CN105881582A - 一种可空间摆动的六轴工业机器人手腕 - Google Patents

一种可空间摆动的六轴工业机器人手腕 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可空间摆动的六轴工业机器人手腕，包括手臂、枢接在手臂前端的摆动臂、枢接在摆动臂前端的旋转手。旋转手包括枢接在摆动臂前端的空间摆动机构，空间摆动机构包括水平底板、滑动安装在水平底板上的第一螺纹杆和第二螺纹杆、与第一螺纹杆和第二螺纹杆螺接的水平移动体、底端与水平移动体活动连接而顶端与一球体固定连接的伸缩杆、固定在水平底板上的球体支架。第一螺纹杆和第二螺纹杆纵横向设置，球体活动安装在球体支架上，旋转手执行末端安装在球体上。通过上述技术方案，本发明将水平移动体的水平纵横移动转化为旋转手执行末端的任意摆动，使机器人的手腕体运转更加灵活，适应各种复杂的工艺要求。

Description

一种可空间摆动的六轴工业机器人手腕
技术领域：
本发明涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种可空间摆动的六轴工业机器人手腕。
背景技术：
申请号为CN201210566463.5的发明专利申请公开了一种轻型六轴通用机器人，其中，手腕体是机器人的重要部件，它具有手臂，在手臂的前端连接有摆动臂，在摆动臂前端还连接有旋转手，设置摆动臂和旋转手都是为了机器人的手腕体运转更加灵活，适应各种复杂的工艺要求。
上述轻型六轴通用机器人摆动臂和旋转手的组合虽然能够使机器人的手腕体运转更加灵活，但是，上述轻型六轴通用机器人的手腕体却不能像自然人的手腕那样在空间任意摆动。
发明内容：
本发明所解决的技术问题：轻型六轴通用机器人的手腕体不能像自然人的手腕那样在空间任意摆动。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种可空间摆动的六轴工业机器人手腕，包括手臂、枢接在手臂前端的摆动臂、驱动摆动臂摆动的第一驱动单元、枢接在摆动臂前端的旋转手、驱动旋转手旋转的第二驱动单元；所述摆动臂摆动时的中心线垂直于旋转手的旋转中心线；所述旋转手包括枢接在摆动臂前端的空间摆动机构、安装在空间摆动机构上的旋转手执行末端；所述空间摆动机构包括水平底板、滑动安装在水平底板上的第一螺纹杆和第二螺纹杆、与第一螺纹杆和第二螺纹杆螺接的水平移动体、底端与水平移动体活动连接而顶端与一球体固定连接的伸缩杆、固定在水平底板上的球体支架；所述第一螺纹杆水平横向设置，第二螺纹杆水平纵向设置，所述球体活动安装在球体支架上，所述旋转手执行末端安装在球体上。
按上述技术方案，本发明所述一种可空间摆动的六轴工业机器人手腕的工作原理如下：第一驱动单元驱动摆动臂摆动，第二驱动单元驱动旋转手旋转；空间摆动机构中，第一螺纹杆的旋转可驱动水平移动体横向平移，第二螺纹杆的旋转可驱动水平移动体纵向平移，纵横向平移的水平移动体通过伸缩杆驱动球体在球体支架上任意自转，任意自转的球体带动其上的旋转手执行末端像自然人的手腕那样在空间任意摆动。
通过上述技术方案，本发明将水平移动体的水平移动转化为旋转手执行末端的任意摆动，使机器人的手腕体运转更加灵活，适应各种复杂的工艺要求。
作为本发明对手臂与摆动臂连接关系的一种说明，所述手臂的前端开设一凹形豁口，所述摆动臂枢接在凹形豁口内。按上述说明，所述摆动臂在手臂的凹形豁口内摆动。
作为本发明对第一驱动单元的一种说明，所述第一驱动单元包括安装在手臂上的第一电机、联接第一电机与摆动臂的第一传动单元；所述第一传动单元包括枢接在手臂上且同轴设置的第二齿轮和第三齿轮、枢接在手臂上且同轴设置的第四齿轮和第一同步带轮、枢接在手臂上的第三轴、固定安装在第三轴上的第二同步带轮；所述第一电机的输出轴上安装有第一齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合，第三齿轮与第四齿轮啮合，第一同步带轮通过同步带与第二同步带轮联接，第三轴与摆动臂固定连接。按上述说明，第一电机将动力依次经第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第一同步带、第二同步带传递给第三轴，第三轴驱动摆动臂摆动。
作为本发明对第二驱动单元的一种说明，所述第二驱动单元包括安装在摆动臂上的第二电机、联接第二电机与旋转手的第二传动单元；所述第二传动单元包括与第二电机输出轴联接的减速器、与减速器输出端连接的旋转盘，旋转手的空间摆动机构安装在旋转盘上。
作为本发明对空间摆动机构的一种说明，所述水平底板呈方形状，水平底板的前侧边缘开设第一滑行槽，水平底板的后侧边缘开设第二滑行槽，第一滑行槽和第二滑行槽水平设置且相互平行，第一滑行槽内滑动配合有第一滑行块，第二滑行槽内滑动配合有第二滑行块，所述第一螺纹杆的前端枢接在第一滑行块上，第一螺纹杆的后端枢接在第二滑行块上，所述第一滑行块上安装有第三电机，第三电机的输出轴与第一螺纹杆联接；水平底板的左侧边缘开设第三滑行槽，水平底板的右侧边缘开设第四滑行槽，第三滑行槽和第四滑行槽水平设置且相互平行，第三滑行槽内滑动配合有第三滑行块，第四滑行槽内滑动配合有第四滑行块，所述第二螺纹杆的左端枢接在第三滑行块上，第二螺纹杆的右端枢接在第四滑行块上，所述第三滑行块上安装有第四电机，第四电机的输出轴与第二螺纹杆联接。按上述说明，第一螺纹杆在驱动水平移动体平移的同时，水平移动体带动第二螺纹杆及第三滑行块和第四滑行块同时平移；同理，第二螺纹杆在驱动水平移动体平移的同时，水平移动体带动第一螺纹杆及第一滑行块和第二滑行块同时平移。
作为本发明对空间摆动机构的一种说明，所述水平移动体设有第一凸耳和第二凸耳，第一凸耳位于第二凸耳的上方，所述第一螺纹杆与第一凸耳螺接，第二螺纹杆与第二凸耳螺接。上述第一凸耳和第二凸耳的设置可使第一螺纹杆和第二螺纹杆互不干涉。
作为本发明对空间摆动机构的一种说明，所述水平移动体的底部设有滚球，滚球可相对水平移动体滚动，滚球与水平底板的表面接触。在第一螺纹杆和第二螺纹杆驱动水平移动体纵横向平移时，滚球在水平底板上滚动。
作为本发明对空间摆动机构的一种说明，所述水平移动体的顶部枢接一水平设置的转动块，转动块上设有第三凸耳和第四凸耳，第三凸耳和第四凸耳之间横亘一固定轴，所述伸缩杆的底端设有与固定轴活动配合的第一孔。上述设计即是伸缩杆底端与水平移动体活动连接的方式，该种方式可在水平移动体作平移的过程中，伸缩杆可相对于水平移动体作任意的摆动。
作为本发明对空间摆动机构的一种说明，所述球体支架包括一水平顶板，水平顶板开设一圆形豁口，圆形豁口的内侧壁呈弧形，所述球体活动镶嵌在圆形豁口内；所述球体上设有连接旋转手执行末端的法兰盘。按上述说明，圆形豁口内侧壁的弧形直径大小可以相同于球体的球径大小。
作为本发明的一种改进，所述水平底板的下方设有底座，底座枢接在摆动臂前端，底座上枢接有第三螺纹杆，底座上设有一导向杆，第三螺纹杆与导向杆均垂直于底座，所述水平底板设有与第三螺纹杆螺接的螺接块和与导向杆配合的导向块，第三螺纹杆上固定有第五齿轮，第五齿轮与第六齿轮啮合，第六齿轮安装在第五电机的输出轴上，第五电机固定在底座上；所述伸缩杆包括上杆和下杆，上杆呈套筒状，下杆为光杆，下杆活动插设在上杆中，上杆上设有用于检测位移量的第一传感器，水平移动体上设有与第一传感器配合使用的第一传感器辅件；所述螺接块上设有第二传感器，底座上设有与第二传感器配合使用的第二传感器辅件，第二传感器与第五电机电连接。
按上述说明，在水平移动体的驱动下，球体在自转摆动的过程中，伸缩杆作伸缩运动，伸缩杆伸长或缩短的距离由第一传感器和第一传感器辅件测知。当安装在球体上的旋转手执行末端随球体的任意自转而位于旁侧时，整个手臂的总长度变小，旋转手执行末端不能接触到相应工件。此时，第一传感器和第一传感器辅件将测知的伸缩杆伸长或缩短的距离反馈至主控制器，主控制器对伸缩杆伸长或缩短的距离进行处理，以知晓整个手臂总长度的变化量，之后，主控制器控制第五电机动作，第五电机驱动第三螺纹杆动作而驱动水平底板上升，以补偿整个手臂总长度的缩小量，使旋转手执行末端能够接触到相应的工件。
附图说明：
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为本发明一种可空间摆动的六轴工业机器人手腕的结构示意图；
图2为图1中空间摆动机构300的结构示意图；
图3为图2中从另一视角观察空间摆动机构300所得的结构示意图。
图中符号说明：
10、手臂；11、第一齿轮；12、第二齿轮；14、第四齿轮；15、第一同步带轮；16、第三轴；17、第二同步带轮；18、同步带；
20、摆动臂；21、旋转盘；
30、旋转手；300、空间摆动机构；31、水平底板；32、第一螺纹杆；321、第一滑行块；322、第二滑行块；323、第三电机；33、第二螺纹杆；331、第三滑行块；332、第四滑行块；333、第四电机；34、水平移动体；341、第一凸耳；342、第二凸耳；343、转动块；344、第三凸耳；35、球体；350、法兰盘；36、伸缩杆；361、第一传感器；362、第一传感器辅件；37、球体支架；370、水平顶板；38、底座；381、第三螺纹杆；382、导向杆；383、第五齿轮；384、第六齿轮；385、第五电机；386、第二传感器；387、第二传感器辅件。
具体实施方式：
如图1，一种可空间摆动的六轴工业机器人手腕，包括手臂10、枢接在手臂前端的摆动臂20、驱动摆动臂摆动的第一驱动单元、枢接在摆动臂前端的旋转手30、驱动旋转手旋转的第二驱动单元；所述摆动臂摆动时的中心线垂直于旋转手的旋转中心线。其中，所述手臂10的前端开设一凹形豁口，所述摆动臂20枢接在凹形豁口内。
如图1，所述第一驱动单元包括安装在手臂10上的第一电机、联接第一电机与摆动臂的第一传动单元；所述第一传动单元包括枢接在手臂上且同轴设置的第二齿轮12和第三齿轮、枢接在手臂上且同轴设置的第四齿轮14和第一同步带轮15、枢接在手臂上的第三轴16、固定安装在第三轴上的第二同步带轮17；所述第一电机的输出轴上安装有第一齿轮11，第一齿轮与第二齿轮啮合，第三齿轮与第四齿轮啮合，第一同步带轮通过同步带18与第二同步带轮联接，第三轴与摆动臂20固定连接。
所述第二驱动单元包括安装在摆动臂20上的第二电机、联接第二电机与旋转手的第二传动单元；所述第二传动单元包括与第二电机输出轴联接的减速器、与减速器输出端连接的旋转盘21，旋转手30的空间摆动机构300安装在旋转盘上。
所述旋转手包括枢接在摆动臂前端的空间摆动机构300、安装在空间摆动机构上的旋转手执行末端。
结合图2、图3，所述空间摆动机构300包括水平底板31、滑动安装在水平底板上的第一螺纹杆32和第二螺纹杆33、与第一螺纹杆和第二螺纹杆螺接的水平移动体34、底端与水平移动体活动连接而顶端与一球体35固定连接的伸缩杆36、固定在水平底板上的球体支架37；所述第一螺纹杆水平横向设置，第二螺纹杆水平纵向设置，所述球体活动安装在球体支架上，所述旋转手执行末端安装在球体上。
空间摆动机构300中，所述水平底板31呈方形状，水平底板的前侧边缘开设第一滑行槽，水平底板的后侧边缘开设第二滑行槽，第一滑行槽和第二滑行槽水平设置且相互平行，第一滑行槽内滑动配合有第一滑行块321，第二滑行槽内滑动配合有第二滑行块322，所述第一螺纹杆32的前端枢接在第一滑行块上，第一螺纹杆的后端枢接在第二滑行块上，所述第一滑行块上安装有第三电机323，第三电机的输出轴与第一螺纹杆联接；水平底板的左侧边缘开设第三滑行槽，水平底板的右侧边缘开设第四滑行槽，第三滑行槽和第四滑行槽水平设置且相互平行，第三滑行槽内滑动配合有第三滑行块331，第四滑行槽内滑动配合有第四滑行块332，所述第二螺纹杆33的左端枢接在第三滑行块上，第二螺纹杆的右端枢接在第四滑行块上，所述第三滑行块上安装有第四电机333，第四电机的输出轴与第二螺纹杆联接。
空间摆动机构300中，所述水平移动体34设有第一凸耳341和第二凸耳342，第一凸耳位于第二凸耳的上方，所述第一螺纹杆32与第一凸耳螺接，第二螺纹杆33与第二凸耳螺接。
空间摆动机构300中，所述水平移动体34的底部设有滚球，滚球可相对水平移动体滚动，滚球与水平底板31的表面接触。
空间摆动机构300中，所述水平移动体34的顶部枢接一水平设置的转动块343，转动块上设有第三凸耳344和第四凸耳，第三凸耳和第四凸耳之间横亘一固定轴，所述伸缩杆36的底端设有与固定轴活动配合的第一孔。
空间摆动机构300中，所述球体支架37包括一水平顶板370，水平顶板开设一圆形豁口，圆形豁口的内侧壁呈弧形，所述球体35活动镶嵌在圆形豁口内；所述球体上设有连接旋转手执行末端的法兰盘350。
空间摆动机构300中，所述水平底板31的下方设有底座38，底座枢接在摆动臂20前端，底座上枢接有第三螺纹杆381，底座上设有一导向杆382，第三螺纹杆与导向杆均垂直于底座，所述水平底板31设有与第三螺纹杆螺接的螺接块和与导向杆配合的导向块，第三螺纹杆上固定有第五齿轮383，第五齿轮与第六齿轮384啮合，第六齿轮安装在第五电机385的输出轴上，第五电机固定在底座上；所述伸缩杆36包括上杆和下杆，上杆呈套筒状，下杆为光杆，下杆活动插设在上杆中，上杆上设有用于检测位移量的第一传感器361，水平移动体上设有与第一传感器配合使用的第一传感器辅件362；所述螺接块上设有第二传感器386，底座上设有与第二传感器配合使用的第二传感器辅件387，第二传感器与第五电机电连接。
实际操作中，本发明所述空间摆动机构的工作原理如下：第一螺纹杆32的旋转可驱动水平移动体34横向平移，水平移动体34带动第二螺纹杆33及其上的第三滑行块331和第四滑行块332横向平移；第二螺纹杆33的旋转可驱动水平移动体34纵向平移，水平移动体34带动第一螺纹杆32及其上的第一滑行块321和第二滑行块322横向平移；纵横向平移的水平移动体34通过伸缩杆36驱动球体35在球体支架37上任意自转，任意自转的球体35带动其上的旋转手执行末端像自然人的手腕那样在空间任意摆动。
以上内容仅为本发明的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种可空间摆动的六轴工业机器人手腕，包括手臂(10)、枢接在手臂前端的摆动臂(20)、驱动摆动臂摆动的第一驱动单元、枢接在摆动臂前端的旋转手(30)、驱动旋转手旋转的第二驱动单元；所述摆动臂摆动时的中心线垂直于旋转手的旋转中心线；其特征在于：
所述旋转手包括枢接在摆动臂前端的空间摆动机构(300)、安装在空间摆动机构上的旋转手执行末端；所述空间摆动机构包括水平底板(31)、滑动安装在水平底板上的第一螺纹杆(32)和第二螺纹杆(33)、与第一螺纹杆和第二螺纹杆螺接的水平移动体(34)、底端与水平移动体活动连接而顶端与一球体(35)固定连接的伸缩杆(36)、固定在水平底板上的球体支架(37)；所述第一螺纹杆水平横向设置，第二螺纹杆水平纵向设置，所述球体活动安装在球体支架上，所述旋转手执行末端安装在球体上。
2.如权利要求1所述的一种可空间摆动的六轴工业机器人手腕，其特征在于：所述手臂(10)的前端开设一凹形豁口，所述摆动臂(20)枢接在凹形豁口内。
3.如权利要求1所述的一种可空间摆动的六轴工业机器人手腕，其特征在于：所述第一驱动单元包括安装在手臂(10)上的第一电机、联接第一电机与摆动臂的第一传动单元；所述第一传动单元包括枢接在手臂上且同轴设置的第二齿轮(12)和第三齿轮、枢接在手臂上且同轴设置的第四齿轮(14)和第一同步带轮(15)、枢接在手臂上的第三轴(16)、固定安装在第三轴上的第二同步带轮(17)；所述第一电机的输出轴上安装有第一齿轮(11)，第一齿轮与第二齿轮啮合，第三齿轮与第四齿轮啮合，第一同步带轮通过同步带(18)与第二同步带轮联接，第三轴与摆动臂(20)固定连接。
4.如权利要求1所述的一种可空间摆动的六轴工业机器人手腕，其特征在于：所述第二驱动单元包括安装在摆动臂(20)上的第二电机、联接第二电机与旋转手的第 二传动单元；所述第二传动单元包括与第二电机输出轴联接的减速器、与减速器输出端连接的旋转盘(21)，旋转手(30)的空间摆动机构(300)安装在旋转盘上。
5.如权利要求1所述的一种可空间摆动的六轴工业机器人手腕，其特征在于：空间摆动机构(300)中，所述水平底板(31)呈方形状，水平底板的前侧边缘开设第一滑行槽，水平底板的后侧边缘开设第二滑行槽，第一滑行槽和第二滑行槽水平设置且相互平行，第一滑行槽内滑动配合有第一滑行块(321)，第二滑行槽内滑动配合有第二滑行块(322)，所述第一螺纹杆(32)的前端枢接在第一滑行块上，第一螺纹杆的后端枢接在第二滑行块上，所述第一滑行块上安装有第三电机(323)，第三电机的输出轴与第一螺纹杆联接；
水平底板的左侧边缘开设第三滑行槽，水平底板的右侧边缘开设第四滑行槽，第三滑行槽和第四滑行槽水平设置且相互平行，第三滑行槽内滑动配合有第三滑行块(331)，第四滑行槽内滑动配合有第四滑行块(332)，所述第二螺纹杆(33)的左端枢接在第三滑行块上，第二螺纹杆的右端枢接在第四滑行块上，所述第三滑行块上安装有第四电机(333)，第四电机的输出轴与第二螺纹杆联接。
6.如权利要求1所述的一种可空间摆动的六轴工业机器人手腕，其特征在于：空间摆动机构(300)中，所述水平移动体(34)设有第一凸耳(341)和第二凸耳(342)，第一凸耳位于第二凸耳的上方，所述第一螺纹杆(32)与第一凸耳螺接，第二螺纹杆(33)与第二凸耳螺接。
7.如权利要求1所述的一种可空间摆动的六轴工业机器人手腕，其特征在于：空间摆动机构(300)中，所述水平移动体(34)的底部设有滚球，滚球可相对水平移动体滚动，滚球与水平底板(31)的表面接触。
8.如权利要求1所述的一种可空间摆动的六轴工业机器人手腕，其特征在于：空间摆动机构(300)中，所述水平移动体(34)的顶部枢接一水平设置的转动块(343)， 转动块上设有第三凸耳(344)和第四凸耳，第三凸耳和第四凸耳之间横亘一固定轴，所述伸缩杆(36)的底端设有与固定轴活动配合的第一孔。
9.如权利要求1所述的一种可空间摆动的六轴工业机器人手腕，其特征在于：空间摆动机构(300)中，所述球体支架(37)包括一水平顶板(370)，水平顶板开设一圆形豁口，圆形豁口的内侧壁呈弧形，所述球体(35)活动镶嵌在圆形豁口内；所述球体上设有连接旋转手执行末端的法兰盘(350)。
10.如权利要求1所述的一种可空间摆动的六轴工业机器人手腕，其特征在于：所述水平底板(31)的下方设有底座(38)，底座枢接在摆动臂(20)前端，底座上枢接有第三螺纹杆(381)，底座上设有一导向杆(382)，第三螺纹杆与导向杆均垂直于底座，所述水平底板(31)设有与第三螺纹杆螺接的螺接块和与导向杆配合的导向块，第三螺纹杆上固定有第五齿轮(383)，第五齿轮与第六齿轮(384)啮合，第六齿轮安装在第五电机(385)的输出轴上，第五电机固定在底座上；
所述伸缩杆(36)包括上杆和下杆，上杆呈套筒状，下杆为光杆，下杆活动插设在上杆中，上杆上设有用于检测位移量的第一传感器(361)，水平移动体上设有与第一传感器配合使用的第一传感器辅件(362)；所述螺接块上设有
第二传感器(386)，底座上设有与第二传感器配合使用的第二传感器辅件(387)，第二传感器与第五电机电连接。
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