CN112123367A - 一种机器人手腕构造及机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机器人设备技术领域，具体是一种机器人手腕构造，包括第一手腕构件、第二手腕构件，还包括：伺服电机，安装在第一手腕构件内；减速机，输出侧用于驱动第二手腕构件旋转；输入齿轮，安装在伺服电机的输出轴上；惰轮，以旋转的方式安装在第一手腕构件上；输出齿轮，安装在减速机上；所述的惰轮以惰轮与输出齿轮的中心距为半径、以输出齿轮的轴线为圆心进行摆动；移动机构，带动伺服电机径向移动，调整输入齿轮与输出齿轮之间的距离；通过移动机构来调整输入齿轮与惰轮的间隙，以改变惰轮的受力方向来达到延长齿轮的寿命，有效的控制齿轮传动精度，同时应用该手腕结构的机器人可有效的提升轨迹精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人设备技术领域，具体是一种机器人手腕构造及机器人。
背景技术
在机器人去毛刺应用中，由于末端受力较大，对手腕的刚性有较高的要求，因此，在机器人手腕设计时，常用齿轮传动的方案，由于其具有高刚性、传动平稳、结构紧凑等特点。
如中国专利号为201410262008.5的工业用机器人手腕构造部和中国专利申请号为201721782653.5的机器人齿轮传动手腕均提供了一种用于机器人手腕的齿轮传动方案，然而，齿轮传动长时间运行会出现间隙和齿面磨损，进行影响机器人的刚性和末端轨迹精度，因此，在寻求降低维护成本的同时，能够减小长时间运行后齿轮的间隙和改善齿面接触面的受力，达到延长齿轮的使用寿命，保证机器人运行的精度的效果。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种机器人手腕构造及机器人。
一种机器人手腕构造，包括位于机器人前端的第一手腕构件、绕着第一手腕构件旋转配合的第二手腕构件，还包括：
伺服电机，安装在第一手腕构件内，作为动力元件；
减速机，输入侧固定在第一手腕构件内，输出侧用于驱动第二手腕构件旋转；
输入齿轮，安装在伺服电机的输出轴上；
惰轮，以旋转的方式安装在第一手腕构件上，用于与输入齿轮啮合传递扭矩；
输出齿轮，安装在减速机上，用于与惰轮啮合传递扭矩至减速机的输入侧；
所述的惰轮以惰轮与输出齿轮的中心距为半径、以输出齿轮的轴线为圆心进行摆动；
移动机构，带动伺服电机径向移动，调整输入齿轮与输出齿轮之间的距离。
所述的第一手腕构件上设置有形状为椭圆形的第一安装孔和第二安装孔，还设置有两边对称分布的圆弧形槽，所述的圆弧形槽的角度为±a；所述的第二安装孔与输出齿轮和减速机同轴线。
所述的第一安装孔的长边直径大于输入齿轮的外径和移动机构的最大移动量。
所述的惰轮绕输出齿轮旋转形成的最大角度为圆弧形槽的角度±a。
在初始状态下，输入齿轮与输出齿轮之间的距离达到最大值Lmax，当惰轮移动到-a角度时，输入齿轮与输出齿轮之间会达到最小的距离Lmin。
所述的圆弧形槽上设置有供惰轮安装的第一定位孔、第二定位孔和第三定位孔；第一定位孔位于水平轴线的下方角度为-a，第二定位孔布置在第一手腕构件上，第三定位孔位于水平轴线的上方角度为a，其中a的值根据第一手腕构件的宽度调整，a的数值范围为10°-20°。
所述的惰轮位于圆弧形槽内，惰轮的内壁上安装有轴承，所述的轴承的内圈设置有传动轴，所述的轴承上设置有限制自身轴向窜动的外挡圈和内挡圈。
所述的移动机构包括用于安装伺服电机的第一安装板和第二安装板、设置在第一安装板上的通孔、通过螺钉对第一安装板进行定位的垫片、以滑动的方式配合并通过螺钉对第二安装板进行定位的固定板。
一种机器人，该机器人具备上述的手腕构造。
本发明的有益效果是：通过移动机构来调整输入齿轮与惰轮的间隙，以改变惰轮的受力方向来达到延长齿轮的寿命，有效的控制齿轮传动精度，同时应用该手腕结构的机器人可有效的提升轨迹精度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的机器人三维结构示意图；
图2为本发明的机器人手腕构造的初始状态示意图；
图3为本发明的机器人手腕构造调整后的状态示意图；
图4为本发明的第一手腕构件的二维结构示意图；
图5为本发明的第一种方案的移动机构的结构意图；
图6为本发明的第二种方案的移动机构的结构意图；
附图标记说明：1、机器人；10、基座；11、转座；12、第一过线套；13、机器人臂；13a、下轴线；13b、上轴线；14、第二过线套；15、齿轮箱；16、第一手腕构件；17、第二手腕构件；2、机器人手腕；20、伺服电机；21、输入齿轮；22、惰轮；23、输出齿轮；24、减速机；25、移动机构；30、轴承；31、传动轴；32、内挡圈；33、外挡圈；161、第一安装孔；162、圆弧形槽；163、第二安装孔；162a、第一定位孔；162b、第二定位孔；162c、第三定位孔；251、第一安装板；252、垫片；253、固定板；254、第二安装板；251a、通孔。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
如图1至图6所示，一种机器人手腕构造，包括位于机器人1前端的第一手腕构件16、绕着第一手腕构件16旋转配合的第二手腕构件17，还包括：
伺服电机20，安装在第一手腕构件16内，作为动力元件；
减速机24，输入侧固定在第一手腕构件16内，输出侧用于驱动第二手腕构件17旋转；
输入齿轮21，安装在伺服电机20的输出轴上；
惰轮22，以旋转的方式安装在第一手腕构件16上，用于与输入齿轮21啮合传递扭矩；
输出齿轮23，安装在减速机24上，用于与惰轮22啮合传递扭矩至减速机24的输入侧；
所述的惰轮22以惰轮22与输出齿轮23的中心距为半径、以输出齿轮23的轴线为圆心进行摆动；
移动机构25，带动伺服电机20径向移动，调整输入齿轮21与输出齿轮23之间的距离。
所述的第一手腕构件16上设置有形状为椭圆形的第一安装孔161和第二安装孔163，还设置有两边对称分布的圆弧形槽162，所述的圆弧形槽162的角度为±a；所述的第二安装孔163与输出齿轮23和减速机24同轴线。
通过移动机构25来调整输入齿轮21与惰轮22的间隙，以改变惰轮22的受力方向来达到延长齿轮的寿命，有效的控制齿轮传动精度，同时应用该手腕结构的机器人可有效的提升轨迹精度。
所述的第一安装孔161的长边直径大于输入齿轮21的外径和移动机构25的最大移动量。
所述的惰轮22绕输出齿轮23旋转形成的最大角度为圆弧形槽162的角度±a。
a的角度大小受限惰轮22的直径，惰轮22的值是一定的，当机器人手腕2宽度较窄的时候，a的最大范围可能只能为10°，如果再大，惰轮22直径安装后的外径就会在手腕外，如果手腕较宽，a的范围就可以扩大，其中确定的值是惰轮22的直径。
如图2所示，机器人手腕2的初始状态，在初始安装时，输入齿轮21、惰轮22以及输出齿轮23处于水平同一条线上，在初始状态下，输入齿轮21与输出齿轮23之间的距离达到最大值Lmax，其中，输入齿轮21安装伺服电机20上，输出齿轮23安装在减速机24上，在初始状态下使用机器人1由于输入齿轮21与输出齿轮23之间的距离处于最大条件，惰轮22处于输入齿轮21和输出齿轮23之间，会受到两侧平行的作用力，齿面受力较大，运行磨损加速。
在初始状态下，输入齿轮21与输出齿轮23之间的距离达到最大值Lmax，当惰轮22移动到-a角度时，输入齿轮21与输出齿轮23之间会达到最小的距离Lmin。
如图3所述，机器人手腕2调整后的位置状态，惰轮22可以绕惰轮22与输出齿轮23的中心距为半径旋转，当惰轮22旋转安装到-a角度时，惰轮22与输入齿轮21和输出齿轮23的齿面受力会发生变化，可以减少齿面受力，同时，在齿轮长时间运行后会出现间隙当惰轮22调整后可以移动输入齿轮21来调整输入齿轮21与惰轮22的啮合位置来达到调整间隙的目的，在图示中，当惰轮22移动到-a角度时，输入齿轮21与输出齿轮23之间会达到最小的距离Lmin。
如图4所示，所述的圆弧形槽162上设置有供惰轮22安装的第一定位孔162a、第二定位孔162b和第三定位孔162c；第一定位孔162a位于水平轴线的下方角度为-a，第二定位孔162b布置在第一手腕构件16上，第三定位孔162c位于水平轴线的上方角度为a，其中a的值根据第一手腕构件16的宽度调整，a的数值范围为10°-20°。
所述的惰轮22位于圆弧形槽162内，惰轮22的内壁上安装有轴承30，所述的轴承30的内圈设置有传动轴31，所述的轴承30上设置有限制自身轴向窜动的外挡圈33和内挡圈32。
所述的移动机构25包括用于安装伺服电机20的第一安装板251和第二安装板254、设置在第一安装板251上的通孔251a、通过螺钉对第一安装板251进行定位的垫片252、以滑动的方式配合并通过螺钉对第二安装板254进行定位的固定板253。
一种机器人，该机器人具备上述的机器人手腕构造。
如图1所示，所述的机器人1为六轴多关节机器人，具备基座10、设置在基座10上且绕基座10的轴线旋转的转座11及齿轮箱15、以旋转的方式安装在转座11上的机器人臂13，所述的转座11上还安装有第一过线套12，机器人臂13能够绕第一过线套12的下轴线13a旋转，机器人线缆从转座11经过第一过线套12进入机器人臂13内；机器人臂13的上侧，安装有类似结构的第二过线套14，第二过线套14安装在齿轮箱15上，齿轮箱15带动第二过线套14绕机器人臂的上轴线13b旋转。
所述的第一手腕构件16安装在齿轮箱15的前端，第一手腕构件16能够绕齿轮箱15的轴线旋转。
所述的机器人臂13内部为空心结构。
本发明的使用方法：如图3和5所示，移动机构25的第一种实施方案图，伺服电机20安装在第一安装板251上，伺服电机20的输出端安装的输入齿轮21，输入齿轮21与惰轮22啮合，惰轮22的内壁安装的轴承30，轴承30的内圈安装在传动轴31上，通过内挡圈32将轴承30内圈固定和传动轴31固定，外挡圈33将轴承30的外圈固定；当惰轮22位置调整时，输入齿轮21与惰轮22之间的中心距会变大，导致无法啮合，因此，需要通过移动机构25来调节中心距，其中，第一安装板251的通孔251a的直径大于可调整量，在对第一安装板251进行调整后即整体滑动，输入齿轮21与惰轮22完全啮合，螺钉通过垫片252将第一安装板251进行固定；
如图3和6所示，移动机构25的第二种实施方案图，伺服电机20安装在第二安装板254上，伺服电机20的输出端安装有输入齿轮21，输入齿轮21与惰轮22啮合，惰轮22的内壁安有轴承30，轴承30的内圈安装在传动轴31上，通过内挡圈32将轴承30内圈固定和传动轴31固定，外挡圈33将轴承30的外圈固定；当惰轮22位置调整时，输入齿轮21与惰轮22之间的中心距会变大，导致无法啮合，因此，需要通过移动机构25来调节中心距；第二安装板254带动伺服电机20进行调整，在调整好输入齿轮21与惰轮22完全啮合后，通过固定板253进行固定；
如图3、图4、图5和图6，由于惰轮22的位置变动，输入齿轮21需要水平移动来调整啮合位置，因此，输入齿轮21通过第一手腕构件16上的第一安装孔161的长边L的直径要大于Lmax-Lmin+输入齿轮21的直径。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种机器人手腕构造，包括位于机器人(1)前端的第一手腕构件(16)、绕着第一手腕构件(16)旋转配合的第二手腕构件(17)，其特征在于：还包括：
伺服电机(20)，安装在第一手腕构件(16)内，作为动力元件；
减速机(24)，输入侧固定在第一手腕构件(16)内，输出侧用于驱动第二手腕构件(17)旋转；
输入齿轮(21)，安装在伺服电机(20)的输出轴上；
惰轮(22)，以旋转的方式安装在第一手腕构件(16)上，用于与输入齿轮(21)啮合传递扭矩；
输出齿轮(23)，安装在减速机(24)上，用于与惰轮(22)啮合传递扭矩至减速机(24)的输入侧；
所述的惰轮(22)以惰轮(22)与输出齿轮(23)的中心距为半径、以输出齿轮(23)的轴线为圆心进行摆动；
移动机构(25)，带动伺服电机(20)径向移动，调整输入齿轮(21)与输出齿轮(23)之间的距离。
2.根据权利要求1所述的一种机器人手腕构造，其特征在于：所述的第一手腕构件(16)上设置有形状为椭圆形的第一安装孔(161)和第二安装孔(163)，还设置有两边对称分布的圆弧形槽(162)，所述的圆弧形槽(162)的角度为±a；所述的第二安装孔(163)与输出齿轮(23)和减速机(24)同轴线。
3.根据权利要求2所述的一种机器人手腕构造，其特征在于：所述的第一安装孔(161)的长边直径大于输入齿轮(21)的外径和移动机构(25)的最大移动量。
4.根据权利要求2所述的一种机器人手腕构造，其特征在于：所述的惰轮(22)绕输出齿轮(23)旋转形成的最大角度为圆弧形槽(162)的角度±a。
5.根据权利要求4所述的一种机器人手腕构造，其特征在于：在初始状态下，输入齿轮(21)与输出齿轮(23)之间的距离达到最大值Lmax，当惰轮(22)移动到-a角度时，输入齿轮(21)与输出齿轮(23)之间会达到最小的距离Lmin。
6.根据权利要求5所述的一种机器人手腕构造，其特征在于：所述的圆弧形槽(162)上设置有供惰轮(22)安装的第一定位孔(162a)、第二定位孔(162b)和第三定位孔(162c)；第一定位孔(162a)位于水平轴线的下方角度为-a，第二定位孔(162b)布置在第一手腕构件(16)上，第三定位孔(162c)位于水平轴线的上方角度为a，其中a的值根据第一手腕构件(16)的宽度调整，a的数值范围为10°-20°。
7.根据权利要求2所述的一种机器人手腕构造，其特征在于：所述的惰轮(22)位于圆弧形槽(162)内，惰轮(22)的内壁上安装有轴承(30)，所述的轴承(30)的内圈设置有传动轴(31)，所述的轴承(30)上设置有限制自身轴向窜动的外挡圈(33)和内挡圈(32)。
8.根据权利要求1所述的一种机器人手腕构造，其特征在于：所述的移动机构(25)包括用于安装伺服电机(20)的第一安装板(251)和第二安装板(254)、设置在第一安装板(251)上的通孔(251a)、通过螺钉对第一安装板(251)进行定位的垫片(252)、以滑动的方式配合并通过螺钉对第二安装板(254)进行定位的固定板(253)。
9.一种机器人，其特征在于：该机器人具备权利要求1-8中任一项所述的机器人手腕构造。
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