CN103302678A - 一种机器人腕关节 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机器人腕关节，特点是包括球形的壳体和球形的回转体，壳体套在回转体上，回转体上固定设置有两组相垂直的控制杆组，壳体上对应控制杆组的位置处设置有导向槽，控制杆组伸出导向槽，壳体上固定设置有控制杆组转动驱动装置，回转体上设置有用于与机械手相连接的连接杆，连接杆与两组控制杆组所在的平面相垂直，回转体内固定设置有连接杆转动驱动装置；优点是由于回转体为球形，且腕关节上的三个自由度均在回转体内实现，使得三个自由度可相交于一点，形成三坐标运动控制的并联结构，又因为系统设计可使控制运动部分的重心与转动中心完全重合，使得该腕关节在工作时控制系统软、硬件系统简单，控制精度高，且工作时震动小且稳定性好。

Description

一种机器人腕关节
技术领域
 本发明涉及机器人的组成部件，尤其涉及一种机器人腕关节。
背景技术
腕关节是机器人的手臂与机械手相互连接的重要组成部分，其最主要的功能是调整和改变机械手在三维空间内的位置和三维姿态，因此，腕关节在空间运动时的灵活性和在空间运动的范围直接影响到机器人整体在工作中的功能以及性能。
目前主流的三自由度的机器人腕关节的结构是由两根圆柱体组成，两根圆柱体分别控制两个自由度，腕关节上用于与机械手的连接杆再提供一个旋转的自由度，其内部动力通过齿轮的啮合进行传导，但是齿轮传动在很大程度上限制了转矩的传输距离，在安置电机时不能把电机放置在很远的地方，因为齿轮传动不适合远距离传输，而且多级齿轮传动会降低控制精度。虽然目前的这种腕关节结构在工业上已经非常成熟，但是这种串联模式的结构不够紧凑，位移控制耦合显著，且三个自由度不能交于一点，使得转动中心无法与运动部分的重心重合，故传统构造的腕关节的动力学模型复杂、运动学模型耦合严重、控制累计误差大，而且工作时的震动比较大、稳定性不够好。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工作比较稳定且震动小的机器人腕关节。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种机器人腕关节，包括球形的壳体和球形的回转体，所述的壳体套在所述的回转体上，所述的回转体上固定设置有两组相垂直的控制杆组，所述的壳体上对应所述的控制杆组的位置处设置有导向槽，所述的控制杆组伸出所述的导向槽，所述的壳体上固定设置有控制杆组转动驱动装置，所述的回转体上设置有用于与机械手相连接的连接杆，所述的连接杆与两组所述的控制杆组所在的平面相垂直，所述的回转体内固定设置有连接杆转动驱动装置。
所述的两组控制杆组分别为X向控制杆组和Y向控制杆组，所述的X向控制杆组包括两根处于同一直线上且相背对设置的X向控制杆，所述的Y向控制杆组包括两根处于同一直线上且相背对设置的Y向控制杆，所述的X向控制杆和所述的Y向控制杆分别与所述的回转体固定连接且伸出与其位置相对应的导向槽。
所述的控制杆组转动驱动装置包括X向控制杆转动驱动装置和Y向控制杆转动驱动装置，所述的Y向控制杆转动驱动装置包括Y向电机座和Y向驱动电机，所述的Y向电机座固定安装在所述的壳体上，所述的Y向驱动电机固定安装在所述的Y向电机座中，所述的Y向驱动电机的驱动轴上同轴固定安装有Y向皮带轮，所述的Y向皮带轮上绕有第一皮带，所述的Y向电机座上设置有第一开槽，所述的第一皮带穿出所述的第一开槽分别与两根相背对设置的Y向控制杆固定连接，所述的X向控制杆转动驱动装置包括X向电机座和X向驱动电机，所述的X向电机座固定安装在所述的Y向电机座上，所述的X向驱动电机固定安装在所述的X向电机座中，所述的X向驱动电机的驱动轴上同轴固定设置有X向皮带轮，所述的X向皮带轮上绕有第二皮带，所述的X向电机座上固定设置有支架，所述的支架上轴接有支撑轮，所述的X向电机座上设置有第二开槽，所述的第二皮带穿出所述的第二开槽并绕过所述的支撑轮分别与两根相背对设置的X向控制杆固定连接。
所述的X向控制杆和所述的Y向控制杆分别与所述的回转体相螺接。
所述的连接杆转动驱动装置包括Z向驱动电机，所述的Z向驱动电机固定安装在所述的回转体内，所述的连接杆与所述的Z向驱动电机的驱动轴固定连接，所述的连接杆沿Z向穿出所述的回转体与机械手相连接。 
与现有技术相比，本发明的优点是由于回转体为球形，且腕关节上的三个自由度均在回转体内实现，使得三个自由度可相交于一点，形成三坐标运动控制的并联结构，又因为系统设计可使控制运动部分的重心与转动中心完全重合，从原理上消除了多关节结构的运动控制耦合问题，极大地简化其动力学模型和控制算法，使得该腕关节在工作时控制系统软、硬件系统简单，控制精度高，且工作时震动小且稳定性好。
附图说明
图1为本发明的正面剖视图；
图2为图1的左视图；
图3为图1的附视图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图所示，一种机器人腕关节，包括球形的壳体1和球形的回转体2，壳体1套在回转体2上，回转体2上固定设置有X向控制杆组和Y向控制杆组，X向控制杆组包括两根处于同一直线上且相背对设置的X向控制杆3，Y向控制杆组包括两根处于同一直线上且相背对设置的Y向控制杆4，壳体1上对应X向控制杆3和Y向控制杆4的位置处分别设置有导向槽11，X向控制杆3和Y向控制杆4分别与回转体2相螺接且伸出与其位置相对应的导向槽11，壳体1上固定设置有Y向电机座12，Y向电机座12中固定安装有Y向驱动电机5，Y向驱动电机5的驱动轴上同轴固定安装有Y向皮带轮51，Y向皮带轮51上绕有第一皮带6，Y向电机座12上设置有第一开槽13，第一皮带6穿出第一开槽13分别与两根相背对设置的Y向控制杆4固定连接，Y向电机座12上固定安装有X向电机座14，X向电机座14中固定安装有X向驱动电机7，X向驱动电机7的驱动轴上同轴固定设置有X向皮带轮71，X向皮带轮71上绕有第二皮带8，X向电机座14上固定设置有支架15，支架15上轴接有支撑轮16，X向电机座14上设置有第二开槽17，第二皮带8穿出第二开槽17并绕过支撑轮16分别与两根相背对设置的X向控制杆3固定连接；回转体2内固定安装有Z向驱动电机21，Z向驱动电机21的驱动轴上固定连接有连接杆9，连接杆9沿Z向穿出回转体2与机械手（图中未显示）相连接。

Claims (5)

1.一种机器人腕关节，其特征在于包括球形的壳体和球形的回转体，所述的壳体套在所述的回转体上，所述的回转体上固定设置有两组相垂直的控制杆组，所述的壳体上对应所述的控制杆组的位置处设置有导向槽，所述的控制杆组伸出所述的导向槽，所述的壳体上固定设置有控制杆组转动驱动装置，所述的回转体上设置有用于与机械手相连接的连接杆，所述的连接杆与两组所述的控制杆组所在的平面相垂直，所述的回转体内固定设置有连接杆转动驱动装置。
2.如权利要求1所述的一种机器人腕关节，其特征在于所述的两组控制杆组分别为X向控制杆组和Y向控制杆组，所述的X向控制杆组包括两根处于同一直线上且相背对设置的X向控制杆，所述的Y向控制杆组包括两根处于同一直线上且相背对设置的Y向控制杆，所述的X向控制杆和所述的Y向控制杆分别与所述的回转体固定连接且伸出与其位置相对应的导向槽。
3.如权利要求2所述的一种机器人腕关节，其特征在于所述的控制杆组转动驱动装置包括X向控制杆转动驱动装置和Y向控制杆转动驱动装置，所述的Y向控制杆转动驱动装置包括Y向电机座和Y向驱动电机，所述的Y向电机座固定安装在所述的壳体上，所述的Y向驱动电机固定安装在所述的Y向电机座中，所述的Y向驱动电机的驱动轴上同轴固定安装有Y向皮带轮，所述的Y向皮带轮上绕有第一皮带，所述的Y向电机座上设置有第一开槽，所述的第一皮带穿出所述的第一开槽分别与两根相背对设置的Y向控制杆固定连接，所述的X向控制杆转动驱动装置包括X向电机座和X向驱动电机，所述的X向电机座固定安装在所述的Y向电机座上，所述的X向驱动电机固定安装在所述的X向电机座中，所述的X向驱动电机的驱动轴上同轴固定设置有X向皮带轮，所述的X向皮带轮上绕有第二皮带，所述的X向电机座上固定设置有支架，所述的支架上轴接有支撑轮，所述的X向电机座上设置有第二开槽，所述的第二皮带穿出所述的第二开槽并绕过所述的支撑轮分别与两根相背对设置的X向控制杆固定连接。
4.如权利要求2所述的一种机器人腕关节，其特征在于所述的X向控制杆和所述的Y向控制杆分别与所述的回转体相螺接。
5.如权利要求1所述的一种机器人腕关节，其特征在于所述的连接杆转动驱动装置包括Z向驱动电机，所述的Z向驱动电机固定安装在所述的回转体内，所述的连接杆与所述的Z向驱动电机的驱动轴固定连接，所述的连接杆沿Z向穿出所述的回转体与机械手相连接。
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