CN108638047A - 具有精密传动装置的机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有精密传动装置的机械手，涉及机器人技术领域，包括手腕以及驱动该手腕运动的手腕运动部，手腕为末端执行器，所述手腕运动部包括驱动所述手腕作旋转运动的四轴驱动部以及驱动所述手腕作上下摆运动的五轴驱动部。本发明通过设计五轴驱动部驱动手腕上下摆运动，具体是五轴减速轮组可径向调节轴心位置，消除一级大齿轮和输入齿轮的装配间隙，同时消除二级小齿轮和二级大齿轮的装配间隙，本发明能同时调整二级齿轮传动的啮合状态，使调整后的五轴驱动部具有良好的传动刚度以及传动平稳性，另外可优化四轴驱动部，提高手腕旋转运动的平稳性，实现手腕的精准定位。

Description

具有精密传动装置的机械手

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种具有精密传动装置的机械手。

背景技术

目前，在工业领域中，机械手越来越发挥重要的角色，作为末端执行器的手腕，其移动精度要求高，但目前的传动装置难以满足要求，机械手需要对手腕进行旋转运动、上下摆运动以及圆周运动，而手腕的定位精准主要是靠执行手腕旋转运动和上下摆运动的部件来保证，而这两个部件又受传动装置的影响，目前大多都采用谐波齿轮传动机构来实现，但是谐波齿轮传动也存在一些缺点，诸如易于疲劳损坏、制作难度大、维修困难、起动力矩大等，因此需要一套精密传动装置来保证机械手末端执行器的定位精准。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种具有精密传动装置的机械手，能够实现末端执行器的精准定位。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：

具有精密传动装置的机械手，包括手腕以及驱动该手腕运动的手腕运动部，手腕为末端执行器，所述手腕运动部包括驱动所述手腕作旋转运动的四轴驱动部以及驱动所述手腕作上下摆运动的五轴驱动部，所述五轴驱动部包括中空的第一箱体，该第一箱体内布置有依次传动的五轴输入齿轮、五轴减速轮组以及五轴输出轮组，所述五轴输入齿轮由五轴电机驱动，所述五轴减速轮组包括与五轴输入齿轮啮合的一级大齿轮以及与该一级大齿轮固连的二级小齿轮，所述一级大齿轮和二级小齿轮通过第一调节轴实现同轴转动，所述五轴输出轮组包括与所述二级小齿轮啮合的二级大齿轮，所述第一调节轴一端固接有调节板，该调节板在平行于所述五轴输入齿轮端面方向上具有移动的行程。

作为上述技术方案的进一步改进，所述调节板与所述第一调节轴垂直，所述调节板通过至少两个第一螺栓安装在第一箱体内，所述调节板具有供相应所述第一螺栓穿过的通孔，各所述通孔为长条圆孔，各所述通孔的宽度大于相应所述第一螺栓的外径。

作为上述技术方案的进一步改进，在垂直所述五轴输入齿轮中心线的投影方向上，所述五轴输入齿轮基圆与所述二级大齿轮基圆的最小公切圆定义为基准圆，该基准圆圆心与所述第一调节轴轴心的连线定义为基准线，各所述通孔的长度方向沿平行与该基准线方向布置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述五轴输出轮组还包括与该二级大齿轮同轴同速转动的三级小齿轮以及与该三级小齿轮啮合的五轴输出齿轮。

作为上述技术方案的进一步改进，所述四轴驱动部包括中空的第二箱体，该第二箱体内布置有依次传动的四轴输入齿轮、四轴减速轮组以及四轴输出齿轮，所述四轴输入齿轮由四轴电机驱动，所述第一箱体通过小臂与该四轴输出齿轮同步转动，所述五轴输出齿轮的轴线与所述四轴输出齿轮的轴线垂直。

作为上述技术方案的进一步改进，所述四轴减速轮组包括与四轴输入齿轮啮合的四轴大齿轮以及与四轴输出齿轮啮合的四轴小齿轮，所述四轴大齿轮和四轴小齿轮通过第二调节轴实现同轴同速转动，所述第二调节轴在其径向上具有可移动的行程，所述第二箱体安装有控制所述第二调节轴径向移动的调节组件。

作为上述技术方案的进一步改进，所述调节组件包括用于承托所述第二调节轴的轴承座，该轴承座通过销钉以及至少一个第二螺栓固定在所述第二箱体内，该轴承座设有供所述销钉穿过的销钉孔以及供相应所述第二螺栓穿过的螺栓孔，各所述螺栓孔具有相应第二螺栓调节的活动空间。

作为上述技术方案的进一步改进，各所述螺栓孔的最小负公差不小于0.1mm。

作为上述技术方案的进一步改进，所述轴承座朝向所述四轴输出齿轮的侧壁布置有凹口，所述四轴输出齿轮部分嵌入到所述凹口内。

作为上述技术方案的进一步改进，各所述螺栓孔为弧形孔，各所述螺栓孔的弧心位于所述销钉轴线上。

本发明的有益效果是：本发明通过设计五轴驱动部驱动手腕上下摆运动，具体是五轴减速轮组可径向调节轴心位置，消除一级大齿轮和输入齿轮的装配间隙，同时消除二级小齿轮和二级大齿轮的装配间隙，本发明能同时调整二级齿轮传动的啮合状态，使调整后的五轴驱动部具有良好的传动刚度以及传动平稳性，另外可优化四轴驱动部，提高手腕旋转运动的平稳性，实现手腕的精准定位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本发明第一种视角的结构示意图，其中未出示第一箱体的箱盖；

图2是本发明第二种视角的结构示意图，其中未出示第一箱体的箱盖和第二箱体的底座；

图3是本发明中四轴驱动部第一种视角的结构示意图，其中还出示了四轴；

图4是本发明中四轴驱动部第二种视角的结构示意图；

图5是图4中A-A向剖视图；

图6是本发明中四轴驱动部第三种视角的结构示意图，其中未出示四轴输出齿轮；

图7是本发明中四轴减速轮组与调节组件装配的结构示意图；

图8是本发明中五轴驱动部第一种视角的结构示意图，其中未出示第一箱体的箱盖；

图9是本发明中五轴驱动部的第二种视角结构示意图，其中未出示第一箱体的箱盖；

图10是本发明中五轴驱动部的第三种视角结构示意图，其中未出示第一箱体；

图11是本发明中五轴驱动部的剖视图，其中未出示第一箱体和五轴电机；

图12是图11中B-B向剖视图；

图13是图12中C向视图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。

参照图1和图2，具有精密传动装置的机械手，为六自由度机械手，包括基座71、大臂72、小臂73以及手腕74，如图1和图2所示坐标轴，位于基座71上的一轴驱动部10驱动机械手沿z轴转动，二轴驱动部20驱动大臂72绕x轴转动，三轴驱动部30驱动小臂73绕x轴转动，本实施例是基于图1和图2所示状态下结合坐标轴描述机械手各部件运转方向。本发明的机械手还包括驱动该手腕74运动的手腕运动部，手腕74为末端执行器，手腕运动部包括驱动手腕74作旋转运动的四轴驱动部40以及驱动手腕74作上下摆运动的五轴驱动部50，四轴驱动部40是通过带动小臂73自转进而带动手腕74绕y轴转动，五轴驱动部50直接带动手腕74绕x轴上下摆动，另外，手腕74内还设有六轴驱动部，驱使手腕74的输出法兰作圆周运动，四轴驱动部40和五轴驱动部50对于手腕74的定位准确度非常重要。

结合图3至图7，四轴驱动部40包括中空的第二箱体41，该第二箱体41内布置有依次传动的四轴输入齿轮43、四轴减速轮组以及四轴输出齿轮46，四轴输入齿轮43由四轴电机驱动，其中，第二箱体41包括底座和上盖，本实施例中，第二箱体41和三轴驱动部30共用齿轮箱的上盖。

四轴减速轮组包括与四轴输入齿轮43啮合的四轴大齿轮44以及与四轴输出齿轮46啮合的四轴小齿轮45，四轴大齿轮44和四轴小齿轮45通过第二调节轴42实现同轴同速转动，具体是第二调节轴42在其径向上具有可移动的行程，第二箱体41安装有控制第二调节轴42径向移动的调节组件。调节组件包括用于承托第二调节轴42的轴承座47，该轴承座47通过销钉48以及至少一个第二螺栓49固定在第二箱体41内，该轴承座47设有供销钉48穿过的销钉孔以及供相应第二螺栓49穿过的螺栓孔，各螺栓孔具有相应第二螺栓49调节的活动空间。优选的，四轴输入齿轮43、四轴大齿轮44、四轴小齿轮45以及四轴输出齿轮46均为圆柱斜齿轮。进一步的，轴承座47布置有与第二调节轴42对应的轴承，四轴输出齿轮46与小臂73连接，小臂73作为四轴，底座布置有与小臂73对应的轴承。如图6和图7所示，销钉48为主要受力部件，装配过程中，各第二螺栓49均未锁死，操作者可微小幅度旋转轴承座47，进而使四轴小齿轮45与四轴输出齿轮46啮合，消除两者间的齿隙，而通常齿轮的加工误差一般0.05mm以下，因此将各螺栓孔的加工尺寸设计比与相应螺栓32的配合尺寸大0.1mm，可将各螺栓孔的最小负公差定义为0.1mm或以上，在调节好轴承座47后，可通过两颗第二螺栓49将其固定。另外，还可以将各螺栓孔设计为弧形孔，各螺栓孔的弧心位于销钉48轴线上，第二螺栓49在相应螺栓孔内可径向移动的距离也大致为0.1mm。在设计中，具体螺栓孔的加工尺寸可根据齿轮加工误差进行选择。

优选的，轴承座47朝向四轴输出齿轮46的侧壁布置有凹口，四轴输出齿轮46部分嵌入到凹口内。

结合图8至图13，五轴驱动部50包括中空的第一箱体51，第一箱体51与小臂73连接，四轴输出齿轮46通过小臂73带动第一箱体51转动。第一箱体包括箱体和箱盖，其中各附图未出示箱盖，第一箱体51内布置有依次传动的五轴输入齿轮52、五轴减速轮组以及五轴输出轮组，五轴输入齿轮52由五轴电机驱动，五轴减速轮组包括与五轴输入齿轮52啮合的一级大齿轮53以及与该一级大齿轮53固连的二级小齿轮54，一级大齿轮53和二级小齿轮54通过第一调节轴591实现同轴转动，第一调节轴591套装有与一级大齿轮53对应的轴承，也套装有与二级小齿轮54对应的轴承，五轴输出轮组包括与二级小齿轮54啮合的二级大齿轮55，第一调节轴591一端固接有调节板581，该调节板581在平行于五轴输入齿轮52端面方向上具有移动的行程。调节板581与第一调节轴591垂直，本实施例中，调节板581大致呈长方形状，调节板581通过四个第一螺栓582安装在第一箱体51内，调节板581具有供相应第一螺栓582穿过的通孔583，各通孔583为长条圆孔，各通孔583的宽度大于相应第一螺栓582的外径。进一步的，在垂直五轴输入齿轮52中心线的投影方向上，五轴输入齿轮52基圆与二级大齿轮55基圆的最小公切圆定义为基准圆，该基准圆圆心与第一调节轴591轴心的连线定义为基准线，各通孔583的长度方向沿平行与该基准线方向布置。由于各齿轮件在加工过程中会存在一定的加工误差，对于多级传动的齿轮箱来说，累计误差就越来越大，而这些误差会引起两啮合齿轮间的装配间隙，并影响传动精度和平稳性，尤其在工业机器人中，机械手需要操作高精度的动作，因此需要保证齿轮箱的传动平稳性。装配过程时，各第一螺栓582均未锁紧，此时可微调调节板581的位置，可朝向基准圆方向移动，进而通过第一调节轴591带动一级大齿轮53和二级小齿轮54移动，由于调节板581移动的方向投影至基准线的位移量最多，因此各通孔583的长度方向沿平行与该基准线方向布置，而通孔583的宽度大于相应第一螺栓582的外径可以使调节板581在其余方向均可调节。当调节完毕后，即一级大齿轮53与五轴输入齿轮52达到理想的啮合状态，二级小齿轮54与二级大齿轮55达到最佳的啮合状态，即可旋紧各第一螺栓582，一级大齿轮53布置有若干个调节孔，供操作者松紧第一螺栓582。

在本实施例中，五轴输出轮组还包括与该二级大齿轮55同轴同速转动的三级小齿轮56以及与该三级小齿轮56啮合的五轴输出齿轮57。本实施例的五轴驱动部50的齿轮箱为三级传动，本领域技术人员可以根据需要将二级大齿轮54直接应用为五轴输出齿轮，即直接通过二级大齿轮55与输出端连接，将齿轮箱设计为二级传动方式。其中二级大齿轮55和三级小齿轮56固定连接，两者均套装在一限位轴592上，限位轴592套装有与二级大齿轮55对应的轴承，也套装有与三级小齿轮56对应的轴承，限位轴592一端固接有限位板584，该限位板584固定在第一箱体51内，五轴输出齿轮57固定连接在一交叉滚子轴承585的内环上，该交叉滚子轴承585的外环固定在第一箱体51内。另外，第一箱体51通过小臂73与该四轴输出齿轮46同步转动，五轴输出齿轮57连接五轴输出法兰586，五轴输出法兰586与手腕74的齿轮箱连接，可实现手腕74上下摆运动，通过四轴驱动部40和五轴驱动部50实现了手腕精准定位，五轴输出齿轮57的轴线与四轴输出齿轮46的轴线垂直。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.具有精密传动装置的机械手，其特征在于：包括手腕(74)以及驱动该手腕(74)运动的手腕运动部，所述手腕(74)为末端执行器，所述手腕运动部包括驱动所述手腕(74)作旋转运动的四轴驱动部(40)以及驱动所述手腕(74)作上下摆运动的五轴驱动部(50)，所述五轴驱动部(50)包括中空的第一箱体(51)，该第一箱体(51)内布置有依次传动的五轴输入齿轮(52)、五轴减速轮组以及五轴输出轮组，所述五轴输入齿轮(52)由五轴电机驱动，所述五轴减速轮组包括与五轴输入齿轮(52)啮合的一级大齿轮(53)以及与该一级大齿轮(53)固连的二级小齿轮(54)，所述一级大齿轮(53)和二级小齿轮(54)通过第一调节轴(591)实现同轴转动，所述五轴输出轮组包括与所述二级小齿轮(54)啮合的二级大齿轮(55)，所述第一调节轴(591)一端固接有调节板(581)，该调节板(581)在平行于所述五轴输入齿轮(52)端面方向上具有移动的行程。

2.根据权利要求1所述的具有精密传动装置的机械手，其特征在于：所述调节板(581)与所述第一调节轴(591)垂直，所述调节板(581)通过至少两个第一螺栓(582)安装在第一箱体(51)内，所述调节板(581)具有供相应所述第一螺栓(582)穿过的通孔(583)，各所述通孔(583)为长条圆孔，各所述通孔(583)的宽度大于相应所述第一螺栓(582)的外径。

3.根据权利要求2所述的具有精密传动装置的机械手，其特征在于：在垂直所述五轴输入齿轮(52)中心线的投影方向上，所述五轴输入齿轮(52)基圆与所述二级大齿轮(55)基圆的最小公切圆定义为基准圆，该基准圆圆心与所述第一调节轴(591)轴心的连线定义为基准线，各所述通孔(583)的长度方向沿平行与该基准线方向布置。

4.根据权利要求1或2或3所述的具有精密传动装置的机械手，其特征在于：所述五轴输出轮组还包括与该二级大齿轮(55)同轴同速转动的三级小齿轮(56)以及与该三级小齿轮(56)啮合的五轴输出齿轮(57)。

5.根据权利要求4所述的具有精密传动装置的机械手，其特征在于：所述四轴驱动部(40)包括中空的第二箱体(41)，该第二箱体(41)内布置有依次传动的四轴输入齿轮(43)、四轴减速轮组以及四轴输出齿轮(46)，所述四轴输入齿轮(43)由四轴电机驱动，所述第一箱体(51)通过小臂(73)与该四轴输出齿轮(46)同步转动，所述五轴输出齿轮(57)的轴线与所述四轴输出齿轮(46)的轴线垂直。

6.根据权利要求5所述的具有精密传动装置的机械手，其特征在于：所述四轴减速轮组包括与四轴输入齿轮(43)啮合的四轴大齿轮(44)以及与四轴输出齿轮(46)啮合的四轴小齿轮(45)，所述四轴大齿轮(44)和四轴小齿轮(45)通过第二调节轴(42)实现同轴同速转动，所述第二调节轴(42)在其径向上具有可移动的行程，所述第二箱体(41)安装有控制所述第二调节轴(42)径向移动的调节组件。

7.根据权利要求6所述的具有精密传动装置的机械手，其特征在于：所述调节组件包括用于承托所述第二调节轴(42)的轴承座(47)，该轴承座(47)通过销钉(48)以及至少一个第二螺栓(49)固定在所述第二箱体(41)内，该轴承座(47)设有供所述销钉(48)穿过的销钉孔以及供相应所述第二螺栓(49)穿过的螺栓孔，各所述螺栓孔具有相应第二螺栓(49)调节的活动空间。

8.根据权利要求7所述的具有精密传动装置的机械手，其特征在于：各所述螺栓孔的最小负公差不小于0.1mm。

9.根据权利要求8所述的具有精密传动装置的机械手，其特征在于：所述轴承座(47)朝向所述四轴输出齿轮(46)的侧壁布置有凹口，所述四轴输出齿轮(46)部分嵌入到所述凹口内。

10.根据权利要求7所述的具有精密传动装置的机械手，其特征在于：各所述螺栓孔为弧形孔，各所述螺栓孔的弧心位于所述销钉(48)轴线上。