CN102049783A - 机器人结构 - Google Patents

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    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0283—Three-dimensional joints

Abstract

一种机器人结构，包括相互枢接并相对可转动的第一轴组件、第二轴组件及第三轴组件，位于第一轴组件与第二轴组件枢接处的第一手腕单元及位于第二轴组件与第三轴组件枢接处的第二手腕单元，第一手腕单元包括驱动第一手腕单元的第一驱动件，第二手腕单元包括驱动第二手腕单元的第二驱动件，第二手腕单元还包括传动机构，传动机构将第二驱动件的动力传递到第二轴组件，第一驱动件及第二驱动件位于传动机构的同侧，第二轴组件两端均与第三轴组件枢接，第一驱动件设置于第二轴组件内，第二驱动件设置于第三轴组件内，第一驱动件与第二驱动件沿相互靠近的方向设置。该机器人结构具有结构小巧且承载能力较高的特点。

Description

机器人结构
技术领域
本发明涉及一种机器人结构，尤其涉及一种机器人的手腕结构。
背景技术
工业机器人常包括多个相互枢接的手腕单元，并通过该多个手腕单元的相对运动以执行不同的动作。各手腕单元处的枢转动作常通过减速器及驱动电机实现。
机器人的手腕单元的运动精度、承载能力、运动平稳性等均受到手腕单元处各元件之间的相互位置关系、作动关系的影响。为了实现在有限空间内布置多个机器人以便实现较高的生产效率，越来越多的机器人需要实现小型化的设计。
一种机器人手腕结构，其包括第一轴、第二轴及第三轴三个轴，各轴通过第一及第二手腕单元依次枢接，且通过齿轮进行传动，为实现小型化设计，该机器人中的两个电机一前一后相错开地设置于第二轴内，以减小第二轴的截面面积，且其中一电机通过一组双曲线齿轮将驱动力传递到第一手腕单元，另一电机通过又一组双线齿轮将驱动力传递到第二手腕单元，由于一组双线齿轮可传递10～50的较大的减速比，故可取代复杂的减速机构或多级齿轮减速机构，节省了空间，便于实现手腕结构的小型化设计。该机器人手腕结构中，对最末端的第三手腕单元的受力对称性及稳定性考虑不足，该最末端的第三手腕单元位于与其枢接的第二手腕单元的一侧，并具有锥齿轮结构，通过与上述的其中一组双线齿轮啮合进行动作的传递。因该第三手腕单元沿轴线方向的两端均处于悬空状态，仅周向一侧受到支撑，导致受力不对称，故其承载能力降低，且当受到冲击时，会发生严重抖动，甚至脱落，存在一定的安全隐患。
发明内容
鉴于上述情况，有必要提供一种结构小巧且承载能力较高的机器人结构。
一种机器人结构，包括相互枢接并相对可转动的第一轴组件、第二轴组件及第三轴组件，位于第一轴组件与第二轴组件枢接处的第一手腕单元及位于第二轴组件与第三轴组件枢接处的第二手腕单元，第一手腕单元包括驱动第一手腕单元的第一驱动件，第二手腕单元包括驱动第二手腕单元的第二驱动件，第二手腕单元还包括传动机构，传动机构将第二驱动件的动力传递到第二轴组件，第一驱动件及第二驱动件位于传动机构的同侧，第二轴组件两端均与第三轴组件枢接，第一驱动件设置于第二轴组件内，第二驱动件设置于第三轴组件内，第一驱动件与第二驱动件沿相互靠近的方向设置。
另一种机器人结构，包括相互枢接并相对可旋转的第一轴组件、第二轴组件及第三轴组件，第一手腕单元及第二手腕单元，第一手腕单元相对第二轴组件绕第一轴线可旋转，第二手腕单元相对第三轴组件绕第二轴线可旋转，第一手腕单元包括驱动第一手腕单元的第一驱动件，第二手腕单元包括驱动第二手腕单元的第二驱动件，第二手腕单元还包括传动机构，传动机构将第二驱动件的动力传递到第二轴组件，第三轴组件形成两个凸耳，第二轴组件夹设于两个凸耳之间，第一手腕单元的第一驱动件收容于第二轴组件内并驱动第一轴组件转动，第二手腕单元的第二驱动件收容于第三轴组件内并间接驱动第二轴组件转动，第一驱动件及第二驱动件设置于传动机构的同侧，且第一驱动件与第二轴组件沿相靠近的方向设置。
上述机器人结构中，第一手腕单元的第一驱动件收容于第二轴组件中并直接带动第一减速机构，而第二手腕单元第二驱动件收容于第三轴组件中并与第二减速机构间接相连，通过此结构，可使第一驱动件及第二驱动件二者错开，合理利用第二轴组件及第三轴组件内部的空间，避免第一手腕单元及第二手腕单元的所有元件均设置于第一轴组件及第二轴组件处时造成第一轴组件及第二轴组件处的体积过大，且二者位于传动机构的同侧并沿相靠近的方向设置，使该机器人结构较为紧凑。且将第二轴组件的两端均与第三轴组件枢接，保证两侧均可受力，刚性较好，承载能力较高，防止受到冲击时发生抖动或脱落。
附图说明
图1为本发明实施例的机器人结构示意图。
图2为图1中所示机器人结构沿II-II的剖视图。
图3为图1中机器人结构沿II-II的剖视图的局部视图。
图4为图2中机器人结构IV处的放大图。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明的机器人结构作进一步的详细说明。
请参阅图1和图2，机器人结构100包括相互枢接并相对可转动的第一轴组件10、第二轴组件20、第三轴组件30及第四轴组件40，位于第一轴组件10与第二轴组件20枢接处的第一手腕单元50、位于第二轴组件20与第三轴组件30枢接处的第二手腕单元60及位于第三轴组件30与第四轴组件40枢接处的第三手腕单元70。
请同时参阅图3，第一轴组件10位于机器人结构100的最末端，即其具有一个未与其他部件连接的自由端，且该第一轴组件10包括多个相配合的元件，该第一轴组件10一端与第二轴组件20枢接并且绕第一轴线A相对第二轴组件20可旋转。第一轴组件10内部形成第一空腔11。本实施例中，第一轴组件10枢接于第二轴组件20，二者的转动方向垂直，当然二者的转动方向也可不垂直，而根据需要实现的动作而呈60°、30°等夹角设置。
第二轴组件20绕与第一轴线A正交的第二轴线B相对第三轴组件30可旋转，该第二轴组件20具有第一端21、第二端22及形成于第三轴组件30内部的第二空腔23，第二手腕单元60设置于靠近第二轴组件20的第一端21的部位。
第三轴组件30为大致“Y”形结构且与第一轴组件10同轴设置，该第三轴组件30绕第一轴线A相对第四轴组件40可旋转。第三轴组件30形成两个与第二轴组件20枢接的凸耳31、远离两凸耳31的一端形成枢接轴33、两凸耳31与枢接轴33之间则形成容置部35。两凸耳31中与第二轴组件20的第二端22枢接的一个凸耳31内设置有线夹311。枢接轴33外侧对称设置有多个凸肋331，本实施例中，该凸肋331的数目为四个且于枢接轴33的外侧两两对称设置。容置部35具有第三空腔351，且在该第三空腔351内设置多个交叉的加强肋353，以增强该容置部35的强度。第二轴组件20设置于第三轴组件30的两凸耳31之间。
第四轴组件40与第三轴组件30枢接，其形成第四空腔41。
第一手腕单元50包括第一驱动件51及由第一驱动件51带动的第一减速机构53。第一驱动件51具有在第一驱动件51驱动下绕第一轴线A可旋转的第一输出轴511，该第一驱动件51与第一轴组件10同轴设置并直接通过第一输出轴511与第一减速机构53连接。本实施例中，第一减速机构53为谐波减速器，当然，其也可为齿轮减速器等其它减速机构。第一驱动件51的主体收容于第二轴组件20的第二空腔23内，第一减速机构53收容于第一轴组件10的第一空腔11，第一件驱动件51的第一输出轴511伸入第一轴组件10的第一空腔11内。第一驱动件51驱动其第一输出轴511转动，并通过第一减速机构53将动力传递到第一轴组件10。本实施例中，第一驱动件51为一驱动电机，当然也可为汽缸、液压缸等其它驱动件。
第二手腕单元60包括第二驱动件61、传动机构63及第二减速机构65，第二驱动件61通过传动机构63带动第二减速机构65。第二驱动件61收容于第三轴组件30的第三空腔351内，并与第二轴组件20并排设置，传动机构63收容于第三轴组件30中靠近第二轴组件20的第一端的一个凸耳31内，并沿第一轴线A延伸，第二减速机构65部分收容于该凸耳31内并具有一心轴651。第二驱动件61具有在第二驱动件61驱动下绕第二轴线B可旋转的第二输出轴611。传动机构63包括主动轮631、从动轮633及套设于二者上的传动件635。该传动件635可为皮带或链条，当为皮带时，主动轮631和从动轮633为皮带轮；当为链条时，主动轮631和从动轮633为链轮。第一手腕单元50的第一驱动件51及第二手腕单元60的第二驱动件61设置于该传动机构63的同侧并沿相互靠近的方向设置。第二减速机构65设置于第二轴组件20的第一端21。本实施例中，该第二减速机构65为谐波减速器，当然，该第二减速机构65也可为齿轮减速器等其它减速机构。传动机构63的主动轮631套设于第二驱动件61的第二输出轴611上，从动轮633套设于第二减速机构65的心轴651上。第二驱动件61通过传动机构63带动第二减速机构65，第二减速机构65则将该旋转运动传递至第二轴组件20。本实施例中，第二驱动件61为一驱动电机，当然也可为汽缸、液压缸等其它驱动件。
请同时参阅图2至图4，第三手腕结构70与第一手腕单元50同轴设置，该第三手腕单元70包括第三驱动件71及第三减速机构73。第三驱动件71具有在第三驱动件71驱动下绕第一轴线A可旋转的第三输出轴711，该第三驱动件71收容于第四轴组件40的第四空腔41内。第三减速机构73也为一个谐波减速器，其由第三驱动件71带动旋转。第三减速机构73也可为齿轮减速器等其它减速机构。
请同时参阅图1至图3，在该机器人结构100中，第一手腕单元50的第一驱动件51直接与第一减速机构53连接，第二手腕单元60的第二驱动件61通过传动机构63间接与第二减速机构65连接，故可将第一驱动件51和第二驱动件61分别收容于第二轴组件20的第二空腔23和第三轴组件30的第三空腔351内，合理利用空间，避免均设置于第一轴组件10和第二轴组件20处而造成第一轴组件10及第二轴组件20处体积过大。第二轴组件20两端均与第三轴组件30枢接，故两端均可受力，此枢接方式相对一侧悬空的状态，刚性较好，承载能力高，且不会在受到冲击时发生抖动及脱落而造成安全隐患。
该机器人结构100中，第二轴组件20的第二端22处未设置第二手腕单元60，故可使线缆(图未示)从此第二端22通过，并由第三轴组件30的凸耳31内的线夹311夹持。故可绕开较多元件，避免使用过程中线缆缠绕于其它元件而妨碍其他元件的正常运转，或在其他元件运动时被扯断，无需使用马达进行报警。
第三轴组件30上远离凸耳31的枢接轴33处设置凸肋331，可增强该枢接轴33处的刚度，避免转速较高或急停时发生晃动。
该机器人结构100中，第一减速机构53、第二减速机构65及第三减速机构73采用谐波减速器，传动精度及承载能力高，可实现小体积且大减速比，运动平稳，无冲击，噪音小。
可以理解，本发明中第一手腕单元50中的第一减速机构53、第二手腕单元60中的第二减速机构65及第三手腕单元70中的第三减速机构73也可省略，而直接使用转速较低的驱动元件以带动各轴的转动。其中第二手腕单元60直接使用转速较低的第二驱动件61通过传动机构63将动力传递到第二轴组件20。第三轴组件30上的凸肋331也可不为四个，而为其他数目，但优选对称方式设置。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种机器人结构，包括相互枢接并相对可转动的第一轴组件、第二轴组件及第三轴组件，位于第一轴组件与第二轴组件枢接处的第一手腕单元及位于第二轴组件与第三轴组件枢接处的第二手腕单元，所述第一手腕单元包括驱动第一手腕单元的第一驱动件，第二手腕单元包括驱动第二手腕单元的第二驱动件，其特征在于：所述第二手腕单元还包括传动机构，所述传动机构将所述第二驱动件的动力传递到第二轴组件，所述第一驱动件及第二驱动件位于所述传动机构的同侧，所述第二轴组件两端均与第三轴组件枢接，所述第一驱动件设置于第二轴组件内，第二驱动件设置于第三轴组件内，第一驱动件与第二驱动件沿相互靠近的方向设置。
2.如权利要求1所述的机器人结构，其特征在于：所述第一手腕单元还包括第一减速机构，所述第一减速机构由第一驱动件直接驱动，并将第一驱动件的动力传递到第一轴组件；所述第二手腕单元还包括第二减速机构，所述第二减速机构由第二驱动件通过传动机构驱动，并将第二驱动件的动力传递到第二轴组件。
3.如权利要求2所述的机器人结构，其特征在于：所述第一轴组件绕第一轴线旋转，所述第二轴组件绕第二轴线旋转，所述第一驱动机构与第一轴组件同轴转动，所述第二驱动件与所述第二减速机构并排设置并通过传动机构传递动力。
4.如权利要求1所述的机器人结构，其特征在于：所述机器人结构还包括第四轴组件及位于第四轴组件与第三轴组件枢接处的第三手腕单元。
5.如权利要求4所述的机器人结构，其特征在于：所述第三手腕单元包括第三驱动件及第三减速机构，第三驱动件收容于所述第四轴组件内并驱动第三减速机构。
6.如权利要求5所述的机器人结构，其特征在于：所述第三轴组件远离第四轴组件的一端还形成对称的两个凸耳，所述第二轴组件位于所述两个凸耳之间并与两个凸耳枢接。
7.一种机器人结构，包括相互枢接并相对可旋转的第一轴组件、第二轴组件及第三轴组件，第一手腕单元及第二手腕单元，所述第一手腕单元相对第二轴组件绕第一轴线可旋转，第二手腕单元相对第三轴组件绕第二轴线可旋转，所述第一手腕单元包括驱动第一手腕单元的第一驱动件，第二手腕单元包括驱动第二手腕单元的第二驱动件，其特征在于：所述第二手腕单元还包括传动机构，所述传动机构将第二驱动件的动力传递到第二轴组件，所述第三轴组件形成两个凸耳，所述第二轴组件夹设于所述两个凸耳之间，所述第一手腕单元的第一驱动件收容于第二轴组件内并驱动第一轴组件转动，所述第二手腕单元的第二驱动件收容于第三轴组件内并间接驱动第二轴组件转动，所述第一驱动件及第二驱动件设置于所述传动机构的同侧，且所述第一驱动件与所述第二轴组件沿相靠近的方向设置。
8.如权利要求7所述的机器人结构，其特征在于：所述第二轴组件中形成空腔，所述第一手腕单元的第一驱动件收容于所述第二轴组件的空腔内；所述第三轴组件也形成空腔，所述第二手腕单元的第二驱动件收容于该第三轴组件的空腔内。
9.如权利要求8所述的机器人结构，其特征在于：所述第一手腕单元还包括第一减速机构，所述第一驱动件驱动第一减速机构运动，所述第一减速机构将第一驱动件的动力传递到第一轴组件；所述第二手腕单元还包括第二减速机构，第二驱动件与第二减速机构通过传动机构间接连接，所述传动机构沿所述第一轴线方向延伸，所述第二减速机构将第二驱动件的动力传递到第二轴组件。
10.如权利要求9所述的机器人结构，其特征在于：所述第一轴组件绕第一轴线旋转，所述第二轴组件绕第二轴线旋转，所述第一驱动机构与第一轴组件同轴转动，所述第二驱动件与所述第二减速机构并排设置并通过传动机构传递动力。
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