CN105881583A - 一种六轴工业机器人的手腕机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种六轴工业机器人的手腕机构，包括手臂、枢接在手臂前端的摆动臂、枢接在摆动臂前端的旋转手；所述旋转手包括枢接在摆动臂前端的空间摆动体、安装在空间摆动体上的旋转手执行末端。所述空间摆动体包括底座、摆动台、位于摆动台和底座之间的摆动机构。实际操作中，摆动臂摆动时的中心线垂直于旋转手的旋转中心线，所述旋转手执行末端在手臂的摆动下，旋转手的旋转下，摆动台的摆动下，可像自然人的手腕那样在空间任意摆动。

Description

一种六轴工业机器人的手腕机构
技术领域：
本发明涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种六轴工业机器人的手腕机构。
背景技术：
申请号为CN201210566463.5的发明专利申请公开了一种轻型六轴通用机器人，其中，手腕体是机器人的重要部件，它具有手臂，在手臂的前端连接有摆动臂，在摆动臂前端还连接有旋转手，设置摆动臂和旋转手都是为了机器人的手腕体运转更加灵活，适应各种复杂的工艺要求。
上述轻型六轴通用机器人摆动臂和旋转手的组合虽然能够使机器人的手腕体运转更加灵活，但是，上述轻型六轴通用机器人的手腕体却不能像自然人的手腕那样在空间任意摆动。
发明内容：
本发明所解决的技术问题：轻型六轴通用机器人的手腕体不能像自然人的手腕那样在空间任意摆动。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种六轴工业机器人的手腕机构，包括手臂、枢接在手臂前端的摆动臂、驱动摆动臂摆动的第一驱动单元、枢接在摆动臂前端的旋转手、驱动旋转手旋转的第二驱动单元；所述摆动臂摆动时的中心线垂直于旋转手的旋转中心线；所述旋转手包括枢接在摆动臂前端的空间摆动体、安装在空间摆动体上的旋转手执行末端；所述空间摆动体包括底座、第一伸缩杆、摆动台、支撑杆、啮合在一起的内齿轮和外齿轮；所述第一伸缩杆的底端固定在底座上，第一伸缩杆的顶端设有第一球形凸块，摆动台底部开设与第一球形凸块配合的球形凹槽；所述底座的上表面开设第一环形凹槽，所述摆动台的下表面开设第二环形凹槽，第二环形凹槽的横截面呈半圆形，第一环形凹槽的中心线与第二环形凹槽的中心线重合；所述支撑杆包括上杆、下杆、连接上杆和下杆的滑动组件，上杆的顶端设有与第二环形凹槽配合的第二球形凸块，下杆为伸缩杆，下杆的底端与第一环形凹槽滑动配合；所述内齿轮枢接在底座上，内齿轮与支撑杆固定连接，外齿轮与安装在底座上的第三电机联接。
按上述技术方案，本发明所述一种六轴工业机器人的手腕机构的工作原理如下：第一驱动单元驱动摆动臂摆动，第二驱动单元驱动旋转手旋转；其中，旋转手中空间摆动体的第一伸缩杆的长度可变，可与支撑杆形成一定的长度差，摆动台在第一伸缩杆顶端和支撑杆中上杆的支撑下倾斜一定的角度，倾斜的摆动台带动支撑杆中的上杆向斜上方或斜下方移动，由于滑动组件的存在，上杆向斜上方或斜下方的移动被滑动组件吸收，而下杆可保持不动；之后，在外齿轮的驱动下，内齿轮驱动支撑杆中的下杆沿第一环形凹槽移动，下杆带动支撑杆作轨迹为圆形的移动，如此，摆动台可围绕其与第一伸缩杆的球铰点作空间摆动，安装在摆动台上的旋转手执行末端也随之摆动；在第一驱动单元、第二驱动单元、空间摆动体的配合下，旋转手执行末端可像自然人的手腕那样在空间任意摆动。
作为本发明对第一驱动单元的一种说明，所述第一驱动单元包括安装在手臂上的第一电机、联接第一电机与摆动臂的第一传动单元；所述第一传动单元包括枢接在手臂上且同轴设置的第二齿轮和第三齿轮、枢接在手臂上且同轴设置的第四齿轮和第一同步带轮、枢接在手臂上的第三轴、固定安装在第三轴上的第二同步带轮；所述第一电机的输出轴上安装有第一齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合，第三齿轮与第四齿轮啮合，第一同步带轮通过同步带与第二同步带轮联接，第三轴与摆动臂固定连接。按上述说明，第一电机将动力依次经第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第一同步带、第二同步带传递给第三轴，第三轴驱动摆动臂摆动。
作为本发明对第二驱动单元的一种说明，所述第二驱动单元包括安装在摆动臂上的第二电机、联接第二电机与旋转手的第二传动单元；所述第二传动单元包括与第二电机输出轴联接的减速器、与减速器输出端连接的旋转盘，旋转手的空间摆动体安装在旋转盘上。
作为本发明对空间摆动体的一种说明，所述第一伸缩杆包括支柱、螺纹杆，所述支柱竖直固定在底座上，支柱的顶端开设光孔，所述螺纹杆的底端活动插设在光孔内；所述第一球形凸块设置在螺纹杆的顶端，球形凹槽包裹第一球形凸块，所述球形凹槽包括一圆形开口，该圆形开口的内径小于球形凹槽的最大内径，所述球形凹槽包裹住第一球形凸块的大部分；所述支柱的顶端面上枢接有第五齿轮，第五齿轮的中央开设螺纹孔，第五齿轮的螺纹孔与螺纹杆螺接，第五齿轮与第六齿轮啮合，第六齿轮安装在第四电机的输出轴上，第四电机安装在第四电机安装板上，第四电机安装板固定在支柱的侧壁上。按上述说明，所述第一伸缩杆进行伸缩动作的原理如下：第四电机通过第六齿轮驱动第五齿轮旋转，第五齿轮的旋转驱动螺纹杆上升或下降，如此，第一伸缩杆可变长或变短。
作为本发明对空间摆动体的一种说明，所述球形凹槽位于第二环形凹槽的环形中央处；所述第一伸缩杆的底端位于第一环形凹槽的环形中央处。
作为本发明对空间摆动体的一种说明，所述滑动组件包括与上杆底端固定连接的上滑块、与上滑块滑动配合的下滑块；第一环形凹槽的横截面呈凸字形，下杆的底端设有与第一环形凹槽滑动配合的环形凸缘。按上述说明，当摆动台摆动时，上杆向斜上方或斜下方移动，上杆向斜上方或斜下方的移动可分割成水平方向的移动和竖直方向的移动，为保持下杆处于竖直状态，上述水平方向的移动可被滑块组件吸收，即上杆带动上滑块相对下滑块平移，而上述竖直方向的移动可被下杆吸收，即下杆为伸缩杆，可进行竖直向的伸缩。其中，作为伸缩杆的下杆的结构可以为中空的套筒形杆、活动插设在套筒形杆中的升降杆、连接升降杆和套筒形杆的伸缩弹簧，伸缩弹簧使升降杆具有缩回套筒形杆中的趋势。
作为本发明对啮合的内齿轮和外齿轮的一种说明，所述内齿轮位于第一环形凹槽的环形内，内齿轮的中心线与第一环形凹槽的中心线重合。
作为本发明对手臂与摆动臂连接关系的一种说明，所述手臂的前端开设一凹形豁口，所述摆动臂枢接在凹形豁口内。按上述说明，所述摆动臂在手臂的凹形豁口内摆动。
附图说明：
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为本发明一种六轴工业机器人的手腕机构的结构示意图；
图2为图1中空间摆动体300的结构示意图；
图3为图2中从另一视角观察空间摆动体300所得的结构示意图；
图4为图2中空间摆动体300的剖视图。
图中符号说明：
10、手臂；11、第一齿轮；12、第二齿轮；14、第四齿轮；15、第一同步带轮；16、第三轴；17、第二同步带轮；18、同步带；
20、摆动臂；21、旋转盘；
30、旋转手；300、空间摆动体；31、底座；311、第一环形凹槽；32、第一伸缩杆；320、第一球形凸块；321、支柱；322、螺纹杆；323、第五齿轮；324、第六齿轮；325、第四电机；34、摆动台；341、第二环形凹槽；35、支撑杆；351、上杆；352、下杆；353、滑动组件；354、第二球形凸块；355、上滑块；356、下滑块；357、环形凸缘；36、内齿轮；37、外齿轮；38、第三电机。
具体实施方式：
如图1，一种六轴工业机器人的手腕机构，包括手臂10、枢接在手臂前端的摆动臂20、驱动摆动臂摆动的第一驱动单元、枢接在摆动臂前端的旋转手30、驱动旋转手旋转的第二驱动单元；所述摆动臂摆动时的中心线垂直于旋转手的旋转中心线。其中，所述旋转手包括枢接在摆动臂前端的空间摆动体300、安装在空间摆动体上的旋转手执行末端；所述空间摆动体包括底座31、第一伸缩杆32、摆动台34、支撑杆35、啮合在一起的内齿轮36和外齿轮37。
如图1，所述手臂10的前端开设一凹形豁口，所述摆动臂20枢接在凹形豁口内。
如图1，所述第一驱动单元包括安装在手臂10上的第一电机、联接第一电机与摆动臂的第一传动单元；所述第一传动单元包括枢接在手臂上且同轴设置的第二齿轮12和第三齿轮、枢接在手臂上且同轴设置的第四齿轮14和第一同步带轮15、枢接在手臂上的第三轴16、固定安装在第三轴上的第二同步带轮17；所述第一电机的输出轴上安装有第一齿轮11，第一齿轮与第二齿轮啮合，第三齿轮与第四齿轮啮合，第一同步带轮通过同步带18与第二同步带轮联接，第三轴与摆动臂20固定连接。
所述第二驱动单元包括安装在摆动臂20上的第二电机、联接第二电机与旋转手的第二传动单元；所述第二传动单元包括与第二电机输出轴联接的减速器、与减速器输出端连接的旋转盘21，旋转手30的空间摆动体300安装在旋转盘上。
结合图2至图4，空间摆动体300中，所述第一伸缩杆的底端固定在底座上，第一伸缩杆的顶端设有第一球形凸块320，摆动台底部开设与第一球形凸块配合的球形凹槽。所述底座的上表面开设第一环形凹槽311，所述摆动台的下表面开设第二环形凹槽341，第二环形凹槽的横截面呈半圆形，第一环形凹槽的中心线与第二环形凹槽的中心线重合。所述支撑杆包括上杆351、下杆352、连接上杆和下杆的滑动组件353，上杆的顶端设有与第二环形凹槽配合的第二球形凸块354，下杆为伸缩杆，下杆的底端与第一环形凹槽滑动配合。所述内齿轮枢接在底座上，内齿轮与支撑杆固定连接，外齿轮与安装在底座上的第三电机38联接。
空间摆动体300中，所述第一伸缩杆32包括支柱321、螺纹杆322，所述支柱竖直固定在底座31上，支柱的顶端开设光孔，所述螺纹杆的底端活动插设在光孔内；所述第一球形凸块320设置在螺纹杆的顶端，球形凹槽包裹第一球形凸块，所述球形凹槽包括一圆形开口，该圆形开口的内径小于球形凹槽的最大内径，所述球形凹槽包裹住第一球形凸块的大部分；所述支柱的顶端面上枢接有第五齿轮323，第五齿轮的中央开设螺纹孔，第五齿轮的螺纹孔与螺纹杆螺接，第五齿轮与第六齿轮324啮合，第六齿轮安装在第四电机325的输出轴上，第四电机安装在第四电机安装板上，第四电机安装板固定在支柱的侧壁上。
空间摆动体300中，所述球形凹槽位于第二环形凹槽341的环形中央处；所述第一伸缩杆32的底端位于第一环形凹槽311的环形中央处。
空间摆动体300中，所述滑动组件353包括与上杆351底端固定连接的上滑块355、与上滑块滑动配合的下滑块356；第一环形凹槽311的横截面呈凸字形，下杆352的底端设有与第一环形凹槽滑动配合的环形凸缘357。
空间摆动体300中，所述内齿轮36位于第一环形凹槽311的环形内，内齿轮的中心线与第一环形凹槽的中心线重合。
实际操作中，本发明所述空间摆动体的工作原理如下：
第一，第一伸缩杆32进行伸缩动作，具体地，第四电机325通过第六齿轮324驱动第五齿轮323旋转，第五齿轮的旋转驱动螺纹杆322上升或下降，如此，第一伸缩杆32可变长或变短。
第二，第一伸缩杆32与支撑杆35形成一定的长度差，摆动台34在第一伸缩杆32顶端和支撑杆35中上杆351的支撑下倾斜一定的角度，倾斜的摆动台34带动支撑杆35中的上杆351向斜上方或斜下方移动，由于滑动组件353的存在，上杆向斜上方或斜下方的移动被滑动组件353和下杆(伸缩杆)352吸收，而下杆可保持不动。
第三，在外齿轮37的驱动下，内齿轮36驱动支撑杆35中的下杆352沿第一环形凹槽311移动，下杆352带动支撑杆作轨迹为圆形的移动，如此，摆动台34可围绕其与第一伸缩杆32的球铰点作空间摆动，安装在摆动台34上的旋转手执行末端也随之摆动。
第四，在第一驱动单元、第二驱动单元、空间摆动体300的配合下，旋转手执行末端可像自然人的手腕那样在空间任意摆动。
以上内容仅为本发明的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种六轴工业机器人的手腕机构，包括手臂(10)、枢接在手臂前端的摆动臂(20)、驱动摆动臂摆动的第一驱动单元、枢接在摆动臂前端的旋转手(30)、驱动旋转手旋转的第二驱动单元；所述摆动臂摆动时的中心线垂直于旋转手的旋转中心线；其特征在于：
所述旋转手包括枢接在摆动臂前端的空间摆动体(300)、安装在空间摆动体上的旋转手执行末端；所述空间摆动体包括底座(31)、第一伸缩杆(32)、摆动台(34)、支撑杆(35)、啮合在一起的内齿轮(36)和外齿轮(37)；
所述第一伸缩杆的底端固定在底座上，第一伸缩杆的顶端设有第一球形凸块(320)，摆动台底部开设与第一球形凸块配合的球形凹槽；
所述底座的上表面开设第一环形凹槽(311)，所述摆动台的下表面开设第二环形凹槽(341)，第二环形凹槽的横截面呈半圆形，第一环形凹槽的中心线与第二环形凹槽的中心线重合；
所述支撑杆包括上杆(351)、下杆(352)、连接上杆和下杆的滑动组件(353)，上杆的顶端设有与第二环形凹槽配合的第二球形凸块(354)，下杆为伸缩杆，下杆的底端与第一环形凹槽滑动配合；
所述内齿轮枢接在底座上，内齿轮与支撑杆固定连接，外齿轮与安装在底座上的第三电机(38)联接。
2.如权利要求1所述的一种六轴工业机器人的手腕机构，其特征在于：所述第一驱动单元包括安装在手臂(10)上的第一电机、联接第一电机与摆动臂的第一传动单元；所述第一传动单元包括枢接在手臂上且同轴设置的第二齿轮(12)和第三齿轮、枢接在手臂上且同轴设置的第四齿轮(14)和第一同步带轮(15)、枢接在手臂上的第三轴(16)、固定安装在第三轴上的第二同步带轮(17)；所述第一电机的输出轴上安装有第一齿轮(11)，第一齿轮与第二齿轮啮合，第三齿轮与第四齿轮啮合，第一同步带轮通过同步带(18)与第二同步带轮联接，第三轴与摆动臂(20)固定连接。
3.如权利要求1所述的一种六轴工业机器人的手腕机构，其特征在于：所述第二驱动单元包括安装在摆动臂(20)上的第二电机、联接第二电机与旋转手的第二传动单元；所述第二传动单元包括与第二电机输出轴联接的减速器、与减速器输出端连接的旋转盘(21)，旋转手(30)的空间摆动体(300)安装在旋转盘上。
4.如权利要求1所述的一种六轴工业机器人的手腕机构，其特征在于：所述第一伸缩杆(32)包括支柱(321)、螺纹杆(322)，所述支柱竖直固定在底座(31)上，支柱的顶端开设光孔，所述螺纹杆的底端活动插设在光孔内；所述第一球形凸块(320)设置在螺纹杆的顶端，球形凹槽包裹第一球形凸块，所述球形凹槽包括一圆形开口，该圆形开口的内径小于球形凹槽的最大内径，所述球形凹槽包裹住第一球形凸块的大部分；所述支柱的顶端面上枢接有第五齿轮(323)，第五齿轮的中央开设螺纹孔，第五齿轮的螺纹孔与螺纹杆螺接，第五齿轮与第六齿轮(324)啮合，第六齿轮安装在第四电机(325)的输出轴上，第四电机安装在第四电机安装板上，第四电机安装板固定在支柱的侧壁上。
5.如权利要求1所述的一种六轴工业机器人的手腕机构，其特征在于：所述球形凹槽位于第二环形凹槽(341)的环形中央处；所述第一伸缩杆(32)的底端位于第一环形凹槽(311)的环形中央处。
6.如权利要求1所述的一种六轴工业机器人的手腕机构，其特征在于：所述滑动组件(353)包括与上杆(351)底端固定连接的上滑块(355)、与上滑块滑动配合的下滑块(356)；第一环形凹槽(311)的横截面呈凸字形，下杆(352)的底端设有与第一环形凹槽滑动配合的环形凸缘(357)。
7.如权利要求1所述的一种六轴工业机器人的手腕机构，其特征在于：所述内齿轮(36)位于第一环形凹槽(311)的环形内，内齿轮的中心线与第一环形凹槽的中心线重合。
8.如权利要求1所述的一种六轴工业机器人的手腕机构，其特征在于：所述手臂(10)的前端开设一凹形豁口，所述摆动臂(20)枢接在凹形豁口内。
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