螺钉拧紧装配专用SCARA机器人

1.螺钉拧紧装配专用SCARA机器人，包括底座及底座上依次连接的X轴手臂和Y轴手臂，且X轴手臂和Y轴手臂在水平面内的X、Y方向上顺应定位可调，其特征在于：所述SCARA机器人基于Y轴手臂自身花键副集成设有螺丝刀组件，其中所述花键副的花键轴承和Z轴电机固接于Y轴手臂，花键副的花键套管受驱于Z轴电机穿接于花键轴承中Z向阻尼滑动，所述螺丝刀组件至少包含拧紧电机和起子头且一体集成装接于花键套管内侧底部。
2.根据权利要求1所述螺钉拧紧装配专用SCARA机器人，其特征在于：所述底座中设有X轴手臂、Y轴手臂、Z轴电机和拧紧电机的控制总线，外接控制器分别驱动X轴手臂、Y轴手臂、Z轴电机和拧紧电机的转动启停。
3.根据权利要求1所述螺钉拧紧装配专用SCARA机器人，其特征在于：所述螺丝刀组件在起子头旁侧还设有螺钉输送连接件自动供钉。
4.根据权利要求1所述螺钉拧紧装配专用SCARA机器人，其特征在于：所述Y轴手臂、Z轴电机及花键套管外侧设有一体成型外壳，仅所述花键轴承的底部和起子头外露。

螺钉拧紧装配专用SCARA机器人\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种电动装配机器人，尤其涉及一种装配精度和刚性大幅提高、机器人寿命也提升的电动装配专用SCARA机器人。\n背景技术\n[0002] SCARA机器人（英文全称：Selective Compliance Assembly Robot Arm，中文译名：选择顺应性装配机器手臂），由于SCARA机器人在X，Y方向上具有顺从性，而在Z轴方向具有良好的刚度，此特性特别适合于装配工作。\n[0003] 从SCARA基础理论结构来看：SCARA机器人有三个旋转关节，其轴线相互平行，在平面内进行X轴向和Y轴向的定位和定向。另一个关节是移动关节，用于完成末端件在垂直于平面的运动。由此可见，应用于螺钉拧紧装配的专业SCARA机器人是利用SCARA机器人及螺钉拧紧的螺丝刀或加入自动送螺钉的送料机构的应用机器人。\n[0004] 通常采用如下两种方式来完成螺钉拧紧装配机器人的结构设计，当然也不限于此，也可能存在其它基于这两种方式的近似实施方式。\n[0005] 如图1所示，拧紧螺丝刀5偏置安装于SCARA机器人R/Z轴末端；拧紧螺丝刀及相关机构轴向与R/Z轴平行。\n[0006] 如图2所示、拧紧螺丝刀5串联安装于SCARA机器人R/Z轴末端；拧紧螺丝刀及相关机构与R/Z轴同轴。\n[0007] 从以上两种常见方式来看，由于拧紧螺丝刀及相关机构是通过较为简单的连接方式与标准SCARA机器人相连的，因此在螺钉拧紧的过程中，拧紧的反作用力矩会对SCARA机器人较薄弱的R轴关节造成频繁的冲击载荷，随着该种螺钉拧紧装配专用的SCARA机器人的使用时间累积，R轴关节损耗也在不断累积，大大限制了SCARA机器人在螺钉拧紧装配中的应用。\n发明内容\n[0008] 鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种螺钉拧紧装配专用SCARA机器人，通过对传统此类SCARA机器人的结构改良从而解决装配精度、刚性强度和机器人寿命延长等方面的问题。\n[0009] 本发明的上述目的，将通过以下技术方案得以实现：螺钉拧紧装配专用SCARA机器人，包括底座及底座上依次连接的X轴手臂和Y轴手臂，且X轴手臂和Y轴手臂在水平面内的X、Y方向上顺应定位可调，其特征在于：所述SCARA机器人基于Y轴手臂自身花键副集成设有螺丝刀组件，其中所述花键副的花键轴承和Z轴电机固接于Y轴手臂，花键副的花键套管受驱于Z轴电机穿接于花键轴承中Z向阻尼滑动，所述螺丝刀组件至少包含拧紧电机和起子头且一体集成装接于花键套管内侧底部。\n[0010] 进一步地，所述底座中设有X轴手臂、Y轴手臂、Z轴电机和拧紧电机的控制总线，外接控制器分别驱动X轴手臂、Y轴手臂、Z轴电机和拧紧电机的转动启停。\n[0011] 进一步地，所述螺丝刀组件在起子头旁侧还设有螺钉输送连接件自动供钉。\n[0012] 进一步地，所述Y轴手臂、Z轴电机及花键套管外侧设有一体成型外壳，仅所述花键轴承的底部和起子头外露。\n[0013] 本发明技术方案应用实施，较之于传统意义的此类机器人具备显著效果：该方案在拧紧过程中不再对R轴关节产生反复的冲击载荷而将力矩直接传递到Y轴手臂，在未降低SCARA基础理论结构的基础上，实现了对螺钉拧紧装配专用SCARA机器人结构的简化，在保证机器人末端R轴精度的基础上也大大提高了刚性和整个机器人的使用寿命。\n附图说明\n[0014] 图1是传统偏置安装拧紧螺丝刀的SCARA机器人结构简图。\n[0015] 图2是传统串联安装拧紧螺丝刀的SCARA机器人结构简图。\n[0016] 图3是本发明专用SCARA机器人的总装结构及其各轴向示意图。\n[0017] 图4是本发明专用SCARA机器人去外壳后的结构爆炸图。\n具体实施方式\n[0018] 以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。\n[0019] 在详细介绍本发明专用SCARA机器人之前，为避免歧义有必要先对机器人的各运动轴有所了解。如图3所示，通常的SCARA机器人具有三个旋转关节和一个移动关节。其主要结构特征包括底座1及底座1上依次连接的X轴手臂2和Y轴手臂3。其中X轴手臂\n2直接装接在底座1顶部，并以与底座的连接轴为X转轴；Y轴手臂3进一步装接在X轴手臂2的顶部，并以与X轴手臂的连接轴为Y转轴；该X转轴和Y转轴并非通常意义上的正交轴，只是为了满足SCARA机器人手臂末端在水平面的定位、定向。再者，在Y轴手臂3的末端形成有垂直于水平面运动的Z轴移动关节，并基于该Z轴移动关节形成第三旋转关节R轴，因此一般并称Z/R轴。图示可见X转轴、Y转轴和R轴平行。\n[0020] 如前述背景技术介绍，现有两种拧紧螺丝刀均是基于Z/R轴的简单连接而实现功能的。而本发明人在长期的生产应用过程中认识到这些传统机器人的不足，以下概述本发明针对传统SCARA机器人的创新改良。该新型的SCARA机器人同样包括底座1及底座1上依次连接的X轴手臂2和Y轴手臂3，且X轴手臂和Y轴手臂在水平面内的X、Y方向上顺应定位可调，区别于传统，将螺钉拧紧的螺丝刀、送钉机构（可选的）等部件内置于SCARA机器人的Z/R轴内部，并利用R轴外部的花键副及SCARA机器人的Y轴手臂来承载螺钉拧紧的反作用力矩。具体结构如图4所示，该Y轴手臂3基于自身花键副集成设有螺丝刀组件，其中花键副的花键轴承41和Z轴电机43固接于Y轴手臂3，Z轴电机43的丝杠431上套接有螺母44和连接板45，花键副的花键套管42与连接板45一体相连且穿接于花键轴承\n41中Z向阻尼滑动。该结构下，在Z轴电机43的受驱转动下带动螺母44和连接板45沿丝杠431发生位移，并带动花键套管42做Z轴向的滑动，即机器人的移动关节。作为本发明机器人的主要应用功能，螺钉拧紧所需的螺丝刀组件至少包含拧紧电机51和起子头52，且一体装接于花键套管底部。图示可见：拧紧电机51插设于花键套管42内腔，并于花键套管\n42底部与起子头52一体相连。该集成结构能使得R轴转动能有效地限位于花键套管中而大幅降低拧紧作业时的机器人振动，而且能利用R轴外部的花键副及SCARA机器人的Y轴手臂来承载螺钉拧紧的反作用力矩。\n[0021] 而且底座中设有X轴手臂、Y轴手臂、Z轴电机和拧紧电机的控制总线，外接控制器分别驱动X轴手臂、Y轴手臂、Z轴电机和拧紧电机的转动启停。通过外接控制器编程实现各转轴的受控转动，由于这是电气控制领域的常规技术，不作为本发明申请保护的重点，故省略详述，也未在图4中具体图示。\n[0022] 在本发明SCARA机器人具体实施时：X轴手臂和Y轴手臂完成水平运动，可将机器人Z/R轴移动到螺钉的备料位置、工件上的螺纹孔位置；Z轴电机通过丝杠及螺母和连接板使得拧紧螺丝刀所内置的花键套管上下运动，使之离开或接近工件螺纹孔位置；拧紧螺丝刀的拧紧电机51旋转带动起子头完成对螺钉的拧紧或拧松。\n[0023] 作为上述方案进一步的细化与优化，本发明还可作如下扩展实施。\n[0024] 一者，在螺钉自动化拧紧设计中，为提高作业效率而采用自动送钉的单元是一种不错的技术完善方案。具体地，在螺丝刀组件在起子头旁侧设置螺钉输送连接件53自动供钉。这样能在简化机器人结构的同时，实现高效、自动的批量螺钉拧紧装配作业。\n[0025] 再者，特别参照图3所示，该Y轴手臂、Z轴电机及花键套管外侧还可以设有一体成型外壳，仅将花键轴承的底部和起子头外露。这样能有效隔绝外界尘埃对机器人寿命的影响并抑制噪声。\n[0026] 综上对本发明螺钉拧紧装配专用SCARA机器人结构及运作过程的实施例描述可见：本该方案在拧紧过程中不再对R轴关节产生反复的冲击载荷而将力矩直接传递到Y轴手臂，在未降低SCARA基础理论结构的基础上，实现了对螺钉拧紧装配专用SCARA机器人结构的简化，在保证机器人末端R轴精度的基础上也大大提高了刚性和整个机器人的使用寿命。\n[0027] 除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。