CN105479457A - 一种用于关节型机械臂姿态调整机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于关节型机械臂姿态调整机构，包括腕部俯仰机构和旋转姿态调整机构，所述旋转姿态调整机构安装在腕部俯仰机构上。所述腕部俯仰机构包括俯仰支撑架、俯仰电机、俯仰减速器、主动锥齿轮、从动锥齿轮、俯仰支撑架、角接触球轴承一、连接轴、压盖、角接触球轴承二、轴承压盖、支撑轴。所述旋转姿态调整机构包括扭转电机、扭转减速器、扭转支撑架、外套、轴承座、平键、内套、角接触球轴承三、压盖和空心旋转轴。本发明采用俯仰电机、扭转电机直接进行驱动，整体结构紧凑重量轻，对内部传动环节进行了优化，从而克服了传统机构的重量大、结构复杂、精度低等缺点，提高了工业机器人的整体精度。
Description
技术领域
本发明涉及关节型机器人末端手腕姿态的调整技术领域，具体的说是一种用于关节型机械臂姿态调整机构。
背景技术
机器人是一种典型的机电一体化设备，可以独立、自动化的完成各种生产操作，如货物搬运、产品装配等。根据用途的不同，机器人具有各种各样的分类，但是无论怎样分类，机器人均是由控制驱动与执行机构组成。其中执行机构由手部1、腕部2、臂部3、腰部4和基座5组成，如图1所示。
用于工业生产过程中的各类机器人操作机，被称为工业机器人。其执行机构中的手部，根据需要抓取各种工具或工件，而腕部直接与手部相连接，因此被抓物件所需的最终位置与姿态，直接取决于腕部的位置与姿态。腕部的自由度越多越灵活，手部的位置与姿态越好调整，但同时腕部的外形增大、结构更加复杂。目前市场上腕部通常为1个自由度，组成多为轮系结构，主要功用是带动手部完成各种预定姿态，是操作机机构中最重要的部分。
衡量工业机器人的指标一般有两个，空间工作范围和灵活度，而灵活度取决于腕部自由度。自由度越多灵活度越好，但同时腕部结构越复杂，易造成腕部重量大且控制困难。市场上2自由度的腕部控制机构，一般采用两控制电机后置，然后采用链轮或同步齿形带将运动传给腕部，日本安川、美国PUMA机械臂腕部就为上述结构。此结构成在的缺点为：
①前端腕部形成差动轮系，当腕部做仰俯运动时，要造成腕部附加的回转运动，此运动称为诱导运动，必须在控制上进行修正消除，否则将产生很大的误差；
②驱动电机装于后部，运动必须通过链轮或齿形带传入前端，而链轮或齿形带工作时一般需要涨紧，否则造成安装困难和工作中易松动，同时前端需要一系列齿轮机构接受和转换运动；
③此种腕部结构组成零件过多，造成工业机器人末端结构复杂、重量大。同时传动环节过多，易造成累积误差大，直接影响末端定位精度。
发明内容
为克服传统工业机器人腕部机构复杂、重量大、传动误差大的缺陷，本发明提出一种用于关节型机械臂姿态调整机构。
一种用于关节型机械臂姿态调整机构，包括腕部俯仰机构和旋转姿态调整机构，所述旋转姿态调整机构安装在腕部俯仰机构上。本发明的腕部俯仰机构和旋转姿态调整机构的运动相对独立，由各自的外接计算机控制系统精确的位置控制，互不干扰，实行末端执行机构最终的两向姿态调整。
所述腕部俯仰机构包括俯仰支撑架、俯仰电机、俯仰减速器、主动锥齿轮、从动锥齿轮、俯仰支撑架、角接触球轴承一、连接轴、压盖、角接触球轴承二、轴承压盖、支撑轴，所述俯仰支撑架的中部设有矩形空腔、与矩形空腔相邻的安装板，所述俯仰电机、俯仰减速器位于俯仰支撑架的矩形空腔内，所述俯仰电机、俯仰减速器沿着仰支撑架的长度方向分布，所述俯仰减速器固定在安装板上，所述俯仰电机与俯仰减速器相连，所述俯仰支撑架上靠近安装板的一端设有支撑座，所述连接轴的一端安装在俯仰减速器的输出轴上，所述连接轴的另一端与主动锥齿轮相连，所述压盖压在主动锥齿轮上且与俯仰减速器的输出轴固连，压盖实现对主动锥齿轮的轴向固定，所述连接轴上与俯仰减速器的输出轴连接的一端外侧壁通过角接触球轴承一与安装板相连，所述支撑轴的两端分别通过角接触球轴承二安装在支撑座上，所述角接触球轴承二分别通过轴承压盖定位，所述轴承压盖与支撑座螺钉连接，所述支撑轴的轴线与俯仰电机的轴线垂直，所述从动锥齿轮固定在支撑轴上，所述从动锥齿轮与主动锥齿轮相啮合，所述从动锥齿轮、支撑轴均与旋转姿态调整机构相连。本发明的腕部俯仰机构采用主动锥齿轮、从动锥齿轮配合传递动力，使得整个运转机构简单可靠；启动俯仰电机，利用俯仰减速器输出动力，以驱使主动锥齿轮转动，从而使从动锥齿轮、支撑轴同步的绕着角接触球轴承二转动，最终实现了俯仰姿态的调整。
所述旋转姿态调整机构包括扭转电机、扭转减速器、扭转支撑架、外套、轴承座、平键、内套、角接触球轴承三、压盖和空心旋转轴，所述扭转支撑架呈类U型结构，所述扭转支撑架的敞口的一端与从动锥齿轮、支撑轴固连，所述扭转电机、扭转减速器的轴线与扭转支撑架的长度方向平行，所述扭转减速器安装在扭转支撑架的非敞口的一端，所述扭转电机安装在扭转减速器上，所述空心旋转轴的一端通过平键与扭转减速器的输出轴相连，所述空心旋转轴与扭转减速器相连的一端的中心处通过压盖固定在空心旋转轴上，采用压盖可以实现对空心旋转轴的轴向固定，所述角接触球轴承三成对使用，所述内套位于角接触球轴承三与角接触球轴承三之间，所述角接触球轴承三、内套均安装在空心旋转轴上与扭转减速器相连的一端，所述角接触球轴承三的外圈与轴承座相连，所述轴承座通过螺栓固定在扭转支撑架的非敞口的一端，所述外套安装在扭转减速器与轴承座之间。本发明的旋转姿态调整机构作为一个整体安装在腕部俯仰机构上，保证了自身运动不受其他部件的干扰；本发明的俯仰支撑架、扭转支撑架均为框架结构，保证整个机构牢固可靠；启动扭转电机，利用扭转减速器输出动力，驱使空心旋转轴回转，即可实现旋转姿态的调整；本发明采用了成对使用的角接触球轴承三，采用背靠背式安装，此结构组成既能承受轴向与径向力，也可承受倾覆力矩，从而保证各种情况下使用的可靠性。
所述空心旋转轴上远离扭转减速器的一端设有法兰盘，直接用于安装执行机构如：手抓，使得整个机构简单可靠。
所述俯仰支撑架上远离安装板的一端设有安装孔，可使整个机构固定于所需地方。
本发明的有益效果是：本发明具有以下优点：
①去掉前端的差动轮系，2自由度分别由俯仰电机、扭转电机独立控制，去除传动中的诱导运动，优化了控制系统，减少了传动误差；
②俯仰电机、扭转电机直接控制输出机构，减少了链轮或齿形带等中间传动环节，使整个机构的组装和维护更加简单，工作更加可靠；
③优化了整个碗部的组成，零件数、外形尺寸和重量大大减少，使整个机构更加紧凑、美观和可靠，本发明机构总体具有外形美观、重量轻、结构简单，可以大大地减少传动累积误差，提高操作机的整体精度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是用于工业活动的关节型机器人立体结构示意图；
图2是本发明的立体结构示意图；
图3是本发明的腕部俯仰机构去除从动锥齿轮、支撑轴后的立体结构示意图；
图4是本发明的俯仰支撑架的立体结构示意图；
图5是本发明的连接轴的立体结构示意图；
图6是本发明的从动锥齿轮、支撑轴与旋转姿态调整机构连接的立体结构示意图；
图7是本发明的扭转支撑架的立体结构图；
图8是本发明的支撑轴的立体结构图；
图9是本发明的空心旋转轴的立体结构示意图；
图10是本发明的轴承座的立体结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
如图1至图10所示，一种用于关节型机械臂姿态调整机构，包括腕部俯仰机构和旋转姿态调整机构，所述旋转姿态调整机构安装在腕部俯仰机构上。本发明的腕部俯仰机构和旋转姿态调整机构的运动相对独立，由各自的外接计算机控制系统精确的位置控制，互不干扰，实行末端执行机构最终的两向姿态调整。
所述腕部俯仰机构包括俯仰支撑架13、俯仰电机6、俯仰减速器7、主动锥齿轮8、从动锥齿轮9、俯仰支撑架13、角接触球轴承一14、连接轴15、压盖16、角接触球轴承二17、轴承压盖18、支撑轴19，所述俯仰支撑架13的中部设有矩形空腔13a、与矩形空腔13a相邻的安装板13b，所述俯仰电机6、俯仰减速器7位于俯仰支撑架13的矩形空腔13a内，所述俯仰电机6、俯仰减速器7沿着仰支撑架13的长度方向分布，所述俯仰减速器7固定在安装板13b上，所述俯仰电机6与俯仰减速器7相连，所述俯仰支撑架13上靠近安装板13b的一端设有支撑座13c，所述连接轴15的一端安装在俯仰减速器7的输出轴上，所述连接轴15的另一端与主动锥齿轮8相连，所述压盖16压在主动锥齿轮8上且与俯仰减速器7的输出轴固连，压盖16实现对主动锥齿轮8的轴向固定，所述连接轴15上与俯仰减速器7的输出轴连接的一端外侧壁通过角接触球轴承一14与安装板13b相连，所述支撑轴19的两端分别通过角接触球轴承二17安装在支撑座13c上，所述角接触球轴承二17分别通过轴承压盖18定位，所述轴承压盖18与支撑座13c螺钉连接，所述支撑轴19的轴线与俯仰电机6的轴线垂直，所述从动锥齿轮9固定在支撑轴19上，所述从动锥齿轮9与主动锥齿轮8相啮合，所述从动锥齿轮9、支撑轴19均与旋转姿态调整机构相连。本发明的腕部俯仰机构采用主动锥齿轮8、从动锥齿轮9配合传递动力，使得整个运转机构简单可靠；启动俯仰电机6，利用俯仰减速器7输出动力，以驱使主动锥齿轮8转动，从而使从动锥齿轮9、支撑轴19同步的绕着角接触球轴承二17转动，最终实现了俯仰姿态的调整。
所述旋转姿态调整机构包括扭转电机10、扭转减速器11、扭转支撑架20、外套21、轴承座22、平键23、内套24、角接触球轴承三25、压盖26和空心旋转轴27，所述扭转支撑架20呈类U型结构，所述扭转支撑架20的敞口的一端与从动锥齿轮9、支撑轴19固连，所述扭转电机10、扭转减速器11的轴线与扭转支撑架20的长度方向平行，所述扭转减速器11安装在扭转支撑架20的非敞口的一端，所述扭转电机10安装在扭转减速器11上，所述空心旋转轴27的一端通过平键23与扭转减速器11的输出轴相连，所述空心旋转轴27与扭转减速器11相连的一端的中心处通过压盖26固定在空心旋转轴27上，采用压盖26可以实现对空心旋转轴27的轴向固定，所述角接触球轴承三25成对使用，所述内套24位于角接触球轴承三25与角接触球轴承三25之间，所述角接触球轴承三25、内套24均安装在空心旋转轴27上与扭转减速器11相连的一端，所述角接触球轴承三25的外圈与轴承座22相连，所述轴承座22通过螺栓固定在扭转支撑架20的非敞口的一端，所述外套21安装在扭转减速器11与轴承座22之间。本发明的旋转姿态调整机构作为一个整体安装在腕部俯仰机构上，保证了自身运动不受其他部件的干扰；本发明的俯仰支撑架13、扭转支撑架20均为框架结构，保证整个机构牢固可靠；启动扭转电机10，利用扭转减速器11输出动力，驱使空心旋转轴27回转，即可实现旋转姿态的调整；本发明采用了成对使用的角接触球轴承三25，采用背靠背式安装，此结构组成既能承受轴向与径向力，也可承受倾覆力矩，从而保证各种情况下使用的可靠性。
所述空心旋转轴27上远离扭转减速器11的一端设有法兰盘，直接用于安装执行机构如：手抓，使得整个机构简单可靠。
所述俯仰支撑架13上远离安装板13b的一端设有安装孔13d，可使整个机构固定于所需地方。
如图1所示，传统的工业机器人的执行机构由手部1、腕部2、臂部3、腰部4和基座5组成，本发明针对腕部2做了进一步改进，使机器人运动更加灵活。本发明用于工业机器人的腕部两向姿态调整，采用俯仰电机6、扭转电机10直接进行驱动，整体结构紧凑重量轻，对内部传动环节进行了优化，从而克服了传统机构的重量大、结构复杂、精度低等缺点，提高了工业机器人的整体精度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种用于关节型机械臂姿态调整机构，包括腕部俯仰机构和旋转姿态调整机构，其特征在于：所述旋转姿态调整机构安装在腕部俯仰机构上；
所述腕部俯仰机构包括俯仰支撑架(13)、俯仰电机(6)、俯仰减速器(7)、主动锥齿轮(8)、从动锥齿轮(9)、俯仰支撑架(13)、角接触球轴承一(14)、连接轴(15)、压盖(16)、角接触球轴承二(17)、轴承压盖(18)、支撑轴(19)，所述俯仰支撑架(13)的中部设有矩形空腔(13a)、与矩形空腔(13a)相邻的安装板(13b)，所述俯仰电机(6)、俯仰减速器(7)位于俯仰支撑架(13)的矩形空腔(13a)内，所述俯仰电机(6)、俯仰减速器(7)沿着仰支撑架(13)的长度方向分布，所述俯仰减速器(7)固定在安装板(13b)上，所述俯仰电机(6)与俯仰减速器(7)相连，所述俯仰支撑架(13)上靠近安装板(13b)的一端设有支撑座(13c)，所述连接轴(15)的一端安装在俯仰减速器(7)的输出轴上，所述连接轴(15)的另一端与主动锥齿轮(8)相连，所述压盖(16)压在主动锥齿轮(8)上且与俯仰减速器(7)的输出轴固连，所述连接轴(15)上与俯仰减速器(7)的输出轴连接的一端外侧壁通过角接触球轴承一(14)与安装板(13b)相连，所述支撑轴(19)的两端分别通过角接触球轴承二(17)安装在支撑座(13c)上，所述角接触球轴承二(17)分别通过轴承压盖(18)定位，所述轴承压盖(18)与支撑座(13c)螺钉连接，所述支撑轴(19)的轴线与俯仰电机(6)的轴线垂直，所述从动锥齿轮(9)固定在支撑轴(19)上，所述从动锥齿轮(9)与主动锥齿轮(8)相啮合，所述从动锥齿轮(9)、支撑轴(19)均与旋转姿态调整机构相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于关节型机械臂姿态调整机构，其特征在于：所述旋转姿态调整机构包括扭转电机(10)、扭转减速器(11)、扭转支撑架(20)、外套(21)、轴承座(22)、平键(23)、内套(24)、角接触球轴承三(25)、压盖(26)和空心旋转轴(27)，所述扭转支撑架(20)呈类U型结构，所述扭转支撑架(20)的敞口的一端与从动锥齿轮(9)、支撑轴(19)固连，所述扭转电机(10)、扭转减速器(11)的轴线与扭转支撑架(20)的长度方向平行，所述扭转减速器(11)安装在扭转支撑架(20)的非敞口的一端，所述扭转电机(10)安装在扭转减速器(11)上，所述空心旋转轴(27)的一端通过平键(23)与扭转减速器(11)的输出轴相连，所述空心旋转轴(27)与扭转减速器(11)相连的一端的中心处通过压盖(26)固定在空心旋转轴(27)上，所述角接触球轴承三(25)成对使用，所述内套(24)位于角接触球轴承三(25)与角接触球轴承三(25)之间，所述角接触球轴承三(25)、内套(24)均安装在空心旋转轴(27)上与扭转减速器(11)相连的一端，所述角接触球轴承三(25)的外圈与轴承座(22)相连，所述轴承座(22)通过螺栓固定在扭转支撑架(20)的非敞口的一端，所述外套(21)安装在扭转减速器(11)与轴承座(22)之间。
3.根据权利要求2所述的一种用于关节型机械臂姿态调整机构，其特征在于：所述空心旋转轴(27)上远离扭转减速器(11)的一端设有法兰盘。
4.根据权利要求1所述的一种用于关节型机械臂姿态调整机构，其特征在于：所述俯仰支撑架(13)上远离安装板(13b)的一端设有安装孔(13d)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C04 | Withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20160413 |