[发明专利]全向轮驱动的机器人腕关节机构

说明书

技术领域

本发明涉及机器人关节结构，具体为一种全向轮驱动的机器人腕关节机构。

背景技术

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的自动化装置，它能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按原先设定的程序抓取、搬运物件或操作工具。腕关节是机器人的手臂与机械抓手相互连接的重要组成部分，其最主要的功能是调整和改变机械抓手在三维空间内的位置和姿态，因此，腕关节在空间运动时的灵活性和在空间运动的范围直接影响到机器人整体在工作中的功能以及性能。

目前，机器人腕关节分为二自由度和三自由度两种，主要有齿轮组驱动和液压驱动两种驱动形式。

现有的三自由度的机器人腕关节由于驱动和传动等原因通常存在着结构复杂、体积大，且工作时震动噪音大等缺点和不足。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出了一种可调整和改变机械抓手在三维空间内的位置和姿态，且运动灵活，可广泛应用的全向轮驱动的机器人腕关节机构。

能够解决上述技术问题的全向轮驱动的机器人腕关节机构，其技术方案包括球关节，所述球关节的下半球体置于球关节杯形架内并与球关节杯形架内圆周均布的三个单排全向轮摩擦接触，三个单排全向轮通过对应的轮架安装且三个单排全向轮的回转中心线斜向下方并相交于一点，该相交点处于球关节球心的正下方，各轮架上设有驱动对应单排全向轮的球关节电机和检测对应单排全向轮转角的编码器，所述球关节杯形架上设有作用在球关节上半球体上的防脱组件，球关节上半球体上设有供作业机具安装的平台座。

所述防脱组件的一种结构包括于球关节架上安装的环盖，所述环盖内环口向上的翻边处于球关节上半球体的下部，所述翻边与球关节上半球体之间圆周均布有由保持架定位的滚珠。

所述作业机具常规上为机械抓手或摄像头。

本发明的有益效果：

1、本发明全向轮驱动的机器人腕关节机构可调整和改变机械抓手在三维空间内的位置和姿态，运动平稳、转向灵活，且体型小巧。

2、本发明结构中，三个单排全向轮均匀分布，可有效地减少作用在球关节上附加力的产生。

3、本发明在球关节上安装有平台座，该平台座上可以安装多种作业机具(如机械抓手和摄像头等)，应用场合广。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的结构示意图。

图2为图中的剖视图。

图3为图1、图2实施方式的具体运用。

图号标识：1、球关节；2、球关节杯形架；3、单排全向轮；4、轮架；5、球关节电机；6、编码器；7、防脱组件；8、环盖；9、保持架；10、滚珠；11、平台座；12、机械抓手；13、机械手臂；14、手臂驱动电机；15、关节臂；16、回转台；17、机座。

具体实施方式

下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明全向轮驱动的机器人腕关节机构包括球关节1、球关节杯形架2和单排全向轮3，所述球关节1的下半球体居中置于球关节杯形架2内，三个单排全向轮3于球关节杯形架2内圆周均布并与球关节1的下半球体摩擦接触，三个单排全向轮3通过对应的轮架4(安装于球关节杯形架2内)安装且三个单排全向轮4的回转中心线斜向下方并相交于一点，该相交点处于球关节1球心的正下方，各轮架6上设有驱动对应单排全向轮3的球关节电机5和检测对应单排全向轮4转角的编码器6，所述球关节杯形架2上设有作用在球关节1上半球体上的防脱组件7，球关节1上半球体上设有供作业机具安装的平台座11，如图1、图2所示。

所述防脱组件7包括环盖8，所述环盖8于球关节杯形架2的上口安装，环盖8内环口向上的翻边环抱于球关节1上半球体的下部，所述翻边与球关节1上半球体之间圆周均布有由保持架9定位的滚珠10，所述滚珠10滚动限位于翻边内侧的半圆槽中，如图2所示。

本发明的工作方式为：

三个球关节电机5分别驱动三个单排全向轮3转动，三个单排全向轮3会分别产生三个不同方向的速度矢量，这三个不同方向的速度矢量合成为空间中任意方向的速度矢量，该速度矢量可控制球关节1全向运动，亦即控制球关节1上的机械抓手12全向运动。

本发明于机器人上的一种应用方案为：

所述球关节杯形架2安装在机器人的机械手臂13上，所述机械手臂13通过手臂驱动电机14安装于关节臂15上，所述关节臂15通过回转台16安装于机座17上，机械抓手12安装于球关节1上的平台座11上，如图3所示。

球关节1的全向运动结合机械手臂13的摆动以及关节臂15的回转运动，使得机械抓手12在三维空间内的位置和姿态任意变化。