CN203697030U

CN203697030U - 一种机器人手腕机构

Info

Publication number: CN203697030U
Application number: CN201420081309.3U
Authority: CN
Inventors: 宫香山
Original assignee: CENTURY COLLEGE BEIJING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS
Current assignee: CENTURY COLLEGE BEIJING UNIVERSITY OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2024-02-25

Abstract

本实用新型公开了一种机器人手腕机构，包括第一同步齿形带机构、第第一压盖、第一谐波减速器、转动壳体、第一交叉滚子轴承、第二交叉滚子轴承、锥齿轮轴、通用法兰、主动锥齿轮、手转输出轴、第三交叉滚子轴承、第三压盖、第一轴承、第一转轴、第二同步齿形带机构、第二轴承、第二谐波减速器、第三轴承、第四轴承、第二转轴。本实用新型机构结构简单紧凑，体积小，安装方便，刚性好，精度高，可以在狭窄空间使用。

Description

一种机器人手腕机构

技术领域

本实用新型属于机械设计与机器人学技术领域，具体涉及一种机器人手腕机构。

背景技术

现有机器人机构一般是由手臂和手腕机构组成，手臂是用来位置定位，而手腕是实现姿态变化。手腕是机器人的关键部件，其体积、刚性、灵活性与准确性在很大程度上决定了机器人的灵活性与准确性。

目前典型机器人手腕普遍采用的机械结构有两种：一种是机器人手转运动减速器放在手腕末端，外观表现为连接接口是圆柱端面，其特点是传动路线清晰，手腕运动精度容易保证，但是圆柱中间没有留走线孔，应用不便；另一种是机器人腕摆运动、机器人手转运动共同由锥蜗杆机构并行输入实现，外观表现为连接接口是空心圆柱端面，留有走线孔，其特点是应用方便，但是锥蜗杆机构制造困难，手腕运动精度难以保证。

在上述两种结构中，处于手腕末端的输出轴上，一般都安装两个向心推力轴承或者圆锥滚子轴承，而且两轴承需保持一定距离，导致手腕轴向尺寸较长，限制了其在几何尺寸要求短的机器设备中的应用。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种机器人手腕机构，以解决现有机器人手腕机构轴向长度较长，刚度较差、装配困难，精度不易保证等问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种机器人手腕机构，包括一侧设有开口的转动壳体，转动壳体的上方设有手腕摆动机构，转动壳体的下方设有手腕转动机构；

所述的手腕摆动机构包括第二转轴，第二转轴的大直径端伸出第一压盖的压盖孔，伸出部分的第二转轴上周向固定设有第一同步齿形带机构；沿第二转轴的小直径端依次设有第三轴承、第一谐波减速器和第四轴承，第一谐波减速器的波发生器周向固定在第二转轴上，第一谐波减速器的刚轮与第一压盖连接、柔轮与转动壳体连接；第一谐波减速器的外侧设有第一交叉滚子轴承，第一交叉滚子轴承的内圈与第一压盖连接、外圈与转动壳体连接；

所述的手腕转动机构包括第一转轴，第一转轴的大直径端伸出第二压盖的压盖孔，伸出部分的第一转轴上周向固定设有第二同步齿形带机构；沿第一转轴的小直径端依次设有第一轴承、第二谐波减速器和第二轴承，第二谐波减速器的波发生器周向固定在第一转轴上，第二谐波减速器的刚轮与第二压盖连接；第二谐波减速器的外侧设有第三交叉滚子轴承，第三交叉滚子轴承的内圈与第二压盖连接、外圈与转动壳体连接；第一轴承的外侧套有手动输出轴，手动输出轴一端与第二谐波减速器的柔轮连接，另一端与主动锥齿轮连接；

转动壳体开口方向内侧的上下方还分别锥齿轮轴，锥齿轮轴通过第二交叉滚子轴承与转动壳体连接，第二交叉滚子轴承的外圈与转动壳体连接、内圈与锥齿轮轴连接；锥齿轮轴的输入轴与主动锥齿轮连接、输出轴与通用法兰连接。

进一步，如上所述的一种机器人手腕机构，第一转轴通过第二同步齿形带机构外接驱动电机；第二转轴通过第一同步齿形带机构外接驱动电机。

进一步，如上所述的一种机器人手腕机构，所述的机器人手腕机构通过第一压盖和第三压盖与机器人手臂连接，通过通用法兰与末端执行器连接。

进一步，如上所述的一种机器人手腕机构，第一压盖与转轴之间设有第一密封圈；第二压盖与转轴之间设有第二密封圈。

进一步，如上所述的一种机器人手腕机构，第三轴承与第一谐波减速器的波发生器之间设有第二调整环；第一轴承与第二谐波减速器的波发生器之间设有第一调整环。

进一步，如上所述的一种机器人手腕机构，第一同步齿形带机构和第一谐波减速器的波发生器分别通过键周向固定在第二转轴上；第二同步齿形带机构和第二谐波减速器的波发生器分别通过键周向固定在第一转轴上。

进一步，如上所述的一种机器人手腕机构，第一同步齿形带机构与第二转轴之间以及第二同步齿形带机构与第一转轴之间分别设有压紧螺钉和平垫圈。

进一步，如上所述的一种机器人手腕机构，锥齿轮轴与第二交叉滚子轴承之间设有第一调节垫片。

再进一步，如上所述的一种机器人手腕机构，手动输出轴与主动锥齿轮通过螺钉连接，手动输出轴与主动锥齿轮之间设有第二调节垫片。

更进一步，如上所述的一种机器人手腕机构，第一压盖和第二压盖的外侧还分别设有第二压盖。

本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型采用在处于手腕末端的手转输出轴上，安装一个刚性好、精度高、轴向尺寸小的交叉滚子轴承，而不是采用需保持一定距离的轴承组，使得手腕轴向尺寸短，可以应用在几何尺寸要求短的机器设备中。

(2)本实用新型采用在机器人手腕转动、手腕摆动的两轴传动中采用大载荷、高精度的交叉滚子轴承，作为传动承载部件，安装、拆卸方便，体积小，刚性好，旋转精度高，能够承受作用在机构上的力和力矩，使得机构结构紧凑，体积小，适用环境广，试装性好。

(3)本实用新型传动路线清晰，空心锥齿轮轴采用中空轴设计，方便天平数据线、测压管路、传感器信号线等大量线缆、管路的布线，增加了布线可靠性，可满足多种使用需求。

（4）本实用新型的手腕转动、手腕摆动的两个回转轴线正交，符合机器人手腕的运动要求，使得手腕控制容易、集成度高，可有效提高其运动精度。

附图说明

图1为具体实施方式中完成封装后的一种机器人手腕机构的示意图；

图2为具体实施方式中一种机器人手腕机构的剖面结构示意图；

图中：

第一压紧螺钉1、第一平垫圈2、第一同步齿形带机构3、第一密封圈4、第一压盖5、第一谐波减速器6、转动壳体7、第二压盖8、第一交叉滚子轴承9、第二交叉滚子轴承10、锥齿轮轴11、通用法兰12、第一调节垫片13、主动锥齿轮14、第二调节垫片15、手转输出轴16、第三交叉滚子轴承17、第三压盖18、第一轴承19、第一调整环20、第一转轴21、第二同步齿形带机构22、第二压紧螺钉23、第二平垫圈24、键25、第二密封圈26、第二轴承27、键28、第二谐波减速器29、第三轴承30、第二调整环31、键32、第四轴承33、第二转轴34、键35。

具体实施方式

下面结合说明书附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的详细说明。

图1示出了本实用新型具体实施方式中完成封装后的一种机器人手腕机构的示意图，图2示出了本实用新型具体实施方式中一种机器人手腕机构的剖面结构示意图，该机器人手腕机构包括一侧设有开口的转动壳体7，转动壳体7的上方设有手腕摆动机构，转动壳体7的下方设有手腕转动机构；

其中，所述的手腕摆动机构包括第二转轴34，第二转轴34的大直径端（本实施方式中的第二转轴的上部）伸出第一压盖5的压盖孔，伸出部分的第二转轴34上周向固定设有第一同步齿形带机构3；沿第二转轴34的小直径端（本实施方式中的第二转轴的下部）依次设有第三轴承30、第一谐波减速器6和第四轴承33，第一谐波减速器6的波发生器周向固定在第二转轴34上，第一谐波减速器6的刚轮与第一压盖5连接、柔轮与转动壳体7连接；第一谐波减速器6的外侧设有第一交叉滚子轴承9，第一交叉滚子轴承9的内圈与第一压盖5连接、外圈与转动壳体7连接；

所述的手腕转动机构包括第一转轴21，第一转轴21的大直径端伸出第二压盖18的压盖孔，伸出部分的第一转轴21上周向固定设有第二同步齿形带机构22；沿第一转轴21的小直径端依次设有第一轴承19、第二谐波减速器29和第二轴承27，第二谐波减速器29的波发生器周向固定在第一转轴21上，第二谐波减速器29的刚轮与第二压盖18连接；第二谐波减速器29的外侧设有第三交叉滚子轴承17，第三交叉滚子轴承17的内圈与第二压盖18连接、外圈与转动壳体7连接；第一轴承19的外侧套有手动输出轴16，手动输出轴16一端与第二谐波减速器29的柔轮连接，另一端与主动锥齿轮14连接；

转动壳体7开口方向内侧的上下方还分别锥齿轮轴11，锥齿轮轴11通过第二交叉滚子轴承10与转动壳体7连接，第二交叉滚子轴承10的外圈与转动壳体7连接、内圈与锥齿轮轴11连接；锥齿轮轴11的输入轴与主动锥齿轮14连接、输出轴与通用法兰12连接。

在使用该机器人手腕机构时，第一转轴21通过第二同步齿形带机构22外接驱动电机（本实施方式中称为手转驱动电机）；第二转轴34通过第一同步齿形带机构3外接驱动电机（本实施方式中称为手摆驱动电机）。机器人手腕机构通过第一压盖5和第三压盖18与机器人手臂连接，通过通用法兰12与末端执行器（如手）连接。本实用新型应用在工业机器人中时，手腕的自转运动通过手腕转动机构实现，手腕的摆动运动通过手腕摆动机构实现。手腕自转时，手转驱动电机通过第二同步齿形带机构22带动第一转轴21运动，通过第二谐波减速器29减速后，带动主动锥齿轮14以及与其相啮合的锥齿轮轴11转动，带动通用法兰12转动，通用法兰12可接各种末端执行器；手腕摆动时，手摆驱动电机通过第一同步齿形带机构3带动第二转轴34转动，经过第一谐波减速器6减速后带动转动壳体7以及其中的部件实现摆动运动。

本实施方式中，为了提高部件之间的密封性，第一压盖5与第二转轴34之间设有第一密封圈4；第二压盖18与转轴21之间设有第二密封圈26。

第三轴承30与第一谐波减速器6的波发生器之间设有第二调整环31，第一轴承19与第二谐波减速器29的波发生器之间设有第一调整环20。

第一同步齿形带机构3和第一谐波减速器6的波发生器分别通过键周向固定在第二转轴34上；第二同步齿形带机构22和第二谐波减速器29的波发生器分别通过键周向固定在第一转轴21上。第一同步齿形带机构3与第二转轴34之间以及第二同步齿形带机构22与第一转轴21之间分别设有压紧螺钉和平垫圈。具体的，本实施方式中，用键32实现第一谐波减速器6的波发生器在第二转轴34上的周向固定，用键28实现第二谐波减速器29的波发生器在第一转轴21上的周向固定。将第一同步齿形带机构3装入第二转轴34上，用键35实现第一同步齿形带机构3与第二转轴34的周向固定，再用第一压紧螺钉1和第一平垫圈2紧密连接第一同步齿形带结构3和第二转轴34。将第二同步齿形带机构22装入第一转轴21上，用键25实现第二同步齿形带机构22在第一转轴21上的周向固定，再用第二压紧螺钉23、第二平垫圈24紧密连接第二同步齿形带机构22和第一转轴21。

锥齿轮轴11与第二交叉滚子轴承10之间设有第一调节垫片13。手动输出轴16与主动锥齿轮14通过螺钉连接，手动输出轴16与主动锥齿轮14之间设有第二调节垫片15。通过第二调节垫片15使得锥齿轮轴11和主动锥齿轮14正确啮合在一起。通过第一调节垫片13，调节并使得第二交叉滚子轴承10的外圈与转动壳体7正确连接在一起。

此外，本实施方式中，通过螺钉将第一压盖5和第一谐波减速器6的固定刚轮紧密连接在一起，通过螺钉将第三压盖和第二谐波减速器29的固定刚轮紧密连接在一起。用螺钉将第一交叉滚子轴承9的内圈与第一压盖5连接在一起，用螺钉将第二交叉滚子轴承17的内圈与第三压盖18连接在一起。用螺钉将转动壳体7与第一谐波减速器6的柔轮连接在一起，将转动壳体7与第一交叉滚子轴承9的外圈使用螺钉连接，用螺钉将手动输出轴16与第二谐波减速器29的柔轮连接在一起，将转动壳体7与第三交叉滚子轴承17的外圈使用螺钉连接。

第一压盖5和第三压盖18的外侧还分别设有第二压盖8，如图2中所示，第一压盖5和第三压盖18的左侧设有第二压盖8，用螺钉将第二压盖8装在第一压盖5和第三压盖18上。

本实用新型传动路线清晰，空心锥齿轮轴采用中空轴设计，方便测压管路、传感器信号线等大量线缆、管路的布线，增加了布线可靠性，可满足多种使用需求。

本实用新型采用在处于手腕末端的手转输出轴上，安装一个刚性好、精度高、轴向尺寸小的交叉滚子轴承，而不是采用需保持一定距离的轴承组，使得手腕轴向尺寸短，可以应用在几何尺寸要求短的机器设备中。

本实用新型采用在机器人手腕转动、手腕摆动的两轴传动中采用大载荷、高精度的交叉滚子轴环，作为传动承载部件，安装、拆卸方便，体积小，刚性好，精度高，能够承受作用在机构上的力和力矩，使得机构结构紧凑，体积小，适用环境广，试装性好，可满足多种使用需求。

本实用新型可以实现机器人手腕的手转运动和摆动运动，可实现手转角度范围0°～360°，摆动角度范围0°～180°，体积小，刚性好，精度高，可满足焊接等多种使用领域的需求。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域的公知技术。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种机器人手腕机构，包括一侧设有开口的转动壳体（7），其特征在于，转动壳体（7）的上方设有手腕摆动机构，转动壳体（7）的下方设有手腕转动机构；

所述的手腕摆动机构包括第二转轴（34），第二转轴（34）的大直径端伸出第一压盖（5）的压盖孔，伸出部分的第二转轴（34）上周向固定设有第一同步齿形带机构（3）；沿第二转轴（34）的小直径端依次设有第三轴承（30）、第一谐波减速器（6）和第四轴承（33），第一谐波减速器（6）的波发生器周向固定在第二转轴（34）上，第一谐波减速器（6）的刚轮与第一压盖（5）连接、柔轮与转动壳体（7）连接；第一谐波减速器（6）的外侧设有第一交叉滚子轴承（9），第一交叉滚子轴承（9）的内圈与第一压盖（5）连接、外圈与转动壳体（7）连接；

所述的手腕转动机构包括第一转轴（21），第一转轴（21）的大直径端伸出第二压盖（18）的压盖孔，伸出部分的第一转轴（21）上周向固定设有第二同步齿形带机构（22）；沿第一转轴（21）的小直径端依次设有第一轴承（19）、第二谐波减速器（29）和第二轴承（27），第二谐波减速器（29）的波发生器周向固定在第一转轴（21）上，第二谐波减速器（29）的刚轮与第二压盖（18）连接；第二谐波减速器（29）的外侧设有第三交叉滚子轴承（17），第三交叉滚子轴承（17）的内圈与第二压盖（18）连接、外圈与转动壳体（7）连接；第一轴承（19）的外侧套有手动输出轴（16），手动输出轴（16）一端与第二谐波减速器（29）的柔轮连接，另一端与主动锥齿轮（14）连接；

转动壳体（7）开口方向内侧的上下方还分别锥齿轮轴（11），锥齿轮轴（11）通过第二交叉滚子轴承（10）与转动壳体（7）连接，第二交叉滚子轴承（10）的外圈与转动壳体（7）连接、内圈与锥齿轮轴（11）连接；锥齿轮轴（11）的输入轴与主动锥齿轮（14）连接、输出轴与通用法兰（12）连接。

2.如权利要求1所述的一种机器人手腕机构，其特征在于，第一转轴（21）通过第二同步齿形带机构（22）外接驱动电机；第二转轴（34）通过第一同步齿形带机构（3）外接驱动电机。

3.如权利要求1所述的一种机器人手腕机构，其特征在于，所述的机器人手腕机构通过第一压盖（5）和第三压盖（18）与机器人手臂连接，通过通用法兰（12）与末端执行器连接。

4.如权利要求1所述的一种机器人手腕机构，其特征在于，第一压盖（5）与第二转轴（34）之间设有第一密封圈（4）；第二压盖（18）与第一转轴（21）之间设有第二密封圈（26）。

5.如权利要求1所述的一种机器人手腕机构，其特征在于，第三轴承（30）与第一谐波减速器（6）的波发生器之间设有第二调整环（31）；第一轴承（19）与第二谐波减速器（29）的波发生器之间设有第一调整环（20）。

6.如权利要求1所述的一种机器人手腕机构，其特征在于，第一同步齿形带机构（3）和第一谐波减速器（6）的波发生器分别通过键周向固定在第二转轴（34）上；第二同步齿形带机构（22）和第二谐波减速器（29）的波发生器分别通过键周向固定在第一转轴（21）上。

7.如权利要求1或6所述的一种机器人手腕机构，其特征在于，第一同步齿形带机构（3）与第二转轴（34）之间以及第二同步齿形带机构（22）与第一转轴（21）之间分别设有压紧螺钉和平垫圈。

8.如权利要求1所述的一种机器人手腕机构，其特征在于，锥齿轮轴（11）与第二交叉滚子轴承（10）之间设有第一调节垫片（13）。

9.如权利要求1所述的一种机器人手腕机构，其特征在于，手动输出轴（16）与主动锥齿轮（14）通过螺钉连接，手动输出轴（16）与主动锥齿轮（14）之间设有第二调节垫片（15）。

10.如权利要求1所述的一种机器人手腕机构，其特征在于，第一压盖（5）和第二压盖（18）的外侧还分别设有第二压盖（8）。