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A4的輸出端通過手腕第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A5連接的手腕末端件25 (末端法蘭盤)；其中:手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A4的轉(zhuǎn)動軸與手腕第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A5的轉(zhuǎn)動軸垂直。手腕第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A5包括:位于手腕14內(nèi)的第三電動機26，其可隨手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A4的第二減速器24的輸出端轉(zhuǎn)動，和第三減速器27，其輸入端與第三電動機26的輸出端連接；并且手腕末端件25可隨手腕第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A5的第三減速器27的輸出端轉(zhuǎn)動。通過上述配置，由于手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A3、手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A4和手腕第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A5，手腕具有3自由度。最好，手腕14包括與手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A3的輸出端(第一減速器21的輸出端)通過手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A4連接的手腕連接件22，其可隨第二減速器24的輸出端轉(zhuǎn)動；其一端與手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A的第二減速器24的輸出端固定連接并且其另一端與第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A5的第三電動機26的本體固定連接，從而第三電動機26可隨第二減速器24的輸出端轉(zhuǎn)動。作為3自由度手腕的輸出，手腕第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A5的第三減速器27的輸出端可接法蘭盤25。
[0012]最好，手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A3的轉(zhuǎn)動軸、手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A4的轉(zhuǎn)動軸與手腕第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A5的轉(zhuǎn)動軸的軸線交匯于一點。通過上述結(jié)構(gòu)，可以使得選擇順應性裝配機器手臂在空間中實現(xiàn)末端執(zhí)行器大范圍的姿態(tài)變化。
[0013]為了方便電纜和氣管的走線和排布，手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A3的第一減速器21、手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A4的第二減速器24和手腕第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A5的第三減速器27中至少之一為中空軸齒輪箱，并且相應地，手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A3的第一電動機20、手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A4的第二電動機23和手腕第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A5的第三電動機26中至少之一為中空軸電動機?？商娲?，手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A3的第一減速器21、手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A4的第二減速器24和手腕第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A5的第三減速器27中至少之一為中空軸齒輪箱，并且相應地，手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A3的第一電動機20、手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A4的第二電動機23和手腕第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A5的第三電動機26中至少之一相對于手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A3、手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A4和手腕第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A5的旋轉(zhuǎn)軸至少之一偏心安裝，通過帶傳動將電動機的轉(zhuǎn)動傳遞到相應減速器的輸入端。
[0014]圖3示出根據(jù)本實用新型的一個實施例采用中空軸電動機和中空軸齒輪箱的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的剖視圖。如圖3所示的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)可適用于圖2所示的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A3、A4和A5。如圖3所示，采用中空軸電動機和中空軸齒輪箱的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3包括中空軸電機30、中空軸齒輪箱31和固定部件32。中空軸電機30相應于圖2所不的第一電動機20、第二電動機23或第三電動機26 ;中空軸齒輪箱31相應于圖2所示的第一減速器21、第二減速器24或第三減速器27 ;固定部件32相應于圖2所示的伸縮桿13、手腕連接件22和手腕連接件22。如圖3所示，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3可以采用中空設計，中空軸電動機30與中空軸齒輪箱31的固定端固定在關(guān)節(jié)的固定部件32上，固定部件32與前一關(guān)節(jié)的輸出端固結(jié)。中空軸電動機30的旋轉(zhuǎn)運動由其輸出軸30a傳遞給中空軸齒輪箱31的輸入齒輪31a，通過中空軸齒輪箱31的輸出端31b帶動關(guān)節(jié)輸出端相對關(guān)節(jié)固定板做旋轉(zhuǎn)運動。由于結(jié)構(gòu)采用了中空軸設計，方便線纜在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)中的走線。
[0015]圖4示出根據(jù)本實用新型的一個實施例采用非中空軸電動機和中空軸齒輪箱的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的剖視圖。如圖4所示的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)可適用于圖2所示的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)A3、A4和A5。如圖4所示，采用非中空軸電動機和中空軸齒輪箱的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)4包括中空軸電機40、中空軸齒輪箱41和固定部件42。中空軸電機40相應于圖2所不的第一電動機20、第二電動機23或第三電動機26 ;中空軸齒輪箱41相應于圖2所示的第一減速器21、第二減速器24或第三減速器27 ;固定部件42相應于圖2所示的伸縮桿13、手腕連接件22和手腕連接件22。如圖4所示，非中空軸電動機40與中空軸齒輪箱41的固定端41c偏置地固定在關(guān)節(jié)的固定部件42上，固定部件42與前一關(guān)節(jié)的輸出端固結(jié)。非中空軸電動機40的旋轉(zhuǎn)運動通過傳動機構(gòu)傳遞43給中空軸齒輪箱41的輸入齒輪41a，通過中空軸齒輪箱41的輸出端41b帶動關(guān)節(jié)輸出端相對關(guān)節(jié)固定板做旋轉(zhuǎn)運動。由于結(jié)構(gòu)采用了中空軸設計，方便線纜在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)中的走線。雖然已參照本實用新型的某些優(yōu)選實施例示出并描述了本實用新型，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應當明白，在不背離由所附權(quán)利要求書所限定的本實用新型的精神和范圍的情況下，可以在形式上和細節(jié)上對其做出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種選擇順應性裝配機器手臂，包括: 通過手臂旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接的前臂和后臂；和 通過手臂線性關(guān)節(jié)與所述前臂遠離所述手臂旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的一端連接的伸縮桿； 其特征在于: 通過手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與所述伸縮桿的一端連接的多自由度的手腕； 其中: 所述手臂線性關(guān)節(jié)的線性運動方向與所述手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動軸的方向平行。
2.如權(quán)利要求1所述的選擇順應性裝配機器手臂，其特征在于: 所述手腕還包括與所述手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的輸出端通過手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接的手腕連接件；其中: 所述手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動軸與所述手腕第二關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動軸垂直。
3.如權(quán)利要求2所述的選擇順應性裝配機器手臂，其特征在于: 所述手腕還包括與所述手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的輸出端通過手腕第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接的手腕末端件；其特征在于: 所述手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動軸與所述手腕第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動軸垂 直。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的選擇順應性裝配機器手臂，其特征在于: 所述手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括: 位于所述伸縮桿內(nèi)的第一電動機；和 第一減速器，其輸入端與所述第一電動機的輸出端連接；并且 所述手腕可隨所述第一減速器的輸出端轉(zhuǎn)動。
5.如權(quán)利要求2或3所述的選擇順應性裝配機器手臂，其特征在于: 所述手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括: 位于所述手腕內(nèi)的第二電動機，其可隨手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的第一減速器的輸出端轉(zhuǎn)動；和 第二減速器，其輸入端與所述第二電動機的輸出端連接；并且 所述手腕連接件可隨所述第二減速器的輸出端轉(zhuǎn)動。
6.如權(quán)利要求3所述的選擇順應性裝配機器手臂，其特征在于: 所述手腕第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括: 位于所述手腕內(nèi)的第三電動機，其可隨手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的第二減速器的輸出端轉(zhuǎn)動；和 第三減速器，其輸入端與所述第三電動機的輸出端連接；并且 所述手腕末端件可隨所述第三減速器的輸出端轉(zhuǎn)動。
7.如權(quán)利要求3所述的選擇順應性裝配機器手臂，其特征在于: 所述手腕第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動軸、所述手腕第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動軸與所述手腕第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動軸的軸線交匯于一點。
8.如權(quán)利要求4所述的選擇順應性裝配機器手臂，其特征在于: 所述第一減速器為中空軸的齒輪箱；并且 所述第一電動機為中空軸的電動機。
9.如權(quán)利要求5所述的選擇順應性裝配機器手臂，其特征在于:所述第二減速器為中空軸的齒輪箱；并且所述第二電動機為中空軸的電動機。
10.如權(quán)利要求6所述的選擇順應性裝配機器手臂，其特征在于:所述第三減速器為中空軸的齒輪箱；并且所述第三電動機為中空軸的電動機。
【文檔編號】B25J9/02GK203542604SQ201320471262
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月2日
【發(fā)明者】張佳帆 申請人:Abb技術(shù)有限公司