一种工业机器人手腕传动结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种工业机器人手腕传动结构，包括驱动装置和手腕传动结构；第四关节传动采用了第四关节伺服电机通过第四关节动力输入齿轮和RV减速器的中心齿轮啮合传动，减速器输出轴直接驱动第四关节转臂，第六关节动力输入轴套在第五关节动力输入轴内，第五关节输入轴设入RV减速器中空结构内，第五关节传动和第六关节传动采用伺服电机加谐波减速器驱动并将电机和减速器后置在小臂位置。该方案省去了第四关节输入轴和轴的固定支撑结构，优化了传动空间简化了结构；将减速装置和驱动装置后置，减小了手腕端的尺寸和重量，降低了电机负荷，提高了效率。可用于一般工业机器人特别是关节型工业机器人。
【专利说明】一种工业机器人手腕传动结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种工业机器人手腕传动结构，特别指一种关节机器人的手腕传动结构，属于机器人【技术领域】。
【背景技术】
[0002]机器人的手腕部件是用来连接机器人手臂和末端执行器的，处于机器人操作机的最后端，与人体的手腕作用相似，来调节或改变末端的姿态，以使机器人末端执行器满足具体的动作要求，因而手腕应具有独立的自由度。本次课题要求手腕具有独立自转的功能，可使手部灵活实现在空间的任意姿态以实现工业机器人在工作范围内的各种姿态的要求。
[0003]如图1所示，目前市面上的工业机器人手腕一般传动结构为第四轴驱动电机78通过第四谐波减速器77带动第四转臂76摆动，第五轴驱动电机74连接第五主动同步带轮73，第五主动同步带轮通过第五同步带72连接第五从动同步带轮71，第五从动同步带轮与第五谐波减速器70连接驱动关节旋转；第六轴驱动电机75连接第六主动同步带轮79，第六主动同步带轮通过第六同步带80连接第六从动同步带轮81，第六从动同步带轮与一对换向锥齿轮相连实现换向，最后由第六谐波减速器68减速输出。该传动方案的特点是传动路线清晰，运动精度好；不足之处在于，第五轴驱动电机74和第六轴驱动电机75在手腕部分造成手腕部分重量大对四轴电机和底座电机负载大，而且手腕部分采用了两个谐波减速器减速，减速器体积大重量大造成手腕部分的臃肿，增加手腕负荷。
【发明内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是通过优化改进提供一种结构紧凑简单，重量小，体积小，传动准确的工业机器人手腕传动结构。
[0005]本实用新型为实现上述目的，采用的技术解决方案是:
[0006]一种工业机器人手腕传动结构，包括腕关节驱动装置和腕部结构，其特征在于:所述腕关节驱动装置包括第四关节伺服电机、第五关节伺服电机、第六关节伺服电机；所述腕部结构包括RV减速器、一号谐波减速器、二号谐波减速器、第四关节动力输入齿轮、第五关节动力输入轴、第六关节动力输入轴、第四关节转臂、第五关节旋转臂和输出法兰；
[0007]第四关节伺服电机固定在小臂机壳内且输出轴与第四关节动力输入齿轮相连，第四关节动力输入齿轮与RV减速器中心齿轮啮合，RV减速器输出轴与第四关节转臂相连；
[0008]第五关节伺服电机连接一号谐波减速器并固定在小臂机壳内，减速器输出轴上安装第五关节主动齿轮，第五关节主动齿轮与第五关节从动齿轮相啮合，第五关节从动齿轮固定在第五关节动力输入轴上，第五关节动力输入轴套在RV减速器内并延伸到手腕结构内部，输出端连接第五关节主动锥齿轮；第五关节主动锥齿轮与第五关节从动锥齿轮轴齿轮端相啮合，第五关节从动锥齿轮轴另一端连接第五关节主动同步带轮，第五关节主动同步带轮通过第五关节同步带与第五关节从动同步带轮相连；第五关节从动同步带轮与第五关节从动轴相连，第五关节从动轴通过轴套固定在第五关节旋转臂中带动转筒转动；
[0009]第六关节伺服电机连接二号谐波减速器并固定在小臂机壳内，输出轴固定在第六关节动力输入轴内，第六关节动力输入轴套在第五关节动力输入轴内并伸到手腕结构内部，末端连接第六关节一号主动锥齿轮；第六关节一号主动锥齿轮与第六关节一号从动锥齿轮轴齿轮端啮合，第六关节一号从动锥齿轮轴输出端与第六关节主动同步带轮相连，第六关节主动同步带轮通过第六关节同步带与第六关节从动同步带轮相连；第六关节从动同步带轮固定在第六关节二号主动锥齿轮轴轴端，第六关节二号主动锥齿轮轴齿轮端与第六关节二号从动锥齿轮轴齿轮端相啮合；第六关节二号从动锥齿轮轴轴端通过法兰盘输出。
[0010]进一步，如上所述的工业机器人手腕传动结构，所述RV减速器采用中空结构，齿轮端输入轴端输出；RV减速器外壳通过二号螺栓紧固在小臂机壳中，输出轴通过一号螺栓紧固在第四关节转臂中。
[0011]进一步，如上所述的一种工业机器人手腕传动结构，所述第五关节动力输入轴通过五号深沟球轴承、七号角接触球轴承和八号角接触球轴承支撑在RV减速器中空内部，第五关节动力输入轴输入端由五号深沟球轴承支撑，五号深沟球轴承设在RV减速器和第五关节从动齿轮之间并固定在小臂机壳内，第五关节动力输入轴输出端由七号角接触球轴承和八号角接触球轴承支撑。
[0012]进一步，如上所述的一种工业机器人手腕传动结构，所述第五关节从动锥齿轮轴周向固定从齿轮端到轴端依次为六号角接触球轴承，四号套筒，五号角接触球轴承，二号圆螺母，三号轴承衬套中和第五二号轴承盖固定，且三号轴承衬套中和第五二号轴承盖通过螺钉固定在第五关节机壳内三号轴承衬套与机壳中间设有调整垫片，第五二号轴承盖内设置密封圈。
[0013]进一步，如上所述的一种工业机器人手腕传动结构，所述第五关节从动轴周向固定部件由内到外依次为一号轴端挡圈，四号角接触球轴承，轴套，三号套筒，三号角接触球轴承，其中三号角接触球轴承外圈固定在一号固定套筒内圈，一号固定套筒外圈与第五关节旋转臂转筒之间设有一号深沟球轴承，四号角接触球轴承外圈固定在第五关节旋转臂转筒内，轴套通过带肩螺钉与第五关节旋转臂转筒相连。
[0014]进一步，如上所述的一种工业机器人手腕传动结构，所述第六关节动力输入轴通过电机端四号深沟球轴承和输出端二号深沟球轴承支撑在第五关节动力输入轴中，四号深沟球轴承固定在轴承座中，二号深沟球轴承固定在手腕机壳轴承内槽里。
[0015]进一步，如上所述的一种工业机器人手腕传动结构，所述第六关节一号从动锥齿轮轴由齿轮端到轴端依次由九号角接触球轴承，五号套筒，十号角接触球轴承，三号圆螺母，四号轴承衬套和第六一号轴承端盖固定，且四号轴承衬套和第六一号轴承端盖通过带肩螺钉固定在手腕机壳内且轴套与机壳中间设有三号调整垫片。
[0016]进一步，如上所述的一种工业机器人手腕传动结构，所述第六关节二号主动锥齿轮轴由轴端到齿轮端周向依次由一号圆螺母，十二号角接触球轴承，一号套筒，十一号角接触球轴承，一号轴承衬套中和第六二号轴承盖固定在二号固定套筒内，且第六二号轴承盖和一号轴承衬套通过螺钉固定在二号固定套筒中，一号轴承衬套与二号固定套筒之间设有调整垫片，二号固定套筒和第五关节旋转臂转筒之间设有三号深沟球轴承。
[0017]进一步，如上所述的一种工业机器人手腕传动结构，所述第六关节二号从动锥齿轮轴由齿轮端到轴端周向依次由一号角接触球轴承，二号套筒，二号角接触球轴承，第一端盖，二号轴承衬套固定，且第一端盖和二号轴承衬套通过带肩螺钉固定在第五关节旋转臂转筒上，第一端盖与二号轴承衬套中间设有二号调整垫片，二号轴承衬套与第五关节旋转臂转筒中间设有一号调整垫片，第一端盖内设有密封圈。
[0018]本实用新型有益效果在于:本结构提供了一种工业机器人手腕的传动结构方案，第四关节传动只采用了第四关节伺服电机通过第四关节动力输入齿轮和RV减速器的中心齿轮啮合传动的，RV减速器输出轴可直接与第四关节转臂相连驱动转臂摆动，该方案省去了第四关节动力输入轴和第四关节动力输入轴固定支撑结构；所采用的RV减速器是中空结构中间可穿过第五关节动力输入轴，而第六关节动力输入轴又套在第五关节动力输入轴内，该方案节省了传动空间简化了传动结构；第五关节传动和第六关节传动采用伺服电机加谐波减速器驱动并将电机和减速器后置在小臂位置，本方案将减速装置和驱动装置后置，减小了手腕端的尺寸和重量，降低了电机负荷，提高了效率。该方案整体上优化了结构，解决了末端重量大体积大的问题，提高了传动效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是目前市面上的工业机器人手腕一般传动结构图。
[0020]图2是本实用新型的工业机器人手腕传动结构剖面示意图。
[0021]图中各标号表示如下:1.第六关节从动同步带轮；2.—号圆螺母；3.—号套筒；4.一号轴承衬套；5.二号轴承衬套；6.二号套筒；7.第一端盖；8.第六关节二号从动锥齿轮轴；9.一号角接触球轴承；10.输出法兰盘；11.二号角接触球轴承；12.—号调整垫片；13.二号调整垫片；14.第五关节旋转臂；15.—号轴端挡圈；16.带肩螺钉；17.三号套筒；18.三号角接触球轴承；19.第五关节从动同步带轮；20.第五关节从动轴；21.—号固定套筒；22.轴套；23.四号角接触球轴承；24.—号深沟球轴承；25.第五关节同步带；26.第六关节一号主动锥齿轮；27.第五关节主动同步带轮；28.二号圆螺母；29.五号角接触球轴承；30.四号套筒；31.六号角接触球轴承；32.三号轴承衬套；33.七号角接触球轴承；34.八号角接触球轴承；35.第五关节从动锥齿轮轴；36.第五关节主动锥齿轮；37.九号角接触球轴承；38.二号深沟球轴承；39.五号套筒；40.三号调整垫片；41.四号轴承衬套；42.十号角接触球轴承；43.第六关节主动同步带轮；44.第六关节一号从动锥齿轮轴；45.三号圆螺母；46.三号深沟球轴承；47.第六关节同步带；48.十一号角接触球轴承；49.十二号角接触球轴承；50.第六关节二号主动锥齿轮轴；51.第五关节动力输入轴；52.第六关节动力输入轴；53.—号螺栓；54.二号螺栓；55.小臂机壳；56.第四关节动力输入齿轮；57.第五关节从动齿轮；58.轴承座；59.第四关节伺服电机；60.第六关节减速伺服电机；61.第五关节减速伺服电机；62.—号谐波减速器；63.第五关节主动齿轮；64.二号谐波减速器；65.RV减速器；66.第四关节转臂；67.第六主动锥齿轮；68.第六谐波减速器；69.第六从动锥齿轮；70.第五谐波减速器；71.第五从动同步带轮；72.第五同步带；73.第五主动同步带轮；74.第五轴驱动电机；75.第六轴驱动电机；76.第四转臂；77.第四谐波减速器；78.第四轴驱动电机；79.第六主动同步带轮；80.第六同步带；81.第六从动同步带轮。
【具体实施方式】
[0022]参看图2所示
[0023]第四关节传动路线:
[0024]第四关伺服电机59固定在小臂机壳55内输出轴与第四关节动力输入齿轮56相连，第四关节动力输入齿轮56与RV减速器65的中心齿轮啮合输入动力，RV减速器65外壳通过二号螺栓54固定在小臂机壳55上，RV减速器65输出轴通过一号螺栓53与第四关节转臂66相连从而带动第四关节转臂旋转；
[0025]第五关节传动路线:
[0026]第五关节伺服电机61与一号谐波减速器62相连并固定在小臂机壳内输出轴上安装第五关节主动齿轮63，第五关节主动齿轮63与第五关节从动齿轮57相啮合实现二级减速，第五关节从动齿轮57固定在第五关节动力输入轴51 —端输入电机动力，第五关节动力输入轴51电机端由五号深沟球轴承另一端由七号角接触球轴承33和八号角接触球轴承34支撑在RV减速器65中空结构内，且五号深沟球轴承设在RV减速器五关节从动齿轮之间固定在小臂机壳内，七号角接触球轴承和八号角接触球轴承通过套筒和第五一号轴承盖固定；第五关节动力输入轴51另一端伸到手腕内部并与第五关节主动锥齿轮36相连，第五关节主动锥齿轮36与第五关节从动锥齿轮轴35的锥齿轮相啮合实现换向，第五关节从动锥齿轮轴35的另一端通过平键连接第五关节主动同步带轮27 ;第五关节从动锥齿轮轴35周向固定由齿轮端到带轮端依次由六号角接触球轴承31，四号套筒30，五号角接触球轴承29，二号圆螺母28，三号轴承衬套32和第五二号轴承盖固定，且三号轴承衬套和第五二号轴承盖通过带肩螺钉固定在第五关节机壳内，轴承盖与机壳中间设有调整垫片，第五二号轴承盖内设置密封圈；第五关节主动同步带轮27通过第五关节同步带25带动第五关节从动同步带轮19转动；第五关节从动同步带轮19通过平键和轴端挡圈固定在第五关节从动轴20上，第五关节从动轴20周向固定部件由内到外依次为一号轴端挡圈15，四号角接触球轴承23，轴套22，三号套筒17，三号角接触球轴承18和第五三号轴承盖，其中三号角接触球轴承外圈固定在一号固定套筒内圈，一号固定套筒外圈与第五关节旋转臂转筒之间设有一号深沟球轴承，四号角接触球轴承外圈固定在第五关节旋转臂14转筒内，轴套通过带肩螺钉16和平键与第五关节旋转臂转筒相连带动转壳绕第五关节从动轴轴心旋转，三号角接触球轴承18内圈固定在第五关节从动轴20上，外圈固定在一号固定套筒21内圈上，一号固定套筒21和第五关节旋转臂14转筒之间安装一号深沟球轴承24 ;第五关节从动轴20通过轴套22与第五关节旋转臂14相连带动第五关节旋转臂的转筒旋转。
[0027]第六关节传动路线:
[0028]第六关节伺服电机60连接二号谐波减速器64并固定在小臂机壳55内，电机输出轴固定在第六关节动力输入轴52内输入电机动力，第六关节动力输入轴52通过电机端四号深沟球轴承和输出端二号深沟球轴承38支撑在第五关节动力输入轴51中，其中四号深沟球轴承由轴承座58支撑二号深沟球轴承固定在手腕部机壳轴承内槽里；第六关节动力输入轴52伸到手腕结构内部，其输出端连接第六关节一号主动锥齿轮26;第六关节一号主动锥齿轮26与第六关节一号从动锥齿轮轴44齿轮端啮合实现转向，第六关节一号从动锥齿轮轴44由齿轮端到轴端依次由九号角接触球轴承37，五号套筒39，十号角接触球轴承42，三号圆螺母45，四号轴承衬套41和第六一号轴承端盖固定，且四号轴承衬套和第六一号轴承端盖通过带肩螺钉固定在手腕机壳内，轴套与机壳中间设有三号调整垫片40 ;第六关节一号从动锥齿轮轴44输出端通过平键和轴端挡圈与第六关节主动同步带轮43相连进行传动，第六关节主动同步带轮43通过第六关节同步带47与第六关节从动同步带轮I相连；第六关节从动同步带轮I通过平键和轴端挡圈固定在第六关节二号主动锥齿轮齿轴50上并输入动力，第六关节二号主动锥齿轮轴由轴端到齿轮端周向固定部件依次由一号圆螺母2，十二号角接触球轴承49，一号套筒3，十一号角接触球轴承48，一号轴承衬套4和第六二号轴承盖固定，第六二号轴承盖和一号轴承衬套通过螺钉固定在二号固定套筒中，一号轴承衬套与二号固定套筒之间设有调整垫片；二号固定套筒与第五关节旋转臂转筒之间设有三号深沟球轴承46则第五关节旋转臂可以以第五关节从动轴20和第六关节二号主动锥齿轮轴50的中心线为中心旋转；第六关节二号主动锥齿轮轴齿轮与第六关节二号从动锥齿轮轴8齿轮相啮合进行换向，第六关节二号从动锥齿轮轴由齿轮端到轴端周向依次由一号角接触球轴承9，二号套筒6，二号角接触球轴承11，第一端盖7，二号轴承衬套5固定，二号轴承衬套和第一端盖通过带肩螺钉固定在第五关节旋转臂转筒上，且第一端盖与二号轴承衬套中间设有二号调整垫片13，二号轴承衬套与转壳中间设有一号调整垫片12，第一端盖内设有密封圈；第六关节二号从动锥齿轮轴8最后通过输出法兰盘10输出，法兰盘通过轴端挡圈固定在轴上。
【权利要求】
1.一种工业机器人手腕传动结构，包括腕关节驱动装置和腕部传动结构，其特征在于:所述腕关节驱动装置包括第四关节伺服电机、第五关节伺服电机、第六关节伺服电机；所述腕部结构包括RV减速器、一号谐波减速器、二号谐波减速器、第四关节动力输入齿轮、第五关节动力输入轴、第六关节动力输入轴、第四关节转臂和第五关节旋转臂和输出法兰； 第四关节伺服电机固定在小臂机壳内输出轴与第四关节动力输入齿轮相连，第四关节动力输入齿轮与RV减速器中心齿轮啮合，RV减速器输出轴与第四关节转臂相连； 第五关节伺服电机连接一号谐波减速器并固定在小臂机壳内，减速器输出轴上安装第五关节主动齿轮，第五关节主动齿轮与第五关节从动齿轮相啮合，第五关节从动齿轮固定在第五关节动力输入轴上，第五关节动力输入轴套在RV减速器内并延伸到手腕结构内部末端连接第五关节主动锥齿轮；第五关节主动锥齿轮与第五关节从动锥齿轮轴齿轮端相啮合，第五关节从动锥齿轮轴另一端连接第五关节主动同步带轮，第五关节主动同步带轮通过第五关节同步带与第五关节从动同步带轮相连；第五关节从动同步带轮与第五关节从动轴相连，第五关节从动轴通过轴套固定在第五关节旋转臂中带动转壳转动； 第六关节伺服电机连接二号谐波减速器并固定在小臂机壳内，输出轴固定在第六关节动力输入轴内，第六关节动力输入轴套在第五关节动力输入轴内并延伸到手腕结构内部，第六关节动力输入轴末端连接第六关节一号主动锥齿轮；第六关节一号主动锥齿轮与第六关节一号从动锥齿轮轴齿轮端啮合，第六关节一号从动锥齿轮轴输出端与第六关节主动同步带轮相连，第六关节主动同步带轮通过第六关节同步带与第六关节从动同步带轮相连；第六关节从动同步带轮固定在第六关节二号主动锥齿轮轴轴端，第六关节二号主动锥齿轮轴齿轮端与第六关节二号从动锥齿轮轴齿轮端相啮合；第六关节二号从动锥齿轮轴轴端通过法兰盘输出。
2.根据权利要求1所述的一种工业机器人手腕传动结构，其特征在于:所述RV减速器采用中空结构，齿轮端输入轴端输出；RV减速器外壳通过二号螺栓紧固在小臂机壳中，输出轴通过一号螺栓紧固在第四关节转臂中。
3.根据权利要求1所述的一种工业机器人手腕传动结构，其特征在于:所述第五关节动力输入轴通过五号深沟球轴承、七号角接触球轴承和八号角接触球轴承支撑在RV减速器中空内部，第五关节动力输入轴输入端由五号深沟球轴承支撑，五号深沟球轴承设在RV减速器和第五关节从动齿轮之间并固定在小臂机壳内，第五关节动力输入轴输出端由七号角接触球轴承和八号角接触球轴承支撑。
4.根据权利要求1所述的一种工业机器人手腕传动结构，其特征在于:所述第五关节从动轴周向固定部件由内到外依次为一号轴端挡圈，四号角接触球轴承，轴套，三号套筒，三号角接触球轴承，其中三号角接触球轴承外圈固定在一号固定套筒内圈，一号固定套筒外圈与第五关节旋转臂转筒之间设有一号深沟球轴承，四号角接触球轴承外圈固定在第五关节旋转臂转筒内，轴套通过带肩螺钉与第五关节旋转臂转筒相连。
5.根据权利要求1所述的一种工业机器人手腕传动结构，其特征在于:所述第六关节二号主动锥齿轮轴由轴端到齿轮端周向依次由一号圆螺母，十二号角接触球轴承，一号套筒，十一号角接触球轴承，一号轴承衬套中和第六二号轴承盖固定在二号固定套筒内，且第六二号轴承盖和一号轴承衬套通过螺钉固定在二号固定套筒中，一号轴承衬套与二号固定套筒之间设有调整垫片，二号固定套筒和第五关节旋转臂转筒之间设有三号深沟球轴承。
【文档编号】B25J17/02GK204248906SQ201420716397
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】韩以伦, 姬光青, 邱鹏程, 丁道山, 李梅, 朱倩, 陈佩, 王言之 申请人:山东科技大学