CN109605360B - 一种机器人关节臂驱动部件和机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种机器人关节臂驱动结构和机器人，所述机器人关节臂驱动结构包括：第一关节臂和第二关节臂，所述第一关节臂包括第一端和第二端，所述第二端相对靠近所述第二关节臂且能够用于驱动所述第二关节臂、所述第一端相对远离所述第二关节臂；还包括谐波减速机，且所述谐波减速机安装设置在所述第一关节臂上的相对靠近所述第一端的位置，通过所述谐波减速机能够驱动所述第二关节臂相对于所述第一关节臂运动。通过本发明能够有效地消除关节轴处的激励源，避免偶数倍频振动问题，从而提高机器人末端精度；有效减低关节臂末端的重量；还能使得关节臂结构简化，加工精度降低；降低维护成本。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种机器人关节臂驱动部件和机器人。
背景技术
随着工业机器人的飞速发展，其越来越多的应用于工业领域的自动化作业，逐步实现机械化和现代化，比如自动装配、码垛、喷漆、焊接等工作，对精度、速度均有较高的要求。
通常情况下，工业机器人的腕部驱动组件用于驱动机器人后一关节臂运动，该驱动组件大多都是使用电机和减速机组合而成。目前，为减小机器人关节臂的体积和重量，减速机一般为谐波减速机，电机固定安装在前一关节臂上，而谐波减速机固定在关节轴处，谐波减速机输出端直接同后一关节臂相连，驱动后一关节臂运动。此结构方式存在以下缺点：
1、对关节臂相应配合面的机械加工精度要求高；
2、对组装技术人员也有较高的装配水平要求；
3、在后期维护时，需拆解关节臂，增加维护成本；
4、谐波减速器自身的双波传动特性会引起机器人偶数倍频振动，而将谐波减速机安装在关节轴处，其作为主要激励源，严重影响机器人的末端精度；
5、腕部谐波减速器安装在机器人末端，增加机器人末端重量，从而降低机器人自身的模态特性。
因此，上述机器人腕部驱动组件结构无论对生产难度、生成成本，还是对机器人自身的模态特性以及末端精度均存在较大的问题。
由于现有技术中的机器人存在关节臂和关节轴处振动幅度较大，严重影响机器人的末端精度，谐波减速器安装在机器人末端，增加机器人末端重量，从而降低机器人自身的模态特性，对关节臂相应配合面的机械加工精度要求高,对组装技术人员也有较高的装配水平要求,在后期维护时，需拆解关节臂，增加维护成本等技术问题，因此本发明研究设计出一种机器人关节臂驱动部件和机器人。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的的机器人存在关节臂和关节轴处振动幅度较大，严重影响机器人的末端精度的缺陷，从而提供一种机器人关节臂驱动部件和机器人。
本发明提供一种机器人关节臂驱动结构，其包括：
第一关节臂和第二关节臂，所述第一关节臂包括第一端和第二端，所述第二端相对靠近所述第二关节臂且能够用于驱动所述第二关节臂、所述第一端相对远离所述第二关节臂；
还包括谐波减速机，且所述谐波减速机安装设置在所述第一关节臂上的相对靠近所述第一端的位置，通过所述谐波减速机能够驱动所述第二关节臂相对于所述第一关节臂运动。
优选地，
所述机器人关节臂驱动结构还包括设置在所述第一关节臂上的驱动电机，所述谐波减速机包括谐波减速机输入端和谐波减速机输出端，所述驱动电机与所述谐波减速机输入端连接、且所述谐波减速机输出端能够输出动力以驱动所述第二关节臂运动。
优选地，
所述谐波减速机还包括谐波减速机固定端，通过所述谐波减速机固定端以能够将所述谐波减速机固定安装在所述第一关节臂上。
优选地，
在所述谐波减速机和所述第二关节臂之间还连接设置有传动装置、通过所述传动装置使得所述第二关节臂能够被所述谐波减速机驱动运动。
优选地，
所述传动装置包括同步带、主同步带轮和从同步带轮，所述同步带同时缠绕在所述主同步带轮和所述从同步带轮上、且所述主同步带轮与所述从同步带轮之间相隔预设距离。
优选地，
所述传动装置还包括第一轴，所述第一轴的一端与所述谐波减速机输出端连接、以被所述谐波减速机驱动，所述第一轴的另一端与所述主同步带轮的轴孔连接、以驱动所述主同步带轮转动。
优选地，
所述传动装置还包括第二轴，所述第二轴的一端与所述从同步带轮的轴孔连接、以被所述从同步带轮驱动转动，所述第二轴的另一端与所述第二关节臂连接、以驱动所述第二关节臂运动。
优选地，
所述第二轴通过螺纹连接结构固定连接于所述第二关节臂上；和/或，所述第二轴与所述第二关节臂相接的位置还设置有第一轴承。
优选地，
还包括用于支撑所述第二关节臂的支架、且所述支架与所述第二关节臂之间还安装设置有第二轴承。
本发明还提供一种机器人，其包括前任一项所述的机器人关节臂驱动结构。
本发明提供的一种机器人关节臂驱动结构和机器人具有如下有益效果：
本发明通过将谐波减速机均安装设置在所述第一关节臂上、且位于靠近所述第一端的位置，即使得驱动电机和所述谐波减速机安装于第一关节臂的中部而非端部(尤其非第二端部)，能够通过所述谐波减速机能够驱动所述第二关节臂相对于所述第一关节臂运动的同时、还能有效地消除关节轴处(两关节臂相接处、尤其是第二端处，现有的是将谐波减速机设在第二端处)的激励源，避免偶数倍频振动问题，从而提高机器人末端精度；同时通过将谐波减速机安装位置远离机器人末端，还能够有效减低关节臂末端的重量，提高机器人自身模态特性；还能使得关节臂结构简化，加工精度降低；后期维护仅需拆解电机及谐波减速机，无需拆解关节臂，降低维护成本。
附图说明
图1是本发明的机器人关节臂驱动结构的结构示意图。
图中附图标记表示为：
1、第一关节臂；1a、第一端；1b、第二端；2、谐波减速机固定端；3、谐波减速机输出端；4、第一轴；5、主同步带轮；6、谐波减速机输入端；7、同步带；8、第二关节臂；9、从同步带轮；10、第二轴；11、第一轴承；12、第二轴承；13、支架；14、驱动电机。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种机器人关节臂驱动结构，其包括：
第一关节臂1和第二关节臂8，所述第一关节臂1包括第一端1a和第二端1b，所述第二端1b相对靠近所述第二关节臂8且能够用于驱动所述第二关节臂8、所述第一端1a相对远离所述第二关节臂8；
还包括谐波减速机，且所述谐波减速机安装设置在所述第一关节臂1上的相对靠近所述第一端的位置(即相对远离第二端的位置，位于第一关节臂的中部位置)，通过所述谐波减速机能够驱动所述第二关节臂8相对于所述第一关节臂1运动。
本发明通过将谐波减速机安装设置在所述第一关节臂上、且位于靠近所述第一端的位置，即使得驱动电机和所述谐波减速机安装于第一关节臂的中部而非端部(尤其非第二端部)，能够通过所述谐波减速机能够驱动所述第二关节臂相对于所述第一关节臂运动的同时、还能有效地消除关节轴处(两关节臂相接处、尤其是第二端处，现有的是将谐波减速机设在第二端处)的激励源，避免偶数倍频振动问题，从而提高机器人末端精度；同时通过将谐波减速机安装位置远离机器人末端，还能够有效减低关节臂末端的重量，提高机器人自身模态特性；还能使得关节臂结构简化，加工精度降低；后期维护仅需拆解电机及谐波减速机，无需拆解关节臂，降低维护成本。
优选地，
所述机器人关节臂驱动结构还包括设置在所述第一关节臂1上的驱动电机14，所述谐波减速机包括谐波减速机输入端6和谐波减速机输出端3，所述驱动电机14与所述谐波减速机输入端6连接、且所述谐波减速机输出端3能够输出动力以驱动所述第二关节臂8运动。这是本发明的谐波减速机的优选结构形式，通过谐波减速机输入端能够从驱动电机处获得动力、经过减速机减速后从谐波减速机输出端输出动力以驱动第二关节臂运动，实现减速和传动的作用。
优选地，
所述谐波减速机还包括谐波减速机固定端2，通过所述谐波减速机固定端2以能够将所述谐波减速机固定安装在所述第一关节臂1上。这是本发明的谐波减速机的进一步优选结构形式，即能够通过该固定端将谐波减速机有效地固定安装于第一关节臂的中部位置。
优选地，
在所述谐波减速机和所述第二关节臂8之间还连接设置有传动装置、通过所述传动装置使得所述第二关节臂8能够被所述谐波减速机驱动运动。通过传动装置的设置能够将谐波减速机的输出动力传动至第二关节臂以驱动第二关节臂运动。
优选地，
所述传动装置包括同步带7、主同步带轮5和从同步带轮9，所述同步带7同时缠绕在所述主同步带轮5和所述从同步带轮9上、且所述主同步带轮5与所述从同步带轮9之间相隔预设距离。这是本发明的传动装置的优选结构形式，将其设置为包括同步带、主同步带轮和从同步带轮的结构，能够通过主同步带轮转动带动同步带运动、进而带动从同步带轮转动、最终输出动力至第二关节臂。
优选地，
所述传动装置还包括第一轴4，所述第一轴4的一端与所述谐波减速机输出端3连接、以被所述谐波减速机驱动，所述第一轴的另一端与所述主同步带轮5的轴孔连接、以驱动所述主同步带轮5转动。这是本发明的传动装置的进一步优选结构形式，即通过第一轴能够从谐波减速机输出端获得转动动力、进而带动主同步带轮转动。
优选地，
所述传动装置还包括第二轴10，所述第二轴10的一端与所述从同步带轮9的轴孔连接、以被所述从同步带轮9驱动转动，所述第二轴10的另一端与所述第二关节臂8连接、以驱动所述第二关节臂8运动。这是本发明的传动装置的进一步优选结构形式，即通过第二轴能够从从同步带轮获得转动动力、进而最终带动第二关节臂转动。
优选地，
所述第二轴10通过螺纹连接结构固定连接于所述第二关节臂8上；和/或，所述第二轴10与所述第二关节臂8相接的位置还设置有第一轴承11。这是本发明的第二轴与第二关节臂之间的优选相接形式，通过固定的方式使得第二关节臂能够随着第二轴的转动而运动、有效地实现驱动传动，通过第一轴承的设置能够对第二轴起到有效的支撑作用。
优选地，
还包括用于支撑所述第二关节臂8的支架13、且所述支架13与所述第二关节臂8之间还安装设置有第二轴承12。这是本发明的第二关节臂处的优选结构形式，通过支架能够对第二关节臂起到支承作用、并且通过第二轴承能够将第二关节臂支承到支架上。
本发明还提供一种机器人，其包括前任一项所述的机器人关节臂驱动结构。
本发明通过将所述谐波减速机均安装设置在所述第一关节臂上、且位于靠近所述第一端的位置，即使得所述谐波减速机安装于第一关节臂的中部而非端部，能够通过所述驱动电机和所述谐波减速机能够驱动所述第二关节臂相对于所述第一关节臂运动的同时、还能有效地消除关节轴处(两关节臂相接处)的激励源，避免偶数倍频振动问题，从而提高机器人末端精度；同时通过将谐波减速机安装位置远离机器人末端，还能够有效减低关节臂末端的重量，提高机器人自身模态特性；还能使得关节臂结构简化，加工精度降低；后期维护仅需拆解电机及谐波减速机，无需拆解关节臂，降低维护成本。
本发明实施例所公开的工业机器人腕部驱动结构中，主要包括电机、谐波减速机、主同步带轮、从同步带轮、前一关节臂、后一关节臂，其中，电机为机器人运动提供驱动；减速机增加驱动扭矩，谐波减速机包括固定端、输入端、输出端，固定端安装在关节臂上，提供固定，输入端输入驱动，输出端为下一关节臂提供动力；同步带轮进行传动，进而驱动机器人后一关节臂。
解决机器人腕部关节臂加工难度大、装配要求高，且关节轴处谐波减速机作为激励源引起的偶数倍频振动问题等现象，并提高机器人自身的模态特性。
1、所述的驱动电机14、谐波减速机固定端2通过螺钉固定于第一关节臂1的中部，从而减少工业机器人末端的重量；
2、所述的驱动电机14的输出轴直接同谐波减速机输入端6相连，直接驱动谐波减速机；
3、所述的谐波减速机输出端3通过第一轴4与主同步带轮5相连，驱动主同步带轮5运动；
4、所述的主同步带轮5通过同步带7驱动从同步带轮9运动；
5、所述的从同步带轮9与第二轴10相连；
6、所述的第二轴10通过螺钉固定于第二关节臂8上，驱动第二关节臂8运动；
7、所述的第二轴10与第二关节臂8之间安装有第一轴承11，给第二关节臂8提供支撑；
8、所述的支架13通过螺钉固定于第二关节臂8上；
9、所述的支架13与第二关节臂8之间安装有第二轴承12；
10、所述的支架13为中空结构，方便安装第二关节臂8内部的螺钉。
11、本发明所述的主同步带轮5与谐波减速机输出端3不仅限于通过第一轴4固定，直接相连等任何类似固定方式均在本发明的保护范围之内；
12、本发明所述的第二轴10与第二关节臂8不仅限于螺钉固定，一体结构等任何类似固定方式均在本发明的保护范围之内；
13、本发明所述驱动电机14不仅限于与谐波减速机输入端6直接相连，通过锥齿轮等任何类似传动方式驱动谐波减速机均在本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种机器人关节臂驱动结构，其特征在于：
包括：第一关节臂(1)和第二关节臂(8)，所述第一关节臂(1)包括第一端(1a)和第二端(1b)，所述第二端(1b)相对靠近所述第二关节臂(8)且能够用于驱动所述第二关节臂(8)、所述第一端(1a)相对远离所述第二关节臂(8)；
还包括谐波减速机，且所述谐波减速机安装设置在所述第一关节臂(1)上的相对靠近所述第一端(1a)的位置，即相对远离第二端的位置，位于第一关节臂的中部位置，通过所述谐波减速机能够驱动所述第二关节臂(8)相对于所述第一关节臂(1)运动；
在所述谐波减速机和所述第二关节臂(8)之间还连接设置有传动装置、通过所述传动装置使得所述第二关节臂(8)能够被所述谐波减速机驱动运动；
所述传动装置包括同步带(7)、主同步带轮(5)和从同步带轮(9)，所述同步带(7)同时缠绕在所述主同步带轮(5)和所述从同步带轮(9)上、且所述主同步带轮(5)与所述从同步带轮(9)之间相隔预设距离；
所述传动装置还包括第一轴(4)，所述第一轴(4)的一端与所述谐波减速机输出端(3)连接、以被所述谐波减速机驱动，所述第一轴的另一端与所述主同步带轮(5)的轴孔连接、以驱动所述主同步带轮(5)转动；
所述传动装置还包括第二轴(10)，所述第二轴(10)的一端与所述从同步带轮(9)的轴孔连接、以被所述从同步带轮(9)驱动转动，所述第二轴(10)的另一端与所述第二关节臂(8)连接、以驱动所述第二关节臂(8)运动；
所述第二轴(10)通过螺纹连接结构固定连接于所述第二关节臂(8)上；和/或，所述第二轴(10)与所述第二关节臂(8)相接的位置还设置有第一轴承(11)；还包括用于支撑所述第二关节臂(8)的支架(13)、且所述支架(13)与所述第二关节臂(8)之间还安装设置有第二轴承(12)。
2.根据权利要求1所述的机器人关节臂驱动结构，其特征在于：
所述机器人关节臂驱动结构还包括设置在所述第一关节臂(1)上的驱动电机(14)，所述谐波减速机包括谐波减速机输入端(6)和谐波减速机输出端(3)，所述驱动电机(14)与所述谐波减速机输入端(6)连接、且所述谐波减速机输出端(3)能够输出动力以驱动所述第二关节臂(8)运动。
3.根据权利要求2所述的机器人关节臂驱动结构，其特征在于：
所述谐波减速机还包括谐波减速机固定端(2)，通过所述谐波减速机固定端(2)以能够将所述谐波减速机固定安装在所述第一关节臂(1)上。
4.一种机器人，其特征在于：包括权利要求1-3中任一项所述的机器人关节臂驱动结构。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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