[发明专利]机器人主动手腕

说明书

                            技术领域

本发明涉及一种机器人，更具体的说，它涉及一种机器人手腕机构。

                            背景技术

目前，在医疗、军事、轻工、汽车等行业中，由于存在许多人类的手、眼无法触及的工作场合，或因为危险、有毒、辐射等原因，使人无法对特定的物体进行精确定位、检测、成像等操作。因此，让机器人代替人来完成一些特定工作成为一种迫切需要。

国内外的学者在这方面作了大量研究，椐专利资料与文献记载，目前公开的机器人手腕机构已达数十种之多：

以美国的Rosheim为代表、其他国家也有的Pitch-yaw-roll三自由度手腕，其结构基于连杆、扇形齿轮、行星齿轮、差动齿轮以及刚带传动等。此传动原理看似简单，实则复杂，难于制造装配。

日本NEC公司申请专利的一种可模仿类似人类手指末端关节运动形式的两自由度主动铰链，被韩国的Ryew和Choi改造成可完全实现人类手指末端关节运动的装置，美国的Paljug则利用了上述铰链，制造出一个12自由度的蛇形机器人实物模型。这种铰链基于单万向联轴节传动，可达空间小，姿态能力差。

我国的“东方”喷漆机器人的柔性手腕，是仿照挪威机器人Trallfa手腕制造的，它利用了球面齿轮传动机构，却由于球面齿轮存在原理性误差，制造难度大，且球形齿轮副通常受啮合范围的限制，使之姿态定位精度不高。

另有RCC-Remote Center Compliance柔顺手腕，虽然可以通过夹持工件与装配对象间的接触力使柔性构件产生变形，并以此微调末端姿态，但其结构却不适合实现大姿态场合的需要。

曾被考虑作为手腕结构的球面并联机构和Stewart平台，则通常因为结构尺寸和姿态能力受到限制，难于得到实际应用。

可见，上述的各种机器人手腕均在不同程度上存在着传动构件复杂、可达空间小、姿态能力不好等不同缺陷，实用性不强。

                          发明内容    

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种零部件数量少、结构简单紧凑、可实现即插即用、且在有限的空间内具有灵巧性的机器人手腕机构。

本发明的技术方案有两种：    

一种是三转动自由度机器人主动手腕，它由上旋转体、下旋转体和输出端构成，所述的上旋转体与下旋转体通过轴承联接，其内部设置有双万向联轴节、通过轴承套装在所述的双万向联轴节上的锥齿轮、以及与所述的锥齿轮构成啮合副的端面齿轮，所述的锥齿轮通过轴承与所述的下旋转体联接，所述的端面齿轮与上旋转体固接，所述的输出端套装在所述的双万向联轴节的输出轴上并通过轴承与上旋转体联接。

另一种是二转动自由度机器人主动手腕，它由上旋转体、下旋转体和输出端构成，所述的上旋转体与下旋转体通过轴承联接，其内部设置有双万向联轴节，所述的输出端套装在输出轴上并与上旋转体固连。

为使本发明的机器人主动手腕运转更灵活、轻便，在两种技术方案所述的机器人手腕内部设置有滑移副，并以轻金属合金制造所述的上旋转体与下旋转体。

本发明选用了“万向联轴节和锥齿轮—端面齿轮嵌套”的传动方式，与现有技术相比，其优点是：造型小巧，结构紧凑，姿态能力好，模块化程度高，便于系统集成，即可作为单独模块使用，通过与机器人本体适配构成多自由度末端执行器，亦可以串接方式构成机器人的主动柔顺手腕，成为人体视觉、触觉等的有效延伸。

                          附图说明

图1是三转动自由度机器人手腕的初始位置图；

图2是三转动自由度机器人手腕的极限位置图；

图3是二转动自由度机器人手腕的初始位置图；

图4是二转动自由度机器人手腕的极限位置图。

图中：输出端1  上旋转体2  下旋转体3  双万向联轴节4  轴承5传动齿轮6  传动齿轮7  传动齿轮8  轴承9  轴承10  轴承11  锥齿轮12端面齿轮13  轴承14  十字轴15  输出轴16  中间部分17  十字轴18输入轴19  上旋转体驱动电机—齿轮减速系统20  下旋转体驱动电机—齿轮减速系统21  输出轴驱动电机—齿轮减速系统22

                        具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

(1)三转动自由度机器人主动手腕：