CN102554935A - 一种低负载工业机器人腕部传动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低负载工业机器人腕部传动机构，包括腕座、J5轴输入齿轮轴、J6轴输入齿轮轴、J5轴输出端、J6轴输出轴、J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ、J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ、J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ、J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ。J5轴输入齿轮轴、J6轴输入齿轮轴分别通过大速比准双曲面齿轮机构将动力分别传递给J5轴输出端、J6轴输出端。本发明通过使用大速比准双曲面齿轮传动减速装置代替谐波减速机传动，从而结构简单、成本低廉、动作准确可靠，降低了机器人的制造成本。

Description

一种低负载工业机器人腕部传动机构
技术领域
本发明涉及一种工业机器人腕部传动机构，具体是一种低负载工业机器人腕部传动机构，属于工业机器人领域。
背景技术
近年来，国内越来越多的企业和院校开始合作开发研制工业机器人，掀起工业机器人研发的热潮。在机器人本体研发过程中，腕部传动方案的设计是一个非常关键的环节，是整个机器人机械部分研发的技术核心之一。而且，腕部机械传动部件的成本(主要是减速机)在机械部件总成本中占据较大的比例。
在调研国内自主研发机器人腕部传动方案中发现，负载在3—20Kg范围内的低负载工业机器人腕部传动结构基本都是采用“伺服电机+同步带传动+（锥齿轮）+减速机+输出端”的传动结构，该结构的具体方案是J5、J6轴伺服电机均放置在腕部，J5轴伺服电机带动一同步带传动，同步带轮带动J5轴减速机，J5轴减速机输出端和J5轴输出端连接在一起，从而带动J5轴按照指定的速度运动到指定的位置；J6轴伺服电机带动一同步带传动，同步带轮再带动一对锥齿轮传动改变传动方向，锥齿轮带动J6轴减速机转动，而J6轴减速机输出端和J6轴输出端连接在一起，从而带动J6轴按照指定的速度运动到指定的位置，该方案中减速机选用谐波减速机，因为谐波减速机具有传递速比大、传递精度高、体积小、重量轻等优势。国外品牌谐波减速机（如日本HarmonicDrive）外观尺寸小、高转矩和高精度、寿命长，结构形式多样化，能够满足各种传动结构的需要，但是价格较高，且供货周期长；国产谐波减速机在材料、制作工艺等方面跟国外品牌谐波减速机有一定差距，且在同等规格和精度下，产品价格本也较高，寿命短，而且结构形式少，外观尺寸相比国外同规格减速机较大。
大速比准双曲面齿轮（又名锥蜗杆）传动精度高、传递速比大（单级传动比可达10～360）、传动效率高、空间结构紧凑、使用寿命长，且传动平稳，但是该齿轮制造较为困难，需要专业的生产设备。随着近几年该种齿轮设备在国内研发成功以及部分厂家从国外引进该种设备，大速比准双曲面齿轮传动的应用得到逐步普及，且制造成本低廉（一对国产大速比准双曲面齿轮的价格一般在国外同规格谐波减速机价格的10%以内）。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，在于克服现有技术存在的缺陷，提出了一种低负载工业机器人腕部传动机构，采用大速比准双曲面齿轮传动结构来替代谐波减速机传动，既可满足一般低负载机器人的高精度和高效率要求，又可以大大的降低机器人的制造成本。
本发明一种低负载工业机器人腕部传动机构，包括腕座、J5轴输入齿轮轴、J6轴输入齿轮轴、J5轴输出端、J6轴输出轴、J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ、J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ、J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ、J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ；其特征是：
J5轴和J6轴是腕座上的两个虚拟轴线（—、—），且J6轴和J6轴相互垂直；
J5轴输入齿轮轴为空心轴，J6轴输入齿轮轴套装于J5轴输入齿轮轴内，两者同轴； 
J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ与 J 5轴输出端通过一齿轮轴联为同轴体，其轴线位于J 5轴上，为空心轴结构；
J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ设有J6轴大速比准双曲面齿轮轴Ⅱ， J6轴大速比准双曲面齿轮轴Ⅱ的轴线位于J 5轴上；
J6轴输出轴的轴线位于J6轴上，J6轴大速比准双曲面齿轮轴Ⅱ与J6轴输出轴通过锥齿轮组形成动力传递；
J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ通过齿轮机构承接来自J5轴输入齿轮轴的动力，J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ与J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ啮合；
J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ通过齿轮机构承接来自J6轴输入齿轮轴的动力，J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ与J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ啮合。
本发明低负载工业机器人腕部传动机构，通过使用大速比准双曲面齿轮(又名锥蜗杆)传动减速装置代替谐波减速机传动，从而结构简单、成本低廉、动作准确可靠，降低了机器人的制造成本。
附图说明
图1 是本发明低负载工业机器人腕部传动机构结构示意图。
图2 是图1P向示意图（剖视图）。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明做详细说明。
实施例：本发明低负载工业机器人腕部传动机构，包括腕座12、J5轴输入齿轮轴1、J6轴输入齿轮轴11、J5轴输出端13、J6轴输出轴7、J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ3、J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ6、J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ4、J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ5。
J5轴和J6轴是腕座12上的两个虚拟轴线（—、—），且J6轴和J6轴相互垂直。
J5轴输入齿轮轴1为空心轴，J6轴输入齿轮轴11套装于J5轴输入齿轮轴1内，两者同轴。
J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ6与 J 5轴输出端13通过一齿轮轴联为同轴体，其轴线位于J 5轴上，为空心轴结构。
J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ5设有J6轴大速比准双曲面齿轮轴Ⅱ， J6轴大速比准双曲面齿轮轴Ⅱ的轴线位于J 5轴上。
J6轴输出轴7的轴线位于J6轴上，J6轴大速比准双曲面齿轮轴Ⅱ与J6轴输出轴7通过锥齿轮组形成动力传递。
J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ3通过齿轮机构承接来自J5轴输入齿轮轴1的动力，J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ3与J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ6啮合。
J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ4通过齿轮机构承接来自J6轴输入齿轮轴11的动力，J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ4与J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ5啮合。
如图1所示，J5轴输入齿轮轴1、J5轴惰轮2、J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ3、J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ4、J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ5、J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ6、J6轴惰轮10、J6轴输入齿轮轴11均通过轴承安装在腕座12上 ，分别绕各自固定的轴线转动。
J5轴输出端13通过2个深沟球轴承安装在腕座12上，可绕J5轴轴线— 旋转，且与J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ6连接在一起。
J6轴大速比准双曲面齿轮轴Ⅱ上设有J6轴锥齿轮Ⅰ9，J6轴锥齿轮Ⅰ9与J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ5为一体。
J6轴锥齿轮Ⅱ8与J6轴输出轴（7）连接在一起。
如图1、图2所示：J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ6与J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ5均放置在腕座的一侧，径向通过深沟球轴承相互支撑，无运动耦合关系。
J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ3与J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ6组成齿轮副， J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ3放置在腕座12内部空间的下方。
J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ4与J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ5组成齿轮副， J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ4放置在腕座12内部空间的上方。
J5轴输入齿轮轴1端部的齿轮通过J5轴惰轮2和J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ3的端部齿轮，与J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ3构成动力传递关系。
J6轴输入齿轮轴11通过J6轴惰轮10和J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ4端部的齿轮，与J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ4构成动力传递关系。
上述结构中，两对大速比准双曲面齿轮副布置在机器人腕部的同一侧，J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ和J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ上下平行布置，J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ和J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ同侧同轴前后布置。以节约齿轮传动所需空间，减小腕部外部尺寸和腕部质量。J5轴输入齿轮轴和J6轴输入齿轮轴同轴线布置，以减小腕部外部尺寸。
具体传动原理：
J5轴传动路线： 当J5轴输入齿轮轴1转动时，通过J5轴惰轮2将转动和扭矩传递给J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ3，而J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ3与J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ6啮合， J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ6与J5轴输出端13固定在一起，从而将转动和扭矩按照相应的速比关系转换后传递给J5轴输出端13，带动负载绕—轴线以指定的速度转动到指定的位置。
J6轴传动路线： 当J6轴输入齿轮轴11转动时，通过J6轴惰轮10将转动和扭矩传递给J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ4，再通过J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ4与J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ5啮合将转动和扭矩按照相应的速比关系转换后传递给J6轴锥齿轮Ⅰ9， 最终再通过J6轴锥齿轮Ⅰ9和J6轴锥齿轮Ⅱ8的啮合将转动和扭矩传递给J6轴输出轴7，带动负载绕—轴线以指定的速度转动到指定的位置。

Claims (1)

1.一种低负载工业机器人腕部传动机构，包括腕座（12）、J5轴输入齿轮轴（1）、J6轴输入齿轮轴（11）、J5轴输出端（13）、J6轴输出轴（7）、J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ（3）、J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ（6）、J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ（4）、J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ（5）；其特征是：
J5轴和J6轴是腕座上的两个虚拟轴线，且J6轴和J6轴相互垂直；
J5轴输入齿轮轴（1）为空心轴，J6轴输入齿轮轴（11）套装于J5轴输入齿轮轴内，两者同轴； 
J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ（6）与 J 5轴输出端（13）通过一齿轮轴联为同轴体，其轴线位于J 5轴上，为空心轴结构；
J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ（5）带有J6轴大速比准双曲面齿轮轴Ⅱ， J6轴大速比准双曲面齿轮轴Ⅱ的轴线位于J 5轴上；
J6轴输出轴（7）的轴线位于J6轴上，J6轴大速比准双曲面齿轮轴Ⅱ与J6轴输出轴通过锥齿轮组形成动力传递；
J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ（3）通过齿轮机构承接来自J5轴输入齿轮轴1的动力，J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ（3）与J5轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ（6）啮合；
J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ（4）通过齿轮机构承接来自J6轴输入齿轮轴（11）的动力，J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅰ（4）与J6轴大速比准双曲面齿轮Ⅱ（5）啮合。
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