【专利摘要】本实用新型公开了一种电子元器件装配机器人，包括机箱底座；所述机箱机身安装在机箱底座上，机箱机身内安装有第一步进电机，第一步进电机与减速器连接，减速器与机身输出轴连接，机身输出轴与大臂连接，大臂上安装有第二步进电机，第二步进电机上安装有第一带轮，第一带轮通过第一同步带与安装在同步带轮轴上的第三带轮联动，同步带轮轴上还安装有通过第二同步带与第四带轮联动的第二带轮，第四带轮安装在大臂输出轴上，大臂输出轴与小臂连接，小臂的侧部安装有丝杠箱体，丝杠箱体的上部设有安装有第三步进电机的箱体，第三步进电机与丝杠轴连接；本实用新型能满足市场需求、降低产品成本、缩短产品生命周期、提高市场竞争能力。

　　[0001] 本实用新型涉及机器人领域，具体是一种电子元器件装配机器人。

　　[0002] 随着科学技术的发展，电子产品的集成度越来越高，在加工过程中，需要对其进行 精确的装配以保障无故障，同时在对电子元器件进行装配加工过程中应尽量保证装配灵活 度和精准度，以提高产品质量;我国现有主要生产工业机器人厂家生产规模较小，这与当前 市场需求有较大差距，不能满足市场需求。 【实用新型内容】

　　[0003] 本实用新型的目的在于提供一种生产成本低，运行可靠、效率高的电子元器件装 配机器人，以解决上述【背景技术】中提出的问题。

　　[0005] -种电子元器件装备机器人，包括机箱底座、机箱机身、大臂、小臂和丝杠箱体;所 述机箱机身通过螺钉安装在机箱底座上，机箱机身内下部安装有第一电机支架，第一电机 支架上安装有第一步进电机，第一步进电机的输出轴与第一联轴器连接，第一联轴器与减 速器连接，所述减速器安装在减速器支架上，减速器与第二联轴器连接，第二联轴器与机身 输出轴连接，机身输出轴外由内之外依次套设有第二套筒、第一套筒和轴承支架，第一套筒 与第二套筒之间的两端均安装有角接触球轴承;机身输出轴通过螺栓与大臂上部固定连 接，大臂下部设置有第二电机支架，第二电机支架上安装有第二步进电机，第二步进电机的 输出轴上安装有第一带轮，第一带轮通过第一同步带与第三带轮联动，第三带轮中心安装 有同步带轮轴，同步带轮轴上还安装有第二带轮，同步带轮轴的两端部分别安装有第一轴 承端盖和第二轴承端盖，第一轴承端盖与第三带轮之间的同步带轮轴外套设有第三套筒， 第二轴承端盖与第二带轮之间的同步带轮轴外套设有第四套筒;所述第二带轮通过第二同 步带与第四带轮联动，第四带轮安装在大臂输出轴上，大臂输出轴的两端分别通过螺母安 装在小臂上部和小臂下部，大臂输出轴上安装有第三轴承端盖，第四带轮下部的大臂输出 轴外套设有第五套筒;小臂的侧部安装有丝杠箱体，丝杠箱体的上部安装有箱体，箱体上安 装有第一端盖，所述箱体上安装有第三步进电机，第三步进电机的输出轴与设置在箱体内 的第三联轴器连接，第三联轴器与丝杠轴连接，所述丝杠轴与第三联轴器连接的一端设置 有第四轴承端盖，第四轴承端盖安装在箱体的支架上，丝杠轴外套设有第六套筒;所述丝杠 箱体内安装有光杆，光杆的两端均套设有橡皮套，光杆上安装有丝杠螺母，丝杠螺母在丝杠 轴上滑动设置，丝杠轴的下部插入空心轴中，空心轴穿出丝杠箱体的底部，丝杠箱体的底部 安装有第二端盖。

　　[0006] 作为本实用新型进一步的方案:所述机箱底座通过地脚螺钉固定在地面上。

　　[0007] 作为本实用新型再进一步的方案:所述第一联轴器与第一步进电机之间、第二联 轴器与减速器之间、第三联轴器与第三步进电机之间均安装有紧顶螺钉和键销组合。

　　[0008] 作为本实用新型再进一步的方案:所述第一电机支架、减速器支架均通过螺栓-螺 母-垫片固定在机箱机身上，第二电机支架通过螺栓-螺母-垫片固定在大臂上。

　　[0009] 作为本实用新型再进一步的方案:所述第三套筒与第二轴承端盖之间、第四套筒 与第一轴承端盖之间、大臂输出轴与大臂之间、第六套筒与丝杠箱体之间均安装有角接触 球轴承。

　　[0011] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:本实用新型的目的是用于电子元件 的装配，能满足相应的市场需求、降低产品成本、缩短产品生命周期、提高市场竞争能力;本 实用新型的装配机器人结构简单、紧凑，通过设置机身、大臂、小臂及丝杆螺母，利用步进电 机、同步带实现各部件间几个关节点的连动，运行可靠、经济合理，能充分满足日益增长的 电子元器件加工需求。

　　[0013]其中，1-机箱底座；2-机箱机身；3-第一电机支架;4-第一联轴器;5-减速器支架； 6_第二联轴器;7-轴承支架;8-第一套筒;9-第二套筒；10-机身输出轴；11-大臂上部；12-大 臂下部；13-第二电机支架；14-第一带轮;15-第一同步带；16-第一轴承端盖;17-第三套筒； 18-第二轴承端盖；19-第四套筒;20-第二带轮;21-第三带轮;22-第二同步带；23-小臂上 部;24-第四带轮;25-大臂输出轴;26-第三轴承端盖;27-第五套筒;28-小臂下部;29-第一 端盖;30-箱体;31-第三联轴器;32-第四轴承端盖;33-支架;34-丝杠轴;35-第六套筒;36-橡皮套；37-光杆;38-丝杠箱体;39-丝杠螺母;40-空心轴;41-第二端盖;42-同步带轮轴； 43-地脚螺钉;44-第一步进电机;45-第二步进电机;46-第三步进电机;47-螺钉;48-减速 器;49-角接触球轴承。

　　[0014] 下面结合【具体实施方式】对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

　　[0015] 请参阅图1，一种电子元器件装备机器人，包括机箱底座1、机箱机身2、大臂、小臂 和丝杠箱体38;所述机箱底座1通过地脚螺钉43固定在地面上，机箱机身2通过螺钉47安装 在机箱底座1上，机箱机身2内下部安装有第一电机支架3,第一电机支架3上安装有第一步 进电机44，第一步进电机44的输出轴与第一联轴器4连接，第一联轴器4与减速器48连接，所 述减速器48安装在减速器支架5上，减速器48与第二联轴器6连接，第二联轴器6与机身输出 轴10连接，机身输出轴10外由内之外依次套设有第二套筒9、第一套筒8和轴承支架7,第一 套筒8与第二套筒9之间的两端均安装有角接触球轴承49;机身输出轴10通过螺栓与大臂上 部11固定连接，大臂下部12设置有第二电机支架13,第二电机支架13上安装有第二步进电 机45,第二步进电机45的输出轴上安装有第一带轮14,第一带轮14通过第一同步带15与第 三带轮21联动，第三带轮21中心安装有同步带轮轴42,同步带轮轴42上还安装有第二带轮 20,同步带轮轴42的两端部分别安装有第一轴承端盖16和第二轴承端盖18,第一轴承端盖 16与第三带轮21之间的同步带轮轴42外套设有第三套筒17,第二轴承端盖18与第二带轮20 之间的同步带轮轴42外套设有第四套筒19;所述第二带轮20通过第二同步带22与第四带轮 24联动，第四带轮24安装在大臂输出轴25上，大臂输出轴25的两端分别通过螺母安装在小 臂上部23和小臂下部28,大臂输出轴25上安装有第三轴承端盖26,第四带轮24下部的大臂 输出轴25外套设有第五套筒27;小臂的侧部安装有丝杠箱体38,丝杠箱体38的上部安装有 箱体30，箱体30上安装有第一端盖29，所述箱体30上安装有第三步进电机46，第三步进电机 46的输出轴与设置在箱体30内的第三联轴器31连接，第三联轴器31与丝杠轴34连接，所述 丝杠轴34与第三联轴器31连接的一端设置有第四轴承端盖32,第四轴承端盖32安装在箱体 30的支架33上，丝杠轴34外套设有第六套筒35;所述丝杠箱体38内安装有光杆37，光杆37的 两端均套设有橡皮套36，光杆37上安装有丝杠螺母39，丝杠螺母39在丝杠轴34上滑动设置， 丝杠轴34的下部插入空心轴40中，空心轴40穿出丝杠箱体38的底部，丝杠箱体38的底部安 装有第二端盖41。

　　[0017] 第一联轴器4与第一步进电机44之间、第二联轴器6与减速器48之间、第三联轴器 31与第三步进电机46之间均安装有紧顶螺钉和键销组合。

　　[0018] 第一电机支架3、减速器支架5均通过螺栓-螺母-垫片固定在机箱机身2上，第二电 机支架13通过螺栓-螺母-垫片固定在大臂上。

　　[0019] 第三套筒17与第二轴承端盖18之间、第四套筒19与第一轴承端盖16之间、大臂输 出轴25与大臂之间、第六套筒35与丝杠箱体38之间均安装有角接触球轴承。

　　[0020] 本实用新型的工作原理是:本实用新型中，机器人四个关节均选用步进电机驱动， 大臂转动采用谐波减速器48作为减速机构；小臂转动采用二级同步齿形带减速;腕部升降 采用丝杠螺母39传动;手腕转动用第三步进电机46直接驱动。

　　[0021] 本实用新型中，第一个关节传动采用的谐波减速器具有小体积、大转矩、高减速比 的优点；第二个关节采用了同步齿形带的传动结构，可以获得较大的输出转矩;第三关节采 用丝杠螺母39传动从而把旋转运动转变为直线运动，并且具有自锁功能;在第二自由度轴 上下两端用两块合金板将小臂与大臂连接在一起，完成整体结构的设计。

　　[0022]空心轴40末端可连接机械手，机械手的末端执行器可以是手爪、焊接机、吸盘等 等，根据实际不同需要可以采用不同类型的的执行器;本实用新型是用于电子元器件的装 配机器人，所接触的物件是比较小、体积不大、表面平整的电子元器件，选择采用较为实用 和便捷的真空吸盘作为末端的执行器。

　　[0024] 1.大臂的第一和第二关节轴之间的距离为348mm，质量标记为Ml，约为4kg，重心在 距离第一关节轴143mm处，Ll = 143mm;

　　[0034] 本实用新型的机器人，前两个自由度是平面旋转，若轴承是光滑的，则旋转所需的 静转矩比较小，因为将臂伸开呈一条直线时转动惯量最大，所以在旋转开始时可产生步进 电机的转矩不足;设两臂及手腕绕各自重心轴的转动惯量分别为；1、；2、兀3，根据平行轴 定理可得绕第一关节轴的转动惯量为：

　　[0046] 设大臂速度为ω : = 30°/s，则旋转开始时的转矩可表示如下：

　　[0051] 若考虑绕机器人手臂的各部分重心轴的转动惯量及摩擦力矩，则旋转开始时的启 动转矩可假定为lON.m，取安全系数为2,则谐波减速器所需输出的最小转矩为：

　　[0054] 设谐波减速器的的传递效率为:n = 90%，步进电机应输出力矩为：

　　[0058] 原理同上，设小臂转速ω 2 = 15° /s，角速度从0加到ω 2所需加速时间Δ t = 0.2s，则 同步带应输出PP电子官方网站转矩为：

　　[ΟΟ?Ο]设安全系数为2，同步带减速比i = 10，同步带传动采用单级传动，传动效率为:n = 85%，则电机所需输出力矩为：

　　[0064]丝杠螺母传动，实现腕部的升降，设丝杠轴向承载总和为:Q = 35N，丝杠基本参数选 择:螺距:P=2mm、公称直径:d = 10mm、摩擦系数:f = 0.1、螺旋升角为

　　[0066] 式中：f-摩擦系数，取0.1; Dm-支撑面平均直径，取螺母内外径的一半，即（10+40)/ 2 = 25_;丝杠所受力矩为阻力矩与摩擦力矩之和，即：

　　[0072]腕部旋转直接用步进电机驱动，设手爪及物体的最大当量半径为R=50mm，则转动 惯量为：

　　[0081 ]由估算知谐波减速器转动惯量Jx~4kg. cm2，从资料查得55BF003步进电机转子惯 量为JD1=0.617kg.cm2,因此，自由度Θ1传动系统上所有惯量折算到电机轴上的等效转动 惯量为：

　　[0083]式中：Jdi为电机轴的转子惯量;Jx/2为谐波减速器惯量之半(输入部分）的和;Jx/ 2i2为谐波减速器惯量之半(输出部分)折算到电机轴时除以i2;Jzj：/2i2为Z方向上的转动惯 量Jzz折算到电机轴时除以i2，根据初选的i = 120，则Jie = 3.63kg. cm2;

　　[0087] 因为本实用新型中第一自由度没有采用滚珠丝杠副传动，所以丝杠预紧附加摩擦 力矩等于零，即M0 = 0,设摩擦力矩可忽略不计，则仅剩加速力矩项UP

　　[0090]式中：传动系统各部件惯量折算到电机轴上的总等效转动惯量J1E = 3.63kg. cm2; 运动部件最大快进速度vmax = 30°/s = 1800°/min;运动部件从静止启动加速到最大快进速 度所需的时间t = 0.1 s;电机最大转速为：

　　[0100] 从资料查得45BF005II步进电机转子惯量为JD2 = 0.137kg.cm2,根据初选的i = 10,则自由度Θ2传动系统上所有惯量折算到电机轴上的等效转动惯量为：

　　[0104] 因为第二自由度没有采用滚珠丝杠副传动，所以丝杠预紧附加摩擦力矩等于零， 即M0 = 0,设摩擦力矩可忽略不计，则仅剩加速力矩项UP

　　[0107]式中：传动系统各部件惯量折算到电机轴上的总等效转动惯量J2j:=16.8kg. cm2; 运动部件最大快进速度vmax= 15°/s = 900°/min;运动部件从静止启动加速到最大快进速度 所需的时间t = 0.2s，电机最大转速为：

　　[0119] 已知移动件质量为2kg，传动比i = 1，传动系统各运动部件惯量折算到电机轴上的 总等效转动惯量为：

　　[0124]电机最大转速为丝杜最大转速的i倍，即nmax = ins，丝杜最大转速ns为

　　[0131] 由上可知，同步带输出转矩为:0.21N.m，输出转速为：ω =15°/s，单级传动效率 为:n = 85%，传动比i = 10，取安全系数k = 3，则同步带传递功率为：

　　[0135] 由文献查得载荷修正系数k0 = l.6,因未使用张紧轮，又是减速运动，故附加修正 系数均为零，则：

　　[0174] 各轴的材料均选用45号钢，已知轴的许用扭剪应力[τ ] = 30MPa，由许用应力确定 的系数为C= 120。

　　[0179] 与谐波减速器连接部分轴径最小，由于它承受了大臂、小臂、腕部及负载所带来的 弯距，另外减速器的轴颈较大，故d的值可取大一些，取d = 30mm;轴承部分Φ =40mm，轴承选 为7208AC GB/292角接触球轴承；

　　[0183] 最小轴径在两臂连接处，有键槽，承受一定弯矩，轴径选用Φ 16,轴承部分选用轴 径Φ 17，轴承选为单列角接触球轴承，型号为7003AC GB/292，另外考虑到此轴的轴向定位， 故两个轴端设计成螺纹状，通过两个圆螺母进行轴向的定位与紧固，螺纹直径为M14;

　　[0186] 由于轴上有键槽，且承受一定弯矩，故取d = 15mm，轴承处轴颈取为Φ = 12mm，轴承 选为轴承选为单列角接触球轴承型号为7002AC GB292;

　　[0188] 升降轴上为滚珠丝杠螺母副，故需设计成空心轴，主要承受轴向拉力，取丝杠内径d= 14mm，丝杜外径D= 18mm，用两光杜与一直线轴承导向，丝杜采用一对面对面角接触球轴承支 撑，轴承部分轴径选用Φ 12，轴承型号为7201AC GB/292，光杆采用Φ 5钢棒，与升降轴同一平

　　面平行放置，已知丝杠传递扭矩T = 0.078N.m，则光杠所受圆周力为：

　　[0193] 滚珠丝杠副初选为外循环插管式，预紧方式为双螺母垫片式预紧，导珠管埋入式， 公称直径dm= 10mm，导程(螺距)L0 = 2mm，螺纹旋向为右旋，定位滚珠丝杜副，精度等级为3 级，丝杠螺纹长度157mm，丝杠总长度L = 234mm，滚珠丝杠副型号VFC(Z)1002-2.5。

　　根据初选滚珠丝杠型号从表中查得螺旋升角λ = 3°4Υ，摩擦角 炉=10，则η = tg3。49 /tg3。59 = 0 · 96，传动效率较高。

　　[0215]上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方 式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下 作出各种变化。

　　1. 电子元器件装配机器人，包括机箱底座（1)、机箱机身（2)、大臂、小臂和丝杠箱体 (38);其特征在于:所述机箱机身（2)通过螺钉(47)安装在机箱底座（1)上，机箱机身(2)内 下部安装有第一电机支架(3)，第一电机支架(3)上安装有第一步进电机(44)，第一步进电 机(44)的输出轴与第一联轴器(4)连接，第一联轴器(4)与减速器(48)连接，所述减速器 (48)安装在减速器支架(5)上，减速器(48)与第二联轴器(6)连接，第二联轴器(6)与机身输 出轴（10)连接，机身输出轴（10)外由内之外依次套设有第二套筒(9)、第一套筒(8)和轴承 支架(7)，第一套筒(8)与第二套筒(9)之间的两端均安装有角接触球轴承(49);机身输出轴 (10)通过螺栓与大臂上部（11)固定连接，大臂下部（12)设置有第二电机支架（13)，第二电 机支架（13)上安装有第二步进电机(45)，第二步进电机(45)的输出轴上安装有第一带轮 (14)，第一带轮（14)通过第一同步带（15)与第三带轮(21)联动，第三带轮(21)中心安装有 同步带轮轴(42)，同步带轮轴(42)上还安装有第二带轮(20)，同步带轮轴(42)的两端部分 别安装有第一轴承端盖(16)和第二轴承端盖(18)，第一轴承端盖(16)与第三带轮(21)之间 的同步带轮轴(42)外套设有第三套筒（17)，第二轴承端盖(18)与第二带轮(20)之间的同步 带轮轴(42)外套设有第四套筒（19);所述第二带轮(20)通过第二同步带（22)与第四带轮 (24)联动，第四带轮(24)安装在大臂输出轴(25)上，大臂输出轴(25)的两端分别通过螺母 安装在小臂上部(23)和小臂下部(28)，大臂输出轴(25)上安装有第三轴承端盖(26)，第四 带轮（24)下部的大臂输出轴（25)外套设有第五套筒（27);小臂的侧部安装有丝杠箱体 (38)，丝杠箱体(38)的上部安装有箱体(30)，箱体(30)上安装有第一端盖(29)，所述箱体 (30)上安装有第三步进电机(46)，第三步进电机(46)的输出轴与设置在箱体(30)内的第三 联轴器(31)连接，第三联轴器(31)与丝杠轴(34)连接，所述丝杠轴（34)与第三联轴器(31) 连接的一端设置有第四轴承端盖(32)，第四轴承端盖(32)安装在箱体(30)的支架(33)上， 丝杠轴(34)外套设有第六套筒(35);所述丝杠箱体(38)内安装有光杆(37)，光杆(37)的两 端均套设有橡皮套(36)，光杆(37)上安装有丝杠螺母(39)，丝杠螺母(39)在丝杠轴(34)上 滑动设置，丝杠轴(34)的下部插入空心轴(40)中，空心轴(40)穿出丝杠箱体(38)的底部，丝 杠箱体(38)的底部安装有第二端盖(41)。2. 根据权利要求1所述的电子元器件装配机器人，其特征在于，所述机箱底座（1)通过 地脚螺钉(43)固定在地面上。3. 根据权利要求1所述的电子元器件装配机器人，其特征在于，所述第一联轴器(4)与 第一步进电机(44)之间、第二联轴器(6)与减速器(48)之间、第三联轴器(31)与第三步进电 机(46)之间均安装有紧顶螺钉和键销组合。4. 根据权利要求1所述的电子元器件装配机器人，其特征在于，所述第一电机支架(3)、 减速器支架(5)均通过螺栓-螺母-垫片固定在机箱机身（2)上，第二电机支架（13)通过螺 栓-螺母-垫片固定在大臂上。5. 根据权利要求1所述的电子元器件装配机器人，其特征在于，所述第三套筒（17)与第 二轴承端盖（18)之间、第四套筒（19)与第一轴承端盖（16)之间、大臂输出轴(25)与大臂之 间、第六套筒(35)与丝杠箱体(38)之间均安装有角接触球轴承。6. 根据权利要求1所述的电子元器件装配机器人，其特征在于，所述减速器(48)为谐波 减速器。