CN218927865U - 机器人及其手腕结构 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种机器人及其手腕结构，机器人的手腕结构包括：手腕基座和能相对手腕基座转动的手腕转体；输出轴，可转动地设在手腕转体上，输出轴上设有第一齿轮；第二输入轴、第二齿轮机构及辅助齿轮机构，均设在手腕基座上，第二输入轴上设置有第二齿轮，第二齿轮与第二齿轮机构的输入端及辅助齿轮机构的输入端分别啮合，第一齿轮与第二齿轮机构的输出端及辅助齿轮机构的输出端分别啮合。本手腕结构，输出轴与第二输入轴之间的传动采用并联设置的第二齿轮机构与辅助齿轮机构的全齿轮方案，齿面压力小，齿面弹性变形少，使精度和寿命这两个性能指标更优化。

Description

机器人及其手腕结构

技术领域

本申请涉及工业机器人领域，特别涉及一种机器人的手腕结构和一种机器人。

背景技术

工业机器人，如六轴机器人等，其精度和寿命是最重要的两个性能指标。部分工业机器人设置有手腕结构，手腕结构具有用于连接末端部件的输出轴(如六轴机器人的第六轴)，手腕结构的输出轴的驱动可大致分为两种：减速机方案(减速机方案可能还进一步包含少量齿轮或皮带传动)和全齿轮方案。减速机方案是工业机器人行业内最常见的方案，已形成一定的规模化、产业化，但减速机方案存在成本过高、对减速机供应商依赖性过大等问题。全齿轮方案的出现摆脱了对减速机供应商的依赖，但全齿轮方案的设计成熟度亟待提升。

实用新型内容

本申请的一个目的在于提出一种机器人的手腕结构，其输出轴与第二输入轴之间的传动采用并联设置的第二齿轮机构与辅助齿轮机构的全齿轮方案，齿面压力小，齿面弹性变形少，使精度和寿命这两个性能指标更优化。

为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：

本申请一个方面的技术方案提出了一种机器人的手腕结构，包括：手腕基座；手腕转体；第一输入轴和传动机构，均设在所述手腕基座上，所述第一输入轴与所述手腕转体之间传动连接有所述传动机构，所述传动机构用于在所述第一输入轴的驱动下带动所述手腕转体相对所述手腕基座转动；输出轴，可转动地设在所述手腕转体上，所述输出轴上设有第一齿轮；第二输入轴、第二齿轮机构及辅助齿轮机构，均设在所述手腕基座上，所述第二输入轴上设置有第二齿轮，所述第二齿轮与所述第二齿轮机构的输入端及所述辅助齿轮机构的输入端分别啮合，所述第一齿轮与所述第二齿轮机构的输出端及所述辅助齿轮机构的输出端分别啮合。

根据本申请的一些技术方案，所述第二齿轮机构的输入端和所述辅助齿轮机构的输入端对称分布在所述第二齿轮的径向相对两侧，所述第二齿轮的径向两端与所述第二齿轮机构的输入端及所述辅助齿轮机构的输入端一对一地啮合；所述第二齿轮机构的输出端和所述辅助齿轮机构的输出端对称分布在所述第一齿轮的径向相对两侧，所述第一齿轮的径向两端与所述第二齿轮机构的输出端及所述辅助齿轮机构的输出端一对一地啮合。

根据本申请的一些技术方案，所述手腕基座包括第一腔、第二腔及两第三腔，所述第一腔凸设在所述第二腔的一侧，在所述第二腔背朝所述第一腔的一侧凸设有两所述第三腔，两所述第三腔之间具有间距，所述第一腔与两所述第三腔之间的间距之处位置对应，所述手腕转体位于两所述第三腔之间；所述第一输入轴及所述第二输入轴均穿设在所述第一腔内且均一端伸入所述第二腔，所述第二齿轮机构位于所述第二腔及一所述第三腔内，所述辅助齿轮机构位于所述第二腔及另一所述第三腔内，所述第二齿轮机构的输出端和所述辅助齿轮机构的输出端均穿出第三腔并伸入所述手腕转体内与所述第一齿轮啮合。

根据本申请的一些技术方案，所述第二齿轮机构与所述辅助齿轮机构结构相同。

根据本申请的一些技术方案，所述第二齿轮机构和所述辅助齿轮机构均包括：第一级从动齿轮，与所述第二齿轮啮合；第二级驱动齿轮，与所述第一级从动齿轮相连；

第二级从动齿轮，与所述第二级驱动齿轮啮合；第三级驱动齿轮，与所述第二级从动齿轮相连，且与所述第一齿轮啮合；其中，所述第二齿轮、所述第一级从动齿轮均为圆柱齿轮，所述第二级驱动齿轮、所述第二级从动齿轮均为准双曲面齿轮，所述第三级驱动齿轮、第一齿轮均为锥齿轮；其中，所述第一级从动齿轮、第二级驱动齿轮、第二级从动齿轮均分别通过轴承装设在所述手腕基座上，所述第三级驱动齿轮通过轴承装设在所述手腕转体或所述手腕基座上，所述第三级驱动齿轮伸入所述手腕转体内与所述第一齿轮啮合。

根据本申请的一些技术方案，所述传动机构为第一齿轮机构。

根据本申请的一些技术方案，所述第一输入轴和所述第二输入轴中的一者为空心轴，另一者穿设于所述空心轴中。

根据本申请的一些技术方案，所述第一输入轴为所述空心轴，所述空心轴上设置有一第三齿轮；所述传动机构为第一齿轮机构，所述第三齿轮与所述第一齿轮机构的输入端啮合，所述第一齿轮机构的输出端与所述手腕转体固定连接；所述第二输入轴穿设在所述空心轴内，且所述第二输入轴轴向的一端伸出所述空心轴，其中，在所述第二输入轴的伸出端上设置有一所述第二齿轮，所述第二齿轮与所述第三齿轮之间轴向位置相对且两者之间具有间距。

根据本申请的一些技术方案，所述第一齿轮机构设置在所述第二齿轮机构或所述辅助齿轮机构的一侧，其包括：第一级从动轮，与所述第三齿轮啮合；第二级驱动轮，与所述第一级从动轮相连；第二级从动轮，其轴向一端与所述第二级驱动轮啮合，轴向另一端与所述手腕转体固定连接；其中，所述第三齿轮、所述第一级从动轮均为圆柱齿轮，所述第二级驱动轮、所述第二级从动轮均为准双曲面齿轮；其中，所述第一级从动轮、第二级驱动轮均分别通过轴承装设在所述手腕基座上。

根据本申请的一些技术方案，所述第二级从动轮围成一通道，所述第二齿轮机构的输出端或所述辅助齿轮机构的输出端穿过所述通道与所述手腕转体内的所述第一齿轮啮合。

本申请另一方面的技术方案提供了一种机器人，包括：上述任一技术方案中所述的机器人的手腕结构；第一驱动件，与所述第一输入轴相连，用以驱动所述第一输入轴转动；第二驱动件，与所述第二输入轴相连，用以驱动所述第二输入轴转动。

本申请中，第二输入轴与输出轴之间采用全齿轮传动的方案，相比减速机方案而言具有较低的成本以及依赖性，在成本和性能上可具有更大的可优化空间。就本申请第二输入轴与输出轴之间全齿轮传动的方案，设置一第二齿轮机构在第二输入轴与输出轴之间传动的同时，还并联有一辅助齿轮机构在第二输入轴与输出轴之间传动，优化了齿轮布局，使得啮合的齿数增加，这样，各齿轮的齿面压力减小，齿面弹性变形也减小，使得手腕结构寿命延长，且也使得手腕结构具有更高的关节刚性，同等控制能力的情况下，关节的高刚性将会带来高精度，这样，手腕结构的精度也获得提升，实现手腕结构的精度和寿命这两个性能指标的优化。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本申请的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。

图1是本申请实施例的机器人的手腕结构的侧面透视结构示意图。

图2是本申请实施例的机器人的手腕结构的侧面结构示意图。

图3是本申请实施例的机器人的手腕结构的立体透视结构示意图。

图4是图3中所示机器人的手腕结构的剖面结构示意图。

附图标记说明如下：

1000、手腕结构；

100、手腕基座；110、第一腔；120、第二腔；131、第三腔；132、第三腔；

200、手腕转体；

500、第一输入轴；510、第三齿轮；

521、第一级从动轮；522、第二级驱动轮；523、第二级从动轮；

531、轴承；532、轴承；533、轴承；

600、第二输入轴；610、第二齿轮；

620、第二齿轮机构；621、第一级从动齿轮；622、第二级驱动齿轮；623、第二级从动齿轮；624、第三级驱动齿轮；

630、辅助齿轮机构；631、第一级从动齿轮；632、第二级驱动齿轮；633、第二级从动齿轮；634、第三级驱动齿轮；

640、输出轴；641、第一齿轮；642、末端法兰；643、轴承；644、轴承；

651、轴承；

661、轴承；662、轴承；663、轴承；664、轴承；665、轴承；

671、轴承；672、轴承；673、轴承；674、轴承。

具体实施方式

尽管本申请可以容易地表现为不同形式的实施方式，但在附图中示出并且在本说明书中将详细说明的仅仅是其中一些具体实施方式，同时可以理解的是本说明书应视为是本申请原理的示范性说明，而并非旨在将本申请限制到在此所说明的那样。

由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本申请的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本申请的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。

在附图所示的实施方式中，方向的指示(诸如上、下、内、外、左、右、前、后等)用于解释本申请的各种元件的结构和运动不是绝对的而是相对的。当这些元件处于附图所示的位置时，这些说明是合适的。如果这些元件的位置的说明发生改变时，则这些方向的指示也相应地改变。

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些示例实施方式使得本申请的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本申请的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

以下结合本说明书的附图，对本申请的较佳实施方式予以进一步地详尽阐述。

如图1所示，本申请一个方面的实施例提出了一种机器人的手腕结构1000，包括：手腕基座100、手腕转体200、第一输入轴500、传动机构、输出轴640、第二输入轴600、第二齿轮机构620及辅助齿轮机构630。

输出轴640用于与机器人的末端部件连接。第一输入轴500用于驱动手腕转体200相对手腕基座100转动，第二输入轴600用于驱动手腕转体200上的输出轴640转动，如此，相应地实现控制末端部件摆动和旋转。

其中，第一输入轴500和传动机构均设在手腕基座100上，第一输入轴500与手腕转体200之间传动连接有该传动机构，传动机构用于在第一输入轴500的驱动下带动手腕转体200相对手腕基座100转动；输出轴640可转动地设在手腕转体200上，输出轴640上设有第一齿轮641；第二输入轴600、第二齿轮机构620及辅助齿轮机构630均设在手腕基座100上，第二输入轴600上设置有第二齿轮610，第二齿轮610与第二齿轮机构620的输入端及辅助齿轮机构630的输入端分别啮合，第一齿轮641与第二齿轮机构620的输出端及辅助齿轮机构630的输出端分别啮合，使得第二齿轮机构620与辅助齿轮机构630并联地设置在第二输入轴600的第二齿轮610与输出轴640的第一齿轮641之间。

通过此设计，第二输入轴600与输出轴640之间采用并联设置的第二齿轮机构620与辅助齿轮机构630传动，相比减速机方案而言具有较低的成本以及依赖性，使产品在成本和性能上可具有更大的调整空间，且通过并联的两个齿轮机构传动，相比于单侧传动而言，啮合的齿数增加，各齿轮的齿面压力减小，齿面弹性变形也减小，这样，手腕结构1000寿命得以延长，手腕结构1000也更适用于重载的情形，且弹性变形减少使手腕结构1000具有更高的关节刚性，同等控制能力的情况下，关节的高刚性将会带来高精度，这样，手腕结构1000的精度也获得提升，实现手腕结构1000的精度和寿命这两个性能指标的优化。

如图1至图4所示，本具体实施例提供了一种机器人的手腕结构1000。机器人的手腕结构1000可用于机器人，例如用于连接机器人的末端部件，以通过手腕结构1000各个部位之间的相对转动实现使末端部件摆动和/或使末端部件旋转。

结合图1和图2可以理解，以下以轴线Ⅰ、轴线Ⅱ、轴线Ⅲ作为辅助线，结合本具体实施例的结构对机器人的手腕结构1000中各个部位之间的相对转动进行更详细地举例说明。

举例地，如图2所示，手腕结构1000包括一手腕基座100、设置在该手腕基座100上并且可相对手腕基座100绕轴线Ⅱ转动的一手腕转体200、设置在手腕转体200上并且可相对手腕转体200绕轴线Ⅲ转动的一输出轴640。

手腕结构1000可用于机器人。具体如可应用于重载型的工业机器人。更具体如，应用于六轴机器人。具体地，手腕基座100与手腕转体200之间的轴线Ⅱ可作为六轴机器人的第五轴，手腕转体200与输出轴640之间的轴线Ⅲ可作为六轴机器人的第六轴。将输出轴640与末端部件连接，通过输出轴640绕轴线Ⅲ转动而使得末端部件绕轴线Ⅲ旋转，通过手腕转体200绕轴线Ⅱ转动，而使得末端部件绕轴线Ⅱ摆动。

较佳地，轴线Ⅱ与轴线Ⅲ垂直。

进一步举例地，手腕基座100为机器人的主体结构之一，如图1和图2所示，用于为内部的驱动零件(例如第一输入轴500、第二输入轴600、第一齿轮机构、第二齿轮机构620、辅助齿轮机构630等)提供包覆与支撑。

手腕基座100既可以由多个零件及各零件的紧固件与密封件组合拼装而成，也可以为一体式结构。

手腕基座100的轮廓形状不限定，既可以为如图1和图2所示的叉形，在其他实施例中，也可以例如为柱形、方形、矩形等规则形状，或者，也可以为其他不规则形状。

具体地，如图1至图4所示，手腕基座100包括呈圆柱体形状的第一腔110、呈矩形体形状的第二腔120以及两个楔形的第三腔131、132。第一腔110、第二腔120、两第三腔131、132之间是相互连通的，以用于容纳如第一输入轴500、第二输入轴600、第一齿轮机构、第二齿轮机构620、辅助齿轮机构630等驱动零件。第一腔110位于第二腔120沿宽度方向的一侧，并相对于第二腔120凸起设置，两第三腔均位于第二腔120沿宽度方向的另一侧，两第三腔之间沿第二腔120长度方向间距地排列设置，从而形成一个类似于叉子的形状。

较佳地，第一腔110与两第三腔之间的间隔之处位置对应，这样有利于促进手腕结构1000各部位之间相对转动的平稳性以及优化手腕基座100受力。

手腕转体200为机器人的主体结构之一，如图1和图2所示，用于为内部的驱动零件(例如输出轴640、第一齿轮641等)提供包覆与支撑。

手腕转体200既可以由多个零件及各零件的紧固件与密封件组合拼装而成，也可以为一体式结构。

手腕转体200的轮廓形状不限定，既可以为如图1和图2所示的中空的矩形体形状，在其他实施例中，也可以例如为柱形体、半圆形体等。

手腕转体200位于两第三腔131、132之间的间隔位置。较佳地，手腕转体200与各第三腔131、132之间分别设置有一轴承(图中未示出)，这样，手腕转体200两端均与手腕基座100通过轴承转动连接，可使得手腕基座100与手腕转体200之间相对转动更平稳。

结合图1和图2可以理解，输出轴640穿设在手腕转体200内，其远离第二腔120的一端伸出手腕转体200以用于连接末端部件。较佳地，在输出轴640的伸出端设置有一末端法兰642，以方便于输出轴640与末端部件之间组装。

较佳地，输出轴640为大致呈圆柱形的一实心轴。输出轴640通过一轴承644与手腕转体200转动连接。

末端法兰642近似圆盘形状，末端法兰642位于输出轴640伸出端的端部，在末端法兰642上设置有螺纹孔和配合面，以方便末端法兰642与末端部件之间紧固和定位。

如图1所示，机器人的手腕结构1000除了包括上述的手腕基座100、手腕转体200以及输出轴640以外，还包括：第一输入轴500、传动机构、第二输入轴600、第二齿轮机构620、辅助齿轮机构630、若干轴承等。

第一输入轴500和传动机构均设在手腕基座100上，传动机构连接在第一输入轴500与手腕转体200之间，用于在第一输入轴500的驱动下带动手腕转体200绕轴线Ⅱ相对手腕基座100转动。

第一输入轴500是一空心轴，这样可以实现更大的扭矩传输，也可以充分利用空心轴内部的空间来容纳手腕结构1000的其他部件(如第二输入轴600等)，实现更加紧凑的空间布局。

第一输入轴500具体形状不限定，既可以为图4中示出的近似的中空圆筒形状，其他实施例中，也可以为中空方轴、中空半圆轴等。

第一输入轴500穿设在第一腔110内，并可相对手腕基座100绕轴线Ⅰ转动。第一输入轴500沿第一腔110的轴向延伸设置，实现手腕基座100内更加紧凑的空间布局，利于手腕结构1000的小型化。第一输入轴500的轴向一端伸出第一腔110，以方便于第一输入轴500与用于驱动其转动的第一驱动件装配。第一输入轴500的轴向另一端伸入第二腔120内，在第一输入轴500的该轴向另一端连接有一第三齿轮510，以通过第一输入轴500转动驱动第三齿轮510旋转。其中为实现第三齿轮510更平稳地转动，还设置有一轴承531将第三齿轮510与手腕基座100可转动地连接。

传动机构为第一齿轮机构。这样，第一输入轴500与手腕转体200之间也采用齿轮机构进行传动，机器人的手腕结构1000整体采用全齿轮方案，进一步摆脱减速机供应商依赖，使得机器人的手腕结构1000整体在成本和性能上可具有更大的调整空间，且传动机构采用齿轮机构，这样传动机构可以更紧凑地嵌合到第二齿轮机构620或辅助齿轮机构630与手腕基座100之间的空隙当中，实现手腕基座100内更紧凑的空间布局，进一步缩减产品体积。

如图1所示，第一齿轮机构具体包括：一第一级从动轮521、一第二级驱动轮522、一第二级从动轮523。第一级从动轮521与第三齿轮510啮合，第二级驱动轮522与第一级从动轮521相连，第二级从动轮523的轴向一端与第二级驱动轮522啮合，轴向另一端与手腕转体200固定连接。

第一级从动轮521和第三齿轮510均为圆柱齿轮，主要作用是传递驱动力和提供一定的传动比。第三齿轮510大致位于第二腔120长度方向的中部位置，第一级从动轮521位于第三齿轮510的径向一侧并且与第三腔131位置对应，为实现第一级从动轮521更平稳地转动，还设置有一轴承532将第一级从动轮521与手腕基座100可转动地连接。

第二级驱动轮522和第二级从动轮523均为准双曲面齿轮，准双曲面齿轮具有更高的刚度以及传动精度，可进一步提升对手腕转体200的驱动精度，同时，准双曲面齿轮具有较大的传动比，可提供较大的减速比。第二级驱动轮522位于第三腔131内，第二级驱动轮522的背面轴向延伸出一轴体，该轴体远离第二级驱动轮522的一端伸入第二腔120内并且与第一级从动轮521固定连接，而使得第二级驱动轮522和第一级从动轮521能同步转动。为实现第二级驱动轮522更平稳地转动，还设置有一轴承533将第二级驱动轮522与手腕基座100可转动地连接。

第二级从动轮523位于第三腔131内靠近第三腔132的一侧，第二级从动轮523与手腕转体200固定连接，其作用是传递驱动力，即当第二级从动轮523旋转使得手腕转体200相应绕轴线Ⅱ转动。

如图1至图4，第二输入轴600、第二齿轮机构620和辅助齿轮机构630均设置在手腕基座100内，第二齿轮机构620和辅助齿轮机构630并联地设置在第二输入轴600与输出轴640之间，第二齿轮机构620和辅助齿轮机构630均用于在第二输入轴600的驱动下带动输出轴640绕轴线Ⅲ旋转。

在输出轴640位于手腕转体200内的一端上设置有一第一齿轮641，为实现第一齿轮641更平稳地转动，还设置有一轴承643将第一齿轮641与手腕转体200转动连接。

第二输入轴600为轴向具有一定长度的一实心轴，第二输入轴600穿设在第一输入轴500内并可相对于第一输入轴500转动，这样，实现更加紧凑的空间布局，更进一步节省产品体积。为实现第二输入轴600更稳定地转动，第二输入轴600通过一轴承与手腕基座100或第一输入轴500可转动地连接。

较佳地，第二输入轴600与第一输入轴500之间同心分布，而使得第二输入轴600也是绕轴线Ⅰ转动，当然，可以理解的是，第二输入轴600与第一输入轴500之间同心分布属于理想状态，实际上，受装配公差等因素的影响，在实践当中并不一定会表现为第二输入轴600与第一输入轴500之间绝对地同心布置，第二输入轴600与第一输入轴500之间不可避免地会存在平行度、偏心度等偏差，本方案的结构是允许这些偏差情况存在的，不影响第二输入轴600与第一输入轴500之间的相对转动即可。

第二输入轴600具体形状不限定，既可以为图4中示出的近似圆柱体形状，其他实施例中，也可以为中空方轴、中空半圆轴等。

第二输入轴600的轴向一端伸出第一腔110及第一输入轴500，以便于第二输入轴600与用于驱动第二输入轴600转动的第二驱动件装配。第二输入轴600的轴向另一端伸出第一输入轴500并伸入第二腔120内，在第二输入轴600的该轴向另一端设置有一第二齿轮610，为实现该第二齿轮610更平稳地旋转，还设置有一轴承651将第二齿轮610与手腕基座100转动连接。

第二齿轮机构620位于第三腔132内，第二齿轮机构620的输入端伸入第二腔120中且位于第二齿轮610的径向一侧与第二齿轮610啮合，第二齿轮机构620的输出端穿出第三腔132并伸入手腕转体200中与第一齿轮641啮合。

辅助齿轮机构630位于第三腔131内，辅助齿轮机构630的输入端伸入第二腔120中且位于第二齿轮610的径向另一侧与第二齿轮610啮合，辅助齿轮机构630的输出端穿出第三腔131并伸入手腕转体200中与第一齿轮641啮合。

这样，第二齿轮机构620和辅助齿轮机构630并联在第二输入轴600的第二齿轮610与输出轴640的第一齿轮641之间，这样，六轴机器人的第六轴的驱动链采用局部并联的方式，使得齿轮的啮合数量增大，齿面压力减小，从而延长了手腕结构1000甚至六轴机器人的寿命，且提升了手腕结构1000甚至六轴机器人的精度。

较佳地，第二齿轮机构620的输入端和辅助齿轮机构630的输入端对称分布在第二齿轮610的径向相对两侧，第二齿轮610的径向两端与第二齿轮机构620的输入端及辅助齿轮机构630的输入端一对一地啮合。这样可改善第二齿轮610及轴承651的径向受力，减少第二齿轮610及轴承651变形量，进一步延长产品寿命，且进一步改善第六轴控制精度。

较佳地，第二齿轮机构620的输出端和辅助齿轮机构630的输出端对称分布在第一齿轮641的径向相对两侧，第一齿轮641的径向两端与第二齿轮机构620的输出端及辅助齿轮机构630的输出端一对一地啮合。这样可改善第一齿轮641及轴承643的径向受力，减少第一齿轮641及轴承643变形量，进一步延长产品寿命，且进一步改善第六轴控制精度。

较佳地，第二齿轮机构620与辅助齿轮机构630结构相同。这样，第二齿轮机构620的零部件与辅助齿轮机构630的零部件之间的复用程度高，可实现较大程度地降低产品成本，且可以提升产品的组装效率。

进一步可选地，第二齿轮机构620与辅助齿轮机构630结构相同且对称地布置，这样，可使得第一齿轮641与第二齿轮610之间的啮合齿数翻倍，从而使得各齿轮齿面压力减半，对于提升手腕结构1000刚度具有明显效果，极大地优化手腕结构1000的控制精度和寿命这两个性能参数。且通过该设计，实现提升零部件之间复用率的同时，更进一步优化了第一齿轮641及第二齿轮610两侧受力的对称性，从而进一步改善第一齿轮641及第二齿轮610的径向受力，延长产品寿命，且也可以极大减少错装、反装等问题，提升产品良品率和组装效率，同时也使得产品组装流水线可局部“复用”，进而降低组装成本。

具体举例地，如图1、图3和图4所示，第二齿轮机构620包括：一第一级从动齿轮621、一第二级驱动齿轮622、一第二级从动齿轮623、一第三级驱动齿轮624。第一级从动齿轮621作为第二齿轮机构620的输入端与第二齿轮610啮合；第二级驱动齿轮622与第一级从动齿轮621相连；第二级从动齿轮623与第二级驱动齿轮622啮合；第三级驱动齿轮624与第二级从动齿轮623相连，第三级驱动齿轮624作为第二齿轮机构620的输出端与第一齿轮641啮合。

第二齿轮610和第一级从动齿轮621均为圆柱齿轮，它们的主要作用是传递驱动力和提供一定的传动比。第二齿轮610大致位于第二腔120长度方向的中部位置，第二齿轮610与第三齿轮510之间轴向位置对应且具有间距，以避免第二齿轮610与第三齿轮510干涉或摩擦。第一级从动齿轮621位于第二腔120内，为实现第一级从动齿轮621更平稳地转动，还设置有一轴承661将第一级从动齿轮621与手腕基座100可转动地连接。第一级从动齿轮621位于第二齿轮610径向的一侧并且与第二齿轮610啮合。

第二级驱动齿轮622、第二级从动齿轮623均为准双曲面齿轮，准双曲面齿轮具有更高的刚度以及传动精度，可进一步提升对输出轴640的驱动精度，同时，准双曲面齿轮具有较大的传动比，可提供较大的减速比。第二级驱动齿轮622位于第三腔132内，第二级驱动齿轮622的背面轴向延伸出一轴体，该轴体远离第二级驱动齿轮622的一端伸入第二腔120内并且与第一级从动齿轮621固定连接，而使得第二级驱动齿轮622和第一级从动齿轮621能同步转动。为实现第二级驱动齿轮622更平稳地转动，还设置有一轴承662将第二级驱动齿轮622与手腕基座100可转动地连接。

第二级从动齿轮623位于第三腔132内靠近第三腔131的一侧，第二级驱动齿轮622伸至第二级从动齿轮623背朝第三腔131的一侧并与第二级从动齿轮623啮合。为保障第二级驱动齿轮622与第二级从动齿轮623之间的侧隙精度，在第二级从动齿轮623的背面还设置有一轴承663，该轴承663为推力轴承。为实现第二级从动齿轮623更平稳地转动，还设置有一轴承664将第二级从动齿轮623可转动地连接在手腕基座100上。

从第二级从动齿轮623的背面延伸出一轴体，该轴体远离第二级从动齿轮623的一端固定有一第三级驱动齿轮624，通过该轴体使得第二级从动齿轮623与第三级驱动齿轮624能同步转动。其中，该轴体穿出第三腔132并伸入手腕转体200内，而使得第三级驱动齿轮624处于手腕转体200当中，为实现第三级驱动齿轮624更平稳地转动，还设置有一轴承665将第三级驱动齿轮624与手腕转体200可转动地连接。当然，其他实施例中，第三级驱动齿轮624也可以通过轴承转动连接于手腕基座100。

第三级驱动齿轮624、第一齿轮641均为锥齿轮，锥齿轮在实现传动的同时，还可提供一定的减速比。

通过本第二齿轮机构620，实现第二输入轴600与输出轴640之间传动的同时，具备高传动比、高平稳性，同时具有结构简单、布局紧凑性好的优点。

具体举例地，如图1、图3和图4所示，辅助齿轮机构630包括：一第一级从动齿轮631、一第二级驱动齿轮632、一第二级从动齿轮633、一第三级驱动齿轮634。辅助齿轮机构630以第一级从动齿轮631作为输入端与第二齿轮610啮合，以第三级驱动齿轮634作为输出端与第一齿轮641啮合。第二级驱动齿轮632与第一级从动齿轮631相连；第二级从动齿轮633与第二级驱动齿轮632啮合；第三级驱动齿轮634与第二级从动齿轮633相连。

另外，辅助齿轮机构630还设置有一轴承671将第一级从动齿轮631与手腕基座100可转动地连接。还设置有一轴承672将第二级驱动齿轮632与手腕基座100可转动地连接。还设置有一轴承673将第二级从动齿轮633与手腕基座100可转动地连接。轴承673为推力轴承被设置在第二级从动齿轮633的背面。还设置有一轴承674将第三级驱动齿轮634与手腕转体200可转动地连接。当然，其他实施例中，第三级驱动齿轮634也可以通过轴承转动连接于手腕基座100。

其中，辅助齿轮机构630的各个齿轮的结构与第二齿轮机构620中对应的各个齿轮的结构相同，且辅助齿轮机构630的各个齿轮与第二齿轮机构620中对应的各个齿轮之间对称地分布。

不同之处在于，辅助齿轮机构630是位于与第三腔132对称的第三腔131内的。其中，第三腔131内具体容纳有辅助齿轮机构630和第一齿轮机构，第一齿轮机构位于辅助齿轮机构630的侧方，为实现紧凑布局以及两者之间彼此不干涉，对辅助齿轮机构630与第一齿轮机构之间的排布还做了如下设计：

辅助齿轮机构630的第一级从动齿轮631大致位于第一齿轮机构的第一级从动轮521与第二级驱动轮522的轴向间隔处，第一级从动轮521与第二级驱动轮522之间的轴体位于第一级从动齿轮631的径向一侧，这样，第一级从动齿轮631部分嵌插到第一级从动轮521与第二级驱动轮522之间，更充分利用了此处的空间，实现紧凑布局。

第一齿轮机构的第二级从动轮523与辅助齿轮机构630的第二级从动齿轮633大致同心地分布，第二级从动轮523围成一通道，辅助齿轮机构630的第二级从动齿轮633与第三级驱动齿轮634之间的轴体贯穿该通道，而使得第二级从动轮523位于第二级从动齿轮633与第三级驱动齿轮634之间的轴向间隔之处，既不影响第三级驱动齿轮634作为辅助齿轮机构630的输出端伸入手腕转体200内与第一齿轮641啮合，又在保障了第二级从动轮523与第二级驱动轮522之间的传动、第二级从动齿轮633与第二级驱动齿轮632之间的传动各行其道、互不干扰的同时，通过利用第二级从动齿轮633与第三级驱动齿轮634之间的间隔位置容纳第二级从动轮523，实现了产品部件之间的紧凑布局。

进一步地，第一齿轮机构的第二级从动轮523的外径大于辅助齿轮机构630的第二级从动齿轮633的外径，第一齿轮机构的第二级驱动轮522与辅助齿轮机构630的第二级驱动齿轮632之间沿径向形成一定间距。这样，利用与第三腔132对称的第三腔131实现容纳辅助齿轮机构630的同时，进一步容纳第一齿轮机构，实现了第三腔131内的空间极度紧凑性分布，无需额外对第三腔131扩容。

且通过本辅助齿轮机构630，实现本手腕结构1000具有如下复用关系：

第一级从动齿轮631与第一级从动齿轮621是同一个物料号，且空间上二者以第二齿轮610为中心，呈对称分布；

第二级驱动齿轮632与第二级驱动齿轮622是同一个物料号。

第二级从动齿轮633与第二级从动齿轮623是同一个物料号。

第三级驱动齿轮634与第三级驱动齿轮624是同一个物料号，且空间上二者以第一齿轮641为中心，呈对称分布。

该结构齿轮的复用程度高，产品成本更低，且加工组装更简化、也更高效。且也具备了高传动比、高平稳性，同时也具有结构简单、布局紧凑性好的优点。

本具体实施例的机器人的手腕结构1000，第二输入轴600与输出轴640之间通过额外并联一个辅助齿轮机构630，优化了齿轮的布局，使同时啮合的齿数翻倍，进而提高手腕的刚性，优化了手腕结构1000的精度和寿命这两个性能指标，且手腕结构1000可以适应更重的负载。通过辅助齿轮机构630与第二齿轮机构620的对称布局，优化了末级齿轮的支撑轴承的径向受力，进而提高了轴承寿命。辅助齿轮机构630与第二齿轮机构620之间可实现齿轮的复用，最大限度的减少了齿轮种类的增加，缩减了成本。

且本具体实施例的手腕结构1000，采用全齿轮方案，结构紧凑，且摆脱了对减速机供应商的依赖，手腕结构1000在成本和性能上可具有更大的可优化空间。

上述任一实施例中，除轴承663及轴承673以外的轴承具体包括但不限于以下种类：深沟球轴承、角接触深沟球轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承。

上述任一实施例中，所述的推力轴承具体包括但不限于滚子推力轴承。

本申请另一方面的实施例提供了一种机器人，包括：上述任一实施例中的机器人的手腕结构1000；第一驱动件，与第一输入轴500相连，用以驱动第一输入轴500转动；第二驱动件，与第二输入轴600相连，用以驱动第二输入轴600转动。

更详细举例地，机器人为六轴机器人，通过机器人的手腕结构1000提供六轴机器人的第五轴和第六轴。相应地，第一驱动件具体为电机，领域内也可称之为第五轴电机，第一驱动件与第一输入轴500之间可直连，也可以设置有皮带或齿轮等传动结构；第二驱动件具体为电机，领域内也可称之为第六轴电机，第二驱动件与第二输入轴600之间可直连，也可以设置有皮带或齿轮等传动结构。

六轴机器人的驱动关系如下：

第五轴(如轴线Ⅱ)：驱动力由第五轴电机产生，驱动力经皮带或齿轮传入第一输入轴500，经固结关系传递至第三齿轮510，经啮合关系传递至第一级从动轮521，经固结关系传递至第二级驱动轮522，经啮合关系传递至第二级从动轮523，经固结关系传递至手腕转体200，完成第五轴的旋转驱动。

第六轴(如轴线Ⅲ)：驱动力由第六轴电机产生，驱动力经皮带或齿轮传入第二输入轴600，经固结关系传递至第二齿轮610；然后开始分为两条驱动链：第一条驱动链(沿第二齿轮机构620)－经啮合关系传递至第一级从动齿轮621，经固结关系传递至第二级驱动齿轮622，经啮合关系传递至第二级从动齿轮623，经固结关系传递至第三级驱动齿轮624，经啮合关系传递至第一齿轮641；第二条驱动链(沿辅助齿轮机构630)－经啮合关系传递至第一级从动齿轮631，经固结关系传递至第二级驱动齿轮632，经啮合关系传递至第二级从动齿轮633，经固结关系传递至第三级驱动齿轮634，经啮合关系传递至第一齿轮641；至此两条驱动链汇合，然后经固结关系传递输出轴640，经固结关系传递至末端法兰642。

其中，第六轴的齿轮驱动链采用了局部并联的方式，使得齿轮的啮合区域翻倍，压力减半。其中，两条相互并联的第六轴的齿轮驱动链采用了大量的零件复用，从而节省成本。且两条相互并联的第六轴的齿轮驱动链采用了对称的空间布局，从而改善了轴承和结构件的径向受力，进而提升了手腕结构1000的刚性、寿命以及负载能力。第五轴和第六轴的驱动链的布局，于第一输入轴500与第二输入轴600处通过耦合和中空穿插的方式更好地保证了产品空间尺寸的紧凑性。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本申请，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本申请能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种机器人的手腕结构，其特征在于，包括：

手腕基座；

手腕转体；

第一输入轴和传动机构，均设在所述手腕基座上，所述第一输入轴与所述手腕转体之间传动连接有所述传动机构，所述传动机构用于在所述第一输入轴的驱动下带动所述手腕转体相对所述手腕基座转动；

输出轴，可转动地设在所述手腕转体上，所述输出轴上设有第一齿轮；

第二输入轴、第二齿轮机构及辅助齿轮机构，均设在所述手腕基座上，所述第二输入轴上设置有第二齿轮，所述第二齿轮与所述第二齿轮机构的输入端及所述辅助齿轮机构的输入端分别啮合，所述第一齿轮与所述第二齿轮机构的输出端及所述辅助齿轮机构的输出端分别啮合。

2.根据权利要求1所述的机器人的手腕结构，其特征在于，

所述第二齿轮机构的输入端和所述辅助齿轮机构的输入端对称分布在所述第二齿轮的径向相对两侧，所述第二齿轮的径向两端与所述第二齿轮机构的输入端及所述辅助齿轮机构的输入端一对一地啮合；

所述第二齿轮机构的输出端和所述辅助齿轮机构的输出端对称分布在所述第一齿轮的径向相对两侧，所述第一齿轮的径向两端与所述第二齿轮机构的输出端及所述辅助齿轮机构的输出端一对一地啮合。

3.根据权利要求2所述的机器人的手腕结构，其特征在于，

所述手腕基座包括第一腔、第二腔及两第三腔，所述第一腔凸设在所述第二腔的一侧，在所述第二腔背朝所述第一腔的一侧凸设有两所述第三腔，两所述第三腔之间具有间距，所述第一腔与两所述第三腔之间的间距之处位置对应，所述手腕转体位于两所述第三腔之间；

所述第一输入轴及所述第二输入轴均穿设在所述第一腔内且均一端伸入所述第二腔，所述第二齿轮机构位于所述第二腔及一所述第三腔内，所述辅助齿轮机构位于所述第二腔及另一所述第三腔内，所述第二齿轮机构的输出端和所述辅助齿轮机构的输出端均穿出所述第三腔并伸入所述手腕转体内与所述第一齿轮啮合。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人的手腕结构，其特征在于，

所述第二齿轮机构与所述辅助齿轮机构结构相同。

5.根据权利要求4所述的机器人的手腕结构，其特征在于，所述第二齿轮机构和所述辅助齿轮机构均包括：

第一级从动齿轮，与所述第二齿轮啮合；

第二级驱动齿轮，与所述第一级从动齿轮相连；

第二级从动齿轮，与所述第二级驱动齿轮啮合；

第三级驱动齿轮，与所述第二级从动齿轮相连，且与所述第一齿轮啮合；

其中，所述第二齿轮、所述第一级从动齿轮均为圆柱齿轮，所述第二级驱动齿轮、所述第二级从动齿轮均为准双曲面齿轮，所述第三级驱动齿轮、第一齿轮均为锥齿轮；

其中，所述第一级从动齿轮、第二级驱动齿轮、第二级从动齿轮均分别通过轴承装设在所述手腕基座上，所述第三级驱动齿轮通过轴承装设在所述手腕转体或所述手腕基座上，所述第三级驱动齿轮伸入所述手腕转体内与所述第一齿轮啮合。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人的手腕结构，其特征在于，

所述传动机构为第一齿轮机构。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的机器人的手腕结构，其特征在于，

所述第一输入轴和所述第二输入轴中的一者为空心轴，另一者穿设于所述空心轴中。

8.根据权利要求7所述的机器人的手腕结构，其特征在于，

所述第一输入轴为所述空心轴，所述空心轴上设置有一第三齿轮；

所述传动机构为第一齿轮机构，所述第三齿轮与所述第一齿轮机构的输入端啮合，所述第一齿轮机构的输出端与所述手腕转体固定连接；

所述第二输入轴穿设在所述空心轴内，且所述第二输入轴轴向的一端伸出所述空心轴，其中，在所述第二输入轴的伸出端上设置有一所述第二齿轮，所述第二齿轮与所述第三齿轮之间轴向位置相对且两者之间具有间距。

9.根据权利要求8所述的机器人的手腕结构，其特征在于，所述第一齿轮机构设置在所述第二齿轮机构或所述辅助齿轮机构的一侧，其包括：

第一级从动轮，与所述第三齿轮啮合；

第二级驱动轮，与所述第一级从动轮相连；

第二级从动轮，其轴向一端与所述第二级驱动轮啮合，轴向另一端与所述手腕转体固定连接；

其中，所述第三齿轮、所述第一级从动轮均为圆柱齿轮，所述第二级驱动轮、所述第二级从动轮均为准双曲面齿轮；

其中，所述第一级从动轮、第二级驱动轮均分别通过轴承装设在所述手腕基座上。

10.根据权利要求9所述的机器人的手腕结构，其特征在于，

所述第二级从动轮围成一通道，所述第二齿轮机构的输出端或所述辅助齿轮机构的输出端穿过所述通道与所述手腕转体内的所述第一齿轮啮合。

11.一种机器人，其特征在于，包括：

如权利要求1至10中任一项所述的机器人的手腕结构；

第一驱动件，与所述第一输入轴相连，用以驱动所述第一输入轴转动；

第二驱动件，与所述第二输入轴相连，用以驱动所述第二输入轴转动。

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