CN110303519A - 腕关节及机器人 - Google Patents

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    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators

Abstract

一种腕关节，包括Ⅰ轴转动模块、Ⅱ轴转动模块和功能件；Ⅰ轴转动模块包括转动副连接的Ⅰ轴基座和Ⅰ轴转轴，Ⅰ轴转动模块的转轴为Ⅰ轴，Ⅱ轴转动模块包括转动副连接的Ⅱ轴基座和Ⅱ轴转轴，Ⅱ轴转轴能够以Ⅰ轴为中心轴转动，Ⅱ轴转动模块的转轴为Ⅱ轴，Ⅰ轴与Ⅱ轴相交；功能件的功能轴线为Ⅲ轴，Ⅲ轴与Ⅱ轴相交，且功能件的功能点设置在Ⅰ轴与Ⅱ轴的交点处。它可以在不改变功能件的功能点的位置的基础上调整功能件的功能轴线方向。一种机器人，包括机械臂和前述的腕关节，Ⅰ轴基座安装在机械臂上。它的功能件姿态、位置控制较为简单。

Description

腕关节及机器人
技术领域
本发明涉及活动关节技术领域，具体涉及一种腕关节、一种机器人。
背景技术
使用铆钉枪铆接零部件时，需要将铆钉枪的枪膛线垂直于铆接面，以维持较高的铆接成功率。铆钉枪的枪膛线可以称为功能轴线，铆钉枪的枪口可以称为功能点。铆接机器人同样需要能够调整铆钉枪的枪膛线朝向的腕关节，因此，其腕关节需要形成可控的球销副机构。但是，当铆钉枪安装在球销副机构的活动件上时，在调整活动件的姿态时，铆钉枪的枪口在空间上的位置也会随着活动件姿态的调整而改变，这并不利于实现铆接机器人的控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何在不改变功能件的功能点的位置的基础上调整功能件的功能轴线方向，为此，本发明提供一种腕关节、一种机器人。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种腕关节，包括Ⅰ轴转动模块、Ⅱ轴转动模块和功能件；所述Ⅰ轴转动模块包括转动副连接的Ⅰ轴基座和Ⅰ轴转轴，所述Ⅰ轴转动模块的转轴为Ⅰ轴，所述Ⅱ轴转动模块包括转动副连接的Ⅱ轴基座和Ⅱ轴转轴，所述Ⅱ轴转轴能够以所述Ⅰ轴为中心轴转动，所述Ⅱ轴转动模块的转轴为Ⅱ轴，Ⅰ轴与Ⅱ轴相交；所述功能件的功能轴线为Ⅲ轴，所述Ⅲ轴与所述Ⅱ轴相交，且所述功能件的功能点设置在所述Ⅰ轴与所述Ⅱ轴的交点处。
优选的，所述Ⅱ轴基座与所述Ⅰ轴转轴转动副连接，所述Ⅰ轴转轴与所述Ⅱ轴转轴精确传动连接。
进一步的，还包括安装在所述Ⅰ轴基座上的Ⅱ轴基座驱动电机和Ⅱ轴转轴驱动电机，所述Ⅱ轴基座驱动电机与所述Ⅱ轴基座精确传动连接，所述Ⅱ轴转轴驱动电机与所述Ⅰ轴转轴精确传动连接。
又进一步的，还包括第一蜗轮蜗杆机构、第二蜗轮蜗杆机构；所述Ⅱ轴基座驱动电机的输出轴与所述第一蜗轮蜗杆机构的蜗杆精确传动连接，所述第一蜗轮蜗杆机构的蜗轮与所述Ⅱ轴基座固定连接；所述Ⅱ轴转轴驱动电机的输出轴与所述第二蜗轮蜗杆机构的蜗杆精确传动连接，所述第二蜗轮蜗杆机构的蜗轮与所述Ⅰ轴基座固定连接。
又进一步的，所述第一蜗轮蜗杆机构、第二蜗轮蜗杆机构为具自锁功能的蜗轮蜗杆机构。
优选的，还包括方向调整件，所述方向调整件、所述Ⅱ轴转轴和所述功能件固定在一起。
优选的，所述Ⅱ轴转轴为空心轴。
优选的，所述Ⅰ轴与所述Ⅱ轴夹角为60°，所述Ⅱ轴与所述Ⅲ轴夹角为30°。
一种机器人，包括机械臂和前述的腕关节，所述Ⅰ轴基座安装在所述机械臂上。
进一步的，所述功能件为铆钉枪。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）Ⅰ轴转动模块用于带动Ⅱ轴转动模块绕Ⅰ轴转动，Ⅱ轴转动模块用于带动功能件绕Ⅱ轴转动，形成了球销副；功能件的功能点设置在球销副的球心处，可以在不改变功能件的功能点的位置的基础上调整功能件的功能轴线方向。
（2）Ⅱ轴基座与所述Ⅰ轴转轴转动副连接，Ⅰ轴转轴与所述Ⅱ轴转轴精确传动连接，这样，驱动部可以安装在Ⅰ轴基座上，降低了电线或气管的排布难度。
（3）蜗轮蜗杆机构具有减速效果，且占用空间小。具自锁功能的蜗轮蜗杆机构具有反向传动锁止功能，可以避免触碰功能件时功能件移位。
（4）Ⅱ轴转轴为空心轴，空心轴内的通道便于布设功能件的电线或气管。
附图说明
图1为本发明一种腕关节的主视图，图中未画出功能件。
图2为图1的俯视图。
图3为图2的B-B剖面图。
图4为图1的右视图。
图5为本发明一种腕关节的立体图，图中未画出功能件。
图中，11-Ⅰ轴基座，12-Ⅰ轴转轴，13-推力轴承，14-Ⅱ轴基座驱动电机，141-输出轴，151-第一蜗轮蜗杆机构的蜗杆，152-第一蜗轮蜗杆机构的蜗轮，21-Ⅱ轴基座，22-Ⅱ轴转轴，231-推力轴承，232-推力轴承，24-Ⅱ轴转轴驱动电机，241-输出轴，251-第二蜗轮蜗杆机构的蜗杆，252-第二蜗轮蜗杆机构的蜗轮，261-锥齿轮，262-锥齿轮，271-推力轴承，272-推力轴承，点A-Ⅰ轴与Ⅱ轴的交点。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
实施例1：一种腕关节，包括Ⅰ轴转动模块、Ⅱ轴转动模块和功能件。
参见图1-5，Ⅰ轴转动模块包括转动副连接的Ⅰ轴基座11和Ⅰ轴转轴12，Ⅰ轴转轴12所在的轴线为Ⅰ轴。一般的，可以采用滚动摩擦降低摩擦力，例如Ⅰ轴基座11和Ⅰ轴转轴12通过深沟球轴承（未画）转动副连接。本实施例中，Ⅰ轴基座11和Ⅰ轴转轴12通过推力轴承13承担轴向拉力，这样，Ⅰ轴转轴12、Ⅱ轴转动模块和功能件的重力可以通过推力轴承13传递到Ⅰ轴基座11上。
参见图1-5，Ⅱ轴转动模块包括转动副连接的Ⅱ轴基座21和Ⅱ轴转轴22，Ⅱ轴转轴22能够以Ⅰ轴为中心轴转动，Ⅱ轴转轴22所在的轴线为Ⅱ轴，Ⅰ轴与Ⅱ轴相交，这样Ⅰ轴和Ⅱ轴共面，便于调整功能件的功能点的位置。本实施例中，Ⅱ轴基座21和Ⅱ轴转轴22通过推力轴承231和推力轴承232降低摩擦力，这样，Ⅱ轴转轴22和功能件的重力可以通过推力轴承231和推力轴承232传递到Ⅱ轴基座21上。
功能件具有功能轴线和功能点，功能点在功能轴线上。功能件的功能轴线为Ⅲ轴（未画），Ⅲ轴与Ⅱ轴相交，且功能件的功能点设置在Ⅰ轴与Ⅱ轴的交点A处。
实施例2：一种腕关节，包括Ⅰ轴转动模块、Ⅱ轴转动模块和功能件。作为对实施例1的进一步改进，本实施例附加了以下技术特征：
Ⅱ轴基座21与Ⅰ轴转轴12转动副连接，本实施例中，Ⅱ轴基座21和Ⅰ轴转轴12通过推力轴承271和推力轴承272降低摩擦力，这样，Ⅱ轴转动模块和功能件的重力可以通过推力轴承271和推力轴承272传递到Ⅰ轴转轴12上。Ⅰ轴转轴12与Ⅱ轴转轴22精确传动连接，精确传动有齿轮传动、蜗轮蜗杆传动，本实施例中，Ⅰ轴转轴12上键固定连接有锥齿轮261，Ⅱ轴转轴22上键固定连接有锥齿轮262，锥齿轮261与锥齿轮262啮合连接。
进一步的，腕关节还包括安装在Ⅰ轴基座11上的Ⅱ轴基座驱动电机14和安装在Ⅰ轴基座11上的Ⅱ轴转轴驱动电机24。Ⅱ轴基座驱动电机14与Ⅱ轴基座21精确传动连接，本实施例中，腕关节还包括第一蜗轮蜗杆机构，第一蜗轮蜗杆机构的蜗杆151与Ⅰ轴基座11转动副连接，Ⅱ轴基座驱动电机14的输出轴141与第一蜗轮蜗杆机构的蜗杆151通过锥齿轮副传动连接，第一蜗轮蜗杆机构的蜗轮152通过深沟球轴承、或摩擦环（未画）安装在Ⅰ轴转轴12上，第一蜗轮蜗杆机构的蜗轮152与Ⅱ轴基座21通过螺钉实现固定连接,本实施例中，深沟球轴承为了保持第一蜗轮蜗杆机构的蜗轮152与Ⅰ轴转轴12的共轴设置，这样，Ⅱ轴基座驱动电机14能够精确驱动Ⅱ轴基座21相对于Ⅰ轴基座11以Ⅰ轴为轴线转动。Ⅱ轴转轴驱动电机24与Ⅰ轴转轴12精确传动连接，本实施例中，腕关节还包括第二蜗轮蜗杆机构，第二蜗轮蜗杆机构的蜗杆251与Ⅰ轴基座11转动副连接，Ⅱ轴转轴驱动电机24的输出轴241与第二蜗轮蜗杆机构的蜗杆251通过锥齿轮副传动连接，第二蜗轮蜗杆机构的蜗轮252键固定连接在Ⅰ轴转轴12上。由于Ⅰ轴转轴12与Ⅱ轴转轴22精确传动连接，所以Ⅱ轴转轴驱动电机24能够精确驱动Ⅱ轴转轴22在Ⅱ轴基座22上转动。
又进一步的，第一蜗轮蜗杆机构为具自锁功能的蜗轮蜗杆机构，第二蜗轮蜗杆机构为具自锁功能的蜗轮蜗杆机构。具自锁功能的蜗轮蜗杆机构具有反向传动锁止功能，可以避免触碰功能件时功能件移位。
优选的，腕关节还包括方向调整件（未画），方向调整件、Ⅱ轴转轴22和功能件固定在一起。方向调整件用于使功能件的功能轴线（即Ⅲ轴）与Ⅱ轴转轴22形成夹角。因为Ⅰ轴转动模块、Ⅱ轴转动模块形成的球销副并不能调整功能件的功能轴线的方向，所以需要借助方向调整件使功能件的功能轴线偏离Ⅱ轴。优选的，Ⅰ轴与Ⅱ轴夹角为60°，Ⅱ轴与Ⅲ轴夹角为30°。
优选的，Ⅱ轴转轴22为空心轴。这样，空心轴内的通道便于布设功能件的电线或气管。
实施例3：一种机器人，包括机械臂和实施例1或2中的腕关节，Ⅰ轴基座11安装在机械臂上，功能件可以选择铆钉枪，铆钉枪的枪膛线为功能件的功能轴线，铆钉枪的枪口为功能件的功能点。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (10)

1.一种腕关节，包括Ⅰ轴转动模块、Ⅱ轴转动模块和功能件；所述Ⅰ轴转动模块包括转动副连接的Ⅰ轴基座和Ⅰ轴转轴，所述Ⅰ轴转动模块的转轴为Ⅰ轴，所述Ⅱ轴转动模块包括转动副连接的Ⅱ轴基座和Ⅱ轴转轴，所述Ⅱ轴转轴能够以所述Ⅰ轴为中心轴转动，所述Ⅱ轴转动模块的转轴为Ⅱ轴，Ⅰ轴与Ⅱ轴相交；其特征在于，所述功能件的功能轴线为Ⅲ轴，所述Ⅲ轴与所述Ⅱ轴相交，且所述功能件的功能点设置在所述Ⅰ轴与所述Ⅱ轴的交点处。
2.如权利要求1所述的腕关节，其特征在于，所述Ⅱ轴基座与所述Ⅰ轴转轴转动副连接，所述Ⅰ轴转轴与所述Ⅱ轴转轴精确传动连接。
3.如权利要求2所述的腕关节，其特征在于，还包括安装在所述Ⅰ轴基座上的Ⅱ轴基座驱动电机和Ⅱ轴转轴驱动电机，所述Ⅱ轴基座驱动电机与所述Ⅱ轴基座精确传动连接，所述Ⅱ轴转轴驱动电机与所述Ⅰ轴转轴精确传动连接。
4.如权利要求3所述的腕关节，其特征在于，还包括第一蜗轮蜗杆机构、第二蜗轮蜗杆机构；所述Ⅱ轴基座驱动电机的输出轴与所述第一蜗轮蜗杆机构的蜗杆精确传动连接，所述第一蜗轮蜗杆机构的蜗轮与所述Ⅱ轴基座固定连接；所述Ⅱ轴转轴驱动电机的输出轴与所述第二蜗轮蜗杆机构的蜗杆精确传动连接，所述第二蜗轮蜗杆机构的蜗轮与所述Ⅰ轴基座固定连接。
5.如权利要求4所述的腕关节，其特征在于，所述第一蜗轮蜗杆机构、第二蜗轮蜗杆机构为具自锁功能的蜗轮蜗杆机构。
6.如权利要求1所述的腕关节，其特征在于，还包括方向调整件，所述方向调整件、所述Ⅱ轴转轴和所述功能件固定在一起。
7.如权利要求1所述的腕关节，其特征在于，所述Ⅱ轴转轴为空心轴。
8.如权利要求1所述的腕关节，其特征在于，所述Ⅰ轴与所述Ⅱ轴夹角为60°，所述Ⅱ轴与所述Ⅲ轴夹角为30°。
9.一种机器人，其特征在于，包括机械臂和如权利要求1-8中任一项所述的腕关节，所述Ⅰ轴基座安装在所述机械臂上。
10.如权利要求9所述的机器人，其特征在于，所述功能件为铆钉枪。
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