技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人及其控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，工業(yè)機(jī)器人將被更廣泛地應(yīng)用在制造業(yè)的各個領(lǐng)域。其中平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂大量地運(yùn)用于裝配作業(yè)，這一類機(jī)器人有結(jié)構(gòu)輕便，響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)有的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂關(guān)節(jié)是通過諧波減速器或者RV減速器來聯(lián)接，并通過伺服電機(jī)驅(qū)動減速器來達(dá)到快速驅(qū)動機(jī)械臂的目的。但由于使用了諧波減速器或RV減速器，且減速器中的嚙合齒間存在側(cè)隙，所以平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂工作時會存在不可避免的誤差，從而影響裝配精度。

另外，現(xiàn)有的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的Z軸和繞Z軸旋轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)是通過兩個伺服電機(jī)分別驅(qū)動平行放置的滾珠絲桿和花鍵來實(shí)現(xiàn)的，而滾珠絲桿和花鍵通過一個連接塊連接。上述方案在兩伺服電機(jī)同時工作時會出現(xiàn)不可避免的微小抖動，從而影響裝配的精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供了一種平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人及其控制系統(tǒng)，該平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人及其控制系統(tǒng)工作效率更高、裝配精度更高且成本較低。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案：

一種平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其中所述平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人包括機(jī)架、設(shè)于機(jī)架的第一機(jī)械臂、設(shè)于所述機(jī)架和第一機(jī)械臂之間的第一電機(jī)、連接于所述第一機(jī)械臂的機(jī)械手，所述第一電機(jī)嵌入所述第一機(jī)械臂并直接驅(qū)動所述第一機(jī)械臂轉(zhuǎn)動。

優(yōu)選的，所述平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人還包括設(shè)于所述第一機(jī)械臂和機(jī)械手之間的第二機(jī)械臂，及嵌入所述第二機(jī)械臂并直接驅(qū)動所述第二機(jī)械臂轉(zhuǎn)動的第二電機(jī)。

優(yōu)選的，所述第一電機(jī)為內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)。

優(yōu)選的，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)包括動子軸、與所述動子軸過盈配合的第一動子、設(shè)于所述第一動子外圍的第一定子，所述第一定子具有磁極，所述磁極上纏繞有線圈繞組，所述第一動子具有安裝槽，所述安裝槽內(nèi)設(shè)有第一永磁體貼片，所述內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)還包括設(shè)于所述動子軸上的第一編碼器。

優(yōu)選的，所述第一編碼器包括第一光柵片和電路板，所述第一光柵片設(shè)于所述動子軸上。

優(yōu)選的，所述第一電機(jī)為外轉(zhuǎn)子電機(jī)。

優(yōu)選的，所述外轉(zhuǎn)子電機(jī)包括定子軸、與所述定子軸相配接的第二定子、設(shè)于所述第二定子外圍的第二動子，所述第二定子具有電樞，所述電樞上均勻纏繞有電樞繞組，所述第二動子的內(nèi)壁上設(shè)有第二永磁體貼片，所述外轉(zhuǎn)子電機(jī)還包括第二編碼器，所述第二編碼器包括與所述定子軸配合的第二光柵片。

優(yōu)選的，所述第一機(jī)械臂為所述外轉(zhuǎn)子電機(jī)的第二動子，當(dāng)所述外轉(zhuǎn)子電機(jī)轉(zhuǎn)動時，所述第一機(jī)械臂繞所述定子軸轉(zhuǎn)動，且所述第一機(jī)械臂的位置參數(shù)通過所述第二編碼器反饋。

優(yōu)選的，所述機(jī)械手包括上中空電機(jī)、下中空電機(jī)、絲杠、絲杠花鍵連接件、直線導(dǎo)軌及相對于所述直線導(dǎo)軌滑行的滑塊，所述絲杠花鍵連接件設(shè)于所述滑塊上，所述上中空電機(jī)和下中空電機(jī)同軸心設(shè)置，所述上中空電機(jī)具有上中空轉(zhuǎn)軸，所述上中空轉(zhuǎn)軸上設(shè)有上編碼器和與所述絲杠配接的法蘭螺母，且所述絲杠套入所述上中空轉(zhuǎn)軸中，所述絲杠連接于所述絲杠花鍵連接件的上端，所述下中空電機(jī)具有下中空轉(zhuǎn)軸，所述下中空轉(zhuǎn)軸上設(shè)有下編碼器，所述下中空轉(zhuǎn)軸中套設(shè)有花鍵，所述花鍵設(shè)于所述絲杠花鍵連接件上，且所述直線導(dǎo)軌與所述上中空轉(zhuǎn)軸和下中空轉(zhuǎn)軸平行。

相應(yīng)地，一種平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其中所述平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人包括第一電機(jī)、第二電機(jī)、上中空電機(jī)和下中空電機(jī)，所述控制系統(tǒng)包括計算機(jī)、控制器、第一電機(jī)驅(qū)動器、第一編碼器、第二電機(jī)驅(qū)動器、第二編碼器、上中空電機(jī)驅(qū)動器、上編碼器、下中空電機(jī)驅(qū)動器、下編碼器，所述計算機(jī)和控制器通過以太網(wǎng)線連接，并且可以交互信息，通過所述計算機(jī)對控制器進(jìn)行編程，控制器將系統(tǒng)反饋的參數(shù)傳送給計算機(jī)顯示出來，從而根據(jù)程序分別對第一電機(jī)驅(qū)動器、第二電機(jī)驅(qū)動器、上中空電機(jī)驅(qū)動器及下中空電機(jī)驅(qū)動器發(fā)出相應(yīng)的脈沖信號。

本發(fā)明的有益效果是，不使用RV減速器和諧波減速器，通過電機(jī)直接驅(qū)動機(jī)械臂，速度比較快，從而大大提高了工作效率；另外因為減少了中間環(huán)節(jié)，從而避免了使用RV減速器和諧波減速器產(chǎn)生的誤差。再者，減少了中間的零部件，從而進(jìn)一步降低了制造成本。因此，該平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人及其控制系統(tǒng)工作效率更高、裝配精度更高且制造成本較低。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的立體示意圖。

圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的第一電機(jī)的局部剖視圖。

圖3是圖2中A-A處的剖視圖。

圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的第二電機(jī)的局部剖視圖。

圖5是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的第二電機(jī)的俯視圖。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的機(jī)械手的主視圖。

圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的控制系統(tǒng)示意圖。

圖8是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的立體示意圖。

圖9是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的第一電機(jī)的局部剖視圖。

圖10是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的第一電機(jī)的俯視圖。

圖11是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的第二電機(jī)的局部剖視圖。

圖12是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的第二電機(jī)的俯視圖。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例，一種平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，其中平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人包括機(jī)架1、設(shè)于機(jī)架1的第一機(jī)械臂2、設(shè)于機(jī)架1和第一機(jī)械臂2之間的第一電機(jī)3、連接于第一機(jī)械臂2的機(jī)械手4，第一電機(jī)3嵌入第一機(jī)械臂2并直接驅(qū)動第一機(jī)械臂2轉(zhuǎn)動。從而第一機(jī)械臂2帶動機(jī)械手4移動。

本優(yōu)選實(shí)施例中，不使用RV減速器和諧波減速器，通過第一電機(jī)3直接驅(qū)動第一機(jī)械臂2，速度比較快，從而大大提高了工作效率；另外因為減少了中間環(huán)節(jié)，從而避免了使用RV減速器和諧波減速器產(chǎn)生的誤差，使得該平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的精度更高。再者，減少了中間的零部件，從而進(jìn)一步降低了制造成本。因此該平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化、且性能得到了大大的改善，從而使得該平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人工作效率更高、裝配精度更高且成本較低。

機(jī)械手4包括連接于第一機(jī)械臂2的操作機(jī)構(gòu)(未圖示)，操作機(jī)構(gòu)為機(jī)械手4的終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以為：夾爪，用于自動抓取、插件等；或為吸嘴，用于貼片、晶圓切割；或為焊接機(jī)，用于焊錫等。本優(yōu)選實(shí)施例中，第一電機(jī)直接驅(qū)動第一機(jī)械臂2的傳動精度高、響應(yīng)快、體積小，且成本較低。

進(jìn)一步，平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人還包括設(shè)于第一機(jī)械臂2和機(jī)械手4之間的第二機(jī)械臂5，及嵌入第二機(jī)械臂5并直接驅(qū)動第二機(jī)械臂5轉(zhuǎn)動的第二電機(jī)6。如此設(shè)置了第二機(jī)械臂5，進(jìn)一步擴(kuò)大了機(jī)械手4的移動范圍，從而使得平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的操作范圍更大，適應(yīng)更多的使用需求。

本優(yōu)選實(shí)施例中，第一電機(jī)3為內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)。第二電機(jī)6也采用內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)。當(dāng)然，第一電機(jī)3和第二電機(jī)6也可采用外轉(zhuǎn)子電機(jī)。具體請參見第二實(shí)施例的詳細(xì)描述。

第一電機(jī)3包括動子軸12、與動子軸12過盈配合的第一動子14、設(shè)于第一動子14外圍的第一定子16。其中第一定子16具有磁極(未圖示)，磁極上纏繞有線圈繞組18，第一動子14具有安裝槽(未圖示)，安裝槽內(nèi)設(shè)有第一永磁體貼片20，第一電機(jī)3還包括設(shè)于動子軸12上的第一編碼器22。

本優(yōu)選實(shí)施例中，第一編碼器22設(shè)于動子軸12上，使得該內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、成本較低。

本優(yōu)選實(shí)施例中，第一機(jī)械臂2通過鍵26連接于動子軸12，動子軸12帶動第一機(jī)械臂25轉(zhuǎn)動，其中第一機(jī)械臂2的位置參數(shù)通過第一編碼器22反饋。具體的，動子軸12上設(shè)有鍵槽28，第一機(jī)械臂2上設(shè)有凹槽30，鍵26設(shè)于鍵槽28和凹槽30中，從而將第一機(jī)械臂2與動子軸12連接在一起。

第一電機(jī)3還包括防止第一機(jī)械臂2沿動子軸12的軸向竄動的止動墊片32，止動墊片32通過螺栓34連接于動子軸12。止動墊片32設(shè)于動子軸12的端部以止擋第一機(jī)械臂2，從而將第一機(jī)械臂2可靠穩(wěn)定地與動子軸12連接在一起，使得動子軸12帶動第一機(jī)械臂2的轉(zhuǎn)動平穩(wěn)可靠。

進(jìn)一步的，第一編碼器22包括光柵片和電路板，光柵片設(shè)于動子軸12上。光柵片頂?shù)絼幼虞S12響應(yīng)的位置上。

進(jìn)一步參照圖4和圖5，示意了第二機(jī)械臂5所用的第二電機(jī)6，具體的，第二電機(jī)6也采用內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，包括動子軸35、與動子軸35過盈配合的第一動子36、設(shè)于第一動子36外圍的第一定子37。本優(yōu)選實(shí)施例中，第一機(jī)械臂2作為第二電機(jī)6的第一定子37，從而使得第二電機(jī)嵌入第一機(jī)械臂2中，使得本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、成本更低。另外，第二機(jī)械臂5所采用的第二電機(jī)6的其它結(jié)構(gòu)與第一機(jī)械臂2所采用的第一電機(jī)3類似，在此不再做更詳細(xì)贅述。

如圖6所示，機(jī)械手4包括上中空電機(jī)44、下中空電機(jī)46、絲杠48、絲杠花鍵連接件50、直線導(dǎo)軌52及相對于直線導(dǎo)軌52滑行的滑塊54，絲杠花鍵連接件50設(shè)于滑塊54上，上中空電機(jī)44和下中空電機(jī)46同軸心設(shè)置，上中空電機(jī)44具有上中空轉(zhuǎn)軸，上中空轉(zhuǎn)軸上設(shè)有上編碼器56和與絲杠48配接的法蘭螺母58，其中通過緊定螺釘將上編碼器56固定于上中空轉(zhuǎn)軸上。另外絲杠48套入上中空轉(zhuǎn)軸中，且絲杠48連接于絲杠48花鍵連接件50的上端。其中本優(yōu)選實(shí)施例中，絲杠48通過螺母固定于絲杠48花鍵連接件50的上端。另外，花鍵62上套設(shè)有外筒63，保證外筒63可以順滑帶動花鍵62的轉(zhuǎn)動。

下中空電機(jī)46具有下中空轉(zhuǎn)軸，下中空轉(zhuǎn)軸上設(shè)有下編碼器60。具體的，下編碼器60通過緊定螺釘固定于下中空轉(zhuǎn)軸上。下中空轉(zhuǎn)軸中套設(shè)有花鍵62，花鍵62設(shè)于絲杠花鍵連接件50上。且直線導(dǎo)軌52與上中空轉(zhuǎn)軸和下中空轉(zhuǎn)軸平行?；ㄦI62最底端可以用法蘭連接操作機(jī)構(gòu)來完成夾取物體和插件等。

進(jìn)一步的，絲桿的螺紋升角λ<當(dāng)量摩擦角Φv，以防止自鎖，保證良好傳動性。

本優(yōu)選實(shí)施例中，上中空電機(jī)44的中空轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動帶動法蘭螺母58和上編碼器56，從而法蘭螺母58帶動絲桿48上下移動，上編碼器56反饋上中空電機(jī)44的位置信號，絲桿48通過絲桿花鍵連接件50帶動花鍵62上下移動。下中空電機(jī)46的中空轉(zhuǎn)軸帶動外筒63和下編碼器60，外筒63帶動花鍵62轉(zhuǎn)動，下編碼器60反饋下中空電機(jī)46的位置信號。

本優(yōu)選實(shí)施例中，上中空電機(jī)44、下中空電機(jī)46、絲桿48和花鍵62在同一條軸上，絲桿48和花鍵62通過空心軸直接聯(lián)接，避免了上中空電機(jī)44和下中空電機(jī)46同時工作時引起的震動，實(shí)現(xiàn)了直線運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的解耦，結(jié)構(gòu)簡單、使機(jī)構(gòu)體積進(jìn)一步縮小。

進(jìn)一步參照圖7，本優(yōu)選實(shí)施例中平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其包括計算機(jī)64、控制器66、第一電機(jī)驅(qū)動器68、第一編碼器69、第二電機(jī)驅(qū)動器70、第二編碼器71、上中空電機(jī)驅(qū)動器72、上編碼器56、下中空電機(jī)驅(qū)動器74、下編碼器60，所述計算機(jī)64和控制器66通過以太網(wǎng)線連接，并且可以交互信息，通過所述計算機(jī)64對控制器66進(jìn)行編程，控制器66將系統(tǒng)反饋的參數(shù)傳送給計算機(jī)64顯示出來，從而根據(jù)程序分別對第一電機(jī)驅(qū)動器68、第二電機(jī)驅(qū)動器70、上中空電機(jī)驅(qū)動器72及下中空電機(jī)驅(qū)動器74發(fā)出相應(yīng)的脈沖信號。

具體的，控制器66與第一電機(jī)驅(qū)動器68、第二電機(jī)驅(qū)動器70、上中空電機(jī)驅(qū)動器72和下中空電機(jī)驅(qū)動器74分別通過并行總線連接?？刂破?6將所計算出來的脈沖數(shù)分別傳送到以上各自驅(qū)動器中，各自驅(qū)動器也將輸出相應(yīng)的信號分別驅(qū)動各自電機(jī)。

第一編碼器69、第二編碼器71、上編碼器56、下編碼器60分別與第一電機(jī)驅(qū)動器68、第二電機(jī)驅(qū)動器70、上中空電機(jī)驅(qū)動器72和下中空電機(jī)驅(qū)動器74通過并行總線連接。第一編碼器69、第二編碼器71、上編碼器56、下編碼器60將各自電機(jī)所在的位置參數(shù)反饋給各自電機(jī)所對應(yīng)的驅(qū)動器，從而判斷電機(jī)是否運(yùn)動到相應(yīng)的位置。其中，各自驅(qū)動器、電機(jī)、編碼器構(gòu)成了一個閉環(huán)控制回路，這樣的回路可以保證電機(jī)的工作精度。從而，進(jìn)一步提高了裝配精度。

如圖8、圖9和圖10所示，本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例，本優(yōu)選實(shí)施例與第一實(shí)施例的不同是，第一電機(jī)76和第二電機(jī)78為外轉(zhuǎn)子電機(jī)。因此其它部分不再做詳細(xì)贅述，下面先以第一電機(jī)76為例做詳細(xì)描述。

第一電機(jī)76包括定子軸80、與定子軸80相配接的第二定子82、設(shè)于第二定子80外圍的第二動子84，第二定子82具有電樞，電樞上均勻纏繞有電樞繞組86，第二動子84的內(nèi)壁上設(shè)有第二永磁體貼片88，第一電機(jī)76還包括第二編碼器90，第二編碼器90包括與定子軸80配合的第二光柵片。

本優(yōu)選實(shí)施例中，由于第二編碼器90的第二光柵片設(shè)于定子軸80上，使得該第一電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、體積較小、成本較低。

優(yōu)選的，第一機(jī)械臂為第一電機(jī)76的第二動子84，當(dāng)?shù)谝浑姍C(jī)76轉(zhuǎn)動時，第一機(jī)械臂繞定子軸80轉(zhuǎn)動，且第一機(jī)械臂的位置參數(shù)通過第二編碼器90反饋。

本優(yōu)選實(shí)施例中，第二定子82通過連接鍵94與定子軸80配接。當(dāng)然，也可采用其它連接方式。

另外，本優(yōu)選實(shí)施例中，第二編碼器90通過以太網(wǎng)反饋機(jī)械臂的位置參數(shù)。使得控制更加方便、準(zhǔn)確。

本優(yōu)選實(shí)施例中，第二永磁體貼片88粘貼于第二動子84的內(nèi)壁。當(dāng)然，也可采用其它設(shè)置方法。具體的，也就是粘貼于機(jī)械臂的內(nèi)壁。

如圖11和圖12，示意了第二電機(jī)78(參見圖8)，具體的，第二電機(jī)78也采用外轉(zhuǎn)子電機(jī)，包括定子軸100、與定子軸100相配接的第二定子102、設(shè)于第二定子100外圍的第二動子104，本優(yōu)選實(shí)施例中，第二機(jī)械臂作為第二電機(jī)78的第二動子104，從而使得第二電機(jī)嵌入第二機(jī)械臂中，使得本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、成本更低。另外，第二機(jī)械臂所采用的第二電機(jī)78的其它結(jié)構(gòu)與第一機(jī)械臂所采用的第一電機(jī)76(參見圖8)類似，在此不再做更詳細(xì)贅述。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個實(shí)施方式僅包含一個獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。