CN103807400A - 机器人立柱结构 - Google Patents

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朱维金
朱玉聪
王凤利
刘晓娇
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    • F16HGEARING
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    • F16H49/001Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions

Abstract

本发明公开了一种机器人立柱结构,属于工业机器人领域。所述的机器人立柱中驱动器部件和谐波减速机连接于升降座上,驱动器部件和谐波减速机通过带传动结构连接,旋转筒结构通过轴承固定部件旋转连接于升降座,旋转筒结构与谐波减速机通过弹性连接机构连接。本发明成本低,系统刚性强,可维护性高,同时提高了谐波减速机的使用寿命。

Description

机器人立柱结构
技术领域
本发明属于工业机器人领域,具体涉及立柱结构。
背景技术
随着电子、机械等工艺的发展,越来越多的机器人用于航天、军事、生物医药、科学实验活动、建筑等领域。一些特殊领域,如用于半导体器件搬运的小型机器人,要适应真空、高洁净度而又狭小的环境,在这样的条件下,要求搬运设备结构紧凑、安装控件小,现有技术中一般采用减速机与机器人臂部直接相连的方式,这样使减速机除了正常工作的转矩外,额外承担了一部分附加弯矩,导致减速机寿命降低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处,提供了一种减速机与支撑结构不相关的机器人立柱结构。目前这种减速机与支撑结构不相关的机器人立柱结构还未见报道。
按照本发明所提供的技术方案,一种机器人立柱结构,包括驱动器部件,带传动结构,谐波减速机,升降座和旋转筒结构,还包括弹性连接机构,所述的驱动器部件和谐波减速机固定在升降座上,驱动器部件与谐波减速机通过带传动结构连接,谐波减速机通过弹性连接机构与旋转筒结构连接,驱动器部件通过带传动结构带动谐波减速机绕一旋转轴转动,谐波减速机通过弹性连接机构将转动力传给旋转筒结构,使旋转筒结构转动。
进一步地,所述的驱动器部件包括一驱动器和一驱动器输出轴。
进一步地,所述的带传动机构包括主动带轮,从动带轮及同步带,主动带轮与从动带轮通过同步带连接,所述的主动带轮与所述的驱动器输出轴固定。
进一步地,所述的谐波减速机包括波轮、设于波轮外部的柔轮以及设于柔轮外并与柔轮相啮合的钢轮,所述的波轮与所述的从动带轮相对固定。
进一步地,所述的柔轮与所述的弹性连接机构之间设有第一连接盘,所述的柔轮与所述的弹性连接机构通过所述的第一连接盘连接。
进一步地,所述的机器人立柱结构还设有轴承固定部件,位于弹性连接机构和旋转筒结构之间。
进一步地,所述的轴承固定部件包括第一轴承、第二轴承、连接轴、连接套,所述的连接套套设于第一轴承和第二轴承的外部,连接套固定于升降座的上表面。
进一步地,所述的连接轴和所述的弹性连接机构之间设有第二连接盘,所述的连接轴和所述的弹性连接机构通过所述的第二连接盘连接。
进一步地,所述的旋转筒结构包括上旋转管,下旋转管,转筒过渡环和转筒连接花盘,上旋转管与转筒连接花盘相对固定,转筒连接花盘与转筒过渡环相对固定,下旋转筒与转筒过渡环相对固定。
进一步的,所述的从动带轮开设有第一过线孔,所述的波轮开设有第二过线孔,所述的第一连接盘开设有第三过线孔,所述的弹性连接机构开设有第四过线孔,所述的连接轴开设有第五过线孔,所述的第一过线孔、第二过线孔、第三过线孔、第四过线孔和第五过线孔相连通形成过线通道,所述的过线通道沿所述的旋转轴方向延伸。
进一步的,从动带轮与波轮,柔轮与第一连接盘,第一连接盘与弹性连接机构,弹性连接机构与连接轴,转筒过渡环与下转筒,转筒过渡环与转筒连接花盘以及转筒连接花盘与上转筒之间的连接端在沿旋转轴线方向分别开设有连接孔,所述的机器人立柱结构还包括将这些连接孔固定的螺纹件,所述的螺纹件穿设连接孔将连接的双方固定。
本发明的工作原理:驱动器部件通过驱动器输出轴输出动力,驱动器输出轴旋转带动主动带轮旋转,主动带轮通过同步带带动从动带轮旋转,从动带轮带动谐波减速机的波轮旋转,波轮连续转动时,柔轮的变形不断改变,使柔轮与钢轮的啮合状态也不断改变,从而使柔轮相对于钢轮旋转,柔轮旋转带动弹性连接机构和连接轴旋转,进而带动转筒连接花盘旋转,最终将旋转动力传递给了旋转筒结构。
本发明具有如下优点:
第一,谐波减速机与升降座,带传动结构,弹性连接机构之间的连接均为可拆卸的,机器人立柱结构的维护性强;第二,谐波减速机通过弹性连接机构与负载连接,弹性连接机构补偿了由于装配精度、加工精度等因素产生的附加弯矩,可提高谐波减速机的寿命。
附图说明
图1是机器人立柱结构的示意图。
图2是图1所示的机器人立柱结构的A-A剖视图。
图3是图2所示机器人立柱结构的剖视图的I处局部放大图。
图4是图1所示的机器人立柱结构的结构分解图。
图5是图1所示的机器人立柱结构的结构分解图。
具体实施方式
下面本发明将结合附图及具体实施例对本发明的立柱结构作进一步的详细说明。
本发明实施方式的机器人立柱结构包括:驱动器部件1,带传动结构2,谐波减速机5,升降座6,弹性连接机构7,轴承固定部件8和旋转筒结构10。
请参阅图1和图2,其中:图1a为机器人立柱结构的主视图,图1b为机器人立柱结构的左视图,图1c为机器人立柱结构的俯视图。驱动器部件1:驱动器部件1包括一驱动器和一驱动器输出轴11,本实施例中,驱动器部件1为电机。谐波减速机5包括波轮511、设于波轮511外部的柔轮512以及设于柔轮512外并与柔轮512相啮合的钢轮513。波轮511大致呈杆状,其外周缘部装有由滚动轴承构成的滚轮(图未示)。柔轮512包括圆筒形的齿部(图未示)及由齿部边缘沿径向延伸的凸缘(图未示)。齿部(图未示)具有可产生较大弹性变形的薄壁齿轮,其内孔直径略小于波轮511的轴向总长,齿部外周面形成有若干外齿(图未示)。钢轮513的内周面形成有与柔轮512的外齿啮合的若干内齿(图未示),外齿的齿数比内齿多。当波轮511装入柔轮512后,滚轮(图未示)与柔轮512的齿部的内壁相互压紧,迫使齿部的剖面由原先的圆形变为椭圆形,齿部长轴两端附近的齿轮与钢轮513的轮齿完全啮合,而齿部短轴两端附近的齿轮与钢轮513完全脱开,齿部周向上其他区段的齿轮处于啮合和脱离的过渡状态。当波轮511连续转动时,柔轮512的变形不断改变,使柔轮512与钢轮513的啮合状态也不断改变,从而使柔轮512相对于钢轮513旋转,并产生较大的减速比。谐波减速机5依靠柔轮512产生弹性机械波来传递动力和运动,具有体积小、结构紧凑、重量轻、无冲击、传动平稳等优点。
带传动机构2包括主动带轮21、同步带22及从动带轮23,主动带轮21与从动带轮23通过同步带22连接。主动带轮21与驱动部件1的驱动器输出轴11固定连接,从动带轮23与波轮511固定连接以带动波轮511绕旋转轴15转动。其中,从动带轮23与波轮511通过螺纹件(图未示)固定连接。从动带轮23与波轮511相连接端分别开设沿旋转轴15方向的连接孔(图未示),螺纹件穿设从动带轮23的连接孔与波轮511的连接孔连接,将从动带轮23与波轮511固定。主动带轮21与驱动部件1的驱动器输出轴11相连接端分别开设沿旋转轴15方向的连接孔(图未示),螺纹件(图未示)穿设主动带轮21与驱动器输出轴11的连接孔(图未示)连接,将主动带轮21与驱动器输出轴11固定。
升降座6呈中空状,其上表面和下表面均有安装孔,驱动器部件1固定于升降座6的外部,谐波减速机5位于升降座6中空部内,钢轮513的底部与升降座6下表面安装固定。
弹性连接机构7位于谐波减速机5与轴承固定部件8之间,当谐波减速机5直接带动负载时,谐波减速机5除了正常工作的转矩外,还要额外承担一部分由于装配精度、加工精度等原因产生的附加弯矩,弹性连接机构7能补偿这些不必要的弯矩,提高谐波减速机5的使用寿命,弹性连接机构7可选用弹性联轴器、滑块联轴器等。
另外,在柔轮512和弹性连接机构7之间还设有第一连接盘12,第一连接盘12和弹性连接机构7穿设于升降座6上表面的安装孔内。
轴承固定部件8包括第一轴承81、第二轴承82、连接轴131、连接套132,第一轴承81套设于连接轴131的下端,第二轴承82套设于连接轴131的上端,连接套132套设于第一轴承81和第二轴承82的外部,连接套132固定于升降座6的上表面。第一轴承81和第二轴承82可以是深沟球轴承,圆锥滚子轴承等。轴承固定部件8增加了整个机器人立柱结构的刚性。
另外,弹性连接机构7和连接轴131之间还设有第二连接盘17,如图3所示,第二连接盘17呈倒“T”形,第二连接盘17下表面与弹性连接机构7的上表面连接,第二连接盘17上表面与连接轴131连接,倒“T”形腰部侧壁与第一轴承81的内壁相贴。谐波减速机5将旋转运动传递时,连接轴131作为动力的输出轴旋转,连接套132保持静止,轴承固定部件8的加入使整个立柱结构刚性增加。
旋转筒结构10绕旋转轴15可转动。旋转筒结构10结构包括上旋转管101,下旋转管102,转筒过渡环103和转筒连接花盘104,上旋转管101和下旋转管102大致呈柱形壳体,并具有中空部,转筒过渡环103的截面呈环形,转筒连接花盘104,转筒连接花盘104的截面主体形状也呈环形,在内环和外环之间沿圆周方向均匀设置有数条加强筋,本实施例中设有8条加强筋。按照从上到下的位置依次为上旋转管101,转筒连接花盘104,转筒过渡环103,下旋转管102,上旋转管101与转筒连接花盘104相对固定,转筒连接花盘104与转筒过渡环103相对固定,下旋转筒102与转筒过渡环103相对固定。转筒连接花盘104与连接轴131固定,连接轴131的旋转带动转筒连接花盘104旋转,进而使整个旋转筒结构10旋转。旋转筒结构10可拆卸,增加了机器人立柱结构的可维护性。
另外,从动带轮23开设有第一过线孔,波轮511开设有第二过线孔,第一连接盘12开设有第三过线孔,弹性连接机构7开设有第四过线孔,连接轴131开设有第五过线孔,第一过线孔、第二过线孔、第三过线孔、第四过线孔和第五过线孔相连通形成过线通道。各种连接电缆,如电源线、控制信号线等可从过线通道穿过,过线方便,避免电缆缠绕、扭转,具有保护电缆的作用。本实施方式中,过线通道沿旋转轴15方向直线延伸,且过线通道的轴线与旋转轴15基本重合。
更进一步地,过线通道内还设置一个电缆套筒16,所述的电缆套筒16穿设于过线通道上并与转筒连接花盘104相对固定,电缆套筒16下端伸出过线通道,所述的电缆套筒16上包括一电缆筒上帽161,电缆筒上帽161与电缆套筒16内壁相对固定,电缆筒上帽161与转筒连接花盘104相对固定。
传动机构的工作原理为:驱动器部件1通过驱动器输出轴11输出动力,驱动器输出轴11旋转带动主动带轮21旋转,主动带轮21通过同步带22带动从动带轮23旋转,从动带轮23带动谐波减速机5的波轮511旋转,波轮511连续转动时,柔轮512的变形不断改变,使柔轮512与钢轮513的啮合状态也不断改变,从而使柔轮512相对于钢轮513旋转,并产生较大的减速比,柔轮512旋转带动弹性连接机构7和连接轴131旋转,进而带动转筒连接花盘104旋转,最终将旋转动力传递给了旋转筒结构10。
以上所述本发明的具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形,均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种机器人立柱结构,包括驱动器部件、带传动结构、谐波减速机、升降座和旋转筒结构,其特征在于,所述的机器人立柱结构还包括弹性连接机构,所述的驱动器部件和谐波减速机固定在升降座上,驱动器部件与谐波减速机通过带传动结构连接,谐波减速机通过弹性连接机构与旋转筒结构连接,驱动器部件通过带传动结构带动谐波减速机绕一旋转轴转动,谐波减速机通过弹性连接机构将转动力传给旋转筒结构,使旋转筒结构转动。
2.根据权利要求1所述的机器人立柱结构,其特征在于,所述的驱动器部件包括一驱动器和一驱动器输出轴。
3.根据权利要求1所述的机器人立柱结构,其特征在于,所述的带传动机构包括主动带轮,从动带轮及同步带,主动带轮与从动带轮通过同步带连接。
4.根据权利要求1所述的机器人立柱结构,其特征在于,所述的谐波减速机包括波轮、设于波轮外部的柔轮以及设于柔轮外并与柔轮相啮合的钢轮。
5.根据权利要求4所述的机器人立柱结构,其特征在于,所述的柔轮与所述的弹性连接机构之间设有第一连接盘,所述的柔轮与所述的弹性连接机构通过所述的第一连接盘连接。
6.根据权利要求1所述的机器人立柱结构,其特征在于,所述的机器人立柱结构还设有轴承固定部件,位于弹性连接机构和旋转筒结构之间。
7.根据权利要求6所述的机器人立柱结构,其特征在于,所述的轴承固定部件包括第一轴承、第二轴承、连接轴、连接套,所述的连接套套设于第一轴承和第二轴承的外部,连接套固定于升降座的上表面。
8.根据权利要求7所述的机器人立柱结构,其特征在于,所述的连接轴和所述的弹性连接机构之间设有第二连接盘,所述的连接轴和所述的弹性连接机构通过所述的第二连接盘连接。
9.根据权利要求1所述的机器人立柱结构,其特征在于,所述的旋转筒结构包括上旋转管,下旋转管,转筒过渡环和转筒连接花盘,上旋转管与转筒连接花盘相对固定,转筒连接花盘与转筒过渡环相对固定,下旋转筒与转筒过渡环相对固定。
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