CN102059702A - 一种机器人末端操作器传动机构 - Google Patents

Abstract

一种机器人末端操作器传动机构，它涉及一种传动机构。本发明为了解决现有的机器人末端操作器存在结构复杂、可靠性低、自锁功能差等问题。所述蜗轮轴由前至后依次穿过箱体前侧壁、两个筋板和后侧壁，置于两个筋板之间的错齿蜗轮通过键安装在蜗轮轴的中部；蜗轮轴的一端通过第一轴承实现与支撑外壳的前侧壁转动连接；蜗轮轴的另一端通过第二轴承实现与支撑外壳的后侧壁转动连接；两个错齿蜗轮对称设置在蜗杆的两侧，且每个错齿蜗轮与蜗杆上端的螺旋面相啮合。本发明通过一个蜗杆驱动两个对称放置的蜗轮，使得蜗轮等速反向旋转，使蜗轮轴获得对称转动，能够获得对称运动的蜗轮蜗杆机构，即实现两个蜗轮轴的对称运动，从而扩展机器人的应用领域。

Description

一种机器人末端操作器传动机构

技术领域

本发明涉及一种机器人末端操作器传动机构。

背景技术

随着机器人技术的不断发展和机器人应用领域的扩展，需要一种能够用于空间环境的机器人手爪，所述机器人手爪作为机器人末端操作器需要其能够进行对称运动以便完成抓握、夹持等动作。现有的机器人末端操作器存在结构复杂、质量大、可靠性低、自锁功能差等问题。

发明内容

本发明为了解决现有的机器人末端操作器存在结构复杂、可靠性低、自锁功能差等问题，进而提出了一种由蜗杆、错齿蜗轮等零部件组成的机器人末端操作器传动机构。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明所述的一种机器人末端操作器传动机构包括由上端敞口的箱体和沿轴向开有阶梯孔的筒体由上至下连通为一体构成的支撑外壳，且所述箱体内沿其长度方向由前至后平行固设有两个筋板；所述机器人末端操作器传动机构还包括设置在支撑外壳内的蜗杆、电机和两套输出总成，所述两套输出总成安装在所述箱体上且对称设置在蜗杆的两侧，所述蜗杆与所述筒体同轴设置并与支撑外壳转动连接，电机设置在筒体阶梯孔下部的大孔内，所述电机用于驱动蜗杆旋转；每套输出总成包括蜗轮轴、第一小螺母、第一轴承、第一轴承座、错齿蜗轮、轴套、大螺母、第二轴承座、第二轴承和第二小螺母；所述蜗轮轴由前至后依次穿过箱体前侧壁、两个筋板和后侧壁，置于两个筋板之间的错齿蜗轮通过键安装在蜗轮轴的中部；轴套安装在蜗轮轴上并且通过大螺母压紧轴套而轴向固定错齿蜗轮；蜗轮轴的一端通过第一轴承实现与支撑外壳的前侧壁转动连接，第一轴承的外环装在第一轴承座内，第一轴承座与支撑外壳连接，第一轴承通过第一小螺母压紧；蜗轮轴的另一端通过第二轴承实现与支撑外壳的后侧壁转动连接，第二轴承的外环装在第二轴承座内，第二轴承座与支撑外壳连接，第二轴承通过第二小螺母压紧；两个错齿蜗轮对称设置在蜗杆的两侧，且每个错齿蜗轮与蜗杆上端的螺旋面相啮合。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过一个蜗杆驱动两个对称放置的蜗轮，使得蜗轮等速反向旋转，使蜗轮轴获得对称转动，能够获得对称运动的蜗轮蜗杆机构，即实现两个蜗轮轴(输出轴)的对称运动；从而扩展机器人的应用领域，具有结构简单、可靠性高、安全性好、造价低、功耗低等优点，本发明为能够实现操作器对称运动及自锁功能的机械装置。本发明的应用可提高机器人末端操作器性能，解决了原有的机器人末端操作器结构复杂、可靠性不高及功耗高的问题。

本发明的具体优点主要表现在以下几个方面：

一、错齿蜗轮相对放置由一个蜗杆带动，使得一部电机驱动蜗杆带动两个蜗轮对称转动，可以使得执行机构获得两个对称等速的转动。二、两个蜗轮相对键槽偏差半个齿距，使得蜗轮轴获得对称装配和转动。三、采用了增大中心距设计，避免由于热胀冷缩造成的蜗轮蜗杆抱死。四、蜗杆和电机轴集成一体，配合以分离式电机，结构紧凑。五、采用了隔舱和迷宫设计，防止润滑剂的泄漏，轴承采用固体润滑防止干摩擦。六、采用了合理的蜗轮螺旋升角，使得蜗轮蜗杆可以自锁，可以降低功耗并提高操作器的安全性。七、本发明具有造价低、传动简洁、可靠性高、对称度好和功耗低的优点，该测量装置不仅可用作专门的航天用机器人末端操作器，同时还可将其推广到其他机器人领域和工农业生产领域。

附图说明

图1是本发明的主视结构图(局部剖)，图2是本发明的侧视结构图，图3是本发明的整体结构立体图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～3所示，本实施方式所述的一种机器人末端操作器传动机构包括由上端敞口的箱体7-1和沿轴向开有阶梯孔的筒体7-2由上至下连通为一体构成的支撑外壳7，且所述箱体7-1内沿其长度方向由前至后平行固设有两个筋板7-1-1；所述机器人末端操作器传动机构还包括设置在支撑外壳7内的蜗杆14、电机15和两套输出总成，所述两套输出总成安装在所述箱体7-1上且对称设置在蜗杆14的两侧，所述蜗杆14与所述筒体7-2同轴设置并与支撑外壳7转动连接，电机15设置在筒体7-2阶梯孔下部的大孔内，所述电机15用于驱动蜗杆14旋转；每套输出总成包括蜗轮轴1(输出轴)、第一小螺母2-1、第一轴承3-1、第一轴承座4-1、错齿蜗轮6、轴套8、大螺母9、第二轴承座4-2、第二轴承3-2和第二小螺母2-2；所述蜗轮轴1由前至后依次穿过箱体7-1前侧壁、两个筋板7-1-1和后侧壁，置于两个筋板7-1-1之间的错齿蜗轮6通过键16安装在蜗轮轴1的中部；轴套8安装在蜗轮轴1上并且通过大螺母9压紧轴套8进而轴向固定错齿蜗轮6；蜗轮轴1的一端通过第一轴承3-1实现与支撑外壳7的前侧壁转动连接，第一轴承3-1的外环装在第一轴承座4-1内，第一轴承座4-1与支撑外壳7连接，第一轴承3-1通过第一小螺母2-1压紧；蜗轮轴1的另一端通过第二轴承3-2实现与支撑外壳7的后侧壁转动连接，第二轴承3-2的外环装在第二轴承座4-2内，第二轴承座4-2与支撑外壳7连接，第二轴承3-2通过第二小螺母2-2压紧；两个错齿蜗轮6对称设置在蜗杆14的两侧，且每个错齿蜗轮6与蜗杆14上端的螺旋面相啮合。

本实施方式所述的一种机器人末端操作器传动机构发明点在于一个蜗杆驱动两个对称放置的蜗轮，使得蜗轮等速对称旋转，使蜗轮轴获得对称转动。

具体实施方式二：如图1～3所示，所述错齿蜗轮6为成对使用，键槽和齿面位置相差半个齿距(相对于错齿蜗轮6键槽位置，两个错齿蜗轮6的齿形相差半个齿距)。本实施方式所述错齿蜗轮6为非一致结构，即左右蜗轮有相同的蜗轮齿形，但键槽开口所对的蜗轮齿面呈相差半个齿距。例如左侧蜗轮的键槽对蜗轮的齿顶，那么右侧蜗轮的键槽对蜗轮的齿底。由于该对错齿蜗轮的使用，可以简化蜗轮轴的设计和加工难度，可以提高加持的对称精度。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图1～3所示，本实施方式所述每套输出总成还包括第一密封圈5-1和第二密封圈5-2，第一密封圈5-1、第二密封圈5-2分别设置在错齿蜗轮6的两侧，第一密封圈5-1安装在一个筋板7-1-1上，第二密封圈5-2安装在另一个筋板7-1-1上。密封圈5-1和5-2通过螺钉和支撑外壳7连接，用于防止蜗轮蜗杆副的润滑剂泄漏。本发明采用了隔舱(所述隔舱是指箱体7-1内沿其长度方向由前至后平行固设有的两个筋板7-1-1将箱体7-1分隔成三个舱室)和密封设计，将蜗轮蜗杆啮合部位放置于小的隔舱中，并且有迷宫密封，防止润滑脂的泄漏。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：如图1～3所示，本实施方式所述机器人末端操作器传动机构还包括第三轴承13-1、第四轴承13-2、轴承盖11和大轴承座12，第三轴承13-1和第四轴承13-2由上至下置于筒体7-2内，蜗杆14的下端能过第三轴承13-1和第四轴承13-2实现与支撑外壳7转动连接，第四轴承13-2安装在大轴承座12上，轴承盖11设置在第四轴承13-2的外端面上并与大轴承座12固接。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：如图1～3所示，本实施方式所述支撑外壳7与电机15的电机定子之间的连接方式为胶粘连接。本发明电机定子粘接在壳体上，电机转子和蜗杆连接，蜗杆通过轴承安装在壳体上，蜗杆带动两个错齿蜗轮实现蜗轮轴的对称转动。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：如图1～3所示，本实施方式所述蜗杆14和电机15的电机轴为同一根轴；蜗杆14的上端加工有螺旋面，蜗杆14的下端装有电机15的电机转子。蜗杆、电机轴一体化结构，蜗杆和电机轴为同一根轴，蜗杆轴上既有蜗杆部分又装有电机转子。这种设计可以最大限度减少连接环节，可以提高加工和装配精度、可以减少活动部件提高可靠性还可以降低质量，使得操作器满足空间环境使用要求。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式七：本实施方式所述错齿蜗轮6与蜗杆14的中心距为32mm。加大的蜗轮蜗杆中心距，本实施方式所述的蜗轮蜗杆比普通蜗轮蜗杆的中心距标准大，可以防止热胀冷缩造成的法向侧隙过小而抱死。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

Claims (7)

1.一种机器人末端操作器传动机构，所述机器人末端操作器传动机构包括由上端敞口的箱体(7-1)和沿轴向开有阶梯孔的筒体(7-2)由上至下连通为一体构成的支撑外壳(7)，且所述箱体(7-1)内沿其长度方向由前至后平行固设有两个筋板(7-1-1)；其特征在于：所述机器人末端操作器传动机构还包括设置在支撑外壳(7)内的蜗杆(14)、电机(15)和两套输出总成，所述两套输出总成安装在所述箱体(7-1)上且对称设置在蜗杆(14)的两侧，所述蜗杆(14)与所述筒体(7-2)同轴设置并与支撑外壳(7)转动连接，电机(15)设置在筒体(7-2)阶梯孔下部的大孔内，所述电机(15)用于驱动蜗杆(14)旋转；每套输出总成包括蜗轮轴(1)、第一小螺母(2-1)、第一轴承(3-1)、第一轴承座(4-1)、错齿蜗轮(6)、轴套(8)、大螺母(9)、第二轴承座(4-2)、第二轴承(3-2)和第二小螺母(2-2)；所述蜗轮轴(1)由前至后依次穿过箱体(7-1)前侧壁、两个筋板(7-1-1)和后侧壁，置于两个筋板(7-1-1)之间的错齿蜗轮(6)通过键(16)安装在蜗轮轴(1)的中部；轴套(8)安装在蜗轮轴(1)上并且通过大螺母(9)压紧轴套(8)进而轴向固定错齿蜗轮(6)；蜗轮轴(1)的一端通过第一轴承(3-1)实现与支撑外壳(7)的前侧壁转动连接，第一轴承(3-1)的外环装在第一轴承座(4-1)内，第一轴承座(4-1)与支撑外壳(7)连接，第一轴承(3-1)通过第一小螺母(2-1)压紧；蜗轮轴(1)的另一端通过第二轴承(3-2)实现与支撑外壳(7)的后侧壁转动连接，第二轴承(3-2)的外环装在第二轴承座(4-2)内，第二轴承座(4-2)与支撑外壳(7)连接，第二轴承(3-2)通过第二小螺母(2-2)压紧；两个错齿蜗轮(6)对称设置在蜗杆(14)的两侧，且每个错齿蜗轮(6)与蜗杆(14)上端的螺旋面相啮合。

2.根据权利要求1所述的一种机器人末端操作器传动机构，其特征在于：所述错齿蜗轮(6)为成对使用，键槽和齿面位置相差半个齿距。

3.根据权利要求1所述的一种机器人末端操作器传动机构，其特征在于：所述每套输出总成还包括第一密封圈(5-1)和第二密封圈(5-2)，第一密封圈(5-1)、第二密封圈(5-2)分别设置在错齿蜗轮(6)的两侧，第一密封圈(5-1)安装在一个筋板(7-1-1)上，第二密封圈(5-2)安装在另一个筋板(7-1-1)上。

4.根据权利要求1所述的一种机器人末端操作器传动机构，其特征在于：所述机器人末端操作器传动机构还包括第三轴承(13-1)、第四轴承(13-2)、轴承盖(11)和大轴承座(12)，第三轴承(13-1)和第四轴承(13-2)由上至下置于筒体(7-2)内，蜗杆(14)的下端能过第三轴承(13-1)和第四轴承(13-2)实现与支撑外壳(7)转动连接，第四轴承(13-2)安装在大轴承座(12)上，轴承盖(11)设置在第四轴承(13-2)的外端面上并与大轴承座(12)固接。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种机器人末端操作器传动机构，其特征在于：所述支撑外壳(7)与电机(15)的电机定子之间的连接方式为胶粘连接。

6.根据权利要求1所述的一种机器人末端操作器传动机构，其特征在于：蜗杆(14)和电机(15)的电机轴为同一根轴；蜗杆(14)的上端加工有螺旋面，蜗杆(14)的下端装有电机(15)的电机转子。

7.根据权利要求1、2、3、4或6所述的一种机器人末端操作器传动机构，其特征在于：错齿蜗轮(6)与蜗杆(14)的中心距为32mm。

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