机器人多轴扩展模块及机器人

摘要

本发明涉及一种机器人多轴扩展模块，包括：壳体，壳体上设置有第一支撑部和第二支撑部，第一支撑部和第二支撑部构成一凹槽区；第一轴机构，包括第一旋转轴和驱动第一旋转轴旋转的第一驱动机构，第一旋转轴的两端分别与第一支撑部、第二支撑部活动连接，第一驱动机构设置于壳体内；第二轴机构，包括第二旋转轴和驱动第二旋转轴旋转的第二驱动机构，第二旋转轴设置于第一旋转轴的外侧壁上，且第二旋转轴的中心轴线与第一旋转轴的中心轴线不平行且不重合，第二驱动机构设置于壳体内。本发明还公开了一种机器人。本发明通过该机器人多轴扩展模块能够使4轴机器人变更为6轴机器人，从而适应更为复杂的工作环境，实用性强。

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种机器人多轴扩展模块及机器 人。

背景技术

SCARA机器人是一种圆柱坐标型的特殊类型的工业机器人，也被称作关节机 器人或关节手臂机器人或关节机械手臂，是当今工业领域中最常见的工业机器 人形态之一，一般有4个自由度，可在包括沿X、Y、Z方向的平移和绕Z轴的旋 转，其广泛应用于塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等 领域，主要职能是搬取零件和装配工作，它的第一个轴和第二个轴具有转动特性， 第三和第四个轴可以根据工作的需要的不同，制造成相应多种不同的形态。

目前，市场上的SCARA机器人只有4个自由度，只能用于平面内的作业，如 水平搬运、组装等，难以适应复杂的工作台，作业形式和环境受限。

发明内容

基于此，本发明提供一种机器人多轴扩展模块及机器人，以解决现有的 SCARA机器人难以适应复杂环境加工的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种机器人多轴扩展模块，包括：壳体， 壳体上设置有第一支撑部和第二支撑部，第一支撑部和第二支撑部构成一凹槽 区；第一轴机构，包括第一旋转轴和驱动第一旋转轴旋转的第一驱动机构，第一 旋转轴的两端分别与第一支撑部、第二支撑部活动连接，第一驱动机构设置于壳 体内；第二轴机构，包括第二旋转轴和驱动第二旋转轴旋转的第二驱动机构，第 二旋转轴设置于第一旋转轴的外侧壁上，且第二旋转轴的中心轴线与第一旋转 轴的中心轴线不平行且不重合，第二驱动机构设置于壳体内。

作为本发明的进一步改进，第一驱动机构包括第一驱动电机和第一传动机 构，第二驱动机构包括第二驱动电机和第二传动机构，第一驱动电机与第二驱动 电机并排设置于壳体内，第一传动机构的两端分别与第一驱动电机的输出端、第 一旋转轴连接，第二传动机构的两端分别与第二驱动电机的输出端、第二旋转轴 连接。

作为本发明的进一步改进，第一支撑部与第二支撑部对称设置，第一驱动电 机的输出端设置于第一支撑部所在侧，第二驱动电机的输出端设置于第二支撑 部所在侧，第一传动机构设置于第一支撑部内，第二传动机构设置于第二支撑部 内，以致第一传动机构与第二传动机构相对设置。

作为本发明的进一步改进，第一传动机构包括第一主动轮、第一从动轮和第 二从动轮，第一主动轮与第一从动轮之间、第一从动轮与第二从动轮之间传动连 接。

作为本发明的进一步改进，第一主动轮与第一从动轮之间、第一从动轮与第 二从动轮之间通过皮带传动连接。

作为本发明的进一步改进，第二传动机构包括第二主动轮、第三从动轮和转 向组件，第二主动轮与第三从动轮之间传动连接，转向组件分别与第三从动轮和 第二旋转轴连接，用于将第三从动轮输出的动力进行转向以驱动第二旋转轴旋 转。

作为本发明的进一步改进，转向组件包括第一锥齿轮和第二锥齿轮，第一锥 齿轮与第三从动轮连接，第二锥齿轮与第二旋转轴连接，第一锥齿轮与第二锥齿 轮啮合。

作为本发明的进一步改进，连接区包括一具有多个螺孔的转接板。

作为本发明的进一步改进，第一支撑部的外侧壁和第二支撑部的外侧壁均 设置有可拆卸盖板。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种机器人，包括基座和设置于基座上 的多轴机构，其还包括上述任意一项所述的机器人多轴扩展模块，机器人多轴扩 展模块与多轴机构的末端执行机构连接。

本发明的机器人多轴扩展模块通过扩展第一轴机构和第二轴机构，增加两 个可以作用于不同平面的旋转轴，在将该机器人多轴扩展模块安装在4轴SCARA 机器人的末端执行机构上时，将该SCARA机器人转换为6轴SCARA机器人，能 够在水平、垂直、倾斜方向上进行作用，满足更多复杂的工作要求，能够适应更 多复杂的工作环境，因此，该机器人多轴扩展模块提升了SCARA机器人的实用 性。并且，该机器人多轴扩展模块相对于复杂的机械臂结构而言，其结构更为紧 凑、精巧。

附图说明

图1为本发明的机器人多轴扩展模块一个实施例的结构示意图；

图2为图1所示机器人多轴扩展模块的分解结构示意图；

图3为图2所示机器人多轴扩展模块的第一驱动机构的结构示意图；

图4为图2所示机器人多轴扩展模块的第二驱动机构的结构示意图；

图5为本发明的机器人一个实施例的结构示意图；

附图中各标号的含义为：

100-机器人多轴扩展模块；200-基座；300-多轴机构；1-壳体；2-第一轴机 构；3-第二轴机构；11-第一支撑部；12-第二支撑部；13-连接区；14-可拆卸盖 板；21-第一旋转轴；22-第一驱动机构；31-第二旋转轴；32-第二驱动机构；221- 第一驱动电机；222-第一传动机构；321-第二驱动电机；322-第二传动机构； 2221-第一主动轮；2222-第一从动轮；2223-第二从动轮；3221-第二主动轮； 3222-第三从动轮；3223-转向组件；32231-第一锥齿轮；32232-第二锥齿轮。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附 图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现， 并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的 公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个 元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件， 它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术 领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术 语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

图1和图2展示了本发明机器人多轴扩展模块100一个实施例的结构示意 图。需要理解的是，该机器人多轴扩展模块100可应用于SCARA机器人，为SCARA 机器增加两个轴，从而适应更为复杂的加工环境。如图1和图2所示，该机器 人多轴扩展模块100包括壳体1、第一轴机构2和第二轴机构3。其中，壳体1 上设置有第一支撑部11和第二支撑部12，第一支撑部11和第二支撑部12构成 一凹槽区；第一轴机构2包括第一旋转轴21和第一驱动机构22，第一驱动机构22用于驱动第一旋转轴21旋转，第一旋转轴21的两端分别与第一支撑部11、第二支撑部12活动连接，从而该第一旋转轴21在第一驱动机构22的驱动下， 可以在凹槽区以第一旋转轴21的中心轴线为圆心进行旋转，第一驱动机构22 设置于壳体1内；第二轴机构3包括第二旋转轴31和第二驱动机构32，第二驱 动机构32用于驱动第二旋转轴31旋转，第二旋转轴31设置于第一旋转轴21 的外侧壁上，第一旋转轴21旋转时，带动第二旋转轴31以第一旋转轴21的中 心轴线为圆心旋转，并且第二旋转轴31在第二驱动机构32的驱动下，还能同 时以第二旋转轴31的中心轴线为圆心旋转，第二驱动机构32设置于壳体1内。

需要说明的是，本实施例中，第二旋转轴31的中心轴线与第一旋转轴21的 中心轴线不平行且不重合。具体地，第一旋转轴21的中心轴线为第一旋转轴21 旋转时的中心线，同理，该第二旋转轴31的中心轴线为第二旋转轴31旋转时 的中心线，当第一旋转轴21和第二旋转轴31的中心轴线平行或重合时，第一 轴机构2和第二轴机构3针对的是同一个平面，不能达到针对不同平台增加两 个轴的目的，因此，为了使得第一轴机构2和第二轴机构3能够实现增加两个 不同自由度的目的，第一旋转轴21与第二旋转轴31的中心轴线不能平行或重 合，该第一旋转轴21与第二旋转轴31的中心轴线可以处于不同的平面，或者 在处于同一平面时两者相交。本实施例中，优选地，第一旋转轴21的中心轴线 垂直于第二旋转轴的中心轴线31，即第二旋转轴31垂直设置于第一旋转轴21 的外壁上。

本实施例的机器人多轴扩展模块100通过扩展第一轴机构2和第二轴机构 3，增加两个可以作用于不同平面的旋转轴，在将该机器人多轴扩展模块100安 装在4轴SCARA机器人的末端执行机构上时，将该SCARA机器人转换为6轴 SCARA机器人，能够在水平、垂直、倾斜方向上进行作用，满足更多复杂的工作 要求，能够适应更多复杂的工作环境，因此，该机器人多轴扩展模块100提升了 SCARA机器人的实用性。并且，该机器人多轴扩展模块100相对于复杂的机械臂 结构而言，其结构更为紧凑、精巧。

进一步的，在将该机器人多轴扩展模块100安装在SCARA机器人上时，为 了降低机器人多轴扩展模块100产生的转动惯量，上述实施例的基础上，其他 实施例中，请一并参阅图2、图3、图4，远离凹槽区的外壳壁上设置有连接区 13，如图3所示，该第一驱动机构22包括第一驱动电机221和第一传动机构 222，如图4所示，第二驱动机构32包括第二驱动电机321和第二传动机构322， 其中，该连接区13优选设置为圆形区域，以与SCARA机器人的末端执行机构匹 配，该连接区13的中轴线即穿过连接区13圆心且与连接区所在平面垂直的直线，第一驱动电机221与第二驱动电机321并排设置且分处于连接区13的中轴 线两侧。第一传动机构222的两端分别与第一驱动电机221的输出端、第一旋 转轴21连接，第二传动机构322的两端分别与第二驱动电机321的输出端、第 二旋转轴31连接。

具体地，该第一驱动电机221和第二驱动电机321采用大小、结构、重量完 全相同的两个电机，将该第一驱动电机221和第二驱动电机321并排设置在壳 体1内，并且，第一驱动电机221和第二驱动电机321分处于连接区13的中轴 线两侧，而当SCARA机器人的末端执行机构驱动该机器人多轴扩展模块100时， 机器人多轴扩展模块100以连接区13的中轴线为圆心进行旋转，通过将第一驱 动电机221和第二驱动电机321并排设置且分处于连接区13的中轴线两侧，从 而使得第一驱动电机221和第二驱动电机321以连接区13的中轴线为圆心进行 旋转，进而使得两者产生的转动惯量能够相互抵消，达到降低机器人多轴扩展模块100的转动惯量的目的，使得机器人多轴扩展模块100与SCARA机器人之间 的连接更为稳固，不会轻易被甩飞。

为了进一步降低机器人多轴扩展模块100产生的转动惯量，本实施例中， 如图4所示，第一支撑部11与第二支撑部12对称设置，需要理解的是，该对 称是指以连接区13的中轴线对称，第一驱动电机221的输出端设置于第一支撑 部11所在侧，第二驱动电机321的输出端设置于第二支撑部12所在侧，使得 第一驱动电机221和第二驱动电机321两者的输出端反向设置，第一传动机构 222设置于第一支撑部11内，第二传动机构322设置于第二支撑部12内，以致 第一传动机构222与第二传动机构322相对设置。

本实施例中，通过将第一支撑部11和第二支撑部12对称设置，第一驱动 电机221和第二驱动电机321的输出端反向设置，使得第一传动机构222能够 设置于第一支撑部11内，第二传动机构322能够设置于第二支撑部12内，以 致第一传动机构222与第二传动机构322相对设置，从而，在机器人多轴扩展 模块100旋转时，该相对设置的第一传动机构222和第二传动机构322以连接 区13的中轴线为中心旋转，使得两者产生的转动惯量相互抵消，降低机器人多 轴扩展模块100旋转时产生的转动惯量。

本实施例通过将第一驱动电机221与第二驱动电机321、第一支撑部11与 第二支撑部12、第一传动机构222与第二传动机构322均对称设置，使得机器 人多轴扩展模块100旋转时，第一驱动电机221与第二驱动电机321产生的转 动惯量相互抵消，第一支撑部11与第二支撑部12产生的转动惯量相互抵消， 第一传动机构222与第二传动机构322产生的转动惯量相互抵消，在极大程度 上降低了机器人多轴扩展模块100旋转时产生的转动惯量，使得机器人多轴扩 展模块100与SCARA机器人末端执行机构的连接更为稳固，并且降低了对机器 人多轴扩展模块100的磨损，提升了机器人多轴扩展模块100的使用寿命。

进一步的，在一些实施例中，第一传动机构222包括多级传动机构。通过多 级传动机构，以达到增加减速比的目的。

本实施例中，该多级传动机构优选为二级传动机构，该第一传动机构222具 体包括第一主动轮2221、第一从动轮2222和第二从动轮2223，第一主动轮2221 与第一从动轮2222之间、第一从动轮2222与第二从动轮2223之间传动连接。

需要说明的是，本实施例中，第一主动轮2221与第一从动轮2222之间、第 一从动轮2222与第二从动轮2223之间的传动方式可以为齿轮传动、链传动、 蜗杆传动、螺杆传动等方式，本实施例不作限定。

优选地，第一主动轮2221与第一从动轮2222之间、第一从动轮2222与第 二从动轮2223之间通过皮带传动连接。带传动的方式有结构简单、传动平稳、 能缓冲吸振、可以在大的轴间距和多轴间传递动力，且其造价低廉、不需润滑、 维护容易。

进一步的，在一些实施例中，第二传动机构322包括第二主动轮3221、第 三从动轮3222和转向组件3223，第二主动轮3221与第三从动轮3222之间传动 连接，转向组件3223分别与第三从动轮3222和第二旋转轴31连接，用于将第 三从动轮3222输出的动力进行转向以驱动第二旋转轴31旋转。

其中，转向组件3223包括第一锥齿轮32231和第二锥齿轮32232，第一锥 齿轮32231与第三从动轮3222连接，第二锥齿轮32232与第二旋转轴31连接， 第一锥齿轮32231与第二锥齿轮32232啮合。

本实施例中，考虑到第二驱动机构输出的动力在经第三从动轮3222输出时， 在方向上与第二旋转轴31所需要的动力方向不同，因此，通过设置一个转向组 件3223将第三从动轮3222输出的动力进行转向，从而达到能够驱动第二旋转 轴31的目的。

进一步的，在一些实施例中，连接区13包括一具有多个螺孔的转接板，使 得机器人多轴扩展模块100能够通过螺接的方式与SCARA机器人的末端执行机 构连接，方便拆装。

进一步的，为了方便对机器人多轴扩展模块100进行维护，在一些实施例 中，第一支撑部11的外侧壁和第二支撑部12的外侧壁均设置有可拆卸盖板14， 当需要进行维护时，通过拆开可拆卸盖板14接口对壳体1内的第一驱动机构22、 第三驱动机构32进行维护。

图5展示了本发明机器人一个实施例的结构示意图。如图5所示，该机器 人包括上述任意一个实施例所述的机器人多轴扩展模块100、基座200和设置于 基座200上的多轴机构300，其中机器人多轴扩展模块100与多轴机构300的末 端执行机构连接。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实 施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的 组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但 并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这 些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为 准。