一种三自由度腕式关节机器人的制作方法

本发明涉及一种机器人，具体涉及一种三自由度腕式关节机器人，是基于两个旋转关节和一个翻转关节组成的三自由度机器人，其形态功能类似于人体腕部关节。可用于工业和医疗场景，属于机器人技术领域。

背景技术：

现有的主流通用型工业机器人为关节机器人和直角坐标机器人。关节机器人大多有采用串联结构的三个以上的自由度，但这种结构对于大范围远行程重负载跨工站的智能生产线无法适应。而直角坐标机器人虽然能够满足前面所述的功能，但他的末端灵活性和定位精度无法满足智能工厂的需要。因此为了解决现实中的矛盾，设计了具备关节机器人优势一种三自由度腕式关节机器人，用于单独使用或集成到直角坐标机器人上使用。中国专利文献201310746524.0中虽提到了一种姿态腕，但没有定义实际受限的关节的运动角度，给落地应用带来一些不便，该文献中的机器人设计负载6kg，不适合重负载(50-1200kg)。

鉴于现有技术上的缺陷和实际应用的需求，特设计了具备关节机器人优势和可集成为桁架混联机器人的一种三自由度腕式关节机器人。

技术实现要素：

本发明的目的是为解决直角坐标机器人的技术不足，为复合机器人或自动化装配生产线提供一种三自由度腕式关节机器人。所述的一种三自由度腕式关节机器人，是基于两个旋转关节和一个翻转关节组成，其形态功能类似于人体腕部关节。可独立使用或集成到直角坐标机器人上使用。

本发明解决其技术问题的技术方案是：

一种三自由度腕式关节机器人，其包括两个旋转关节和一个翻转关节。其中abc旋转关节安装于直角坐标关节z轴末端或工作台面的基座上，a轴为旋转轴，活动角度为0-360°，b轴为翘曲轴，活动角度为0-180°，c轴为姿态轴，活动角度为0-720°。三轴均为伺服电机、精密机器人专用减速机、轴本体和附件构成，整机运行稳定高效，最高重复定位精度可达+/-0.1mm,基本可满足各行业的搬运抓取装备工作和集成使用。

所述的abc三个旋转关节有较高的自由度，其运动灵活，适合各种轨迹或角度的工作，所述a轴连接于直角坐标机器人z轴末端或安装于基座上，其路径绕着z轴或基座0-360°旋转，无任何死点，b轴与a轴末端连接，其路径可垂直a轴轴线翻旋0-180°，而c轴与b轴连接，其路径绕b轴轴线可0-360°多点旋转，由此abc三轴配合可联动可独立运动，使其运动范围更加多角度化，此三轴均为精密性的机器人专用减速机配合高转速的伺服电机传动，特别适用于各种长行程高精密的金属加工搬运或是自动化工站间的抓取动作。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

一种三自由度腕式关节机器人，设计负载300kg，改进后最大负载可达1200千克，重复定位精度最高可达+/-0.1mm，是一种易于集成和附着在其他设备上的三自由度关节机器人，其结构简单，占用空间小，制造成本低，易于集成，可独立作业和集成作业，在日益紧张的用工成本下，可有效降低企业的生产和运行成本，为工厂智能化升级提供有益帮助。

附图说明

图1为本发明旋转关节abc三轴的示意图。

图2为本发明在桁架混联机器人上的应用图。

图3为旋转关节a轴和b轴的结构示意图

图4为旋转关节c轴的结构示意图。

图中各编号对应模组如下，

a轴伺服电机6，a轴谐波减速机7，a轴本体8，主动轮9，高精度无缝带10，从动轮11，b轴谐波减速机12，b轴本体13，b轴伺服电机14，b+c轴旋转组15，精密深沟球轴承16，轴谐波减速机17，c轴伺服电机18，轴本体19，旋转连接座20,电控部21

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1至图4所示，为符合本发明的一种三自由度腕式关节机器人，其包括旋转a轴22，翻转b轴23，旋转c轴24，电控部21。

所述旋转关节a轴22、b轴23、c轴24由六轴工业机器人的末端演变而来，由于有较高的自由度，其运动灵活，适合各种轨迹或角度的工作。

所述a轴22连接于z轴4或基座末端，与z轴4或基座同轴，其路径绕着z轴4或安装基座轴心0-360°旋转，无任何死点；

所述b轴23与a轴22末端连接，以垂直于a轴轴心为起始位置，可向另一侧翻转0-180°；

所述c轴24与b轴23嵌套连接且同轴，其路径绕b轴23轴心可0-360°多点旋转；

由此a轴22、b轴23、c轴24三轴配合可联动可独立运动，使其运动范围更加多角度化，其中所述a轴22由a轴伺服电机6、a轴谐波减速机7、a轴本体8及附件连接而成；所述b轴23由主动轮9、高精度无缝带10、从动轮11、b轴谐波减速机12、b轴本体13、b轴伺服电机14、b+c轴旋转组15及其附件连接而成；所述c轴24由精密深沟球轴承16、c轴谐波减速机17、c轴伺服电机18、c轴本体19、旋转连接座20及附件组成。

所述旋转关节a轴22、b轴23、c轴24均为精密性的机器人谐波减速机配合高转速的伺服电机传动，特别适用于各种高精密的搬运或是抓取动作。

本发明所述一种三自由度腕式关节机器人，具有速度快、精度高、负载重、动作灵活、经济高效的特点，可广泛用于精密零部件加工、流水线装配及集成到机床或直角坐标机器人末端构成一种新的复合机器人，用于跨工站的自动化产线链接，也可改进后用于医疗保健行业代替繁重的人工劳动。

本发明所述的重负载为设计负载300kg，改进后最高可达1200kg；所述的高精度为整机重复定位精度+-0.1mm,在300kg负载范围内重复定位精度达到同行领先水平。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不断经过创造性的改进，进一步的臂长、负载、精度可优化到更佳，由此所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种三自由度腕式关节机器人，所述机器人包旋转a轴、翻转b轴、姿态c轴(旋转翘曲姿态)及电控部分，其特征是：所述三自由度腕式关节机器人翻转关节b安装于旋转关节a的末端并与其同轴，旋转关节c安装于翻转关节b的末端，实现三个旋转自由度，每一个旋转关节都由伺服电机、精密机器人专用减速机、轴本体和附件构成。,其电控部分单独放置于工作台面或地面。

2.如权利要求1项所述的一种三自由度腕式关节机器人，其特征在于：所述a轴连接于工作台面上或地面基座上，其路径绕着基座轴心0-360°旋转，无任何死点。所述a轴由a轴伺服电机、a轴谐波减速机、a轴本体及附件连接而成。

3.如权利要求2项所述的一种三自由度腕式关节机器人，其特征在于：所述b轴与a轴末端连接，以垂直于a轴轴心为起始位置，可向另一侧翻转0-180°。所述b轴由主动轮、高精度无缝带、从动轮、b轴谐波减速机、b轴本体、b轴伺服电机、b+c轴旋转组及其附件连接而成。

4.如权利要求3项所述的一种三自由度腕式关节机器人，其特征在于：所述c轴与b轴嵌套连接且同轴，其路径绕b轴轴心可0-360°多点旋转；所述c轴由精密深沟球轴承、c轴谐波减速机、c轴伺服电机、c轴本体、旋转连接座及附件组成。

5.如权利要求4项所述的一种三自由度腕式关节机器人，其特征在于：由此a轴b轴c轴三轴配合可联动可独立运动，使其运动范围更加多角度化。

6.如权利要求5项所述的一种三自由度腕式关节机器人，其特征在于：所述机器人的a轴、b轴、c轴的臂长、精度和负载均可根据实际情况定制。

技术总结
本发明公开了一种三自由度关节机器人，其包括A、C两个旋转关节和一个翻转关节B，实现类似人类手腕的运动功能。其中翻转关节B安装于旋转关节A的末端并与其同轴，旋转关节C安装于翻转关节B的末端，实现三个旋转自由度，每一个旋转关节都由伺服电机、精密机器人专用减速机、轴本体和附件构成。本发明既可以独立作为一个三自由度关节机器人安装到机床、流水线或其他自动化设备上实现物料的搬运和装配，也可以作为一个部件安装到直角坐标机器人或桁架机器人末端，形成一种新的桁架混联机器人，适用于喷涂、焊接、搬运、金属加工、医疗保健等多种场合，尤其适合在速度快、精度高的智能制造工厂中替代进口机器人。

技术研发人员：鲁精英
受保护的技术使用者：中创智造(苏州)智能装备科技有限公司
技术研发日：2020.04.11
技术公布日：2020.12.11