[发明专利]同轴式间接驱动多关节机器人手臂的传动机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人手臂传动机构，特别是一种水平关节和垂直关节的多关节机器人手臂运动传动机构。

背景技术

目前的工业机器人一般有线性运动、旋转运动和两种运动方式的组合三种运动方式。线性运动采用类似机床的运动方式，通过导轨和丝杆实现三坐标的空间线性运动，旋转运动则采用多旋转关节加手臂机构实现平面或者三维空间运动。

传统的多关节机器人手臂一般由底座组件、长臂组件、短臂组件和可以自转动和直线移动的工作臂组件组成。底座组件是支撑整个多关节机械手臂的支架，是用来固定整机的。长臂组件和短臂组件一端做旋转运动，另一端做圆弧运动。所有的转动关节一般都由驱动电机、减速器、传动关节机构组成。工作臂组件的线性运动和自转动也是采用两套驱动电机、减速器和一套滚珠丝杆和滚动花键或者双导杆驱动来实现。长臂组件转动是将长臂组件的一端和底座组件做成转动关节、相应的驱动电机和减速器固定在底座组件上并直接驱动长臂组件的转动关节作旋转运动。短臂组件的转动是将短臂组件的一端和长臂组件的另一端做成转动关节，相应的驱动电机和减速器固定在长臂组件上，并直接驱动短臂组件的转动关节作旋转运动。工作臂组件与短臂组件的一端固定在一起，是一个可以自转动和直线移动的机构，驱动工作臂组件的两套电机和减速器都固定在短臂组件上、直线运动的滚珠丝杆和滚动花键或者双导杆机构也固定在短臂组件上，这种结构的多关节机器人手臂的优点是：机械结构简单，精度容易保证，也是目前多关节机器人手臂常用的结构。

当多关节机器人手臂运动时，长臂组件的运动端上不但要加上短臂组件和工作臂组件自身的重量，而且还要加上三套驱动电机和减速器（以下简称动力机构）的重量以及其他必要的机械构件重量，再加之长臂组件和短臂组件都有一定的工作长度，这样导致机械手臂高速运转时会形成很大的机械惯量。

按照一般的电机驱动原理，要求驱动电机的惯量是整个运动机械惯量的1/5，长短臂组件的长度越长，总质量越大，运动时的机械惯量就越大，对电机的机械惯量要求也越高。按照经典的机械惯量计算，机械惯量与运动部件的质量和质量位置的距离平方成正比，而且在整个多关节机器人手臂中，三套驱动电机和减速器的质量占整个运动部件的1/3，因此，各个运动臂的运动惯量大小决定了驱动电机的惯量大小，驱动电机惯量的大小决定了电机本身的规格大小和速度位移等控制性能的要求。

尤其是对于高速运动的机器人手臂来说，对驱动电机的技术要求更高，同时由于采用减速器减速，对减速器的精度和重量也要求很高，甚至像驱动电机和减速器之类的基础元件要采用高性能产品才可以满足使用要求，使机器人手臂的工作速度受限，生产成本也居高不下。

发明内容

为了克服现有技术中由于驱动电机和减速器要随着机械手臂一起运动所带来机械惯量大，工作速度受限，生产成本居高不下的不足，本发明提供一种机械手臂运动惯量小，工作速度高，生产成本低，传动精度高的同轴式间接驱动多关节机器人手臂的传动机构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种同轴式间接驱动多关节机器人手臂的传动机构，包括底座组件、长臂组件、短臂组件和工作臂组件，所述底座组件上安装有同轴心嵌套的第一组传动轴和驱动第一组传动轴中各轴独立转动的动力机构；所述长臂组件的一端安装在第一组传动轴中其中一根轴上，另一端设置有与第一组传动轴中其余轴对应的同轴心嵌套的第二组传动轴，所述第二组传动轴与其对应的第一组传动轴通过第一组皮带联接，所述短臂组件的一端安装在第二组传动轴的其中一根轴上，所述另一端与所述工作臂组件固定联接，所述工作臂组件设置有与第二组传动轴中其余轴对应的工作臂，所述工作臂与其对应的第二组传动轴通过第二组皮带联接。

所述第一组传动轴中各轴之间安装有支撑轴承；所述第二组传动轴中各轴之间也安装有支撑轴承。

所述长臂组件与第一组传动轴中位于最外侧的一根轴固定联接；所述短臂组件与第二组传动轴中位于最外侧的一根轴固定联接。

所述长臂组件、短组件臂和工作臂组件的转动部位设置有旋转编码器。

所述工作臂组件的直线运动部位设置有位移传感器。