CN105965536A - 一种机器人手腕及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人手腕及机器人，属于自动控制技术领域。所述机器人手腕包括：腕体、第一电机、摆动体、第二电机、第一传动装置、第三电机和第二传动装置。本发明通过第一电机驱动腕体绕其轴线转动，通过第二电机和第一传动装置带动摆动体绕其轴线转动，通过第三电机和第二传动装置带动机器人的手指绕第二传动装置的输出轴的轴线转动，且摆动体的轴线与腕体的轴线垂直，第二传动装置的输出轴的轴线与摆动体的轴线垂直，机器人手腕拥有三个自由度，灵活性较高。

Description

一种机器人手腕及机器人

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，特别涉及一种机器人手腕及机器人。

背景技术

机器人是一种能够按照预设程序自动执行工作的装置，其广泛应用于人类生活的方方面面，其中，应用在汽车板件的焊接、搬运等工业生产中的机器人手腕需要做多个方向的运动，以满足工业生产的需求，而目前的机器人手腕通常只有两个自由度，灵活性较差。

发明内容

为了解决现有机器人手腕只有两个自由度，灵活性较差的问题，本发明实施例提供了一种机器人手腕及机器人。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种机器人手腕，所述机器人手腕包括：腕体、第一电机、摆动体、第二电机、第一传动装置、第三电机和第二传动装置；

所述腕体用于与机器人手臂连接，所述腕体内部沿其轴向设有第一空腔，所述第一电机与所述腕体连接，所述第一电机用于驱动所述腕体绕其轴线转动；

所述摆动体安装在所述腕体远离所述第一电机的一端，且所述摆动体与所述腕体可转动连接，所述摆动体的轴线与所述腕体的轴线垂直，所述摆动体内部设有第二空腔；

所述第二电机安装在所述腕体上，所述第一传动装置安装在所述第一空腔内，且所述第一传动装置与所述第二电机连接，所述第一传动装置与所述摆动体连接，所述第一传动装置用于带动所述摆动体沿其轴线转动；

所述第三电机安装在所述腕体上，所述第二传动装置安装在所述第一空腔内，且所述第二传动装置延伸至所述第二空腔中，所述第二传动装置与所述第三电机连接，所述第二传动装置的输出轴由所述摆动体上伸出，所述第二传动装置的输出轴垂直于所述摆动体的轴线，所述第二传动装置用于与机器人的手指连接以带动所述机器人的手指绕所述第二传动装置的输出轴转动。

进一步地，所述机器人手腕还包括第一减速器，所述第一减速器设置在所述第一电机和所述腕体之间。

进一步地，所述机器人手腕还包括腕体壳体，所述第一减速器为谐波减速器，所述第一减速器的钢轮固定在所述腕体壳体上，所述第一减速器的输出轴与所述腕体固定连接。

具体地，所述第二电机和所述第三电机相对所述腕体的轴线对称。

具体地，所述第二电机和所述第三电机均位于所述腕体靠近所述第一电机的一端。

进一步地，所述第一传动装置包括第一带轮、第一传动轴、第二带轮和第一传动带；

所述第一带轮安装在所述第二电机的输出轴上；

所述第一传动轴的一端安装在所述腕体上，且所述第一传动轴与所述腕体可转动连接，所述第一传动轴的另一端与所述摆动体固定连接；

所述第二带轮安装在所述第一传动轴上，且所述第二带轮位于所述第一空腔内，所述第二带轮的轴线与所述摆动体的轴线共线；

所述第一传动带设置在所述第一带轮和所述第二带轮上。

进一步地，所述第一传动装置还包括第二减速器，所述第二减速器的输出轴与所述摆动体连接，且所述第二减速器与所述第二带轮的输出轴连接。

进一步地，所述第二传动装置包括第三带轮、第二传动轴、第四带轮、第二传动带、第一锥齿轮和第二锥齿轮；

所述第三带轮设置在所述第三电机的输出轴上；

所述第一传动轴为空心轴，所述第二传动轴由所述第一传动轴中穿过，且所述第二传动轴的一端安装在所述腕体上，另一端安装在所述摆动体上，且所述第二传动轴与所述腕体及所述摆动体之间可转动连接；

所述第四带轮安装在所述第二传动轴上，且所述第四带轮位于所述第一空腔中，所述第四带轮的轴线与所述摆动体的轴线共线；

所述第二传动带安装在所述第三带轮和所述第四带轮上；

所述第一锥齿轮安装在所述第二传动轴上，且所述第二锥齿轮位于所述第二空腔内，所述第二锥齿轮的输出轴安装在所述摆动体上，所述第二锥齿轮的输出轴与所述摆动体可转动连接，所述第二锥齿轮安装在所述第二锥齿轮的输出轴上，且所述第二锥齿轮的输出轴从所述摆动体上伸出，所述第一锥齿轮的轴线与所述第二锥齿轮的轴线垂直，所述第二锥齿轮与所述第一锥齿轮配合。

进一步地，所述第二传动装置还包括第三减速器，所述第三减速器为谐波减速器，所述第三减速器的钢轮与所述摆动体连接，所述第三减速器设置在所述第二锥齿轮的输出轴上，且所述第三减速器的输出轴由所述摆动体上伸出。

另一方面，提供了一种机器人，包括手臂和手指，所述机器人还包括所述机器人手腕，且所述手臂与所述机器人手腕的腕体连接，所述手指与所述机器人手腕的第二传动装置的输出轴连接。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明通过第一电机驱动腕体绕其轴线转动，通过第二电机和第一传动装置带动摆动体绕其轴线转动，通过第三电机和第二传动装置带动机器人的手指绕第二传动装置的输出轴的轴线转动，且摆动体的轴线与腕体的轴线垂直，第二传动装置的输出轴的轴线与摆动体的轴线垂直，机器人手腕拥有三个自由度，灵活性较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的机器人手腕的结构示意图。

其中：

1 腕体，

2 第一电机，

3 摆动体，

4 第二电机，

5 第一传动装置，51 第一带轮，52 第一传动轴，53 第二带轮，54 第一传动带，55 第二减速器，

6 第三电机，

7 第二传动装置，71 第三带轮，72 第二传动轴，73 第四带轮，74 第二传动带，75 第一锥齿轮，76 第二锥齿轮，77 第三减速器，

8 第一减速器，

9 腕体壳体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种机器人手腕，该机器人手腕包括：腕体1、第一电机2、摆动体3、第二电机4、第一传动装置5、第三电机6和第二传动装置7；

腕体1用于与机器人手臂连接，腕体1内部沿其轴向设有第一空腔(图中未示出)，第一电机2与腕体1连接，第一电机2用于驱动腕体1绕其轴线转动；

摆动体3安装在腕体1远离第一电机2的一端，且摆动体3与腕体1可转动连接，摆动体3的轴线与腕体1的轴线垂直，摆动体3内部设有第二空腔；

第二电机4安装在腕体1上，第一传动装置5安装在第一空腔内，且第一传动装置5与第二电机4连接，第一传动装置5与摆动体3连接，第一传动装置5用于带动摆动体3沿其轴线转动；

第三电机6安装在腕体1上，第二传动装置7安装在第一空腔内，且第二传动装置7延伸至第二空腔(图中未示出)中，第二传动装置7与第三电机6连接，第二传动装置7的输出轴由摆动体3上伸出，第二传动装置7的输出轴垂直于摆动体3的轴线，第二传动装置7用于与机器人的手指连接以带动机器人的手指绕第二传动装置7的输出轴转动。

在本发明实施例中，腕体1与第一电机2的输出轴固定连接，且第一电机2的输出轴的轴线与腕体1的轴线共线，第一电机2工作的过程中可带动腕体1绕其轴线转动。

摆动体3安装在腕体1远离第一电机2的一端且与腕体1可转动连接，腕体1内部设有第一空腔，第一传动装置5安装在第一空腔内，第二电机4安装在腕体1上，第二电机4的输出轴由该第一空腔的侧壁伸入至第一空腔内部与第一传动装置5连接，且第一传动装置5与摆动体3连接。当第一电机2工作且第二电机4不工作时，第二电机4、摆动体3和机器人的手指随腕体1绕腕体1的轴线转动；当第一电机2工作且第二电机4也工作时，第二电机4、摆动体3和机器人的手指随腕体1绕腕体1的轴线转动的同时，摆动体3和机器人的手指绕摆动体3的轴线转动；当第一电机2不工作且第二电机4工作时，第二电机4和腕体1保持不动，摆动体3和机器人的手指绕摆动体3的轴线转动。

第二传动装置7安装在第一空腔内，且第二传动装置7延伸至第二空腔中，第三电机6安装在腕体1上，第三电机6的输出轴由第一空腔的侧壁伸入第一空腔内与第二传动装置7连接，第二传动装置7的输出轴由摆动体3上伸出，其用于与机器人的手指连接以带动机器人手指绕第二传动装置7的输出轴转动。当第一电机2工作、第二电机4和第三电机6均不工作时，第二电机4和第三电机6、摆动体3和机器人的手指均随腕体1绕腕体1的轴向转动，当第一电机2和第二电机4工作且第三电机6不工作时，第二电机4、第三电机6、摆动体3及机器人的手指随腕体1绕腕体1的轴线转动的同时，摆动体3绕其轴线转动；当第一电机2、第二电机4和第三电机6均工作时，第二电机4、第三电机6、摆动体3和机器人的手指随腕体1绕腕体1的轴线转动的同时，摆动体3和机器人的手指绕摆动体3的轴线转动，且机器人的手指可绕第二传动装置7的输出轴转动；当第一电机2不工作，第二电机4和第三电机6工作时，第二电机4、第三电机6和腕体1保持不动，摆动体3和机器人的手指绕摆动体3的轴线转动，且机器人的手指可绕第二传动装置7的输出轴转动；当第一电机2和第二电机4皆不工作且第三电机6工作时，第二电机4、第三电机6、腕体1和摆动体3均保持不动，机器人的手指绕第二传动装置7的输出轴转动。

其中，优选地，第一电机2、第二电机4和第三电机6均为伺服电机，控制较为精确。

本发明通过第一电机2驱动腕体1绕其轴线转动，通过第二电机4和第一传动装置5带动摆动体3绕其轴线转动，通过第三电机6和第二传动装置7带动机器人的手指绕第二传动装置7的输出轴的轴线转动，且摆动体3的轴线与腕体1的轴线垂直，第二传动装置7的输出轴的轴线与摆动体3的轴线垂直，机器人手腕拥有三个自由度，灵活性较高。

且本发明还具有如下效果：

通过三个相互独立的电机分别控制腕体1、摆动体3和机器人的手指的运动，增加机器人手腕的自由度，从而提高机器人手腕的灵活性；通过第二电机4和第三电机6设置在腕体1上，避免将第二电机4和第三电机6设置在机器人手腕的末端，减轻第一电机2和第二电机4工作时的负荷，且保证第一电机2和第二电机4的控制精度。

在本发明实施例中，优选地，第二电机4和第三电机6均位于腕体1靠近第一电机2的一端，进一步减轻第一电机2和第二电机4工作时的负荷，保证第一电机2和第二电机4的控制精度。

在本发明实施例中，优选地，第二电机4和第三电机6相对腕体1的轴线对称，保证第一电机2和第二电机4工作过程中，第一电机2的主轴受力较为平稳，提高第一电机2的调节精度。

如图1所示，在本发明实施例中，机器人手腕还包括第一减速器8，第一减速器8设置在第一电机2和腕体1之间。

通过在第一电机2的输出轴和腕体1之间设置第一减速器8，便于控制腕体1的转速，便于控制腕体1的转动精度。

如图1所示，在本发明实施例中，机器人手腕还包括腕体壳体9，第一减速器8为谐波减速器，第一减速器8的钢轮固定在腕体壳体9上，第一减速器8的输出轴与腕体1固定连接。

谐波减速器包括钢轮、柔轮和波发生器，在本发明实施例中，第一减速器8为谐波减速器，第一减速器8的波发生器与第一电机2连接，钢轮固定在腕体壳体9上，柔轮的输出轴与腕体1固定连接，从而通过第一减速器8对第一电机2进行降速，便于控制，且减小机器人手腕的占地面积。

如图1所示，在本发明实施例中，第一传动装置5包括第一带轮51、第一传动轴52、第二带轮53和第一传动带54；

第一带轮51安装在第二电机4的输出轴上；

第一传动轴52的一端安装在腕体1上，且第一传动轴52与腕体1可转动连接，第一传动轴52的另一端与摆动体3固定连接；

第二带轮53安装在第一传动轴52上，且第二带轮53位于第一空腔内，第二带轮53的轴线与摆动体3的轴线共线；

第一传动带54设置在第一带轮51和第二带轮53上。

在本发明实施例中，第一带轮51安装在第二电机4的输出轴上，第二带轮53安装在第一传动轴52上，第一传动带54安装在第一带轮51和第二带轮53上，第二电机4工作的过程中，通过第一带轮51、第一传动带54和第二带轮53将第二电机4产生的扭矩传递到第一传动轴52上，通过第一传动轴52带动摆动体3转动。结构简单，传力清晰。

如图1所示，在本发明实施例中，第一传动装置5还包括第二减速器55，第二减速器55与第一传动轴52连接，且第二减速器55的输出轴与摆动体3连接。

在本发明实施例中，机器人手腕还包括摆动体壳体，第二减速器55为谐波减速器，第二减速器55包括的钢轮与摆动体壳体固定连接，波发生器与第二带轮53的输出轴连接，柔轮的输出轴与摆动体3固定连接。通过第二减速器55对第二电机4进行减速，便于控制摆动体3，且保证控制精度较高。

如图1所示，在本发明实施例中，第二传动装置7包括第三带轮71、第二传动轴72、第四带轮73、第二传动带74、第一锥齿轮75和第二锥齿轮76；

第三带轮71设置在第三电机6的输出轴上；

第一传动轴52为空心轴，第二传动轴72由第一传动轴52中穿过，且第二传动轴72的一端安装在腕体1上，另一端安装在摆动体3上，且第二传动轴72与腕体1和摆动体3之间可转动连接；

第四带轮73安装在第二传动轴72上，且第四带轮73位于第一空腔中，第四带轮73的轴线与摆动体3的轴线共线；

第二传动带74安装在第三带轮71和第四带轮73上；

第一锥齿轮75安装在第二传动轴72上，且第二锥齿轮76位于第二空腔内，第二锥齿轮76的输出轴安装在摆动体3上，第二锥齿轮76的输出轴与摆动体3可转动连接，第二锥齿轮76安装在第二锥齿轮76的输出轴上，且第二锥齿轮76的输出轴从摆动体3上伸出，第一锥齿轮75的轴线与第二锥齿轮76的轴线垂直，第二锥齿轮76与第一锥齿轮75配合。

在本发明实施例中，第三带轮71安装在第三电机6的输出轴上，第二传动轴72穿过第一传动轴52，其一端安装在摆动体3上，另一端安装在腕体1上，且第二传动轴72与摆动体3及腕体1均可转动连接，第四带轮73和第一锥齿轮75分别安装在第二传动轴72的两端，第二传动带74安装在第三带轮71和第四带轮73上，通过第三带轮71、第四带轮73和第二传动带74将第三电机6产生的扭矩传递到第二传动轴72上，第二锥齿轮76的输出轴安装在摆动体3上，第二锥齿轮76的输出轴与摆动体3可转动连接，第二锥齿轮76安装在第二锥齿轮76的输出轴上，第二锥齿轮76与第一锥齿轮75配合，通过第一锥齿轮75和第二锥齿轮76经传递到第二传动轴72上的扭矩传递到第二锥齿轮76输出轴上。结构简单，传力清晰。

如图1所示，在本发明实施例中，第二传动装置7还包括第三减速器77，第三减速器77为谐波减速器，第三减速器77的钢轮与摆动体3连接，第三减速器77设置在第二锥齿轮76的输出轴上，且第三减速器77的输出轴由摆动体3上伸出。

在本发明实施例中，第三减速器77的钢轮与摆动体3连接，波发生器与第二锥齿轮76的输出轴连接，柔轮的输出轴由摆动体3上伸出而与机器人手指连接。通过第三减速器77的设置，便于控制机器人手指，且保证控制精度较高。

实施例二

参见图1，本发明实施例提供了一种机器人，包括手臂和手指，该机器人还包括实施例一中所述的机器人手腕，且手臂与机器人手腕的腕体1连接，手指与机器人手腕的第二传动装置7的输出轴连接。

本发明通过第一电机2驱动腕体1绕其轴线转动，通过第二电机4和第一传动装置5带动摆动体3绕其轴线转动，通过第三电机6和第二传动装置7带动机器人的手指绕第二传动装置7的输出轴的轴线转动，且摆动体3的轴线与腕体1的轴线垂直，第二传动装置7的输出轴的轴线与摆动体3的轴线垂直，机器人手腕拥有三个自由度，灵活性较高。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人手腕，其特征在于，所述机器人手腕包括：腕体、第一电机、摆动体、第二电机、第一传动装置、第三电机和第二传动装置；

所述腕体用于与机器人手臂连接，所述腕体内部沿其轴向设有第一空腔，所述第一电机与所述腕体连接，所述第一电机用于驱动所述腕体绕其轴线转动；

所述摆动体安装在所述腕体远离所述第一电机的一端，且所述摆动体与所述腕体可转动连接，所述摆动体的轴线与所述腕体的轴线垂直，所述摆动体内部设有第二空腔；

所述第二电机安装在所述腕体上，所述第一传动装置安装在所述第一空腔内，且所述第一传动装置与所述第二电机连接，所述第一传动装置与所述摆动体连接，所述第一传动装置用于带动所述摆动体沿其轴线转动；

所述第三电机安装在所述腕体上，所述第二传动装置安装在所述第一空腔内，且所述第二传动装置延伸至所述第二空腔中，所述第二传动装置与所述第三电机连接，所述第二传动装置的输出轴由所述摆动体上伸出，所述第二传动装置的输出轴垂直于所述摆动体的轴线，所述第二传动装置用于与机器人的手指连接以带动所述机器人的手指绕所述第二传动装置的输出轴转动。

2.根据权利要求1所述的机器人手腕，其特征在于，所述机器人手腕还包括第一减速器，所述第一减速器设置在所述第一电机和所述腕体之间。

3.根据权利要求2所述的机器人手腕，其特征在于，所述机器人手腕还包括腕体壳体，所述第一减速器为谐波减速器，所述第一减速器的钢轮固定在所述腕体壳体上，且所述第一减速器的输出轴与所述腕体固定连接。

4.根据权利要求1所述的机器人手腕，其特征在于，所述第二电机和所述第三电机相对所述腕体的轴线对称。

5.根据权利要求4所述的机器人手腕，其特征在于，所述第二电机和所述第三电机均位于所述腕体靠近所述第一电机的一端。

6.根据权利要求5所述的机器人手腕，其特征在于，所述第一传动装置包括第一带轮、第一传动轴、第二带轮和第一传动带；

所述第一带轮安装在所述第二电机的输出轴上；

所述第一传动轴的一端安装在所述腕体上，且所述第一传动轴与所述腕体可转动连接，所述第一传动轴的另一端与所述摆动体固定连接；

所述第二带轮安装在所述第一传动轴上，且所述第二带轮位于所述第一空腔内，所述第二带轮的轴线与所述摆动体的轴线共线；

所述第一传动带设置在所述第一带轮和所述第二带轮上。

7.根据权利要求6所述的机器人手腕，其特征在于，所述第一传动装置还包括第二减速器，所述第二减速器的输出轴与所述摆动体连接，且所述第二减速器与所述第二带轮的输出轴连接。

8.根据权利要求6所述的机器人手腕，其特征在于，所述第二传动装置包括第三带轮、第二传动轴、第四带轮、第二传动带、第一锥齿轮和第二锥齿轮；

所述第三带轮设置在所述第三电机的输出轴上；

所述第一传动轴为空心轴，所述第二传动轴由所述第一传动轴中穿过，且所述第二传动轴的一端安装在所述腕体上，另一端安装在所述摆动体上，且所述第二传动轴与所述腕体及所述摆动体之间可转动连接；

所述第四带轮安装在所述第二传动轴上，且所述第四带轮位于所述第一空腔中，所述第四带轮的轴线与所述摆动体的轴线共线；

所述第二传动带安装在所述第三带轮和所述第四带轮上；

所述第一锥齿轮安装在所述第二传动轴上，且所述第二锥齿轮位于所述第二空腔内，所述第二锥齿轮的输出轴安装在所述摆动体上，所述第二锥齿轮的输出轴与所述摆动体可转动连接，所述第二锥齿轮安装在所述第二锥齿轮的输出轴上，且所述第二锥齿轮的输出轴从所述摆动体上伸出，所述第一锥齿轮的轴线与所述第二锥齿轮的轴线垂直，所述第二锥齿轮与所述第一锥齿轮配合。

9.根据权利要求8所述的机器人手腕，其特征在于，所述第二传动装置还包括第三减速器，所述第三减速器为谐波减速器，所述第三减速器的钢轮与所述摆动体连接，所述第三减速器设置在所述第二锥齿轮的输出轴上，且所述第三减速器的输出轴由所述摆动体上伸出。

10.一种机器人，包括手臂和手指，其特征在于，所述机器人还包括如权利要求1-9任一项权利要求所述的机器人手腕，且所述手臂与所述机器人手腕的腕体连接，所述手指与所述机器人手腕的第二传动装置的输出轴连接。