專(zhuān)利名稱(chēng)：用于機(jī)械臂或蛇形機(jī)器人的主動(dòng)手腕機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體的說(shuō)，是一種用于機(jī)械臂或 蛇形機(jī)器人的主動(dòng)手腕機(jī)構(gòu)。
技術(shù)背景目前，在生產(chǎn)和生活方面，尤其是在危險(xiǎn)環(huán)境和極限環(huán)境作業(yè)中，機(jī)器人作 為人類(lèi)創(chuàng)造的一種特殊機(jī)器，有著極為廣泛的應(yīng)用前景。機(jī)器人正代替人們從事 著各種各樣的工作，比如對(duì)特定物體進(jìn)行精確定位、檢測(cè)、成像或救援等操作。 機(jī)器人手腕是連接末端操作器和機(jī)械臂的部件，它的主要作用是調(diào)節(jié)或改變工件 的方位，所以它具有獨(dú)立的自由度，以使機(jī)器人末端操作器適應(yīng)復(fù)雜的動(dòng)作要求。 典型的機(jī)器人手腕有兩類(lèi)(1)由液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)構(gòu)成；(2)由齒輪傳動(dòng)構(gòu)成。 現(xiàn)今使用較多的是3自由度手腕，它大多采用多軸差動(dòng)齒輪系構(gòu)成，各種機(jī)器人 手腕在不同程度上都存在著傳動(dòng)構(gòu)件復(fù)雜、可達(dá)空間區(qū)域小、姿態(tài)定位精度不高、 制造困難和模塊化程度不高等缺點(diǎn)。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮?2129665. 0名稱(chēng)為"機(jī)器人 主動(dòng)手腕"，該技術(shù)設(shè)計(jì)了一種二 三轉(zhuǎn)動(dòng)自由度機(jī)器人主動(dòng)手腕。該手腕由上 旋轉(zhuǎn)體、下旋轉(zhuǎn)體和輸出端構(gòu)成，所述的上旋轉(zhuǎn)體與下旋轉(zhuǎn)體通過(guò)軸承聯(lián)接，其 內(nèi)部設(shè)置有雙萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)，而輸出端套裝在輸出軸上并與上旋轉(zhuǎn)體固連。該發(fā)明 中三轉(zhuǎn)動(dòng)自由度機(jī)器人主動(dòng)手腕雖然選用了"萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)和錐齒輪一端面齒輪嵌 套"的傳動(dòng)方式，而二轉(zhuǎn)動(dòng)自由度手腕去掉了錐齒輪一一端面齒輪構(gòu)成的嚙合副 及相應(yīng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，在機(jī)器人手腕內(nèi)部還設(shè)置了滑移副并以輕金屬合金材料制造所 述的上旋轉(zhuǎn)體和下旋轉(zhuǎn)體，使得該機(jī)器人主動(dòng)手腕運(yùn)轉(zhuǎn)更靈活、輕便，且結(jié)構(gòu)較 其它結(jié)構(gòu)稍顯緊湊、姿態(tài)能力好、模塊化程度高、便于系統(tǒng)集成等優(yōu)點(diǎn)，但是該 機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不夠緊湊、轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的形成原理復(fù)雜、外觀(guān)不規(guī)則導(dǎo)致封 裝性不好，以致上述技術(shù)的實(shí)用性還不夠高而受到很大的制約。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種零部件數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、模塊 化程度較高并能實(shí)現(xiàn)即插即用的用于機(jī)械臂或蛇形機(jī)器人的主動(dòng)手腕機(jī)構(gòu)，解決 了現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)器人手腕傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)不夠緊湊、模塊化程度不高的問(wèn)題。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明包括兩個(gè)電機(jī)、兩個(gè)錐齒輪、 兩個(gè)大齒輪、兩個(gè)小齒輪、兩個(gè)電位計(jì)、兩個(gè)扇形端面錐齒輪、十字形聯(lián)接軸、 四個(gè)支架、兩個(gè)固定端蓋、兩個(gè)電機(jī)套筒、兩個(gè)聯(lián)接端、 一個(gè)波紋管。置于兩個(gè) 電機(jī)套筒內(nèi)部的電機(jī)分別與兩個(gè)固定端蓋固定。兩個(gè)錐齒輪以及兩個(gè)大齒輪同時(shí) 與電機(jī)的輸出軸固定連接。兩個(gè)大齒輪又分別與固定在兩個(gè)電位計(jì)的輸出軸上的 小齒輪嚙合以檢測(cè)關(guān)節(jié)的角位移。十字形聯(lián)接軸的兩個(gè)軸呈90度相交。兩個(gè)扇 形端面錐齒輪分別與十字形聯(lián)接軸的兩個(gè)軸固接，錐齒輪與扇形端面錐齒輪嚙 合。十字形聯(lián)接軸由四個(gè)完全相同的支架連接支撐，可自由旋轉(zhuǎn)。四個(gè)支架分別 對(duì)稱(chēng)地固定在上下兩個(gè)固定端蓋上。波紋管連接兩個(gè)固定端蓋，形成一個(gè)完全密 閉的機(jī)構(gòu)。本發(fā)明具有上下對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度結(jié)構(gòu)，通過(guò)電機(jī)、錐齒輪、扇 形端面齒輪、十字形聯(lián)接軸的傳動(dòng)順序，分別驅(qū)動(dòng)十字形聯(lián)接軸的兩個(gè)呈90度 相交的軸來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)模塊的俯仰和擺動(dòng)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。本發(fā)明中的機(jī)器人主動(dòng)手腕不但選用了 "十字形聯(lián)接軸和錐齒輪一扇形端面 錐齒輪嵌套"的傳動(dòng)方式，即把十字形聯(lián)接軸和扇形斷面齒輪嵌套固接并通過(guò)錐 齒輪和和扇形斷面齒輪的嚙合來(lái)"直接"驅(qū)動(dòng)十字形聯(lián)接軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，而且實(shí)現(xiàn)了 手腕關(guān)節(jié)的更高程度的單元化和模塊化。其突出的優(yōu)點(diǎn)是整體造型小巧、外觀(guān) 規(guī)則且重量輕巧，結(jié)構(gòu)更為緊湊，姿態(tài)能力好，傳動(dòng)元件和驅(qū)動(dòng)元件的封裝性好， 模塊化程度極高，更便于系統(tǒng)集成。本發(fā)明中的有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)， 即可作為單個(gè)模塊使用，也可通過(guò)與機(jī)器人本體聯(lián)接構(gòu)成二自由度的末端執(zhí)行器，或者串接更多的模塊用于蛇形機(jī)器人中。本發(fā)明利用十字形聯(lián)接軸結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)將不在同一軸線(xiàn)或軸線(xiàn)折角較大或軸 向偏距較大的兩個(gè)軸直接進(jìn)行90度相交，并且實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)與關(guān)節(jié)角度的線(xiàn)性 關(guān)系，同時(shí)可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)。具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，維修保養(yǎng)方便 等突出優(yōu)點(diǎn)。尤其是"十字形聯(lián)接軸和錐齒輪——扇形端面齒輪嵌套"的傳動(dòng)方 式更是提高了整體結(jié)構(gòu)的緊湊性，再加之波紋管的密封包裝使得整個(gè)機(jī)構(gòu)完全密 封，整體外觀(guān)簡(jiǎn)潔規(guī)則，大大提高了該機(jī)構(gòu)的實(shí)用性，彌補(bǔ)了以往技術(shù)的不足。


圖1為主動(dòng)手腕機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為主動(dòng)手腕機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為主動(dòng)手腕機(jī)構(gòu)作俯仰和擺動(dòng)動(dòng)作的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例是在以本發(fā)明技術(shù)方 案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保 護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)施例包括兩個(gè)電機(jī)1和13、兩個(gè)錐齒輪2和14、兩個(gè) 大齒輪3和15、兩個(gè)小齒輪4和16、兩個(gè)電位計(jì)5和17、兩個(gè)扇形端面錐齒輪 6和18、十字形聯(lián)接軸7、四個(gè)支架8 (其中兩個(gè)與另外兩個(gè)呈90度角分別布置 于固定端蓋上)、兩個(gè)固定端蓋9和19、兩個(gè)電機(jī)套筒10和20、兩個(gè)聯(lián)接端ll 和21、波紋管12。兩個(gè)電機(jī)套筒10和20的橫截面為中空筒狀。上面第二小齒 輪16和第二電位計(jì)7在圖1中不可見(jiàn)。
所述的主動(dòng)手腕中，兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的關(guān)節(jié)聯(lián)接在十字形聯(lián)接軸7的兩根 呈90度相交的軸上。各部件相互連接關(guān)系為對(duì)于下面的關(guān)節(jié)，第一電機(jī)l放 置于第一電機(jī)套筒10內(nèi)部并與第一固定端蓋9固定。與第一錐齒輪2固接的第 一大齒輪3 —起固接在第一電機(jī)1的輸出軸上，第一錐齒輪2又與第一扇形端面 錐齒輪6嚙合。而第一大齒輪3與第一小齒輪4嚙合，第一小齒輪4則固接在第 一電位計(jì)5的輸出軸上，第一電位計(jì)5安裝在第一固定端蓋9上。與第一錐齒輪 2嚙合的第一扇形端面錐齒輪6固接在十字形聯(lián)接軸7的與如圖1所示的紙面垂 直的一個(gè)軸上，而此軸與固定在第一固定端蓋9的支架8的其中兩個(gè)支架聯(lián)接。 對(duì)于上面的關(guān)節(jié)，第二電機(jī)13放置于第二電機(jī)套筒20內(nèi)部并與第二固定端蓋 19固定。與第二錐齒輪14固接的第二大齒輪15 —起固接在第二電機(jī)13的輸出 軸上，第二錐齒輪14又與第二扇形端面錐齒輪18嚙合。而第二大齒輪15與第 二小齒輪16嚙合，第二小齒輪16又固接在第二電位計(jì)7的輸出軸上，第二電位 計(jì)7則安裝在第二固定端蓋19上。與第二錐齒輪14嚙合的第二扇形端面錐齒輪 18固接在十字形聯(lián)接軸7的與如圖1所示的軸上，而此軸與固定在第二固定端 蓋19的支架8聯(lián)接。最后通過(guò)波紋管12將分別固接在兩個(gè)電機(jī)套筒10和20
上的兩個(gè)固定端蓋9和19密封起來(lái)，而兩個(gè)聯(lián)接端11和21用來(lái)連接其它的關(guān) 節(jié)。上述機(jī)構(gòu)通過(guò)十字形聯(lián)接軸的兩個(gè)呈90度相交的軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，并在聯(lián)接端連 接末端執(zhí)行器，來(lái)實(shí)現(xiàn)空間二自由度轉(zhuǎn)動(dòng)。第一電機(jī)1的輸出軸通過(guò)鍵與第一錐 齒輪2固接一起轉(zhuǎn)動(dòng)。第一錐齒輪2又與第一扇形端面錐齒輪6嚙合，而第一扇 形端面錐齒輪6固接在十字形聯(lián)接軸7的如圖1所示的垂直于紙面的軸上，所述 的軸與固定在第一固定端蓋9上的固定支架8聯(lián)接，從而實(shí)現(xiàn)十字形聯(lián)接軸7 繞垂直于如圖1所示的紙面方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而帶動(dòng)如圖1所示的上面關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng) 來(lái)完成該手腕機(jī)構(gòu)的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。固接在第一錐齒輪2上的第一大齒輪3又與固接 在第一電位計(jì)5上的第一小齒輪4嚙合，以便檢測(cè)作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)的角位移。 與此類(lèi)似，第二電機(jī)13的輸出軸通過(guò)鍵與第二錐齒輪14固接并一起轉(zhuǎn)動(dòng)，第二 錐齒輪14又與第二扇形端面錐齒輪18嚙合，而第二扇形端面錐齒輪18固接在 十字形聯(lián)接軸7的如圖1所示紙面的水平方向軸上，所述的軸又與固定在第二固 定端蓋19上的固定支架8聯(lián)接，從而實(shí)現(xiàn)十字形聯(lián)接軸7繞如圖1所示的紙面 的水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而帶動(dòng)如圖1所示的下面關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)完成該手腕機(jī)構(gòu)的 俯仰運(yùn)動(dòng)。固接在第二錐齒輪14上的第二大齒輪15又與固接在第二電位計(jì)7 上的第二小齒輪16嚙合，以便檢測(cè)作俯仰運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)的角位移。
權(quán)利要求
1、一種用于機(jī)械臂或蛇形機(jī)器人的主動(dòng)手腕機(jī)構(gòu)，包括兩個(gè)電機(jī)、兩個(gè)錐齒輪、兩個(gè)大齒輪、兩個(gè)小齒輪、兩個(gè)電位計(jì)、兩個(gè)扇形端面錐齒輪、十字形聯(lián)接軸、四個(gè)支架、兩個(gè)固定端蓋、兩個(gè)電機(jī)套筒、兩個(gè)聯(lián)接端、一個(gè)波紋管，其特征在于置于兩個(gè)電機(jī)套筒內(nèi)部的電機(jī)分別與兩個(gè)固定端蓋固定，兩個(gè)錐齒輪以及兩個(gè)大齒輪同時(shí)與電機(jī)的輸出軸固定連接，兩個(gè)大齒輪又分別與固定在兩個(gè)電位計(jì)的輸出軸上的小齒輪嚙合以檢測(cè)關(guān)節(jié)的角位移，兩個(gè)錐齒輪與兩個(gè)扇形端面錐齒輪嚙合，兩個(gè)扇形端面錐齒輪分別與十字形聯(lián)接軸的兩個(gè)軸固接，四個(gè)支架則分別對(duì)稱(chēng)地固定在上下兩個(gè)固定端蓋上，波紋管連接兩個(gè)固定端蓋，形成一個(gè)完全密閉的機(jī)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于機(jī)械臂或蛇形機(jī)器人的主動(dòng)手腕機(jī)構(gòu)，其特 征是，所述十字形聯(lián)接軸的兩個(gè)軸呈90度相交。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于機(jī)械臂或蛇形機(jī)器人的主動(dòng)手腕機(jī)構(gòu)，其特征是，所述十字形聯(lián)接軸由完全相同的四個(gè)支架連接支撐。
全文摘要
一種用于小型機(jī)械臂或蛇行機(jī)器人的二轉(zhuǎn)動(dòng)自由度主動(dòng)手腕機(jī)構(gòu)，屬于機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明中，置于兩個(gè)電機(jī)套筒內(nèi)部的電機(jī)分別與兩個(gè)固定端蓋固定。兩個(gè)錐齒輪以及兩個(gè)大齒輪同時(shí)與電機(jī)的輸出軸固定連接。兩個(gè)大齒輪又分別與固定在兩個(gè)電位計(jì)的輸出軸上的小齒輪嚙合。兩個(gè)扇形端面錐齒輪分別與十字形聯(lián)接軸的兩個(gè)軸固接，錐齒輪與扇形端面錐齒輪嚙合。四個(gè)支架分別對(duì)稱(chēng)地固定在上下兩個(gè)固定端蓋上。波紋管連接兩個(gè)固定端蓋，形成一個(gè)完全密閉的機(jī)構(gòu)。本發(fā)明整體造型小巧、外觀(guān)規(guī)則且重量輕巧，傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)更為緊湊，姿態(tài)能力好，傳動(dòng)元件和驅(qū)動(dòng)元件的封裝性好，模塊化程度極高，便于系統(tǒng)集成。
文檔編號(hào)B25J17/00GK101130245SQ20071004646
公開(kāi)日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2007年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月27日
發(fā)明者張偉軍, 胡心怡, 袁建軍, 俊 陶 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)