[实用新型]一种工业机器人空心手腕传动机构

说明书

技术领域

本实用新型涉及工业机器人技术领域，具体涉及一种用于工业机器人的三自由度斜交球形空心手腕传动机构。

背景技术

工业机器人的手腕是联结机械臂与末端操作器的重要部件。其功用是改变末端操作器在空间的姿态，因此具有三个自由度。随着机器人技术的进步及其在工业领域的迅猛发展，工业机器人手腕设计的紧凑化、灵活性需求越来越高。为了实现灵活的姿态控制以及可以使各种管线穿越的空心传动结构，现有技术一般采用斜交非球形的手腕结构形式，用空心锥齿轮传动机构传递运动和动力。如美国专利US4703688，机器人臂的手腕机构由上关节，下关节和工具安装盘组成，上关节被直接驱动，下关节通过设置于上关节内的空心锥齿轮啮合驱动，工具安装盘通过设置于上关节内的空心锥齿轮啮合传动多个空心锥齿轮驱动。由于传动机构的制约，上关节转轴与工具安装盘转轴偏置一段距离。手腕非球形配置，使得三个自由度的轴线不能相交于一点，导致机器人的运动学反解困难，甚至没有解析解，这样造成机器人控制性能的提升瓶颈。非球形手腕的原理致使手腕结构不紧凑，管线穿越长度大且弯扭情况复杂。同时对机器人末端负载运行情况下的受力影响不良。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种易于反解、结构紧凑、灵活可靠的工业机器人三自由度斜交球形空心手腕传动机构，能够克服现有非球形空心手腕技术的缺点。

本实用新型的技术方案是：

一种工业机器人空心手腕传动机构，包括第一关节支撑部件，第二关节支撑部件和第三关节终端部件，所述第一关节支撑部件可相对转动地设置于机器人前臂的末端，产生工业机器人空心手腕的第一个自由度；所述第二关节支撑部件可相对转动地设置于第一关节支撑部件的末端，产生工业机器人手腕的第二个自由度；所述第三关节终端部件用于安装连接工业机器人的末端执行器，其可相对转动地设置于第二关节支撑部件的末端，产生机器人手腕的第三个自由度；在驱动力的作用下，所述空心手腕传动机构通过对上述三个自由度的协调来执行作业操作。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一关节支撑部件的空心驱动端内设置有可相对转动的第二关节驱动锥齿轮，所述第二关节支撑部件内靠近第一关节支撑部件的一端呈锥齿轮状，所述第二关节驱动锥齿轮与该呈锥齿轮状的端部啮合传动，实现所述第二个自由度的产生。

作为本实用新型的进一步改进，其特征在于，所述第二关节驱动锥齿轮内设置有可相对转动的第三关节驱动锥齿轮，所述第二关节支撑部件内部设置有可相对转动的过渡锥齿轮和可相对转动的第三关节输出锥齿轮，所述第三关节输出锥齿轮通过多根连杆与第三关节终端部件连接，所述第三关节驱动锥齿轮通过过渡锥齿轮将动力传递到第三关节输出锥齿轮，并进一步通过上述多根连杆带动第三关节终端部件转动，实现所述第三个自由度的产生。

作为本实用新型的进一步改进，所述的过渡锥齿轮包括固连为一体的下半侧过渡锥齿轮和上半侧过渡锥齿轮，分别与所述第三关节驱动锥齿轮和第三关节输出锥齿轮啮合，从而将所述第三关节驱动锥齿轮的动力传递到第三关节输出锥齿轮。

作为本实用新型的进一步改进，所述连杆两端分别通过铰链与第三关节输出锥齿轮和第三关节终端部件铰接，各铰链销轴均与第三关节终端部件的转轴C平行，各根连杆两端的铰链销轴偏置距离相等，连杆与第三关节输出锥齿轮连接一端的销轴轴线到该第三关节输出锥齿轮轴线的距离，与该连杆另一端的销轴轴线到C轴的距离相等。

作为本实用新型的进一步改进，所述的铰链为普通铰链、万向铰或者球铰。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一关节支撑部件、第二关节驱动锥齿轮和第三关节驱动锥齿轮同轴，轴线为A；所述第二关节支撑部件、下半侧过渡锥齿轮和上半侧过渡锥齿轮同轴，其轴线为B，上述轴线A、轴线B与第三关节终端部件的转轴C相交于一点O，且B轴与A轴和与C轴的夹角相等。

本实用新型的特点是：

手腕第一、二、三关节的转动自由度轴线A、B、C共同相交于一点O，这使得机器人的运动学反解存在易于求解的解析解，有利于机器人控制性能的提升。

当手腕第一、二、三关节的转动自由度轴线共面时，A轴与C轴共线，这使得手腕末端工作空间形成单开口球面，具有最佳的运动学灵活性。

手腕第三关节空心输出锥齿轮到手腕第三关节终端部件的传动，采用了一种创新的机器人关节部件连接方式，使得两个转动轴线平行且偏离一定距离同时沿轴线方向距离较大的零部件能够准确同步转动。

手腕传动机构布置紧凑、空心空间大，使得管线穿越长度短、弯扭幅度很小，具有较高可靠性。

附图说明