CN111844123A - 一种腕型机器人关节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种腕型机器人关节，包括第一轴和第二轴，在第一轴上固定连接有球形齿轮，在球形齿轮的球面上均布有圆弧形的第一齿；在所述第二轴上固定连接有碗形齿轮，碗形齿轮呈半球壳状，碗形齿轮的内壁均布有圆弧形的第二齿；球形齿轮伸入碗形齿轮内，并且第一齿与第二齿啮合，第一齿齿顶球面半径r与所述第二齿齿顶球面半径R，满足R＞r；球形齿轮的顶部凸起形成第一球头，所述碗形齿轮的内底凹陷形成球铰槽，第一球头嵌入球铰槽内形成球铰。从而在一个关节上集成了两轴之间转动和多向摆动的功能，提供了一种结构紧凑、占用空间小、既能多向摆动、又能转动的、类似手腕结构的腕型机器人关节，有利于机器人关节结构的紧凑和动作的灵活。

Description

一种腕型机器人关节

技术领域

本发明属于机器人关节技术领域,具体地讲,特别涉及一种腕型机器人关节。

背景技术

目前,随着机器人在人类生活领域的应用越来越广泛，对机器人的操作灵活性、作业范围以及复杂作业的适应能力等各方面性能也提出了更高的要求。关节是机器人不可或缺的一个重要组成，关节主要用于实现输出轴的摆动和转动。传统的机器人关节只能实现摆动或转动的单一功能，使得复杂作业机器人的关节数量多，不仅整体结构复杂、不够紧凑、占用空间大，而且灵活性不够、动作响应慢。并且，传统的机器人关节只能实现单一平面内摆动角度的控制，而多向的摆动方向和摆动角度无法控制，只能自适应调节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构紧凑、占用空间小、既能多向摆动、又能转动的腕型机器人关节。

本发明的技术方案如下：一种腕型机器人关节，包括第一轴和第二轴，在所述第一轴上固定连接有球形齿轮，在所述球形齿轮的球面上均布有圆弧形的第一齿；在所述第二轴上固定连接有碗形齿轮，所述碗形齿轮呈半球壳状，碗形齿轮的内壁均布有圆弧形的第二齿；所述球形齿轮伸入碗形齿轮内，并且所述第一齿与第二齿啮合，所述第一齿齿顶球面半径r与所述第二齿齿顶球面半径R，满足R＞r；所述球形齿轮的顶部凸起形成第一球头，所述碗形齿轮的内底凹陷形成球铰槽，所述第一球头嵌入球铰槽内形成球铰。

采用上述结构，当第一轴作为输入轴、球形齿轮随第一轴转动时，第一齿与第二齿啮合传动带动碗形齿轮和第二轴转动，从而实现第二轴的转动；由于球形齿轮与碗形齿轮之间通过第一球头形成了球铰，不仅实现了碗形齿轮与球形齿轮的铰接，而且当第二轴受到外界作用时，可以绕球铰自适应多向摆动；当然，也可以选择第二轴作为输入轴，同样可以实现第一轴的转动和自适应多向摆动。这样一来，在一个关节上集成了两轴之间转动和自适应多向摆动的功能，有利于提高关节的灵活性和动作的及时响应；并且球形齿轮伸入碗形齿轮内、第一球头嵌入球铰槽内，使关节本身的结构简单、紧凑、占用空间小。从而提供了一种结构紧凑、占用空间小、既能多向摆动、又能转动的、类似手腕结构的腕型机器人关节，有利于机器人关节结构的紧凑和动作的灵活。并且，碗形齿轮比球形齿轮大，使关节兼具了差速的功能。

在所述第一轴外套设有套筒，所述套筒上周向均布有至少一电动推杆，每一所述电动推杆的伸缩杆与第一轴平行，在每一所述电动推杆的伸缩杆上均铰接有连杆，所述连杆的另一端与碗形齿轮的敞口端铰接。当电动推杆拉动或者推动连杆时，碗形齿轮或球形齿轮受力、二者有发生相对摆动的趋势，通过合理设置电动推杆的数量，并设置多个电动推杆之间的协同动作，即可实现碗形齿轮和第二轴的摆动角度和摆动方向的控制。同理，如果是第二轴作为输入轴，也可以实现第一轴的摆动角度和方向的控制。并且，设置连杆连接在套筒与碗形齿轮之间，对碗形齿轮与球形齿轮之间的连接进一步加强，使整个关节更加稳定。

作为优选，所述电动推杆在套筒上周向均布有四个，所述连杆一一对应有四根。

在所述碗形齿轮的敞口端开有环形滑槽，所述连杆的对应端通过卡入环形滑槽的第二球头与碗形齿轮铰接。这样设置环形滑槽，第二球头可以在环形滑槽内滑动，无论套筒怎么安装，都不会干涉碗形齿轮与球形齿轮之间的传动：如果套筒设计为固套在第一轴上，当套筒随第一轴转动时，第二球头在环形滑槽内相对滑动，避免球形齿轮与碗形齿轮之间的传动受到干涉；如果套筒设计为活套在第一轴上但却固定安装在壳体上无法转动时，当第一轴和球形齿轮转动，带动碗形齿轮转动时，第二球头在环形滑槽内相对滑动，避免干涉球形齿轮与碗形齿轮之间的传动；如果套筒设计为活套在第一轴上、且可以随碗形齿轮转动，当第一轴和球形齿轮转动，带动碗形齿轮转动时，摆动控制组件也不会干涉球形齿轮与碗形齿轮之间的传动。

作为另一优选，在所述碗形齿轮的敞口端设有至少一铰接点，所述铰接点的数量与连杆的数量一一对应，所述连杆的对应端与铰接点铰接，所述套筒活套在第一轴上，当所述碗形齿轮转动时，所述连杆和套筒均随碗形齿轮转动。

所述第一轴、球形齿轮和第一球头是一体的，所述碗形齿轮和第二轴也是一体的。

有益效果：本发明通过设置球形齿轮和碗形齿轮传动，并设置球铰将球形齿轮与碗形齿轮铰接，在一个关节上集成了两轴之间转动和多向摆动的功能，从而提供了一种结构紧凑、占用空间小、既能多向摆动、又能转动的、类似手腕结构的腕型机器人关节，有利于机器人关节整体结构的紧凑和动作的灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为实施例一的结构示意图。

图2为图1中碗形齿轮的结构示意图。

图3为实施例二结构示意图。

图4为图3中碗形齿轮的结构示意图。

图5为图4的右视图。

图6为实施例三的示意图。

附图标记：第一轴1、电动推杆2、连杆3、第二球头4、球形齿轮5、碗形齿轮6、球铰槽6a、环形滑槽6b、铰接点6c、第一球头7、第二轴8、套筒9。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例一：

如图1和图2所示，本实施例提供一种腕型机器人关节，包括第一轴1和第二轴8，在所述第一轴1上固定连接有球形齿轮5，在所述球形齿轮5的球面上均布有圆弧形的第一齿。在所述第二轴8上固定连接有碗形齿轮6，所述碗形齿轮6呈半球壳状，碗形齿轮6的内壁均布有圆弧形的第二齿。所述球形齿轮5伸入碗形齿轮6内，并且所述第一齿与第二齿啮合，所述第一齿齿顶球面半径r与所述第二齿齿顶球面半径R，满足R＞r。所述球形齿轮5的顶部凸起形成第一球头7，所述碗形齿轮6的内底凹陷形成球铰槽6a，所述球铰槽6a位于碗形齿轮6与第二轴8连接处，并且所述第一球头7嵌入球铰槽6a内形成球铰。所述第一轴1、球形齿轮5和第一球头7同轴且是一体的，所述碗形齿轮6和第二轴8也同轴且是一体的。

实施例二：

如图3、图4和图5所示，在所述第一轴1外套设有套筒9，所述套筒9可以是固套在第一轴1上、也可以是活套在第一轴1上，本实施例中不做限定，本领域技术人员根据实际情况设计即可。在所述套筒9上周向均布有至少一电动推杆2，每一所述电动推杆2的伸缩杆与第一轴1平行，在每一所述电动推杆2的伸缩杆上均铰接有连杆3，所述连杆3的另一端与碗形齿轮6的敞口端铰接。更具体地：在所述碗形齿轮6的敞口端开有环形滑槽6b，所述连杆3的对应端通过卡入环形滑槽6b的第二球头4与碗形齿轮6铰接。当电动推杆2驱动连杆3拉动或推动碗形齿轮6时，为了避免第二球头4在环形滑槽6b内滑动，确保碗形齿轮6摆动控制准确，所述连杆3与电动推杆2伸缩杆之间的铰接采用销轴铰接，使连杆3只能在电动推杆2伸缩杆所在的平面内摆动。本实施例优选所述电动推杆2在套筒上周向均布有四个，所述连杆3也一一对应设置有四根。本实施例的其他结构与实施例一相同，在此不做赘述。

实施例三：

如图6所示，在所述碗形齿轮6的敞口端设有至少一铰接点6c，所述铰接点6c的数量与连杆3的数量一一对应，所述连杆3的对应端与铰接点6c铰接。所述套筒9活套在第一轴1上，当所述碗形齿轮6转动时，所述连杆3和套筒9均随碗形齿轮6转动。所述连杆3对应端与铰接点6c之间可以是球铰，也可以是销轴铰接，不做限定。本实施例的其他结构与实施例二相同，在此不做赘述。

Claims (6)

1.一种腕型机器人关节，包括第一轴和第二轴，其特征在于：在所述第一轴上固定连接有球形齿轮，在所述球形齿轮的球面上均布有圆弧形的第一齿；在所述第二轴上固定连接有碗形齿轮，所述碗形齿轮呈半球壳状，碗形齿轮的内壁均布有圆弧形的第二齿；所述球形齿轮伸入碗形齿轮内，并且所述第一齿与第二齿啮合，所述第一齿齿顶球面半径r与所述第二齿齿顶球面半径R，满足R＞r；所述球形齿轮的顶部凸起形成第一球头，所述碗形齿轮的内底凹陷形成球铰槽，所述第一球头嵌入球铰槽内形成球铰。

2.根据权利要求1所述的一种腕型机器人关节，其特征在于：在所述第一轴外套设有套筒，所述套筒上周向均布有至少一电动推杆，每一所述电动推杆的伸缩杆与第一轴平行，在每一所述电动推杆的伸缩杆上均铰接有连杆，所述连杆的另一端与碗形齿轮的敞口端铰接。

3.根据权利要求2所述的一种腕型机器人关节，其特征在于：所述电动推杆在套筒上周向均布有四个，所述连杆一一对应有四根。

4.根据权利要求2或3所述的一种腕型机器人关节，其特征在于：在所述碗形齿轮的敞口端开有环形滑槽，所述连杆的对应端通过卡入环形滑槽的第二球头与碗形齿轮铰接。

5.根据权利要求2或3所述的一种腕型机器人关节，其特征在于：在所述碗形齿轮的敞口端设有至少一铰接点，所述铰接点的数量与连杆的数量一一对应，所述连杆的对应端与铰接点铰接，所述套筒活套在第一轴上，当所述碗形齿轮转动时，所述连杆和套筒均随碗形齿轮转动。

6.根据权利要求1所述的一种腕型机器人关节，其特征在于：所述第一轴、球形齿轮和第一球头是一体的，所述碗形齿轮和第二轴也是一体的。

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