CN106313097B - 一种单元组合式机器人手腕 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单元组合式机器人手腕，包括上臂、摆动体、B轴传动与减速单元、T轴减速与输出单元和T轴中间传动单元，所述B轴传动与减速单元可直接带动摆动体实现手腕摆动运动，所述T轴减速与输出单元通过直接带动手腕工具安装法兰及作业工具实现手腕回转运动，所述T轴中间传动单元通过实现T轴的转向变换，用来连接T轴伺服驱动电机与T轴减速与输出单元间。本发明的B轴传动与减速单元、T轴减速与输出单元、T轴中间传动单元这三个部件是独立的、可直接装拆的整体部件，在装配或维修时，无需进行任何调整，它大大方便了手腕的安装与维修，同时确保了传动系统精度，延长了使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及工业机器人领域，尤其是一种单元组合式机器人手腕。
背景技术
机器人手腕需要有腕摆动(B轴)和手回转(T轴)两个回转运动轴；腕摆动轴B、手回转轴T的回转速度均较低，故其传动系统必须安装减速器。由于手腕传动系统结构复杂，目前，一般都采用散件组装式谐波减速器，这种结构的缺点是：谐波减速器及传动系统的部件都需要在现场安装，其零部件多、装配要求高、安装复杂、传动精度很难保证；特别在手腕维修时，同样需要分解谐波减速器及传动系统的所有部件，并重新装配，它不仅增加了维修难度；而且，谐波减速器及传动部件经反复装拆，将直接导致性能和传动精度的下降。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种单元组合式机器人手腕，装配或维修时无需进行任何调整，结构简单，生产制造和装配、维修方便，确保传动精度，延长使用寿命。
本发明解决现有技术问题所采用的技术方案：一种单元组合式机器人手腕，包括：
上臂，所述上臂的后端为中空内腔，中空内腔的左、右侧壁上分别设有B轴伺服驱动电机和T轴伺服驱动电机，所述上臂的前端为U形叉，U形叉的一侧设有B轴谐波减速器，U形叉的另一侧设有T轴中间传动单元，U形叉的内侧设有摆动体；
B轴传动与减速单元，所述B轴传动与减速单元用来实现B轴的传动和减速，所述B轴传动与减速单元包括B轴传动件和B轴谐波减速器，所述B轴传动件包括B轴同步皮带和B轴同步皮带轮，所述B轴谐波减速器包括B轴谐波减速器输入轴和B轴谐波减速器输出轴，所述B轴传动件通过B轴同步皮带传动，所述B轴同步皮带两侧通过所述B轴同步皮带轮固定在所述B轴伺服驱动电机和B轴谐波减速器输入轴上，所述B轴谐波减速器输出轴与所述摆动体连接；
T轴减速与输出单元，所述T轴减速与输出单元用来实现T轴减速和安装作业工具，所述T轴减速与输出单元包括T轴谐波减速器和工具安装法兰，所述T轴谐波减速器设于所述摆动体的前端，所述T轴减速器包括T轴谐波减速器输入轴、T轴谐波减速器输出轴和T轴谐波减速器伞齿轮，所述T轴谐波减速器伞齿轮设在所述T轴谐波减速器输入轴上，所述工具安装法兰可旋转地安装在所述T轴谐波减速器输出轴上；
T轴中间传动单元，设于所述摆动体的内腔，所述T轴中间传动单元用来连接T轴伺服驱动电机和T轴减速与输出单元，并有变换转向的作用，包括T轴中间传动部件和T轴传动件，所述T轴传动部件包括辅助支承轴承、支承座、端盖、T轴中间传动伞齿轮、中间传动轴、隔套、轴承，所述T轴传动件包括T轴同步皮带和T轴同步皮带轮，所述T轴同步皮带两侧通过所述T轴同步皮带轮固定在所述T轴伺服驱动电机和所述中间传动轴上。
进一步地，所述摆动体为内部中空的箱体形结构，所述T轴谐波减速器伞齿轮和所述T轴中间传动伞齿轮设于所述摆动体的中空内腔中。
进一步地，所述中间传动轴设于所述T轴中间传动部件的内部，所述中间传动轴一端与所述T轴同步皮带轮连接，另一端与所述T轴中间传动伞齿轮连接。
进一步地，所述辅助支承轴承设于所述摆动体上，对所述摆动体进行径向支承和轴向浮动支承。
进一步地，所述T轴中间传动部件设于所述支承座上。
进一步地，所述辅助支承轴承通过密封锁紧螺母与所述支承座连接。
进一步地，所述的B轴谐波减速器与B轴谐波减速器输出轴间通过可同时承受径向和轴向载荷的交叉滚子轴承连接。
进一步地，所述的T轴谐波减速器与所述T轴谐波减速器输入轴、所述T轴谐波减速器输出轴分别通过可同时承受径向和轴向载荷的交叉滚子轴承连接。
进一步地，所述中间传动轴通过轴承和隔套安装在支承座上，所述轴承的外圈通过端盖压紧后固定在支承座上，所述轴承的内圈通过锁紧螺母固定在中间传动轴上。
本发明的有益效果在于：本发明将手腕的全部零件设计成3个独立的、可直接装拆的整体单元，装配或维修时无需进行任何调整。与通常的机器人手腕比较，不仅解决了谐波减速器及传动系统部件的分离、安装、维修等问题，而且在装配或维修时无需进行任何调整，故可确保传动精度、延长使用寿命；同时，又大幅度减少了机械零部件数量；其结构简单，生产制造和装配、维修非常容易。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的结构示意图；
图中：1、上臂，2、B轴伺服驱动电机，3、B轴传动件，3.1、B轴同步皮带，3.2、B轴同步皮带轮，4、B轴谐波减速器，4.1、B轴谐波减速器输入轴，4.2、B轴谐波减速器输出轴，5、摆动体，6、T轴谐波减速器，6.1、T轴谐波减速器输入轴，6.2、T轴谐波减速器输出轴，6.3、T轴谐波减速器伞齿轮，7、工具安装法兰，8、T轴传动部件8.1、辅助支承轴承8.2、支承座8.3、端盖8.4、T轴中间传动伞齿轮8.5、中间传动轴8.6、隔套，8.7、轴承，9、T轴传动件，9.1、T轴同步皮带，9.2、T轴同步皮带轮，10、T轴伺服驱动电机。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的一种单元组合式机器人手腕，包括：上臂1，所述上臂1的后端为中空内腔，中空内腔的左、右侧壁上分别设有B轴伺服驱动电机2和T轴伺服驱动电机10，所述上臂1的前端为U形叉，U形叉的一侧设有B轴谐波减速器4，U形叉的另一侧设有T轴中间传动单元，U形叉的内侧设有摆动体5；
B轴传动与减速单元，所述B轴传动与减速单元用来实现B轴的传动和减速，所述B轴传动与减速单元包括B轴传动件3和B轴谐波减速器4。所述B轴传动件3包括B轴同步皮带3.1和B轴同步皮带轮3.2，所述B轴同步皮带轮3.2都采用键连接、轴端中心螺钉固定。所述B轴谐波减速器4包括B轴谐波减速器输入轴4.1和B轴谐波减速器输出轴4.2，所述的B轴谐波减速器4与所述B轴谐波减速器输入轴4.1、所述B轴谐波减速器输出轴4.2分别通过可同时承受径向和轴向载荷的交叉滚子轴承连接。所述B轴传动件3通过B轴同步皮带3.1传动，所述B轴同步皮带3.1两侧通过所述B轴同步皮带轮3.2固定在所述B轴伺服驱动电机2和所述B轴谐波减速器输入轴4.1上，所述B轴谐波减速器输出轴4.2通过连接螺钉与所述摆动体5连成一体。当B轴伺服驱动电机2启动时，B轴谐波减速器输入轴4.1在B轴同步皮带轮3.2的带动下旋转，B轴谐波减速器4随之旋转，从而在B轴谐波减速器输出轴4.2上得到减速后的转速输出，进而，因B轴谐波减速器输出轴4.2与摆动体5连接成一体，故可带动摆动体5摆动。摆动体5连同B轴传动与减速单元整体装拆，装配、维修时无需分离B轴谐波减速器4和进行任何调整。
T轴减速与输出单元，所述T轴减速与输出单元用来实现T轴减速和安装作业工具，所述T轴减速与输出单元包括T轴谐波减速器6和工具安装法兰7。所述T轴谐波减速器6通过连接螺钉固定在所述摆动体5的前端，所述T轴减速器6包括T轴谐波减速器输入轴6.1、T轴谐波减速器输出轴6.2和T轴谐波减速器伞齿轮6.3。所述的T轴谐波减速器6与所述T轴谐波减速器输入轴6.1、所述T轴谐波减速器输出轴6.2分别通过可同时承受径向和轴向载荷的交叉滚子轴承连接，所述T轴谐波减速器伞齿轮6.3通过连接键、固定螺钉、垫固定在所述T轴谐波减速器输入轴6.1上。所述工具安装法兰7可旋转地安装在所述T轴谐波减速器输出轴6.2上，所述工具安装法兰7通过连接螺钉和T轴谐波减速器输出轴6.2连成一体。当T轴谐波减速器输入轴6.1上的T轴谐波减速器伞齿轮6.3旋转时，T轴谐波减速器6将随之旋转，从而在T轴谐波减速器输出轴6.2上得到减速后的转速输出，因T轴谐波减速器输出轴6.2与工具安装法兰7连接成一体，T轴谐波减速器输出轴6.2可带动工具安装法兰7及所安装的作业工具低速回转。T轴减速与输出单元整体安装在摆动体5的前端，能以单元的形式整体装拆，装配、维修时无需分离T轴谐波减速器6和进行任何调整。
T轴中间传动单元，设于所述摆动体5的内腔，所述T轴中间传动单元用来连接T轴伺服驱动电机10和T轴减速与输出单元，包括T轴中间传动部件8和T轴传动件9，所述T轴传动部件8包括辅助支承轴承8.1、支承座8.2、端盖8.3、T轴中间传动伞齿轮8.4、中间传动轴8.5、隔套8.6、轴承8.7，所述辅助支承轴承8.1设于所述摆动体5上，对所述摆动体5进行径向支承和轴向浮动支承，所述辅助支承轴承8.1通过密封锁紧螺母与所述支承座8.2连接，所述T轴中间传动部件8设于所述支承座8.2上。所述T轴中间传动单元通过支承座8.2和端盖8.3固定在上臂1前侧的U形叉上。所述中间传动轴8.5设于所述T轴中间传动部件8的内部，所述中间传动轴8.5一端与所述T轴同步皮带轮9.2连接，另一端与所述T轴中间传动伞齿轮8.4连接。所述T轴传动件9包括T轴同步皮带9.1和T轴同步皮带轮9.2，所述T轴同步皮带9.1两侧通过所述T轴同步皮带轮9.2固定在所述T轴伺服驱动电机10和所述中间传动轴8.5上。当T轴伺服驱动电机10旋转时，可通过T轴同步皮带9.1带动中间传动轴8.5旋转并变换转向、带动T轴谐波减速器输入轴6.1旋转，进而，通过T轴谐波减速器6的减速，带动工具安装法兰7及所安装的作业工具低速回转。
所述摆动体5为内部中空的箱体形结构，所述T轴谐波减速器伞齿轮6.3和所述T轴中间传动伞齿轮8.4设于所述摆动体5的中空内腔中。
所述T轴谐波减速器伞齿轮6.3和所述T轴中间传动伞齿轮8.4模数相同但直径可以不同，改变伞齿轮的直径可调整T轴谐波减速器6和中间传动单元的相对位置。
所述的B轴同步皮带轮3.2设有两个，两个B轴同步皮带轮3.2外形尺寸、结构、加工要求完全相同。
所述中间传动轴8.5通过轴承8.7和隔套8.6安装在支承座8.2上，轴承87的外圈通过端盖8.3压紧后固定在支承座8.2上，轴承8.7的内圈通过锁紧螺母固定在中间传动轴8.5上。
本发明的工作原理如下：当手腕需要进行B轴摆动时，B轴伺服驱动电机2可通过B轴同步皮带3.1和B轴同步皮带轮3.1，带动B轴谐波减速器输入轴4.1旋转，B轴谐波减速器4减速后，B轴谐波减速器输出轴4.2可直接带动摆动体5完成手腕摆动动作；当手腕需要进行T轴旋转时，T轴伺服驱动电机10可通过T轴同步皮带9.1和T轴同步皮带轮9.1，带动中间传动轴8.5旋转，并通过中间传动轴伞齿轮8.4变换转向后，带动摆动体5上的T轴谐波减速器输入轴6.1旋转，T轴谐波减速器6减速后，T轴谐波减速器输出轴6.2可直接带动工具安装法兰7及作业工具完成手腕回转动作。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种单元组合式机器人手腕，包括：
上臂(1)，所述上臂(1)的后端为中空内腔，中空内腔的左、右侧壁上分别设有B轴伺服驱动电机(2)和T轴伺服驱动电机(10)，所述上臂(1)的前端为U形叉，U形叉的一侧设有B轴谐波减速器(4)，U形叉的另一侧设有T轴中间传动单元，U形叉的内侧设有摆动体(5)；
B轴传动与减速单元，所述B轴传动与减速单元用来实现B轴的传动和减速，所述B轴传动与减速单元包括B轴传动件(3)和B轴谐波减速器(4)，所述B轴传动件(3)包括B轴同步皮带(3.1)和B轴同步皮带轮(3.2)，所述B轴谐波减速器(4)包括B轴谐波减速器输入轴(4.1)和B轴谐波减速器输出轴(4.2)，所述B轴传动件(3)通过B轴同步皮带(3.1)传动，所述B轴同步皮带(3.1)两侧通过所述B轴同步皮带轮(3.2)固定在所述B轴伺服驱动电机(2)和B轴谐波减速器输入轴(4.1)上，所述B轴谐波减速器输出轴(4.2)与所述摆动体(5)连接；
T轴减速与输出单元，所述T轴减速与输出单元用来实现T轴减速和安装作业工具，所述T轴减速与输出单元包括T轴谐波减速器(6)和工具安装法兰(7)，所述T轴谐波减速器(6)设于所述摆动体(5)的前端，所述T轴减速器(6)包括T轴谐波减速器输入轴(6.1)、T轴谐波减速器输出轴(6.2)和T轴谐波减速器伞齿轮(6.3)，所述T轴谐波减速器伞齿轮(6.3)设在所述T轴谐波减速器输入轴(6.1)上，所述工具安装法兰(7)可旋转地安装在所述T轴谐波减速器输出轴(6.2)上；
T轴中间传动单元，设于所述摆动体(5)的内腔，所述T轴中间传动单元用来连接T轴伺服驱动电机(10)和T轴减速与输出单元，包括T轴中间传动部件(8)和T轴传动件(9)，所述T轴传动部件(8)包括辅助支承轴承(8.1)、支承座(8.2)、端盖(8.3)、T轴中间传动伞齿轮(8.4)、中间传动轴(8.5)、隔套(8.6)、轴承(8.7)，所述T轴传动件(9)包括T轴同步皮带(9.1)和T轴同步皮带轮(9.2)，所述T轴同步皮带(9.1)两侧通过所述T轴同步皮带轮(9.2)固定在所述T轴伺服驱动电机(10)和所述中间传动轴(8.5)上。
2.根据权利要求1所述的一种单元组合式机器人手腕，其特征在于，所述摆动体(5)为内部中空的箱体形结构，所述T轴谐波减速器伞齿轮(6.3)和所述T轴中间传动伞齿轮(8.4)设于所述摆动体(5)的中空内腔中。
3.根据权利要求2所述的一种单元组合式机器人手腕，其特征在于，所述中间传动轴(8.5)设于所述T轴中间传动部件(8)的内部，所述中间传动轴(8.5)一端与所述T轴同步皮带轮(9.2)连接，另一端与所述T轴中间传动伞齿轮(8.4)连接。
4.根据权利要求1所述的一种单元组合式机器人手腕，其特征在于，所述辅助支承轴承(8.1)设于所述摆动体(5)上，对所述摆动体(5)进行径向支承和轴向浮动支承。
5.根据权利要求4所述的一种单元组合式机器人手腕，其特征在于，所述辅助支承轴承(8.1)通过密封锁紧螺母与所述支承座(8.2)连接。
6.根据权利要求1所述的一种单元组合式机器人手腕，其特征在，所述T轴中间传动部件(8)设于所述支承座(8.2)上。
7.根据权利要求1所述的一种单元组合式机器人手腕，其特征在于，所述的B轴谐波减速器(4)与所述B轴谐波减速器输入轴(4.1)、所述B轴谐波减速器输出轴(4.2)分别通过可同时承受径向和轴向载荷的交叉滚子轴承连接。
8.根据权利要求1所述的一种单元组合式机器人手腕，其特征在于，所述的T轴谐波减速器(6)与所述T轴谐波减速器输入轴(6.1)、所述T轴谐波减速器输出轴(6.2)分别通过可同时承受径向和轴向载荷的交叉滚子轴承连接。
9.根据权利要求1至3任一权利要求所述的一种单元组合式机器人手腕，其特征在于，所述中间传动轴(8.5)通过所述轴承(8.7)和隔套(8.6)安装在所述支承座(8.2)上。
10.根据权利要求9所述的一种单元组合式机器人手腕，其特征在于，所述轴承(8.7)的外圈通过所述端盖(8.3)压紧后固定在所述支承座(8.2)上，所述轴承(8.7)的内圈通过锁紧螺母固定在所述中间传动轴(8.5)上。
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Effective date of registration: 20221207 Address after: 213000 plant E3, No. 585, Huanghe West Road, Xinbei District, Changzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Anders (Changzhou) Surface Technology Co.,Ltd. Address before: 213000 No. 26 Mingxin Middle Road, Hutang Town, Wujin District, Changzhou City, Jiangsu Province Patentee before: CHANGZHOU VOCATIONAL INSTITUTE OF MECHATRONIC TECHNOLOGY |
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Denomination of invention: A Unit Combination Robot Wrist Effective date of registration: 20231023 Granted publication date: 20180112 Pledgee: Bank of China Co.,Ltd. Changzhou New North Branch Pledgor: Anders (Changzhou) Surface Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980061761 |