CN102049784A - 工业机器人 - Google Patents

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Abstract

一种工业机器人包括依次转动连接的第一至第三手腕单元、第一电机、第一传动链、第二电机、第二传动链以及控制装置。第一至第三手腕单元可分别绕第一轴线至第三轴线转动，第一至第三轴线相交于一交点。第二、第三轴线的夹角大于0度小于90度。第一传动链包括第一锥齿轮组，第一锥齿轮组的其中一个锥齿轮相对于第二手腕单元固定。第二传动链包括与第二手腕单元转动连接的中间轴，及沿中间轴的旋转轴线间隔设置的第二锥齿轮组及第三锥齿轮组，其中第三锥齿轮组的其中一个锥齿轮相对于该第三手腕单元固定，并且中间轴的旋转轴线通过该交点且与第二轴线正交。上述工业机器人的第二手腕单元可全方位转动，且结构紧凑、占用空间较小。

Description

工业机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种具有依次连接的多个手腕单元的工业机器人。
背景技术
工业机器人通常具备：可绕第一轴线转动地设置的第一手腕单元，该第一手腕单元的前端一侧形成一个叉形结构；可转动地设置在该叉形结构的两侧部之间的第二手腕单元；以及在该第二手腕单元的前端一侧，可转动地设置的第三手腕单元。第三手腕单元作为工业机器人的末端轴，如六轴工业机器人的第六轴，可用于装设夹具、切削工具及探测器等末端执行器以执行各种任务。上述第一及第三手腕单元的旋转轴线通常分别与第二手腕单元的旋转轴线正交，因此，第三手腕单元及末端执行器在跟随第二手腕单元转动的过程中易碰触第一手腕单元，使第二手腕单元的旋转角度受到限制，不能绕其旋转轴线全方位转动。
另外，第一手腕单元的叉形结构处设有第一电机以及第一减速组件，第一减速组件用于减速第一电机转速且驱动第二手腕单元；第二手腕单元的前端一侧设有第二电机以及第二减速组件，第二减速组件用于减速第二电机转速且驱动第三手腕单元。上述结构增加了手腕单元的体积及占用的空间，不利于工业机器人在较狭小操作空间中的应用。并且，第二手腕单元及第三手腕单元重量较重，从而惯性矩变大，给提高控制的准确性及快速性造成困难。
发明内容
鉴于上述内容，有必要提供一种结构紧凑、占用空间较小的工业机器人，该工业机器人的与位于其末端的手腕单元相连的手腕单元可作全方位转动。
一种工业机器人，包括可绕第一轴线转动的第一手腕单元、可绕第二轴线转动且被第一手腕单元支撑的第二手腕单元、可绕第三轴线转动且被第二手腕单元支撑的第三手腕单元、驱动该第二手腕单元的第一电机及第一传动链、驱动该第三手腕单元的第二电机及第二传动链以及控制该第一电机及第二电机分别动作的控制装置。第三手腕单元为该工业机器人的最终轴，该第一轴线、第二轴线及第三轴线相交于一交点。该第二轴线与第三轴线的夹角大于0度小于90度；该第一传动链包括第一锥齿轮组，该第一锥齿轮组的其中一个锥齿轮相对于该第二手腕单元固定；该第二传动链包括与该第二手腕单元转动连接的中间轴及沿中间轴的旋转轴线间隔设置的第二锥齿轮组及第三锥齿轮组，该第三锥齿轮组的其中一个锥齿轮相对于该第三手腕单元固定，并且该中间轴的旋转轴线通过该交点且与第二轴线正交。
由于第二轴线与第三轴线的夹角大于0度小于90度，即第二轴线与第三轴线斜交，第三手腕单元在跟随第二手腕单元转动时可避免与第一手腕单元相交，从而第二手腕单元绕第二轴线的转动角度可不受限制、作全方位的转动。另外，通过配置第一至第三锥齿轮组及中间轴，可将第一电机及第二电机的动力传递至第二手腕单元及第三手腕单元，并可减小第二手腕单元及第三手腕单元沿各自旋转轴向的尺寸，使工业机器人结构紧凑，占用空间减小，可实现手腕单元的小型化，使工业机器人可在更狭窄的作业空间内与周围物体无干涉地进行作业。
附图说明
图1是简略表示本发明实施例的工业机器人的侧视图。
图2是图1所示的机器人的手腕结构的立体组装图，图中省略了电机及设于电机输出端的齿轮组。
图3是图2所示手腕结构沿III III方向的剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的工业机器人作进一步的详细说明，并以六轴工业机器人为例进行说明。
图1所示为本发明实施方式的工业机器人100的简略示意图。机器人100为六轴工业机器人，其包括基座11、可转动地设置于基座11的机架12、可转动地设置于机架12一端的大臂13、与大臂13可转动连接的连接手腕14、依次可转动连接的第一至第三手腕单元15、16、18以及控制装置19。其中，第一手腕单元15与连接手腕14可转动连接，第三手腕单元18作为工业机器人100的末端轴，可用于装设夹具、刀具或者探测仪器等末端执行器。控制装置19用于产生控制指令，以控制各驱动装置，如电机等动作，使工业机器人100得到预设的位置及姿势。
第一至第三手腕单元15、16、18可分别绕第一至第三轴线A、B、C旋转。第一至第三轴线A、B、C相交于一个交点D，且第二轴线B与第三轴线C斜交，换言之，第二轴线B与第三轴线C的夹角θ大于0度小于90度。第二轴线B可与第一轴线A正交，也可与第一轴线A斜交，换言之，第二轴线B与第一轴线A之间的夹角β可为90度，也可大于0度小于90度。具体在本实施方式中，夹角θ、β均为45度。机架12、大臂13及连接手腕14也可分别绕轴线121、131、141旋转。
因第二轴线B与第三轴线C斜交，当第二手腕单元16带动第三手腕单元18旋转时，第三手腕单元18及与之连接的末端执行器可以避开与第一手腕单元15相触碰的位置，从而第二手腕单元16绕第二轴线B的转动范围不受限制，可作360度全方位转动。
图2及图3示出了第一至第三手腕单元15、16、18的详细结构。第二手腕单元16由第一电机21及第一传动链(图未标)驱动，第三手腕单元18由第二电机31及第二传动链(图未标)驱动。第一电机21及第二电机31均设于第一手腕15上。
第一手腕单元15包括一体形成的第一连接部151及第二连接部152。第一连接部151大致呈半球形壳体，第二连接部152形成于第一连接部151上，并大致为沿第一轴线A方向延伸的圆柱体。第二连接部152中部沿第一轴线A方向贯通形成一个中空部153。
第二手腕单元16大致为一圆形盖体，并贯通设有多个连接孔161及一个沿第二轴线B方向延伸的安装孔162。安装孔162用于安装第三手腕单元18。
第二手腕单元16可转动地设置于第一连接部151的前端一侧，并被第一手腕单元15悬臂支撑。第三手腕单元18可转动地穿设于第二手腕单元16的安装孔162，并被第二手腕单元16悬臂支撑。第二手腕单元16与第一手腕单元15之间形成一个与中空部153相连通的容置部160。容置部160内可收容第一传动链及第二传动链的部分结构。第一手腕单元15设有第一交叉磙子轴承155，用于支撑第二手腕单元16。第二手腕单元16设有第二交叉磙子轴承163，用于支撑第三手腕单元18。因交叉磙子轴承的内轮与外轮间，间隔交叉的磙子彼此成直角方式排列，具有可同时承受来自多方向的载荷且变形较小的优点，可确保配合的紧密性以及转动的刚性。
第一传动链包括第一传动轴221，设于第一传动轴221一端的第一锥齿轮组223。第一电机21设于第一传动轴221的另一端，以驱动第一传动轴221。第一传动轴221由轴承2211可转动地支撑于第一手腕单元15的中空部153内。具体在本实施例中，第一传动轴221沿轴向开设一贯穿孔2212。第一锥齿轮组223为单级齿轮，其中一个锥齿轮223a相对于第二手腕单元16固定设置，可通过将多个螺纹件156分别穿设于第二手腕单元16的连接孔161将锥齿轮223a与第二手腕单元16锁固。另一个锥齿轮223b相对于第一传动轴221固定设置，其连接方式可为键连接或过盈连接等。锥齿轮223a中部设有沿轴向贯通的中心孔2232。
第二传动链包括依次设置的第二传动轴321、第二锥齿轮组323、中间轴324以及第三锥齿轮组325。
第二传动轴321穿设于第一传动轴221的贯穿孔2212，且其两端分别伸出贯穿孔2212外，并由设于第一传动轴221内壁与第二传动轴321之间的轴承3211可转动支撑。且第二传动轴321及第一传动轴221的旋转轴线与第一轴线A重合。
第二电机31及第二锥齿轮组323分别设置于第二传动轴321的两端，且在第一轴线A方向上，第一电机21及第二电机31相互偏置，且分别设置于第一手腕单元15沿轴向的相对两侧。第一电机21及第二电机31的输出轴可分别通过齿轮组(图未标)与第一传动轴221及第二传动轴321连接。
中间轴324穿设锥齿轮223a的中心孔2232，且两端分别通过轴承3241、3242与第二手腕单元16可转动连接。中间轴324的旋转轴线E通过交点D且与第二轴线B正交，以使第三手腕单元18在跟随第二手腕单元16转动时，第二电机31仍可通过第二传动链将动力传送至第三手腕单元18。
第二锥齿轮组323及第三锥齿轮组325沿中间轴324的轴向间隔设置，且分别邻近中间轴324的两端。第一锥齿轮组323及第二锥齿轮组325均为单级齿轮。其中，第一锥齿轮组323的其中一个锥齿轮323a与第二传动轴321固定连接，另一锥齿轮323b与中间轴324固定连接。锥齿轮323a与锥齿轮223b在沿第二轴线B方向上相互偏置，从而锥齿轮323a及锥齿轮223a在垂直于第一轴线A的平面上的投影可部分重合，从而减小整体结构沿径向的尺寸。第二锥齿轮组325的其中一个锥齿轮325a相对于第三手腕单元18固定设置以带动第三手腕单元18绕第三轴线C旋转，另一锥齿轮325b与中间轴324固定连接。
上述工业机器人100的第一电机21及第二电机31设置于第一手腕单元15的一端，并通过第一传动链及第二传动链将动力分别传递至第二手腕单元16及第三手腕单元18，第二手腕单元16及第三手腕单元18仅需分别与锥齿轮223a及锥齿轮323a直接连接，使得第二手腕单元16及第三手腕单元18沿各自轴向的尺寸均较小，可实现手腕单元的小型化，有利于工业机器人100在较狭窄的作业空间内与周围物体无干涉地进行作业。同时，还减轻了第二手腕单元16的惯性矩，有利于对第二手腕单元16及第三手腕单元18进行准确、快速地控制。此外，上述第一至第三锥齿轮组223、323、325均采用单级齿轮，并可采用传统的锥齿轮结构，可降低制造成本。
以下主要介绍工业机器人100第二、第三手腕单元16、18的动作情况，工业机器人100的其余机构，例如机架12、大臂13、第一手腕单元15的动作情况与现有机器人相似。
控制装置19中预设有控制指令，并包括一个补偿单元(图未示)。当控制装置19发出控制指令驱动第一电机21转动时，第一电机21的动力通过第一传动链传递至第二手腕单元16，使第二手腕单元16绕第二轴线B旋转。与此同时，第三手腕单元18将跟随第二手腕单元16绕第二轴线B旋转，第二锥齿轮组323及第三锥齿轮组325的两个齿轮相互啮合，导致第三手腕单元18绕第三轴线C转动一定角度，在此称该转动的角度为跟随转动。为防止第三手腕单元18因跟随第二手腕单元16的转动而失去定位的基准，控制装置19在控制第二手腕单元16旋转的同时发出控制指令控制第二电机31转动，以驱动第二传动链32带动第三手腕单元18绕轴线C旋转相应角度以抵消上述跟随转动，使第二手腕单元16旋转时，第三手腕单元18绕线C仍保持在当前位置。当需要单独调整第三手腕单元18的绕轴线C的旋转角度时，控制装置19再次发出控制指令使第三手腕单元18转动至预设的角度，第三手腕单元18的运动不会影响第二手腕单元16的动作。
可以理解，工业机器人100的第一传动链及第二传动链还可以进一步增加传动齿轮的级数以获得需要的减速比。另外，也可将第二传动轴321设为空心结构，而将第一传动轴221可转动地穿设于第二传动轴321。
可以理解，本发明的机器人100不限于为六轴机器人，其也可为具有较少轴数的机器人，如四轴或者五轴机器人等。
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)

1.一种工业机器人，包括可绕第一轴线转动的第一手腕单元、可绕第二轴线转动且被第一手腕单元支撑的第二手腕单元、可绕第三轴线转动且被第二手腕单元支撑的第三手腕单元、驱动该第二手腕单元的第一电机及第一传动链、驱动该第三手腕单元的第二电机及第二传动链以及控制该第一电机及第二电机分别动作的控制装置；该第三手腕单元为该工业机器人的最终轴，该第一轴线、第二轴线及第三轴线相交于一交点，其特征在于：该第二轴线与第三轴线的夹角大于0度小于90度；该第一传动链包括第一锥齿轮组，该第一锥齿轮组的其中一个锥齿轮相对于该第二手腕单元固定；该第二传动链包括与该第二手腕单元转动连接的中间轴及沿中间轴的旋转轴线间隔设置的第二锥齿轮组及第三锥齿轮组；该第三锥齿轮组的其中一个锥齿轮相对于该第三手腕单元固定，并且该中间轴的旋转轴线通过该交点且与第二轴线正交。
2.如权利要求1所述的工业机器人，其特征在于：该控制装置包括一个补偿单元，该第三手腕单元跟随该第二手腕单元绕第二轴线旋转时，该补偿单元产生控制指令控制该第二电机驱动该第三手腕单元绕第三轴线旋转一定角度，以抵消该第三手腕单元因跟随第二手腕运动而产生的绕第三轴线的跟随转动。
3.如权利要求1所述的工业机器人，其特征在于：该第一轴线与第二轴线的夹角大于0度小于90度。
4.如权利要求1至3任何一项所述的工业机器人，其特征在于：该第一传动链还包括设于第一电机与第一锥齿轮组之间的第一传动轴，该第二传动链还包括设于第二电机与第二锥齿轮组之间的第二传动轴，该第一传动轴与第二传动轴相互套设，并且该第一传动轴及第二传动轴的旋转轴线与第一轴线重合。
5.如权利要求4所述的工业机器人，其特征在于：该第一手腕单元开设沿第一轴线方向延伸的中空部，该第一传动轴及第二传动轴穿设于该中空部。
6.如权利要求5所述的工业机器人，其特征在于：该第一手腕单元包括第一连接部及第二连接部，该第一连接部大致为半球形壳体并悬臂支撑该第二手腕单元，该第二连接部形成于该第一连接部并沿第一轴线方向延伸，该中空部贯穿该第二连接部。
7.如权利要求5所述的工业机器人，其特征在于：该第一传动轴两端分别与第一电机及第一锥齿轮组的一个锥齿轮连接，该第二传动轴两端分别与第二电机及第二锥齿组的一个锥齿轮连接，该分别与第一传动轴及第二传动轴连接的两个锥齿轮在轴向相互偏置。
8.如权利要求1所述的工业机器人，其特征在于：该第一手腕单元设有第一交叉磙子轴承，该第一交叉磙子轴承支撑该第二手腕单元；该第二手腕单元设有第二交叉磙子轴承，该第二交叉磙子轴承支撑该第三手腕单元。
9.如权利要求1所述的工业机器人，其特征在于：该第一锥齿轮组、第二锥齿轮组及第三锥齿轮组均为单级齿轮。
10.如权利要求1所述的工业机器人，其特征在于：该工业机器人为六轴工业机器人，该第一轴线、第二轴线及第三轴线分别为该六轴工业机器人的第四、第五及第六轴的旋转轴线。
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20110511