CN108098828B - 一种可用于工业机器人的具有减振作用的双自由度颈关节装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可用于工业机器人的具有减振作用的双自由度颈关节装置，属于工业机器人领域。它包括头部连接件、采用圆柱铰链装设于头部连接件上的旋转主轴、躯干连接件，旋转主轴的下端通过轴承装设于躯干连接件上；步进电机在弹簧离合器的作用下可以分别驱动内啮合齿轮A或锥齿轮B转动，从而人实现了机器人的头部扭转和前后点头功能；此外还设有扭转弹簧B和扭转弹簧A，可以吸收运动过程中多余的能量，从而更好的保护机器人的头部结构本发明是一种单电机驱动双自由度运动、能够实现机器人头部相对于机器人躯体扭转运动、同时具有点头功能、可以通过减振保护头部的双自由度颈关节装置。

Description

一种可用于工业机器人的具有减振作用的双自由度颈关节 装置
技术领域
本发明主要涉及工业机器人领域，特指一种可用于工业机器人的具有减振作用的双自由度颈关节装置。
背景技术
在工业机器人中，颈关节的设计对于机器人的头部运动起着决定性的作用。现有技术中均采用双电机驱动颈关节的两个运动自由度，这边不仅增加颈关节的结构复杂性，而且增加电机的安装成本。因此，需要设计一种结构更加简单的双自由度颈关节装置。
发明内容
本发明需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种单电机驱动双自由度运动、能够实现机器人头部相对于机器人躯体扭转运动、同时具有点头功能、可以通过减振保护头部的双自由度颈关节装置。
为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种可用于工业机器人的具有减振作用的双自由度颈关节装置，它包括头部连接件、采用圆柱铰链装设于所述头部连接件上的旋转主轴、躯干连接件，所述旋转主轴的下端通过轴承装设于所述躯干连接件上。
所述旋转主轴的上部垂直装设有X向转轴，所述X向转轴的两端分别装设有与所述头部连接件啮合传动的内啮合齿轮B和内啮合齿轮A，所述头部连接件与所述旋转主轴之间沿所述圆柱铰链转动方向装设有扭转弹簧A，所述X向转轴可相对于所述旋转主轴自由转动。
所述旋转主轴的中部装设有平行于所述X向转轴的平动转轴，所述平动转轴可相对于所述旋转主轴平动和转动；步进电机通过电机架固定装设于所述躯干连接件上，且其输出轴与所述平动转轴的一端柔性滑动连接；所述柔性滑动连接是指所述平动转轴可沿X向相对于所述步进电机的输出轴运动而不影响其同步转动特征。
所述旋转主轴的下部装设有锥齿轮B，所述锥齿轮B可与装设在平动转轴上的锥齿轮A啮合传动；所述内啮合齿轮A可与装设在平动转轴上的主动齿轮相啮合传动；所述平动转轴上装设有能够驱动所述平动转轴发生X向小位移的弹簧离合器。
所述锥齿轮B与所述躯干连接件之间装设于扭转弹簧B。
所述弹簧离合器驱动所述平动转轴向左运动时，所述锥齿轮A与所述锥齿轮B实现啮合传动，所述主动齿轮与所述内啮合齿轮A解除啮合；所述弹簧离合器驱动所述平动转轴向右运动时，所述锥齿轮A与所述锥齿轮B解除啮合，所述主动齿轮与所述内啮合齿轮A实现啮合传动。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明的一种可用于工业机器人的具有减振作用的双自由度颈关节装置设有步进电机驱动，通过弹簧离合器分别驱动内啮合齿轮A或锥齿轮B转动，进而实现头部连接件相对于躯干连接件的扭转运动和绕X轴转动，从而人实现了机器人的头部扭转和前后点头功能。
(2)本发明的一种可用于工业机器人的具有减振作用的双自由度颈关节装置还设有分别针对头部扭转、前后点头运动能量吸收的扭转弹簧B和扭转弹簧A，可以吸收运动过程中多余的能量，从而更好的保护机器人的头部结构。由此可知，本发明结构简单合理、具有减振功能、采用单电机驱动双自由度运动、可以应用于工业机器人中的颈关节装置。
附图说明
图1是本发明的一种可用于工业机器人的具有减振作用的双自由度颈关节装置的头部扭转原理示意图。
图2是本发明的一种可用于工业机器人的具有减振作用的双自由度颈关节装置的点头原理示意图。
图中，11—头部连接件；12—躯干连接件；2—旋转主轴；31—X向转轴；32—内啮合齿轮B；33—内啮合齿轮A；34—扭转弹簧A；35—圆柱铰链；40—平动转轴；41—主动齿轮；42—锥齿轮A；43—弹簧离合器；51—步进电机；52—电机架；6—扭转弹簧B；7—锥齿轮B。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1和图2所示，本发明的一种可用于工业机器人的具有减振作用的双自由度颈关节装置，包括头部连接件11、采用圆柱铰链35装设于头部连接件11上的旋转主轴2、躯干连接件12，旋转主轴2的下端通过轴承装设于躯干连接件12上。
参见图1和图2所示，旋转主轴2的上部垂直装设有X向转轴31，X向转轴31的两端分别装设有与头部连接件11啮合传动的内啮合齿轮B32和内啮合齿轮A33，头部连接件11与旋转主轴2之间沿圆柱铰链35转动方向装设有扭转弹簧A34，X向转轴31可相对于旋转主轴2自由转动。
参见图1和图2所示，旋转主轴2的中部装设有平行于X向转轴31的平动转轴40，平动转轴40可相对于旋转主轴2平动和转动；步进电机51通过电机架52固定装设于躯干连接件12上，且其输出轴与平动转轴40的一端柔性滑动连接；柔性滑动连接是指平动转轴40可沿X向相对于步进电机51的输出轴运动而不影响其同步转动特征。
参见图1和图2所示，旋转主轴2的下部装设有锥齿轮B7，锥齿轮B7可与装设在平动转轴40上的锥齿轮A42啮合传动；内啮合齿轮A33可与装设在平动转轴40上的主动齿轮41相啮合传动；平动转轴40上装设有能够驱动平动转轴40发生X向小位移的弹簧离合器43。
参见图1和图2所示，锥齿轮B7与躯干连接件12之间装设于扭转弹簧B6。
参见图1和图2所示，弹簧离合器43驱动平动转轴40向左运动时，锥齿轮A42与锥齿轮B7实现啮合传动，主动齿轮41与内啮合齿轮A33解除啮合；弹簧离合器43驱动平动转轴40向右运动时，锥齿轮A42与锥齿轮B7解除啮合，主动齿轮41与内啮合齿轮A33实现啮合传动。
工作原理：为了更好了理解本发明，特作如下说明：假设垂直于水平面的铅垂方向为Z向，水平面内左右方向为X向，前后方向为Y向；圆柱铰链35其轴线平行于X向。弹簧离合器43正向驱动时，锥齿轮A42与锥齿轮B7实现啮合传动，主动齿轮41与内啮合齿轮A33解除啮合，步进电机51转动，带动锥齿轮A42、锥齿轮B7转动，进而带动旋转主轴2和头部连接件11绕Z向转动，从而实现了头部连接件11的扭转运动，由于机器人头固定装设于头部连接件11上，因此，机器人头可以相对于机器人身体发生扭转运动；弹簧离合器43反向驱动时，锥齿轮A42与锥齿轮B7解除啮合，主动齿轮41与内啮合齿轮A33实现啮合传动，步进电机51转动，带动主动齿轮41、内啮合齿轮A33和内啮合齿轮B32同步转动，由于头部连接件11上设有与内啮合齿轮A33、B32相啮合传动的内齿，从而使得头部连接件11绕圆柱铰链35转动，即头部连接件11与装设于其上的机器人头绕X向转动，从而实现了机器人点头的功能。

Claims (1)

1.一种可用于工业机器人的具有减振作用的双自由度颈关节装置，包括头部连接件(11)、采用圆柱铰链(35)装设于所述头部连接件(11)上的旋转主轴(2)、躯干连接件(12)，所述旋转主轴(2)的下端通过轴承装设于所述躯干连接件(12)上，其特征在于：
所述旋转主轴(2)的上部垂直装设有X向转轴(31)，所述X向转轴(31)的两端分别装设有与所述头部连接件(11)啮合传动的内啮合齿轮B(32)和内啮合齿轮A(33)，所述头部连接件(11)与所述旋转主轴(2)之间沿所述圆柱铰链(35)转动方向装设有扭转弹簧A(34)，所述X向转轴(31)可相对于所述旋转主轴(2)自由转动；
所述旋转主轴(2)的中部装设有平行于所述X向转轴(31)的平动转轴(40)，所述平动转轴(40)可相对于所述旋转主轴(2)平动和转动；步进电机(51)通过电机架(52)固定装设于所述躯干连接件(12)上，且其输出轴与所述平动转轴(40)的一端柔性滑动连接；所述柔性滑动连接是指所述平动转轴(40)可沿X向相对于所述步进电机(51)的输出轴运动而不影响其同步转动特征；
所述旋转主轴(2)的下部装设有锥齿轮B(7)，所述锥齿轮B(7)可与装设在平动转轴(40)上的锥齿轮A(42)啮合传动；所述内啮合齿轮A(33)可与装设在平动转轴(40)上的主动齿轮(41)相啮合传动；所述平动转轴(40)上装设有能够驱动所述平动转轴(40)发生X向小位移的弹簧离合器(43)；
所述锥齿轮B(7)与所述躯干连接件(12)之间装设于扭转弹簧B(6)；
所述弹簧离合器(43)驱动所述平动转轴(40)向左运动时，所述锥齿轮A(42)与所述锥齿轮B(7)实现啮合传动，所述主动齿轮(41)与所述内啮合齿轮A(33)解除啮合；所述弹簧离合器(43)驱动所述平动转轴(40)向右运动时，所述锥齿轮A(42)与所述锥齿轮B(7)解除啮合，所述主动齿轮(41)与所述内啮合齿轮A(33)实现啮合传动。
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