本發(fā)明涉及機械加工領(lǐng)域，更具體地，涉及一種直角坐標機器人。

背景技術(shù)：

直角坐標機器人是以XYZ直角坐標系為基本數(shù)學(xué)模型設(shè)計得到的機器人系統(tǒng)，其包括X軸、Y軸、Z軸三個軸向的運動單元。其中，每個軸向的運動單元通常以伺服電機、步進電機為驅(qū)動裝置，以滾珠絲杠、同步皮帶、齒輪齒條等作為傳動裝置，并且在在坐標機器人的末端工作頭上固定不同的夾持設(shè)備，如夾具、爪手、安裝架等，從而完成夾持設(shè)備在XYZ三維直角坐標系中任意軸向上的線性運動。

目前，國內(nèi)生產(chǎn)用于點膠、焊接、激光切割等行業(yè)的設(shè)備精度大致都在0.1mm左右，尤其是對水平方向上的精度要求較高?，F(xiàn)有的坐標機器人在每個軸向的運動單元上采用步進電機或伺服電機驅(qū)動，通過滾珠絲杠連接進行傳動。然而，由于滾珠絲杠自身的誤差、電機與滾珠絲杠連接時的安裝誤差以及連接電機與滾珠絲杠的連接機構(gòu)本身的誤差，經(jīng)過累積之后降低了設(shè)備的精度等級。

期望對坐標機器人的結(jié)構(gòu)作進一步優(yōu)化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種坐標機器人，該坐標機器人在橫向運動模塊上采用精度較高、有效行程更長的直線電機驅(qū)動，縱向上采用了能耗較低，運動穩(wěn)定的伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠的方案，即滿足生產(chǎn)精度需要，又節(jié)省制作成本。

根據(jù)本發(fā)明提供一種坐標機器人，包括：第一運動模塊，包括第一直線電機、第一導(dǎo)軌以及第一滑動部件，所述第一直線電機驅(qū)動所述第一滑動部件沿所述第一導(dǎo)軌滑動；第二運動模塊，包括第二直線電機、第二導(dǎo)軌以及第二滑動部件，所述第二直線電機驅(qū)動所述第二滑動部件沿所述第二導(dǎo)軌滑動；以及第三運動模塊，包括伺服電機、線性模組以及第三滑動部件，所述所述伺服電機通過所述線性模組驅(qū)動所述第三滑動部件沿所述線性模組滑動，其中，所述第二運動模塊設(shè)置在所述第一運動模塊的所述第一滑動部件上，所述第二運動模塊與所述第一運動模塊橫向垂直，所述第三運動模塊與所述第二運動模塊的所述第二滑動部件連接，所述第三運動模塊與所述第二運動模塊縱向垂直。

優(yōu)選地，所述第一運動模塊、所述第二運動模塊以及所述第三運動模塊的數(shù)目均為一個。

優(yōu)選地，所述第三運動模塊通過連接件與所述第二運動模塊的所述第二滑動部件連接。

優(yōu)選地，所述連接件包括與所述第二運動模塊的第二滑動部件連接的第一安裝板、與所述第三運動模塊的線性模組連接的第二安裝板以及至少一個加強件，所述加強件呈三角形狀，其中所述加強件的一邊與所述第一安裝板連接，另一邊與所述第二安裝板連接。

優(yōu)選地，所述線性模組包括滾珠絲杠以及第三導(dǎo)軌，所述滾珠絲杠包括螺桿及與所述螺桿配合的螺母，所述伺服電機與所述螺桿連接，所述第三滑動部件與所述螺母連接，所述第三導(dǎo)軌與所述螺桿平行，所述伺服電機通過驅(qū)動所述螺桿轉(zhuǎn)動使得所述第三滑動部件沿所述第三導(dǎo)軌滑動。

優(yōu)選地，所述伺服電機通過聯(lián)軸器與所述螺桿連接，所述第三滑動部件上設(shè)有定位孔，用于將所述第三滑動部件與其他裝置連接。

優(yōu)選地，所述第一運動模塊、所述第二運動模塊、所述第三運動模塊中的至少一個還包括：光電開關(guān)，所述光電開關(guān)設(shè)置在所述第一滑動部件、所述第二滑動部件、所述第三滑動部件中的至少一個的有效行程的兩端。

優(yōu)選地，所述第一運動模塊、所述第二運動模塊中的至少一個還包括：限位塊，所述限位塊設(shè)置在所述第一導(dǎo)軌、所述第二導(dǎo)軌中的至少一個的兩端。

優(yōu)選地，所述第一運動模塊、所述第二運動模塊中的至少一個還包括：光柵尺，所述光柵尺對應(yīng)所述第一導(dǎo)軌、所述第二導(dǎo)軌中的至少一個設(shè)置。

優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)軌為兩個，并且設(shè)置在所述第一直線電機的兩側(cè)，所述第二導(dǎo)軌為兩個，并且設(shè)置在所述第二直線電機的兩側(cè)。

根據(jù)本發(fā)明的坐標機器人，一方面，水平方向上布置的第一運動模塊和第二運動模塊上采用直線電機驅(qū)動，解決了水平方向上由于滾珠絲杠的剛性支撐限制導(dǎo)致的有效行程較短的問題，有效行程更長；直線電機的動子與直線電機定子之間產(chǎn)生的吸力能使設(shè)備的整體剛性得到提高；直線電機動子和定子之間具有間隙，使直線電機帶動的滑動部件只需克服與導(dǎo)軌之間摩擦力進行滑動，使驅(qū)動的效率大大提高，也提升了設(shè)備的負載能力、加速度能力和速度能力；直線電機驅(qū)動滑塊簡化了安裝過程，避免了傳統(tǒng)電機與滾珠絲杠安裝時帶來的諸多誤差，從而提高了坐標機器人的精度。

另一方面，坐標機器人在縱向的運動模塊上采用伺服電機通過線性模組驅(qū)動滑動部件，線性模組可以是包括滾珠絲杠的線性模組，其能耗較低，發(fā)熱小，運動穩(wěn)定，與水平方向上的運動模塊相配合，即能滿足生產(chǎn)精度的需要，又能節(jié)省控制制作成本。

在優(yōu)選的實施例中，第三運動模塊通過連接件與第二運動模塊的第二滑動部件連接，連接件包括第一安裝板、第二安裝板以及至少一個加強件，其中加強件呈三角形狀，連接件的一邊與第一安裝板連接，另一邊與第二安裝板連接，實現(xiàn)豎直方向的第三運動模塊與水平方向的第二運動模塊的第二滑動部件的正交連接的同時，加強了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

在優(yōu)選的實施例中，第一運動模塊、第二運動模塊中的至少一個還包括對應(yīng)導(dǎo)軌設(shè)置的光柵尺，光柵尺作為反饋單元，能實現(xiàn)坐標機器人微米級的定位能力與重復(fù)定位精度，配合導(dǎo)軌，使坐標機器人具有很好的直線度與平面度。

在優(yōu)選的實施例中，所述第一運動模塊、所述第二運動模塊、所述第三運動模塊中的至少一個還包括光電開關(guān)，光電開關(guān)作為有效行程的兩端的軟限位，使滑動部件到達行程極限位置的響應(yīng)時間減少，提升了響應(yīng)速度，也使定位精度更加精準。

附圖說明

通過以下參照附圖對本發(fā)明實施例的描述，本發(fā)明的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點將更為清楚，在附圖中：

圖1示出根據(jù)本發(fā)明實施例的坐標機器人的立體圖。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明實施例的坐標機器人的正視圖。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明實施例的坐標機器人的截面圖。

具體實施方式

以下將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明。為了清楚起見，附圖中的各個部分沒有按比例繪制。此外，可能未示出某些公知的部分。在下文中描述了本發(fā)明的許多特定的細節(jié)，但正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解的那樣，可以不按照這些特定的細節(jié)來實現(xiàn)本發(fā)明。

應(yīng)當(dāng)理解，在描述部件的結(jié)構(gòu)時，當(dāng)將一層、一個區(qū)域稱為位于另一層、另一個區(qū)域“上面”或“上方”時，可以指直接位于另一層、另一個區(qū)域上面，或者在其與另一層、另一個區(qū)域之間還包含其它的層或區(qū)域。并且，如果將部件翻轉(zhuǎn)，該一層、一個區(qū)域?qū)⑽挥诹硪粚?、另一個區(qū)域“下面”或“下方”。

圖1、圖2以及圖3分別示出根據(jù)本發(fā)明實施例的坐標機器人的立體圖、正視圖以及截面圖，其中圖2中線A-A示出圖3截面圖的截取位置。該坐標機器人包括第一運動模塊100、第二運動模塊200以及第三運動模塊300。

第一運動模塊100包括第一直線電機110、第一導(dǎo)軌120以及第一滑動部件130，其中第一直線電機110驅(qū)動第一滑動部件130沿第一導(dǎo)軌120滑動。第二運動模塊200包括第二直線電機、第二導(dǎo)軌以及第二滑動部件230，其中第二直線電機驅(qū)動第二滑動部件230沿第二導(dǎo)軌滑動。本發(fā)明實施例的第二運動模塊200的結(jié)構(gòu)與第一運動模塊100的結(jié)構(gòu)大致相似，因此本文將對第一運動模塊100的機構(gòu)詳細說明，第二運動模塊200的結(jié)構(gòu)不再詳述。

第三運動模塊包括伺服電機310、線性模組320以及第三滑動部件330，其中伺服電機310通過線性模組320驅(qū)動第三滑動部件330沿線性模組320滑動。

根據(jù)本實施例的坐標機器人，第二運動模塊設(shè)置200在第一運動模塊100的第一滑動部件130上，并且第二運動模塊200與第一運動模塊100橫向垂直。第三運動模塊300與第二運動模塊200的第二滑動部件230連接，并且第三運動模塊300與第二運動模塊200縱向垂直。

在實際使用中，第一運動模塊100和第二運動模塊200可放置在水平面上，其中第一運動模塊100對應(yīng)于XYZ直角坐標系中的X軸布置，第二運動模塊200對應(yīng)于Y軸布置，而上述的第三運動模塊300對應(yīng)于Y軸布置。第二運動模塊200可隨第一滑動部件130沿第一導(dǎo)軌120即沿X軸滑動，第三運動模塊300可隨第二滑動部件230沿第二導(dǎo)軌220即沿Y軸滑動，第三滑動部件230沿線性模組320即Z軸滑動。優(yōu)選地，第三滑動部件230上設(shè)有定位孔，用于將第三滑動部件230與其他裝置連接，所述其他裝置在搬運、點膠、焊接、激光切割、定位、印刷和半導(dǎo)體等不同領(lǐng)域中可以是不同的裝置，例如是夾持設(shè)備。根據(jù)本實施例的坐標機器人，夾持設(shè)備固定在第三滑動部件230上，可以實現(xiàn)其在XYZ三維直角坐標系中任意軸向上的線性運動。另外，配合專用的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)調(diào)試后可提升整個系統(tǒng)以及坐標機器人的響應(yīng)速度，并且?guī)в胁逖a功能，可以實現(xiàn)空間點位的定位以及各種復(fù)雜軌跡的設(shè)定。

直線電機通常包括動子和定子，其中定子剛性較強，可以根據(jù)生產(chǎn)需要的行程設(shè)置足夠長的定子，動子沿所述定子滑動。水平方向上布置的第一運動模塊100和第二運動模塊200上由于采用直線電機驅(qū)動，解決了傳統(tǒng)坐標機器人水平方向上由于滾珠絲杠的剛性支撐限制導(dǎo)致的有效行程較短的問題，有效行程可以做到更長。直線電機的動子定子之間產(chǎn)生的吸力能使第一運動模塊100、第二運動模塊200以及整體設(shè)備的剛性得到提高。直線電機動子和定子之間具有間隙，使直線電機帶動的滑動部件只需克服與導(dǎo)軌之間摩擦力進行滑動，使驅(qū)動的效率大大提高，也提升了設(shè)備的負載能力、加速度能力和速度能力。直線電機驅(qū)動滑動部件相對傳統(tǒng)電機與滾珠絲杠的連接，簡化了安裝過程，避免了安裝時帶來的諸多誤差，從而提高了坐標機器人的精度。

線性模組320可以包括滾珠絲杠以及第三導(dǎo)軌。滾珠絲杠主要包括螺桿和螺母，當(dāng)然還可以包括鋼球、防塵器等其他部件。伺服電機310與螺桿連接，第三滑動部件330與螺母連接，第三導(dǎo)軌與螺桿平行。其中伺服電機310驅(qū)動螺桿轉(zhuǎn)動使得螺母沿螺桿滑動，第三滑動部件330隨螺母沿第三導(dǎo)軌滑動。本實施例的坐標機器人在縱向的第三運動模塊300上采用了伺服電機310驅(qū)動滾珠絲杠的方案，其中伺服電機310驅(qū)動螺桿轉(zhuǎn)動，螺母為從動體，其將螺桿的轉(zhuǎn)動運動轉(zhuǎn)化為沿螺桿的滑動運動。伺服電機310驅(qū)動滾珠絲杠的方案能耗較低，發(fā)熱小，運動穩(wěn)定，同時部件價格相較直線電機也更低，與上述第一運動模塊100以及第二運動模塊200相配合，使得坐標機器人即能滿足生產(chǎn)精度的需要，又能節(jié)省控制制作成本。

優(yōu)選地，在上述第三運動模塊300中，伺服電機310通過聯(lián)軸器驅(qū)動螺桿轉(zhuǎn)動，聯(lián)軸器傳動相較于皮帶連接，齒輪連接等傳動方式傳動效率更高。

第一運動模塊100、第二運動模塊200以及第三運動模塊300的數(shù)目可以均為一個，可以達到滿足生產(chǎn)精度的需要的同時節(jié)省制作成本的目的。第一運動模塊100、第二運動模塊200以及第三運動模塊300均可以選擇性設(shè)置底座、外殼等，起到承托部件或保護結(jié)構(gòu)的作用。

第二運動部件200和第一運動模塊100都位于水平方向上，其中第二運動部件200可以直接采用螺栓與第一運動模塊100的第一滑動部件130連接。而第三運動模塊300可以通過連接件400與第二運動模塊200的第二滑動部件230連接。本實施例中，連接件400包括與第二運動模塊200的第二滑動部件230連接的第一安裝板、與第三運動模塊300的線性模組320連接的第二安裝板以及至少一個加強件，本實施例中加強件例如是兩個，所述加強件呈三角形狀，例如是空心的直角三角形狀。其中加強件的一個直角邊與所述第一安裝板連接，另一個直角邊與所述第二安裝板連接。實現(xiàn)豎直方向的第三運動模塊300與水平方向的第二運動模塊200的第二滑動部件230的正交連接的同時，加強了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

進一步地，第一運動模塊100、第二運動模塊200、第三運動模塊300中的至少一個還包括光電開關(guān)，其設(shè)置在第一滑動部件、第二滑動部件、第三滑動部件中的至少一個的有效行程的兩端。本實施例中，第一滑動部件130、第二滑動部件230、第三滑動部件330中的每個的有效行程的兩端都設(shè)有光電開關(guān)。如圖2，本文以第一運動模塊100為例對光電開關(guān)位置進行說明，其在第二運動模塊200、第三運動模塊300上的設(shè)置方式與在第一運動模塊100上的設(shè)置方式類似，不再詳述。第一運動模塊100上設(shè)有兩個光電開關(guān)：第一光電開關(guān)141以及第二光電開關(guān)142，二者對應(yīng)設(shè)置在第一滑動部件130有效行程的兩端，可以對第一滑動部件130進行軟限位。本發(fā)明中，光電開關(guān)作為X軸、Y軸、Z軸的有效行程兩端的軟限位，使第一滑動部件130、第二滑動部件230以及第三滑動部件330到達各自行程極限位置的響應(yīng)時間減少，提升了響應(yīng)速度，也使定位精度更加精準。

進一步地，第一運動模塊100、第二運動模塊200中的至少一個還包括限位塊，其設(shè)置在第一導(dǎo)軌、第二導(dǎo)軌中的至少一個的兩端。本實施例中，第一導(dǎo)軌和第二導(dǎo)軌的兩端都設(shè)有限位塊，如圖2，本文以第一運動模塊100為例對限位塊位置進行說明，其在第二運動模塊200上的設(shè)置方式與在第一運動模塊100上的設(shè)置方式類似，不再詳述。第一運動模塊100上設(shè)有兩個限位塊：第一限位塊151以及第二限位塊152，二者對應(yīng)設(shè)置在第一導(dǎo)軌120的兩端，可以對第一滑動部件130進行硬限位。本發(fā)明中，限位塊作為硬限位對第一運動模塊100、第二運動模塊200作行程保護，從而防止出現(xiàn)飛車等意外情況。

進一步地，第一運動模塊100、第二運動模塊200中的至少一個還包括光柵尺，光柵尺對應(yīng)所述第一導(dǎo)軌、第二導(dǎo)軌中的至少一個設(shè)置。本實施例中，光柵尺數(shù)目為兩個，分別對應(yīng)第一導(dǎo)軌、第二導(dǎo)軌進行設(shè)置。如圖3，以第一運動模塊100上的光柵尺160為例說明，光柵尺160對應(yīng)第一導(dǎo)軌120設(shè)置，并且與第一導(dǎo)軌120以及第一直線電機110平行。本發(fā)明中，光柵尺作為反饋單元通過外部控制器對X軸和Y軸的精度進行實時監(jiān)控，能夠為外置的控制器提供閉環(huán)反饋，能實現(xiàn)坐標機器人微米級的定位能力與重復(fù)定位精度，配合導(dǎo)軌，使坐標機器人具有很好的直線度與平面度。

另外，如圖3，第一導(dǎo)軌120可以是兩個，并且設(shè)置在第一直線電機110的兩側(cè)。當(dāng)然，第二導(dǎo)軌也可以為兩個，也可以設(shè)置在第二直線電機的兩側(cè)，使得第一滑動部件130以及第二滑動部件230的滑動更穩(wěn)定。

應(yīng)當(dāng)說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

依照本發(fā)明的實施例如上文所述，這些實施例并沒有詳盡敘述所有的細節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實施例。顯然，根據(jù)以上描述，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地利用本發(fā)明以及在本發(fā)明基礎(chǔ)上的修改使用。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。