CN106826781A - 坐标机器人 - Google Patents

Abstract

公开了一种坐标机器人，其该坐标机器人包括第一运动模块、第二运动模块以及第三运动模块。第一运动模块包括第一直线电机、第一导轨以及第一滑动部件，其中第一直线电机驱动第一滑动部件沿第一导轨滑动。第二运动模块包括第二直线电机、第二导轨以及第二滑动部件，其中第二直线电机驱动第二滑动部件沿第二导轨滑动。第三运动模块包括伺服电机、线性模组以及第三滑动部件。第二运动模块与第一运动模块横向垂直连接，第三运动模块与第二运动模块纵向垂直连接。该坐标机器人在横向运动模块上采用精度较高、有效行程更长的直线电机驱动，纵向上采用了能耗较低，运动稳定的伺服电机驱动线性模组的方案，即满足生产精度需要，又节省制作成本。

Description

坐标机器人

技术领域

本发明涉及机械加工领域，更具体地，涉及一种直角坐标机器人。

背景技术

直角坐标机器人是以XYZ直角坐标系为基本数学模型设计得到的机器人系统，其包括X轴、Y轴、Z轴三个轴向的运动单元。其中，每个轴向的运动单元通常以伺服电机、步进电机为驱动装置，以滚珠丝杠、同步皮带、齿轮齿条等作为传动装置，并且在在坐标机器人的末端工作头上固定不同的夹持设备，如夹具、爪手、安装架等，从而完成夹持设备在XYZ三维直角坐标系中任意轴向上的线性运动。

目前，国内生产用于点胶、焊接、激光切割等行业的设备精度大致都在0.1mm左右，尤其是对水平方向上的精度要求较高。现有的坐标机器人在每个轴向的运动单元上采用步进电机或伺服电机驱动，通过滚珠丝杠连接进行传动。然而，由于滚珠丝杠自身的误差、电机与滚珠丝杠连接时的安装误差以及连接电机与滚珠丝杠的连接机构本身的误差，经过累积之后降低了设备的精度等级。

期望对坐标机器人的结构作进一步优化。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种坐标机器人，该坐标机器人在横向运动模块上采用精度较高、有效行程更长的直线电机驱动，纵向上采用了能耗较低，运动稳定的伺服电机驱动滚珠丝杠的方案，即满足生产精度需要，又节省制作成本。

根据本发明提供一种坐标机器人，包括：第一运动模块，包括第一直线电机、第一导轨以及第一滑动部件，所述第一直线电机驱动所述第一滑动部件沿所述第一导轨滑动；第二运动模块，包括第二直线电机、第二导轨以及第二滑动部件，所述第二直线电机驱动所述第二滑动部件沿所述第二导轨滑动；以及第三运动模块，包括伺服电机、线性模组以及第三滑动部件，所述所述伺服电机通过所述线性模组驱动所述第三滑动部件沿所述线性模组滑动，其中，所述第二运动模块设置在所述第一运动模块的所述第一滑动部件上，所述第二运动模块与所述第一运动模块横向垂直，所述第三运动模块与所述第二运动模块的所述第二滑动部件连接，所述第三运动模块与所述第二运动模块纵向垂直。

优选地，所述第一运动模块、所述第二运动模块以及所述第三运动模块的数目均为一个。

优选地，所述第三运动模块通过连接件与所述第二运动模块的所述第二滑动部件连接。

优选地，所述连接件包括与所述第二运动模块的第二滑动部件连接的第一安装板、与所述第三运动模块的线性模组连接的第二安装板以及至少一个加强件，所述加强件呈三角形状，其中所述加强件的一边与所述第一安装板连接，另一边与所述第二安装板连接。

优选地，所述线性模组包括滚珠丝杠以及第三导轨，所述滚珠丝杠包括螺杆及与所述螺杆配合的螺母，所述伺服电机与所述螺杆连接，所述第三滑动部件与所述螺母连接，所述第三导轨与所述螺杆平行，所述伺服电机通过驱动所述螺杆转动使得所述第三滑动部件沿所述第三导轨滑动。

优选地，所述伺服电机通过联轴器与所述螺杆连接，所述第三滑动部件上设有定位孔，用于将所述第三滑动部件与其他装置连接。

优选地，所述第一运动模块、所述第二运动模块、所述第三运动模块中的至少一个还包括：光电开关，所述光电开关设置在所述第一滑动部件、所述第二滑动部件、所述第三滑动部件中的至少一个的有效行程的两端。

优选地，所述第一运动模块、所述第二运动模块中的至少一个还包括：限位块，所述限位块设置在所述第一导轨、所述第二导轨中的至少一个的两端。

优选地，所述第一运动模块、所述第二运动模块中的至少一个还包括：光栅尺，所述光栅尺对应所述第一导轨、所述第二导轨中的至少一个设置。

优选地，所述第一导轨为两个，并且设置在所述第一直线电机的两侧，所述第二导轨为两个，并且设置在所述第二直线电机的两侧。

根据本发明的坐标机器人，一方面，水平方向上布置的第一运动模块和第二运动模块上采用直线电机驱动，解决了水平方向上由于滚珠丝杠的刚性支撑限制导致的有效行程较短的问题，有效行程更长；直线电机的动子与直线电机定子之间产生的吸力能使设备的整体刚性得到提高；直线电机动子和定子之间具有间隙，使直线电机带动的滑动部件只需克服与导轨之间摩擦力进行滑动，使驱动的效率大大提高，也提升了设备的负载能力、加速度能力和速度能力；直线电机驱动滑块简化了安装过程，避免了传统电机与滚珠丝杠安装时带来的诸多误差，从而提高了坐标机器人的精度。

另一方面，坐标机器人在纵向的运动模块上采用伺服电机通过线性模组驱动滑动部件，线性模组可以是包括滚珠丝杠的线性模组，其能耗较低，发热小，运动稳定，与水平方向上的运动模块相配合，即能满足生产精度的需要，又能节省控制制作成本。

在优选的实施例中，第三运动模块通过连接件与第二运动模块的第二滑动部件连接，连接件包括第一安装板、第二安装板以及至少一个加强件，其中加强件呈三角形状，连接件的一边与第一安装板连接，另一边与第二安装板连接，实现竖直方向的第三运动模块与水平方向的第二运动模块的第二滑动部件的正交连接的同时，加强了整体结构的稳定性。

在优选的实施例中，第一运动模块、第二运动模块中的至少一个还包括对应导轨设置的光栅尺，光栅尺作为反馈单元，能实现坐标机器人微米级的定位能力与重复定位精度，配合导轨，使坐标机器人具有很好的直线度与平面度。

在优选的实施例中，所述第一运动模块、所述第二运动模块、所述第三运动模块中的至少一个还包括光电开关，光电开关作为有效行程的两端的软限位，使滑动部件到达行程极限位置的响应时间减少，提升了响应速度，也使定位精度更加精准。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出根据本发明实施例的坐标机器人的立体图。

图2示出根据本发明实施例的坐标机器人的正视图。

图3示出根据本发明实施例的坐标机器人的截面图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。在下文中描述了本发明的许多特定的细节，但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

图1、图2以及图3分别示出根据本发明实施例的坐标机器人的立体图、正视图以及截面图，其中图2中线A-A示出图3截面图的截取位置。该坐标机器人包括第一运动模块100、第二运动模块200以及第三运动模块300。

第一运动模块100包括第一直线电机110、第一导轨120以及第一滑动部件130，其中第一直线电机110驱动第一滑动部件130沿第一导轨120滑动。第二运动模块200包括第二直线电机、第二导轨以及第二滑动部件230，其中第二直线电机驱动第二滑动部件230沿第二导轨滑动。本发明实施例的第二运动模块200的结构与第一运动模块100的结构大致相似，因此本文将对第一运动模块100的机构详细说明，第二运动模块200的结构不再详述。

第三运动模块包括伺服电机310、线性模组320以及第三滑动部件330，其中伺服电机310通过线性模组320驱动第三滑动部件330沿线性模组320滑动。

根据本实施例的坐标机器人，第二运动模块设置200在第一运动模块100的第一滑动部件130上，并且第二运动模块200与第一运动模块100横向垂直。第三运动模块300与第二运动模块200的第二滑动部件230连接，并且第三运动模块300与第二运动模块200纵向垂直。

在实际使用中，第一运动模块100和第二运动模块200可放置在水平面上，其中第一运动模块100对应于XYZ直角坐标系中的X轴布置，第二运动模块200对应于Y轴布置，而上述的第三运动模块300对应于Y轴布置。第二运动模块200可随第一滑动部件130沿第一导轨120即沿X轴滑动，第三运动模块300可随第二滑动部件230沿第二导轨220即沿Y轴滑动，第三滑动部件230沿线性模组320即Z轴滑动。优选地，第三滑动部件230上设有定位孔，用于将第三滑动部件230与其他装置连接，所述其他装置在搬运、点胶、焊接、激光切割、定位、印刷和半导体等不同领域中可以是不同的装置，例如是夹持设备。根据本实施例的坐标机器人，夹持设备固定在第三滑动部件230上，可以实现其在XYZ三维直角坐标系中任意轴向上的线性运动。另外，配合专用的控制系统，该控制系统调试后可提升整个系统以及坐标机器人的响应速度，并且带有插补功能，可以实现空间点位的定位以及各种复杂轨迹的设定。

直线电机通常包括动子和定子，其中定子刚性较强，可以根据生产需要的行程设置足够长的定子，动子沿所述定子滑动。水平方向上布置的第一运动模块100和第二运动模块200上由于采用直线电机驱动，解决了传统坐标机器人水平方向上由于滚珠丝杠的刚性支撑限制导致的有效行程较短的问题，有效行程可以做到更长。直线电机的动子定子之间产生的吸力能使第一运动模块100、第二运动模块200以及整体设备的刚性得到提高。直线电机动子和定子之间具有间隙，使直线电机带动的滑动部件只需克服与导轨之间摩擦力进行滑动，使驱动的效率大大提高，也提升了设备的负载能力、加速度能力和速度能力。直线电机驱动滑动部件相对传统电机与滚珠丝杠的连接，简化了安装过程，避免了安装时带来的诸多误差，从而提高了坐标机器人的精度。

线性模组320可以包括滚珠丝杠以及第三导轨。滚珠丝杠主要包括螺杆和螺母，当然还可以包括钢球、防尘器等其他部件。伺服电机310与螺杆连接，第三滑动部件330与螺母连接，第三导轨与螺杆平行。其中伺服电机310驱动螺杆转动使得螺母沿螺杆滑动，第三滑动部件330随螺母沿第三导轨滑动。本实施例的坐标机器人在纵向的第三运动模块300上采用了伺服电机310驱动滚珠丝杠的方案，其中伺服电机310驱动螺杆转动，螺母为从动体，其将螺杆的转动运动转化为沿螺杆的滑动运动。伺服电机310驱动滚珠丝杠的方案能耗较低，发热小，运动稳定，同时部件价格相较直线电机也更低，与上述第一运动模块100以及第二运动模块200相配合，使得坐标机器人即能满足生产精度的需要，又能节省控制制作成本。

优选地，在上述第三运动模块300中，伺服电机310通过联轴器驱动螺杆转动，联轴器传动相较于皮带连接，齿轮连接等传动方式传动效率更高。

第一运动模块100、第二运动模块200以及第三运动模块300的数目可以均为一个，可以达到满足生产精度的需要的同时节省制作成本的目的。第一运动模块100、第二运动模块200以及第三运动模块300均可以选择性设置底座、外壳等，起到承托部件或保护结构的作用。

第二运动部件200和第一运动模块100都位于水平方向上，其中第二运动部件200可以直接采用螺栓与第一运动模块100的第一滑动部件130连接。而第三运动模块300可以通过连接件400与第二运动模块200的第二滑动部件230连接。本实施例中，连接件400包括与第二运动模块200的第二滑动部件230连接的第一安装板、与第三运动模块300的线性模组320连接的第二安装板以及至少一个加强件，本实施例中加强件例如是两个，所述加强件呈三角形状，例如是空心的直角三角形状。其中加强件的一个直角边与所述第一安装板连接，另一个直角边与所述第二安装板连接。实现竖直方向的第三运动模块300与水平方向的第二运动模块200的第二滑动部件230的正交连接的同时，加强了整体结构的稳定性。

进一步地，第一运动模块100、第二运动模块200、第三运动模块300中的至少一个还包括光电开关，其设置在第一滑动部件、第二滑动部件、第三滑动部件中的至少一个的有效行程的两端。本实施例中，第一滑动部件130、第二滑动部件230、第三滑动部件330中的每个的有效行程的两端都设有光电开关。如图2，本文以第一运动模块100为例对光电开关位置进行说明，其在第二运动模块200、第三运动模块300上的设置方式与在第一运动模块100上的设置方式类似，不再详述。第一运动模块100上设有两个光电开关：第一光电开关141以及第二光电开关142，二者对应设置在第一滑动部件130有效行程的两端，可以对第一滑动部件130进行软限位。本发明中，光电开关作为X轴、Y轴、Z轴的有效行程两端的软限位，使第一滑动部件130、第二滑动部件230以及第三滑动部件330到达各自行程极限位置的响应时间减少，提升了响应速度，也使定位精度更加精准。

进一步地，第一运动模块100、第二运动模块200中的至少一个还包括限位块，其设置在第一导轨、第二导轨中的至少一个的两端。本实施例中，第一导轨和第二导轨的两端都设有限位块，如图2，本文以第一运动模块100为例对限位块位置进行说明，其在第二运动模块200上的设置方式与在第一运动模块100上的设置方式类似，不再详述。第一运动模块100上设有两个限位块：第一限位块151以及第二限位块152，二者对应设置在第一导轨120的两端，可以对第一滑动部件130进行硬限位。本发明中，限位块作为硬限位对第一运动模块100、第二运动模块200作行程保护，从而防止出现飞车等意外情况。

进一步地，第一运动模块100、第二运动模块200中的至少一个还包括光栅尺，光栅尺对应所述第一导轨、第二导轨中的至少一个设置。本实施例中，光栅尺数目为两个，分别对应第一导轨、第二导轨进行设置。如图3，以第一运动模块100上的光栅尺160为例说明，光栅尺160对应第一导轨120设置，并且与第一导轨120以及第一直线电机110平行。本发明中，光栅尺作为反馈单元通过外部控制器对X轴和Y轴的精度进行实时监控，能够为外置的控制器提供闭环反馈，能实现坐标机器人微米级的定位能力与重复定位精度，配合导轨，使坐标机器人具有很好的直线度与平面度。

另外，如图3，第一导轨120可以是两个，并且设置在第一直线电机110的两侧。当然，第二导轨也可以为两个，也可以设置在第二直线电机的两侧，使得第一滑动部件130以及第二滑动部件230的滑动更稳定。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种坐标机器人，其特征在于，包括：

第一运动模块，包括第一直线电机、第一导轨以及第一滑动部件，所述第一直线电机驱动所述第一滑动部件沿所述第一导轨滑动；

第二运动模块，包括第二直线电机、第二导轨以及第二滑动部件，所述第二直线电机驱动所述第二滑动部件沿所述第二导轨滑动；以及

第三运动模块，包括伺服电机、线性模组以及第三滑动部件，所述所述伺服电机通过所述线性模组驱动所述第三滑动部件沿所述线性模组滑动，

其中，所述第二运动模块设置在所述第一运动模块的所述第一滑动部件上，所述第二运动模块与所述第一运动模块横向垂直，所述第三运动模块与所述第二运动模块的所述第二滑动部件连接，所述第三运动模块与所述第二运动模块纵向垂直。

2.根据权利要求1所述的坐标机器人，其特征在于，所述第一运动模块、所述第二运动模块以及所述第三运动模块的数目均为一个。

3.根据权利要求1所述的坐标机器人，其特征在于，所述第三运动模块通过连接件与所述第二运动模块的所述第二滑动部件连接。

4.根据权利要求3所述的坐标机器人，其特征在于，所述连接件包括与所述第二运动模块的第二滑动部件连接的第一安装板、与所述第三运动模块的线性模组连接的第二安装板以及至少一个加强件，所述加强件呈三角形状，其中所述加强件的一边与所述第一安装板连接，另一边与所述第二安装板连接。

5.根据权利要求1所述的坐标机器人，其特征在于，所述线性模组包括滚珠丝杠以及第三导轨，

所述滚珠丝杠包括螺杆及与所述螺杆配合的螺母，所述伺服电机与所述螺杆连接，所述第三滑动部件与所述螺母连接，所述第三导轨与所述螺杆平行，所述伺服电机通过驱动所述螺杆转动使得所述第三滑动部件沿所述第三导轨滑动。

6.根据权利要求5所述的坐标机器人，其特征在于，所述伺服电机通过联轴器与所述螺杆连接，

所述第三滑动部件上设有定位孔，用于将所述第三滑动部件与其他装置连接。

7.根据权利要求1所述的坐标机器人，其特征在于，所述第一运动模块、所述第二运动模块、所述第三运动模块中的至少一个还包括：

光电开关，所述光电开关设置在所述第一滑动部件、所述第二滑动部件、所述第三滑动部件中的至少一个的有效行程的两端。

8.根据权利要求1所述的坐标机器人，其特征在于，所述第一运动模块、所述第二运动模块中的至少一个还包括：

限位块，所述限位块设置在所述第一导轨、所述第二导轨中的至少一个的两端。

9.根据权利要求1所述的坐标机器人，其特征在于，所述第一运动模块、所述第二运动模块中的至少一个还包括：

光栅尺，所述光栅尺对应所述第一导轨、所述第二导轨中的至少一个设置。

10.根据权利要求1所述的坐标机器人，其特征在于，所述第一导轨为两个，并且设置在所述第一直线电机的两侧，

所述第二导轨为两个，并且设置在所述第二直线电机的两侧。