CN108527316A - 一种6轴机器人手腕部分结构 - Google Patents

Abstract

一种6轴机器人手腕部分结构，涉及现代工业制造自动化领域，包括手腕部和小臂部，手腕部和小臂部安装于机器人的顶端，小臂部包括平行设置的左小臂和右小臂，左、右小臂均为中空结构并在后端交叉处安装有第五轴伺服电机和第六轴伺服电机，手腕部包括第六轴连接部、第五轴摆臂和第六轴动力管，第六轴连接部、第五轴摆臂均为半球体结构且第六轴连接部顶端中央开有中孔，第六轴动力管为T型的三通管结构且一开口与第六轴连接部相通，左、右小臂分别与第六轴动力管、第五轴摆臂连接；本申请提供一种6轴机器人手腕部分结构，其结构紧凑，提高了机器人的有效负载、稳定性，并改进了手腕部分的传动机构，实现了大转速比、大扭矩的效果，回转精度更高。

Description

一种6轴机器人手腕部分结构

技术领域

本发明涉及现代工业制造自动化领域，更具体地说，是一种末端额定载荷为20KG、最大工作半径为1630mm的6轴机器人手腕部分结构。

背景技术

在传统的工厂里，搬运、焊接等工作基本上是由人工来完成的，具有劳动强度大、耗时较多、枯燥无味、工作环境恶劣、易造成污染等问题；其次，人工操作的工艺一致性较难达到，质量控制不容易，从而会增加企业的成本，而6轴机器人能够自由地在三维空间内进行活动，能够准确快速地进行搬运、焊接、喷涂等大量重复性的工作，因此在这些领域中机器人逐渐被普及。

但现有6轴机器人还存在很多不足，其中手腕部分的结构设计是工业机器人结构中最为复杂的一部分，其内部结构、传动原理、装配方式的解决方法各种各样，各企业限于自身的技术条件、制造能力和用途都提出了自己的解决方案，主要存在以下缺陷：

1、第五、六轴电机一般安装于手腕前端，增大了手腕整体的自重，使得机器人的有效负载能力大大降低；

2、现有6轴机器人的手腕部分仅有单个第五轴连接部，达不到同轴度要求，稳定性较低；

3、现有6轴机器人的手腕部分内部传动机构较简单，其输出的扭矩、转速比往往较小，回转精度不高。

发明内容

针对现有技术中的不足，本申请提供一种6轴机器人手腕部分结构，其结构紧凑，提高了机器人的有效负载、稳定性，并改进了手腕部分的传动机构，实现了大转速比、大扭矩的效果，回转精度更高，其技术方案如下：

一种6轴机器人手腕部分结构，包括手腕部和小臂部，所述手腕部和小臂部安装于机器人的顶端，所述小臂部包括平行设置的左小臂和右小臂，左、右小臂均为中空结构并在后端交叉处安装有第五轴伺服电机和第六轴伺服电机，所述手腕部包括第六轴连接部、位于第六轴连接部上方两侧的第五轴摆臂和第六轴动力管，第六轴连接部、第五轴摆臂均为半球体结构且第六轴连接部顶端中央开有中孔，第六轴动力管为T型的三通管结构且一开口与第六轴连接部相通，所述左、右小臂分别与第六轴动力管、第五轴摆臂连接；

所述第六轴动力管的水平开口内固定有轴承安装座，轴承安装座与第六轴动力管之间安装有深沟球轴承，轴承安装座的中心通孔内嵌入有转向齿轮轴，所述转向齿轮轴的一端固定有转向齿轮、另一端连接有第六轴同步带轮，第六轴同步带轮上安装有第六轴同步带与第六轴伺服电机连接，所述转向齿轮轴的两端分别套有深沟球轴承，且与第六轴同步带轮相邻的深沟球轴承与第六轴同步带轮之间安装有轴承压片和油封，所述第六轴动力管的竖直开口内固定安装有轴承压套，轴承压套内穿有第六轴输入齿轮，第六轴输入齿轮顶端固定有转向齿轮，该转向齿轮与转向齿轮轴上的转向齿轮垂直啮合，所述第六轴输入齿轮底端位于第六轴连接部内，第六轴输入齿轮与转向齿轮连接处垫有齿轮垫片，与第六轴连接部的开口连接处垫有轴承垫环、深沟球轴承，轴承垫环与齿轮垫片之间的第六轴输入齿轮上套有双列角接触球轴承；

所述第六轴连接部上的中孔内竖直安装有中空轴，中空轴穿过第六轴谐波减速机，所述第六轴谐波减速机上方连接有谐波齿轮、下方连接有谐波连接法兰，谐波齿轮与第六轴输入齿轮齿部啮合，谐波连接法兰与第六轴连接部固定连接，所述第六轴谐波减速机的输出端与下方的第六轴输出法兰连接，第六轴输出法兰与中空轴的连接处设有油封；

所述第五轴摆臂内固定安装有第五轴谐波减速机，第五轴谐波减速机一侧连接有第五轴谐波连接法兰，第五轴谐波连接法兰与右小臂连接，所述第五轴谐波减速机的输入轴上连接有第五轴同步带轮，第五轴同步带轮与第五轴伺服电机通过第五轴同步带连接。

进一步地，所述左、右小臂的外侧还设有小臂侧封板进行密封。

进一步地，所述轴承压套上方的开口处还设有轴承端盖进行封口。

进一步地，所述中空轴为中空结构。

进一步地，所述手腕部采用铸铝合金翻砂成形、数控加工而成。

进一步地，所述轴承安装座采用铸铝合金翻砂成形、数控加工而成。

一种6轴机器人手腕部分结构的原理：

1、一种6轴机器人手腕部分结构的装配过程：

a、第五轴装配：第五轴谐波减速机上装好第五轴同步带轮，并用螺钉将其与第五轴谐波连接法兰锁好；将手腕部放入小臂部内侧，将锁在一起的第五轴谐波减速机、第五轴谐波连接法兰装入小臂部的安装位置，用螺钉锁好；从手腕部内侧用螺钉将第五轴谐波减速机和手腕部锁在一起；

b、第六轴装配：将深沟球轴承、一个转向齿轮装在转向齿轮轴上，装入平键，用螺钉、垫片锁好，将转向齿轮轴及装在其上的深沟球轴承、转向齿轮一起装入轴承安装座内，先在转向齿轮轴和轴承安装座之间装入油封和深沟球轴承，并用轴承压片锁好，再在转向齿轮轴上装好第六轴同步带轮，将深沟球轴承装在轴承安装座上，将双列角接触球轴承、轴承压套依次装入手腕部内，用螺钉将手腕部和轴承压套从手腕部的外侧面锁好；在第六轴输入齿轮上依次装好深沟球轴承、轴承垫环，将第六轴输入齿轮从手腕部下部装入手腕部内，从手腕部上部依次在第六轴输入齿轮上装上齿轮垫片、一个转向齿轮，装入平键，用螺钉和垫片锁好，将上述组装好的轴承安装组件一起装入小臂部和手腕部的安装位置上，用螺钉将轴承安装座和手腕部锁紧在一起；从手腕部底部将中空轴装入到手腕部的中孔内，用沉头螺钉锁好，将谐波齿轮用螺钉锁在第六轴谐波减速机上，将谐波连接法兰用螺钉锁在第六轴谐波减速机上，在第六轴输出法兰装入油封，再装到第六轴谐波减速机上，用螺钉锁好，将上述过程中准备好的第六轴谐波减速机组件装入手腕部内部用螺钉锁好。

2、一种6轴机器人手腕部分结构的传动原理：

第五轴伺服电机通过第五轴同步带轮及第五轴同步带带动第五轴谐波减速机，第五轴谐波减速机经减速后将大扭力通过其输出轴传递到第五轴摆臂上，带动整个手腕部进行翻转动作；第六轴伺服电机通过第六轴同步带及第六轴同步带轮带动转向齿轮轴动作，转同齿轮轴通过转向齿轮带动第六轴输入齿轮动作，第六轴输入齿轮通过谐波齿轮将动力传递到第六轴谐波减速机，再带动第六轴输出法兰，从而带动与第六轴连接部连接的机器人工作部进行工作。

依据上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、第五、第六轴伺服电机后置，使得手腕部结构紧凑，减轻了手腕整体的自重，其中手腕部采用铸铝合金材质，进一步降低了手腕整体的重量，大大提高了机器人的有效负载能力：

2、手腕部的后端连接有平行设置的左、右小臂，提高了手腕部工作时的稳定了，并达到了同轴要求；

3、本发明手腕部分传动机构具体为：第五轴伺服电机通过第五轴同步带将动力传递到第五轴谐波减速机，然后带动手腕部翻转；第六轴伺服电机依次通过第六轴同步带、第六轴同步带轮、转向齿轮将动力传递到第六轴输入齿轮，然后通过谐波齿轮带动第六轴谐波减速机最终将动力传递到第六轴输出法兰，其中减速机采用高精度、高刚性、体形紧凑的谐波减速机，电机采用高精度大扭矩的小型伺服电机，整个传动过程确保了机器人的整体动作精度，并实现了大转速比、大扭矩的有益效果，回转精度更高；

4、手腕部中的中空轴采用中空结构，便于与第六轴连接部连接的机器人工作部线缆、气管走线。

附图说明

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明在机器人上的位置示意图；

图2为本发明的部分内部结构图；

图3为本发明中手腕部一剖视图；

图4为本发明中手腕部示意图；

图5为本发明中轴承压套示意图；

图6为本发明中轴承安装座示意图；

图7为本发明中第六轴输入齿轮示意图；

图8为本发明中谐波齿轮示意图；

图9为本发明中中空轴示意图。

其中，1、小臂部；100、左小臂；101、右小臂；2、手腕部；200、第六轴连接部；201、第五轴摆臂；202、第六轴动力管；203、中孔；3、轴承压套；4、轴承端盖；5、深沟球轴承；6、转向齿轮轴；7、深沟球轴承；8、轴承安装座；9、第六轴同步带；10、小臂侧封板；11、第六轴同步带轮；12、深沟球轴承；13、油封；14、转向齿轮；15、齿轮垫片；16、双列角接触球轴承；17、深沟球轴承；18、第六轴输入齿轮；19、谐波齿轮；20、中空轴；21、油封；22、第六轴输出法兰；23、谐波连接法兰；24、第六轴谐波减速机；25、第五轴同步带；26、第五轴谐波减速机；27、第五轴同步带轮；28、小臂侧封板；29、第五轴谐波连接法兰；30、轴承压片；31、轴承垫环；32、机器人；33、第五轴伺服电机；34、第六轴伺服电机。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1、图2、图4所示，一种6轴机器人手腕部分结构，包括手腕部2和小臂部1，所述手腕部2和小臂部1安装于机器人32的顶端，所述小臂部1包括平行设置的左小臂100和右小臂101，所述左、右小臂（100、101）的外侧设有小臂侧封板10进行密封，左、右小臂（100、101）均为中空结构并在后端交叉处安装有第五轴伺服电机33和第六轴伺服电机34，所述手腕部2包括第六轴连接部200、位于第六轴连接部200上方两侧的第五轴摆臂201和第六轴动力管202，第六轴连接部200、第五轴摆臂201均为半球体结构且第六轴连接部200顶端中央开有中孔203，第六轴动力管202为T型的三通管结构且一开口与第六轴连接部200相通，所述左、右小臂（100、101）分别与第六轴动力管202、第五轴摆臂201连接；

如图3、图5、图6、图7所示，所述第六轴动力管202的水平开口内固定有轴承安装座8，轴承安装座8与第六轴动力管202之间安装有深沟球轴承7，轴承安装座8的中心通孔内嵌入有转向齿轮轴6，所述转向齿轮轴6的一端固定有转向齿轮14、另一端连接有第六轴同步带轮11，第六轴同步带轮11上安装有第六轴同步带9与第六轴伺服电机34连接，所述转向齿轮轴6的两端分别套有深沟球轴承（5、12），且与第六轴同步带轮11相邻的深沟球轴承12与第六轴同步带轮11之间安装有轴承压片30和油封13，所述第六轴动力管202的竖直开口内固定安装有轴承压套3，轴承压套3内穿有第六轴输入齿轮18，第六轴输入齿轮18顶端固定有转向齿轮14，该转向齿轮14与转向齿轮轴6上的转向齿轮14垂直啮合，所述第六轴输入齿轮18底端位于第六轴连接部200内，第六轴输入齿轮18与转向齿轮14连接处垫有齿轮垫片15，与第六轴连接部200的开口连接处垫有轴承垫环31、深沟球轴承17，轴承垫环31与齿轮垫片15之间的第六轴输入齿轮18上套有双列角接触球轴承16；

如图3、图4、图8、图9所示，所述第六轴连接部200上的中孔203内竖直安装有中空轴20，中空轴20为中空结构，中空轴20穿过第六轴谐波减速机24，所述第六轴谐波减速机24上方连接有谐波齿轮19、下方连接有谐波连接法兰23，谐波齿轮19与第六轴输入齿轮18齿部啮合，谐波连接法兰23与第六轴连接部200固定连接，所述第六轴谐波减速机24的输出端与下方的第六轴输出法兰22连接，第六轴输出法兰22与中空轴20的连接处设有油封21；

如图1、图2、图3所示，所述第五轴摆臂201内固定安装有第五轴谐波减速机26，第五轴谐波减速机26一侧连接有第五轴谐波连接法兰29，第五轴谐波连接法兰29与右小臂101连接，所述第五轴谐波减速机26的输入轴上连接有第五轴同步带轮27，第五轴同步带轮27与第五轴伺服电机33通过第五轴同步带25连接。

如图3所示，所述轴承压套3上方的开口处还设有轴承端盖4进行封口。

所述手腕部2采用铸铝合金翻砂成形、数控加工而成。

所述轴承安装座8采用铸铝合金翻砂成形、数控加工而成。

本发明的工作原理：

一种6轴机器人手腕部分结构的原理：

1、一种6轴机器人手腕部分结构的装配过程：

a、第五轴装配：第五轴谐波减速机26上装好第五轴同步带轮27，并用螺钉将其与第五轴谐波连接法兰29锁好；将手腕部2放入小臂部1内侧，将锁在一起的第五轴谐波减速机26、第五轴谐波连接法兰29装入小臂部1的安装位置，用螺钉锁好；从手腕部2内侧用螺钉将第五轴谐波减速机26和手腕部2锁在一起；

b、第六轴装配：将深沟球轴承5、一个转向齿轮14装在转向齿轮轴6上，装入平键，用螺钉、垫片锁好；将转向齿轮轴6及装在其上的深沟球轴承5、转向齿轮14一起装入轴承安装座8内，先在转向齿轮轴6和轴承安装座8之间装入油封13和深沟球轴承12，并用轴承压片30锁好，再在转向齿轮轴6上装好第六轴同步带轮11，将深沟球轴承7装在轴承安装座8上；将双列角接触球轴承16、轴承压套3依次装入手腕部2内，用螺钉将手腕部2和轴承压套3从手腕部2的外侧面锁好；在第六轴输入齿轮18上依次装好深沟球轴承17、轴承垫环31，将第六轴输入齿轮18从手腕部2下部装入手腕部2内，从手腕部2上部依次在第六轴输入齿轮18上装上齿轮垫片15、一个转向齿轮14，装入平键，用螺钉和垫片锁好，将上述组装好的轴承安装组件一起装入小臂部1和手腕部2的安装位置上，用螺钉将轴承安装座8和手腕部2锁紧在一起；从手腕部2底部将中空轴20装入到手腕部2的中孔203内，用沉头螺钉锁好，将谐波齿轮19用螺钉锁在第六轴谐波减速机24上，将谐波连接法兰23用螺钉锁在第六轴谐波减速机24上，在第六轴输出法兰22装入油封21，再装到第六轴谐波减速机24上，用螺钉锁好，将上述过程中准备好的第六轴谐波减速机组件装入手腕部2内部用螺钉锁好。

2、一种6轴机器人手腕部分结构的传动原理：

第五轴伺服电机33通过第五轴同步带轮27及第五轴同步带25带动第五轴谐波减速机26，第五轴谐波减速机26经减速后将大扭力通过其输出轴传递到第五轴摆臂201上，带动整个手腕部2进行翻转动作；第六轴伺服电机34通过第六轴同步带9及第六轴同步带轮11带动转向齿轮轴6动作，转同齿轮轴6通过转向齿轮14带动第六轴输入齿轮18动作，第六轴输入齿轮18通过谐波齿轮19将动力传递到第六轴谐波减速机24，再带动第六轴输出法兰22，从而带动与第六轴连接部20连接的机器人32工作部进行工作。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (6)

1.一种6轴机器人手腕部分结构，其特征在于，包括手腕部和小臂部，所述手腕部和小臂部安装于机器人的顶端，所述小臂部包括平行设置的左小臂和右小臂，左、右小臂均为中空结构并在后端交叉处安装有第五轴伺服电机和第六轴伺服电机，所述手腕部包括第六轴连接部、位于第六轴连接部上方两侧的第五轴摆臂和第六轴动力管，第六轴连接部、第五轴摆臂均为半球体结构且第六轴连接部顶端中央开有中孔，第六轴动力管为T型的三通管结构且一开口与第六轴连接部相通，所述左、右小臂分别与第六轴动力管、第五轴摆臂连接；

所述第六轴动力管的水平开口内固定有轴承安装座，轴承安装座与第六轴动力管之间安装有深沟球轴承，轴承安装座的中心通孔内嵌入有转向齿轮轴，所述转向齿轮轴的一端固定有转向齿轮、另一端连接有第六轴同步带轮，第六轴同步带轮上安装有第六轴同步带与第六轴伺服电机连接，所述转向齿轮轴的两端分别套有深沟球轴承，且与第六轴同步带轮相邻的深沟球轴承与第六轴同步带轮之间安装有轴承压片和油封，所述第六轴动力管的竖直开口内固定安装有轴承压套，轴承压套内穿有第六轴输入齿轮，第六轴输入齿轮顶端固定有转向齿轮，该转向齿轮与转向齿轮轴上的转向齿轮垂直啮合，所述第六轴输入齿轮底端位于第六轴连接部内，第六轴输入齿轮与转向齿轮连接处垫有齿轮垫片，与第六轴连接部的开口连接处垫有轴承垫环、深沟球轴承，轴承垫环与齿轮垫片之间的第六轴输入齿轮上套有双列角接触球轴承；

所述第六轴连接部上的中孔内竖直安装有中空轴，中空轴穿过第六轴谐波减速机，所述第六轴谐波减速机上方连接有谐波齿轮、下方连接有谐波连接法兰，谐波齿轮与第六轴输入齿轮齿部啮合，谐波连接法兰与第六轴连接部固定连接，所述第六轴谐波减速机的输出端与下方的第六轴输出法兰连接，第六轴输出法兰与中空轴的连接处设有油封；

所述第五轴摆臂内固定安装有第五轴谐波减速机，第五轴谐波减速机一侧连接有第五轴谐波连接法兰，第五轴谐波连接法兰与右小臂连接，所述第五轴谐波减速机的输入轴上连接有第五轴同步带轮，第五轴同步带轮与第五轴伺服电机通过第五轴同步带连接。

2.如权利要求1所述的一种6轴机器人手腕部分结构，其特征在于，所述左、右小臂的外侧还设有小臂侧封板进行密封。

3.如权利要求1或2所述的一种6轴机器人手腕部分结构，其特征在于，所述轴承压套上方的开口处还设有轴承端盖进行封口。

4.如权利要求3所述的一种6轴机器人手腕部分结构，其特征在于，所述中空轴为中空结构。

5.如权利要求4所述的一种6轴机器人手腕部分结构，其特征在于，所述手腕部采用铸铝合金翻砂成形、数控加工而成。

6.如权利要求5所述的一种6轴机器人手腕部分结构，其特征在于，所述轴承安装座采用铸铝合金翻砂成形、数控加工而成。