一種五自由度機器人末端傳動機構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及工業機器人技術領域，具體地，涉及一種五自由度串聯型機器人末端傳動機構。
【背景技術】
[0002]工業機器人的末端關節結構對機器人的控制性、實用性和可操作性影響較大。工業機器人的末端傳動機構設計，是工業機器人結構設計的重點。對于一個五自由度的工業機器人，在考慮成本的前提下為保證其滿足響應快、定位精度好的要求，簡單的方案是在四軸SCARA機器人的基礎上增加一個自由度。但若將機器人的末端關節的驅動部分放在末端附近，會增大機器人的末端尺寸，增加機器人正常工作的難度。而采用電機后置的設計則可構成結構較為緊湊的機械手末端，但這樣也需要同時對機器人的關節排列作出調整。
[0003]基于以上問題，考慮使用一種類似SCARA機器人的裝置。為了不影響末端傳動結構分布，需要將上下移動的部分放在第一關節。
【發明內容】
[0004]針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種五自由度機器人末端傳動機構，該機器人結構緊湊，傳動精確可靠，而且轉動靈活，在不考慮負載的情況下，末端兩個關節都可以做到無限回轉。
[0005]為實現以上目的，本發明提供一種五自由度機器人末端傳動機構，包括第一伺服電機、第二伺服電機，由第一諧波減速器、主動直齒輪、從動直齒輪和空心傳動軸構成的第一傳動組件，由傳動軸、主動錐齒輪、從動錐齒輪、轉接軸、第二諧波減速器構成的第二傳動組件，末端輸出軸，以及由箱體外殼、錐齒輪組外殼、末端諧波外殼構成的外殼，其中:所述第一伺服電機安放在箱體外殼上，其輸出端連接第一諧波減速器，主動直齒輪固連在第一諧波減速器的輸出端上并與從動直齒輪嚙合，從動直齒輪與空心傳動軸固連，第二伺服電機采用后置方案，與所述第一伺服電機并行排列，也安裝在箱體外殼上，其輸出端連接傳動軸，主動錐齒輪固連在傳動軸的末端并與從動錐齒輪嚙合，轉接軸與從動錐齒輪固連，同時轉接軸連接在第二諧波減速器減速的輸入端；末端輸出軸連接在第二諧波減速器的末端，錐齒輪組外殼與空心傳動軸固連并隨空心傳動軸轉動，末端諧波外殼固連在錐齒輪組外殼上;
[0006]所述箱體外殼、空心傳動軸和從動直齒輪構成第一旋轉關節，從動直齒輪與空心傳動軸一起相對于箱體外殼轉動，從而實現第一旋轉關節的運動；末端諧波外殼和末端輸出軸構成第二旋轉關節，末端輸出軸相對于末端諧波外殼旋轉，從而實現第二旋轉關節的運動；第一旋轉關節、第二旋轉關節正交；第一伺服電機通過第一傳動組件驅動第一旋轉關節并帶動第二旋轉關節整體隨之運動，第二伺服電機通過第二傳動組件驅動第二旋轉關節；所述第二伺服電機采用后置方案而非與第二諧波減速器直接相連，因此可以不受第一旋轉關節運動影響，也降低了第一旋轉關節的負載。
[0007]優選地，所述的第一伺服電機通過第一傳動組件驅動第一旋轉關節，具體的:所述第一伺服電機驅動第一諧波減速器，經第一諧波減速器減速后，由固定于第一諧波減速器的輸出端的主動直齒輪傳遞給與之嚙合的從動直齒輪，從而將動力傳遞給與從動直齒輪固連的空心傳動軸，空心傳動軸帶動與其固連的錐齒輪組外殼，以及與錐齒輪組外殼固連的末端諧波外殼，傳動完成，第一旋轉關節開始旋轉運動，并帶動第二旋轉關節整體隨第一旋轉關節運動。
[0008]優選地，在所述第二伺服電機不動的情況下，與第二伺服電機連接的傳動軸以及傳動軸末端的主動錐齒輪也不旋轉，所述第二旋轉關節整體隨第一旋轉關節運動，轉接軸與從動錐齒輪會被迫繞第一旋轉關節的旋轉軸轉動，因從動錐齒輪與主動錐齒輪嚙合，產生自轉并帶動轉接軸旋轉，使得末端輸出軸也產生運動；此時控制第二伺服電機旋轉，使第二伺服電機在第一伺服電機每轉一圈的同時沿同方向轉動一個修正量，該修正量的大小為直齒輪組傳動比與第一諧波減速器的減速比之商。
[0009]優選地，所述的第二伺服電機通過第二傳動組件驅動第二旋轉關節，具體的:第二伺服電機直接驅動傳動軸，動力經裝在傳動軸末端的主動錐齒輪和裝在轉接軸上的從動錐齒輪正交傳動后帶動轉接軸，進而傳遞給與轉接軸連接的第二諧波減速器減，通過第二諧波減速器減速后，驅動連接在第二諧波減速器末端的末端輸出軸，傳動完成；所述第二旋轉關節繞所述末端輸出軸的軸線作旋轉運動。
[0010]優選地，所述的第一個旋轉關節與第二個旋轉關節進行聯動，即:控制第一伺服電機旋轉，通過第一諧波減速器減速，再經主動直齒輪、從動直齒輪傳動帶動空心傳動軸以及與空心傳動軸固連的各部件旋轉；同時控制第二伺服電機旋轉以驅動傳動軸，經過主動錐齒輪、從動錐齒輪傳動帶動轉接軸，再通過第二諧波減速器帶動末端輸出軸。
[0011]優選地，所述的主動直齒輪采用分片錯齒結構，形狀為兩個疊在一起的薄片齒輪，通過調整兩片薄片齒輪輕微錯位以實現與從動直齒輪的緊密嚙合，消除回轉間隙，保證傳動精確和平穩。
[0012]優選地，所述的傳動軸從空心傳動軸的空心內部穿過且與空心傳動軸共軸線；所述的轉接軸與傳動軸正交。
[0013]優選地，所述的第一旋轉關節的旋轉軸為空心傳動軸的軸心線；所述的第二旋轉關節的旋轉軸為末端輸出軸的軸心線。
[0014]優選地，所述的空心傳動軸與箱體外殼之間、所述的傳動軸與空心傳動軸之間、所述的第一諧波減速器輸出端與箱體外殼之間、所述的末端輸出軸與末端諧波外殼之間、所述的轉接軸與錐齒輪組外殼之間都通過軸承連接及支撐，以保證旋轉運動平滑可靠。
[0015]與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果:
[0016]本發明所述的一種五自由度機器人末端傳動機構，采用電機后置方案，使其末端具有較小的外形，通過一系列傳動裝置將動力傳遞至相應關節，保證結構上的緊湊性，降低其對工作條件的要求，傳動精確可靠而且轉動靈活。在不考慮負載的情況下，末端兩個關節都可以做到無限回轉。
【附圖說明】
[0017]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯:
[0018]圖1為本發明一實施例機構整體結構框圖；
[0019]圖2為本發明一實施例的第一旋轉關節結構示意圖；
[0020]圖3為本發明一實施例的第二旋轉關節結構示意圖；
[0021]圖中:第一伺服電機1、箱體外殼2、第二伺服電機3、第一諧波減速器4、第一深溝球軸承5、第一角接觸球軸承6、空心傳動軸7、從動直齒輪8、傳動軸9、第二角接觸球軸承
10、第三角接觸球軸承11、第二深溝球軸承12、第三深溝球軸承13、諧波輸出端14、主動直齒輪15 ;錐齒輪組外殼16、第四角接觸球軸承17、主動錐齒輪18、第二諧波減速器19、末端輸出軸20、第四深溝球軸承21、末端諧波外殼22、第五深溝球軸承23、第六深溝球軸承24、從動錐齒輪25、轉接軸26、第七深溝球軸承27。
【具體實施方式】
[0022]下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。
[0023]如圖1和圖2所示，本實施例提供一種五自由度機器人末端傳動機構，包括:第一伺服電機1、箱體外殼2、第二伺服電機3、第一諧波減速器4、空心傳動軸7、從動直齒輪8、傳動軸9、諧波輸出端14、主動直齒輪15、錐齒輪組外殼16、主動錐齒輪18、第二諧波減速器
19、末端輸出軸20、末端諧波外殼22、從動錐齒輪25和轉接軸26，其中:
[0024]第一諧波減速器4、空心傳動軸7、從動直齒輪8、諧波輸出端14和主動直齒輪15構成第一傳動組件；傳動軸9、主動錐齒輪18、第二諧波減速器19、從動錐齒輪25、轉接軸26構成第二傳動組件；
[0025]箱體外殼2、空心傳動軸7和從動直齒輪8構成第一旋轉關節，從動直齒輪8與空心傳動軸7 —起相對于箱體外殼2轉動，實現第一旋轉關節的運動；末端輸出軸20和末端諧波外殼22構成第二旋轉關節，末端輸出軸20相對于末端諧波外殼22旋轉，實現第二旋轉關節的運動；第一伺服電機I通述第一傳動組件驅動第一旋轉關節，第二伺服電機3通過第二傳動組件驅動第二旋轉關節。
[0026]上述部件之間的連接關系為:
[0027]第一伺服電機1、第二伺服電機3并排后置，即第一、第二伺服電機1、3平行安放在箱體外殼2上；第一伺服電機I的輸出端連接第一諧波減速器4，諧波輸出端14固定在第一諧波減速器4的輸出端，主動直齒輪15固連在諧波輸出端14上并與從動直齒輪8嚙合，從動直齒輪8與空心傳動軸7固連；
[0028]第二伺服電機3的輸出端與傳動軸9連接，主動錐齒輪18固連在傳動軸9末端并與從動錐齒輪25嚙合，轉接軸26與從動錐齒輪25固連，轉接軸26連接在第二諧波減速器減速19的輸入端，末端輸出軸20連接在第二諧波減速器減速19末端；
[0029]錐齒輪組外殼16與空心傳動軸7固連并隨空心傳動軸7轉動，末端諧波外殼22固連在錐齒輪組外殼16上。
[0030]本實施例中，所述的傳動軸9從空心傳動軸7的空心內部穿過，且與空心傳動軸7共軸線；所述的轉接軸26與傳動軸9正交。
[0031]本實施例中，所述的第一旋轉關節的旋轉軸為空心傳動軸7的軸心線；所述的第二旋轉關節的旋轉軸為末端輸出軸20的軸心線。
[0032]作為一個優選實施方式，所述的第一伺服電機I通述第一傳動組件驅動第一旋轉關節，具體傳動情況為:
[0033]第一伺服電機I驅動第一諧波減速器4，經第一諧波減速