CN201645491U - 具有2自由度腕部姿态调整机构的机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及具有2自由度腕部姿态调整机构的机械臂。该机械臂包括手部、腕部、肩部、腰部和基座；其腕部包括仰俯机构和扭转机构；所述仰俯机构包括H型立体仰俯支撑架，其内设有连接传动的仰俯电机、仰俯减速器和齿轮传动机构，扭转机构包括倒U型扭转支撑架，其内设有扭转电机、扭转减速器，并通过传动机构设有空心扭转轴，空心扭转轴用于安装执行机构，如手抓。本实用新型的腕部机构由完全独立互不干扰两部分组成，每个运动由单独的电机驱动，实现末端执行机构最终的两向姿态调整。整个机构具有结构紧凑、重量轻、结构简单、工作可靠，可大大地减少传动累积误差，提高了操作机的整体精度。

Description

具有2自由度腕部姿态调整机构的机械臂

技术领域

本实用新型属于关节型机器人末端手腕姿态的调整装置，具体涉及适用于各类工业机器人末端手抓位置的调整与定位装置。

背景技术

机器人是一种典型的机电一体化设备，可以独立、自动化的完成各种生产操作，如货物搬运、产品装配等。根据用途的不同，机器人具有各种各样的分类，但是无论怎样分类，机器人均是由控制驱动与执行机构组成。其中执行机构由手部(1)、腕部(2)、臂部(3)、腰部(4)和基座(5)等组成，如图1所示。

用于工业生产过程中的各类机器人操作机，被称为工业机器人。其执行机构中的手部，根据需要抓取各种工具或工件，而腕部直接与手部相连接，因此被抓物件所需的最终位置与姿态，直接取决于腕部的位置与姿态。腕部的自由度越多越灵活，手部的位置与姿态越好调整，但同时腕部的外形增大、结构更加复杂。目前市场上腕部通常为1个自由度，组成多为轮系结构，主要功用是带动手部完成各种预定姿态，是操作机机构中最重要的部分。

衡量工业机器人的指标一般有两个，空间工作范围和灵活度，而灵活度取决于腕部自由度。自由度越多灵活度越好，但同时腕部结构越复杂，易造成腕部重量大且控制困难。市场上2自由度的腕部控制机构，一般采用两控制电机后置，然后采用链轮或同步齿形带将运动传给腕部，日本安川、美国PUMA机械臂腕部就为上述结构。此结构成在的缺点为：①前端腕部形成差动轮系，当腕部做仰俯运动时，要造成腕部附加的回转运动，此运动称为诱导运动，必须在控制上进行修正消除，否则将产生很大的误差。②驱动电机装于后部，运动必须通过链轮或齿形带传入前端，而链轮或齿形带工作时一般需要涨紧，否则造成安装困难和工作中易松动，同时前端需要一系列齿轮机构接受和转换运动。③此种腕部结构组成零件过多，造成工业机器人末端结构复杂、重量大。同时传动环节过多，易造成累积误差大，直接影响末端定位精度。

发明内容

为了克服传统工业机器人腕部机构复杂、重量大、传动误差大的缺陷，本实用新型提出一种全新的具有2自由度腕部姿态调整机构的机械臂。

具体的技术解决方案如下：

具有2自由度腕部姿态调整机构的机械臂包括手部、腕部、肩部、腰部和基座；所述腕部包括仰俯机构和扭转机构；

所述仰俯机构包括H型立体仰俯支撑架13，其中部的横隔板处设有支撑管，其内下部设有连接传动的仰俯电机6和仰俯减速器7，仰俯减速器7的输出轴经支撑管伸至仰俯支撑架13上部；仰俯减速器7的输出轴通过联接轴15连接着主动锥齿轮8，主动锥齿轮8与从动锥齿轮9啮合传动，从动锥齿轮9设于扭转支撑架20上；仰俯支撑架13上部两边侧板向前伸出，其伸出端分别设有支承轴孔，支承轴孔内有轴承用于安装支承轴19；

所述扭转机构包括倒U型扭转支撑架20，其顶部设有安装孔，其两侧下部对称设有轴孔，该轴孔用于安装支承轴19；所述支承轴19设于扭转支撑架20下部轴孔处，其两端伸至轴孔外侧，且外伸端通过轴承设于仰俯支撑架13上的支承轴孔内；扭转支撑架20内设有连接传动的扭转电机10和扭转减速器11，扭转减速器11的输出轴伸至安装孔外，并连接着空心扭转轴27。

所述与仰俯减速器7输出轴连接端的联接轴15上，设有角接触球轴承A14用于支撑，角接触球轴承A14设于仰俯支撑架13中部横隔板上的支撑管内。

所述扭转支撑架20顶部外侧连接着轴承座22，扭转减速器11输出轴与空心扭转轴27的连接处位于轴承座22内，位于轴承座22内的空心扭转轴27上套设着两只角接触球轴承B25，两只角接触球轴承B25之间设有内套24，空心扭转轴27的外伸端为法兰盘状。

所述内套24由两只中心对称的半圆环形衬套对合组成。

所述仰俯电机为伺服电机，所述仰俯减速器为谐波减速器。

所述扭转电机为伺服电机，所述扭转减速器为谐波减速器。

本实用新型的有益技术效果体现在以下方面：

①本实用新型去掉原结构中前端的差动轮系，2自由度分别由各自驱动电机独立控制，去除原传动结构中的诱导运动，优化了控制系统，减少了传动误差。

②各驱动电机直接控制输出机构，减少了链轮或齿形带等中间传动环节，使整个机构的组装和维护更加简单，工作更加可靠。

③优化了整个碗部的组成，零件数、外形尺寸和重量大大减少，使整个机构更加紧凑、美观和可靠。本实用新型机构具有外形美观、重量轻、结构简单，可以大大地减少传动累积误差，提高操作机的整体精度。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图，

图2是机器人腕部两姿态调整结构示意图，

图3是产生仰俯运动机构的剖面图，

图4是仰俯运动机构中仰俯支撑架结构图，

图5是仰俯运动机构中联接轴的结构图，

图6是产生扭转运动机构的剖面图。

图7是扭转运动机构中扭转支撑架结构图，

图8是用于桥接扭转机构与仰俯机构的支承轴结构图，

图9是具有法兰座的空心扭转轴结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步地说明。

实施例：

参见图1，具有2自由度腕部姿态调整机构的机械臂包括手部1、腕部2、肩部3、腰部4和基座5，腕部2包括仰俯机构和扭转机构。参见图2，仰俯机构包括H型立体仰俯支撑架13，其结构与形状见图4，其中部的横隔板处设有支撑管。仰俯支撑架13内下部安装有连接传动的仰俯电机6和仰俯减速器7，仰俯减速器7的输出轴经支撑管伸至仰俯支撑架13上部；仰俯减速器7的输出轴通过空心联接轴15连接着主动锥齿轮8，具体连接方式是联接轴15的内孔与仰俯减速器7的输出轴相连，并通过平键进行周向固定传递转矩，联接轴15的另一端与主动锥齿轮8的内孔相连，并通过平键进行周向固定传递转矩，联接轴15的结构与形状见图5。主动锥齿轮8与从动锥齿轮9啮合传动，从动锥齿轮9安装于扭转支撑架20上；主动锥齿轮8的前端面装有压盖16，其中心留有安装孔用于安装螺钉，安装螺钉直接拧入仰俯减速器7的输出轴中心螺孔，对主动锥齿轮8进行轴向固定。与仰俯减速器7输出轴连接的联接轴15上套装有角接触球轴承A14，角接触球轴承A14安装在仰俯支撑架13中部横隔板上的支撑管内。仰俯支撑架13两边侧板向前伸出，其伸出端分别设有支承轴孔，见图4；两支承轴孔用于安装轴承17，外侧分别安装有轴承压盖18对轴承17进行轴向定位与固定。此两轴承组成一对支撑，用于安装下一系统扭转机构，见图3。

参见图6、图7、图8和图9，扭转机构包括倒U型扭转支撑架20，其顶部开设有安装孔，扭转支撑架20顶部外侧连接着轴承座22，扭转减速器11输出轴与空心扭转轴27的连接处位于轴承座22内，位于轴承座22内的空心扭转轴27上套装着两只角接触球轴承B25，两只角接触球轴承B25之间装有内套24，内套24由两只中心对称的半圆环形衬套对合组成，并插于空心扭转轴27上预留圆槽内，内套24的作用在于对轴承进行轴向定位，空心扭转轴27的外伸端为法兰座。扭转支撑架20两侧下部对称设有轴孔，支承轴19安装于扭转支撑架20下部的轴孔处，其两端伸至轴孔外侧作为支撑，且外伸端通过轴承17安装于仰俯支撑架13上的支承轴孔内；扭转支撑架20内安装有连接传动的扭转电机10和扭转减速器11，扭转减速器11的输出轴伸出，并与空心扭转轴27孔相连，通过平键进行周向固定并传递扭矩，空心扭转轴27内孔上留有台阶用于安装压盖26，压盖26中心有孔用于安装螺钉，螺钉直接拧入扭转减速器11输出轴中心螺孔内，对空心扭转轴27进行轴向固定，空心扭转轴27的外伸端为法兰座。此法兰座为最终的执行机构，可作为连接平台，安装各种所需工具或附件。

上述仰俯电机6和扭转电机10均为伺服电机，仰俯减速器7和扭转减速器11均为谐波减速器。

工作时，仰俯电机6的扭转运动通过仰俯减速器7直接传给主动锥齿轮8输出，主动锥齿轮8同扭转机构上的从动锥齿轮9啮合，见图2，使得整个机构通过支承轴19进行回转，实现最终的执行机构的仰俯姿态调整。扭转电机10通过扭转减速器11将运动直接传给空心扭转轴27，空心扭转轴27的前端设计有联接法兰，见图9，直接用于安装执行机构，如手抓，使得整个机构简单可靠。空心扭转轴27的安装使用一对背靠背安装角接触球轴承B25，此结构组成即能承受轴向与径向力，也可承受倾覆力矩。从而保证各种情况下使用的可靠性。

Claims (6)

1.具有2自由度腕部姿态调整机构的机械臂，包括手部、腕部、肩部、腰部和基座，其特征在于：所述腕部包括仰俯机构和扭转机构；

所述仰俯机构包括H型立体仰俯支撑架(13)，其中部的横隔板处设有支撑管，其内下部设有连接传动的仰俯电机(6)和仰俯减速器(7)，仰俯减速器(7)的输出轴经支撑管伸至仰俯支撑架(13)上部；仰俯减速器(7)的输出轴通过联接轴(15)连接着主动锥齿轮(8)，主动锥齿轮(8)与从动锥齿轮(9)啮合传动，从动锥齿轮(9)设于扭转支撑架(20)上；仰俯支撑架(13)上部两边侧板向前伸出，其伸出端分别设有支承轴孔，支承轴孔内有轴承用于安装支承轴(19)；

所述扭转机构包括倒U型扭转支撑架(20)，其顶部设有安装孔，其两侧下部对称设有轴孔，该轴孔用于安装支承轴(19)；所述支承轴(19)设于扭转支撑架(20)下部轴孔处，其两端伸至轴孔外侧，且外伸端通过轴承设于仰俯支撑架(13)上的支承轴孔内；扭转支撑架(20)内设有连接传动的扭转电机(10)和扭转减速器(11)，扭转减速器(11)的输出轴伸至安装孔外，并连接着空心扭转轴(27)。

2.根据权利要求1所述的具有2自由度腕部姿态调整机构的机械臂，其特征在于：所述与仰俯减速器(7)输出轴连接端的联接轴(15)上，设有角接触球轴承A(14)用于支撑，角接触球轴承A(14)设于仰俯支撑架(13)中部横隔板上的支撑管内。

3.根据权利要求1所述的具有2自由度腕部姿态调整机构的机械臂，其特征在于：所述扭转支撑架(20)顶部外侧连接着轴承座(22)，扭转减速器(11)输出轴与空心扭转轴(27)的连接处位于轴承座(22)内，位于轴承座(22)内的空心扭转轴(27)上套设着两只角接触球轴承B(25)，两只角接触球轴承B(25)之间设有内套(24)，空心扭转轴(27)的外伸端为法兰盘状。

4.根据权利要求3所述的具有2自由度腕部姿态调整机构的机械臂，其特征在于：所述内套(24)由两只中心对称的半圆环形衬套对合组成。

5.根据权利要求1或2所述的具有2自由度腕部姿态调整机构的机械臂，其特征在于：所述仰俯电机为伺服电机，所述仰俯减速器为谐波减速器。

6.根据权利要求1或3所述的具有2自由度腕部姿态调整机构的机械臂，其特征在于：所述扭转电机为伺服电机，所述扭转减速器为谐波减速器。

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