專利名稱：一種采摘機(jī)器人關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種傳動系統(tǒng)，尤其涉及一種采摘機(jī)器人關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著城鎮(zhèn)老齡化人口的增多，農(nóng)業(yè)勞動力人口有不斷減少的趨勢，研究開發(fā)一種用于采摘的機(jī)器人具有越來越重要的意義。綜合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對采摘機(jī)器人的研究大都集中在一些視覺系統(tǒng)識別和定位果實(shí)目標(biāo)上，而對采摘機(jī)器人機(jī)械本體研究相對較少。機(jī)械本體研究中最先要解決的就是各關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)，現(xiàn)有的機(jī)器人所采用的關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)作時性能不穩(wěn)定可靠，因此本實(shí)用新型以開放式采摘機(jī)器人為研究目標(biāo)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行機(jī)器人關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決上述問題中的不足之處，本實(shí)用新型提供了一種采摘機(jī)器人關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)。為解決以上技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種采摘機(jī)器人關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)，包括腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)，腰關(guān)節(jié)包括底座、第一直齒圓柱齒輪、第二直齒圓柱齒輪、滾動球軸承、推力球軸承、輸出軸、腰關(guān)節(jié)交流伺服電動機(jī)、腰關(guān)節(jié)諧波減速器；肩關(guān)節(jié)包括箱體、肩關(guān)節(jié)交流伺服電動機(jī)、外嚙合齒輪、渦輪和蝸桿；肘關(guān)節(jié)包括肘關(guān)節(jié)交流伺服電動機(jī)、肘關(guān)節(jié)錐齒輪、肘關(guān)節(jié)諧波減速器；腕關(guān)節(jié)包括腕關(guān)節(jié)交流伺服電動機(jī)、腕關(guān)節(jié)諧波減速器、腕關(guān)節(jié)錐齒輪；腰關(guān)節(jié)交流伺服電機(jī)與腰關(guān)節(jié)諧波減速器串接垂直安裝在底座上；
·[0006]輸出軸連接第一直齒圓柱齒輪，第一直齒圓柱齒輪與第二直齒網(wǎng)柱齒輪通過外哨合相連安裝于底座的下方。外嚙合齒輪、渦輪和蝸桿組成二級減速機(jī)構(gòu)。肘關(guān)節(jié)諧波減速器和肘關(guān)節(jié)交流伺服電動機(jī)沿大臂軸線分布。本實(shí)用新型與大多數(shù)國內(nèi)采摘機(jī)器人研究采用的工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)不同，是一種開放性的傳動機(jī)構(gòu)并且該機(jī)器人關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、小巧、緊湊，設(shè)計(jì)新穎，運(yùn)行時性能穩(wěn)定、可靠，更加符合采摘機(jī)器人的作業(yè)要求。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。


圖1為本實(shí)用新型的腰關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型的肩關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)不意圖。圖3為本實(shí)用新型的肘關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型的腕關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1、底座；2、第一直齒網(wǎng)柱齒輪；3、第二直齒圓柱齒輪；4、滾動球軸承；5、推力球軸承；6、輸出軸；7、腰關(guān)節(jié)交流伺服電動機(jī)；8、腰關(guān)節(jié)諧波減速器；9、大臂；10、外嚙合齒輪；11、渦輪；12、蝸桿；13、傳動電機(jī)；14、箱體；15、肩關(guān)節(jié)交流伺服電動機(jī)；16、小臂；17、肘關(guān)節(jié)交流伺服電動機(jī)；18、肘關(guān)節(jié)錐齒輪；19、肘關(guān)節(jié)諧波減速器；20、腕關(guān)節(jié)交流伺服電動機(jī)；21、腕關(guān)節(jié)諧波減速器；22、腕關(guān)節(jié)錐齒輪。
具體實(shí)施方式
如
圖1所示，腰關(guān)節(jié)的主要作用是支撐整個手臂，使采摘機(jī)器人腰部以上整個部分以底座I為參照作回轉(zhuǎn)運(yùn)動。為了減小體積，增加結(jié)構(gòu)的美觀性，方便安裝維護(hù)，將腰關(guān)節(jié)交流伺服電動機(jī)7和腰關(guān)節(jié)諧波減速器8串接垂直安裝于底座I之上。輸出軸6連接第一直齒圓柱齒輪2,同時第一直齒圓柱齒輪2與第二直齒圓柱齒輪3通過外哨合相連安裝于底座I的下方。腰部回轉(zhuǎn)體通過滾動球軸承4和推力球軸承5的組合體與底座I相連，這種結(jié)構(gòu)既能承受軸向力、徑向力，又能承受傾覆力矩。交流伺服電動機(jī)7轉(zhuǎn)矩的輸出先經(jīng)腰關(guān)節(jié)諧波減速器8減速，再經(jīng)第一直齒圓柱齒輪2與第二直齒圓柱齒輪3傳遞，通過滾動球軸承4，腰部繞推力球軸承5相對于底座I實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)。由于腰部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動是在推力球軸承5上的轉(zhuǎn)動，回轉(zhuǎn)體各部分對回轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩比較小。圖2所示的肩關(guān)節(jié)與
圖1的輸出軸6相連，肩關(guān)節(jié)用來對大臂9進(jìn)行支撐，使大臂9以
圖1所示的腰關(guān)節(jié)為參照進(jìn)行俯仰運(yùn)動。由于肩關(guān)節(jié)是主要的承載關(guān)節(jié)，為了避免掉電時大臂9失去控制下墜，應(yīng)具有自鎖功能，因此本設(shè)計(jì)采用一對外嚙合齒輪10、渦輪11和蝸桿12組成二級減速機(jī)構(gòu)。傳動電機(jī)13安裝在肩關(guān)節(jié)的箱體14中。肩關(guān)節(jié)的傳動電機(jī)13的輸出轉(zhuǎn)矩通過一對外嚙合齒輪10傳遞給蝸輪11和蝸桿12，近而驅(qū)動大臂9轉(zhuǎn)動。選擇肩關(guān)節(jié)交流伺服電動 機(jī)15時，必須考慮負(fù)載的靜轉(zhuǎn)矩，須具有足夠的轉(zhuǎn)矩克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩。圖3所示的肘關(guān)節(jié)與圖2所示的大臂9相連，通過伸展小臂16來控制末端執(zhí)行器所能達(dá)到的工作位置。肘關(guān)節(jié)處于空間運(yùn)動部位，關(guān)節(jié)自身重量直接影響到機(jī)械手的整個活動空間和使用性能，本新型充分考慮到減小肘關(guān)節(jié)重量和合理分布重量。肘關(guān)節(jié)諧波減速器19和肘關(guān)節(jié)交流伺服電動機(jī)17沿大臂9的軸線分布，以減小回轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。動力通過肘關(guān)節(jié)交流伺服電動機(jī)17輸出，肘關(guān)節(jié)諧波減速器19傳遞給肘關(guān)節(jié)錐齒輪18，肘關(guān)節(jié)錐齒輪18輸出轉(zhuǎn)矩帶動小臂16伸展的傳動機(jī)構(gòu)。圖4腕關(guān)節(jié)與圖3中小臂16相連，腕關(guān)節(jié)與末端執(zhí)行器的姿態(tài)調(diào)整及保持正確的作業(yè)姿態(tài)有密切關(guān)系，本設(shè)計(jì)考慮到腕關(guān)節(jié)處于機(jī)械手的最末端，關(guān)節(jié)自身重量對機(jī)械手的活動空間和使用性能影響比肘關(guān)節(jié)更大，設(shè)計(jì)時更應(yīng)考慮自身重量及其分布，采用和肘關(guān)節(jié)圖3 —樣的傳動裝置即腕關(guān)節(jié)交流伺服電動機(jī)20和腕關(guān)節(jié)諧波減速器21及一對腕關(guān)節(jié)錐齒輪22的傳動方式。通過這四個關(guān)節(jié)的有效連接和末端執(zhí)行器的選擇整機(jī)運(yùn)行表明各關(guān)節(jié)傳動方式工作可靠滿足采摘機(jī)器人要求。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)小巧美觀、非常實(shí)用。上述實(shí)施方式并非是對本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型的技術(shù)方案范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種采摘機(jī)器人關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)，包括腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)，其特征在于:所述腰關(guān)節(jié)包括底座、第一直齒圓柱齒輪、第二直齒圓柱齒輪、滾動球軸承、推力球軸承、輸出軸、腰關(guān)節(jié)交流伺服電動機(jī)、腰關(guān)節(jié)諧波減速器；所述肩關(guān)節(jié)包括箱體、肩關(guān)節(jié)交流伺服電動機(jī)、外嚙合齒輪、渦輪和蝸桿；所述肘關(guān)節(jié)包括肘關(guān)節(jié)交流伺服電動機(jī)、肘關(guān)節(jié)錐齒輪、肘關(guān)節(jié)諧波減速器；所述腕關(guān)節(jié)包括腕關(guān)節(jié)交流伺服電動機(jī)、腕關(guān)節(jié)諧波減速器、腕關(guān)節(jié)錐齒輪； 所述腰關(guān)節(jié)交流伺服電機(jī)與腰關(guān)節(jié)諧波減速器串接垂直安裝在底座上； 所述輸出軸連接第一直齒圓柱齒輪，第一直齒圓柱齒輪與第二直齒圓柱齒輪通過外嚙合相連安裝于底座的下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采摘機(jī)器人關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)，其特征在于:所述外嚙合齒輪、渦輪和蝸桿組成二級減速機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采摘機(jī)器人關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)，其特征在于:所述肘關(guān)節(jié)諧波減速器和肘關(guān)節(jié)交流伺服電動機(jī)沿大臂`軸線分布。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種采摘機(jī)器人關(guān)節(jié)傳動系統(tǒng)，包括腰、肩、肘和腕關(guān)節(jié)，腰關(guān)節(jié)包括底座、第一直齒圓柱齒輪、第二直齒圓柱齒輪、滾動球軸承、推力球軸承、輸出軸、腰關(guān)節(jié)交流伺服電動機(jī)、腰關(guān)節(jié)諧波減速器；肩關(guān)節(jié)包括箱體、肩關(guān)節(jié)交流伺服電動機(jī)、外嚙合齒輪、渦輪和蝸桿；肘關(guān)節(jié)包括肘關(guān)節(jié)交流何服電動機(jī)、肘關(guān)節(jié)錐齒輪、肘關(guān)節(jié)諧波減速器；腕關(guān)節(jié)包括腕關(guān)節(jié)交流伺服電動機(jī)、腕關(guān)節(jié)諧波減速器、腕關(guān)節(jié)錐齒輪；腰關(guān)節(jié)交流伺服電機(jī)與腰關(guān)節(jié)諧波減速器串接垂直安裝在底座上；輸出軸連接第一直齒圓柱齒輪，第一直齒圓柱齒輪與第二直齒圓柱齒輪通過外嚙合相連安裝于底座下方。本新型結(jié)構(gòu)簡單、小巧、緊湊，設(shè)計(jì)新穎，運(yùn)行時性能更穩(wěn)定、可靠。
文檔編號A01D46/30GK203125519SQ2013201509
公開日2013年8月14日 申請日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者宋健, 鞏勝磊, 蘇春建, 劉會祥 申請人:濰坊學(xué)院