专利名称：滤波驱动装置与智能机器人集成系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机器人部件，特别涉及一种滤波驱动装置与智能机器人集 成系统。
背景技术：
机器人是自动执行工作的机器装置，可以接受人类指挥，又可以运行预 先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。机器人的 任务是协助或取代人类工作的工作，在工业、医学、农业、建筑业甚至军事 等领域中均有重要用途。机器人的传动系统是保证机器人正常动作的关键，特别是机器人手臂的灵 活运动与否，更是衡量机器人动作是否灵活的关键。现有技术中，机器人普遍采用谐波减速器和RV减速器作为传动部。谐波减速器的谐波传动的柔轮在长期 的交变载荷下，容易疲劳磨损失效，柔轮的刚度较差，传递功率比较小不能承 受较大的载荷，容易出现机构卡涩；RV减速器结构复杂、工艺性差、当机构出 现卡涩时，动态性能低劣和机械效率降低、附加动载荷大，特别是传递较大功 率时，振动和噪声大；导致机械设备存在比较大的摩擦、磨损、振动、噪声、 无功能耗等问题，而且机械传动系统所造成的传动精度、综合性能与可靠性差， 装备的使用寿命縮短等问题。因此需要一种机器人机械手臂，能够运行灵活自如，手臂驱动和传动机构 一体设置，能够尽量减少装配误差，提高传动精度，改善传动机构运行状态， 避免运行时出现卡涩现象，减轻运转部件之间的磨损，降低机构运行噪声，提 高4专动效率。发明内容有鉴于此，本发明的目的提供一种滤波驱动装置与智能机器人集成系统，运 行灵活自如，手臂驱动和传动机构一体设置，能够尽量减少装配误差，提高传动 精度，改善传动机构运行状态，避免运行时出现卡涩现象，减轻运转部件之间的 磨损，降低机构运行噪声，提高传动效率。本发明的滤波驱动装置与智能机器人集成系统，包括机械臂和机械腕，所 述机械臂一端设置驱动其绕自身轴线转动的臂驱动装置，另一端通过机械腕关 节与机械腕单自由度铰接，所述机械腕关节设置机械腕驱动总成，包括用于驱 动机械腕绕铰接轴线转动的腕仰俯驱动装置和用于驱动机械腕绕自身轴线转动 的腕旋转驱动装置；臂驱动装置包括臂驱动伺服电机，所述臂驱动伺服电机动力输出轴通过少 齿差减速器I驱动机械臂绕自身轴线转动；腕仰俯驱动装置包括腕仰俯驱动伺服电机，所述腕仰俯驱动伺服电机固定 设置在机械臂上通过少齿差减速器II驱动机械腕绕铰接轴线转动；腕旋转驱动装置包括腕旋转驱动伺服电机，所述腕旋转驱动伺服电机通过少齿差减速器ni驱动机械腕绕自身轴线转动；所述少齿差减速器I 、少齿差减速器II和少齿差减速器III分别包括减速器 壳体、动力输入轴和动力输出轴，所述动力输入轴上设置偏心套，所述偏心套 外圆转动配合套有双联外齿轮，减速器壳体上与动力输入轴同心固定设置固定 内齿轮，动力输出轴上在圆周方向传动配合并与动力输入轴同心设置动力输出 内齿轮，双联外齿轮中一外齿轮与固定内齿轮少齿差啮合，另一外齿轮与动力 输出内齿轮少齿差啮合。进一步，所述腕关节包括固定设置在机械臂端部的关节外壳，所述关节外壳内与其转动配合设置转动套，所述转动套与少齿差减速器n的动力输出轴传动配合，所述机械腕径向穿过转动套与其单自由度转动配合；关节外壳内还设置腕旋转传动锥齿轮副，所述锥齿轮副的主动轮与少齿差减速器m的动力输出5轴传动配合，从动轮与机械腕在圆周方向固定配合；关节外壳设置大于1/2圆 弧的径向通槽，机械腕通过扇形槽穿出关节外壳；进一步，所述少齿差减速器II和少齿差减速器III的变速器壳体一体设置并固定设置在机械臂上，少齿差减速器n和少齿差减速器ni的动力输出轴与传动套和主动轮之间通过链传动、带传动或齿轮啮合副传动配合；所述腕仰俯驱动 伺服电机和腕旋转驱动伺服电机分别固定设置在与其对应的变速器壳体内； 进一步，所述机械臂的横截面为中空的十字形结构；进一步，所述臂驱动伺服电机固定设置在少齿差减速器I的减速器壳体内， 少齿差减速器I的动力输出轴通过空心连接轴与机械臂在圆周方向固定配合， 所述空心连接轴与其空心连通设置径向通槽，电源导线依次穿过少齿差减速器 I的减速器壳体、径向通槽、空心连接轴空心和机械臂空心，由机械臂径向穿 出后连接腕仰俯驱动伺服电机和腕旋转驱动伺服电机，所述径向通槽的圆心角 大于等于机械臂的旋转角；进一步，少齿差减速器I、少齿差减速器II和少齿差减速器III的动力输出 轴通过动力输出传动架与动力输出内齿轮在圆周方向固定配合，动力输出传动 架外圆与减速器壳体之间通过第一滚动轴承转动配合，动力输入轴外圆与减速 器壳体之间通过第二滚动轴承转动配合；进一步，所述锥齿轮副位于传动套内，主动轮与传动套同轴设置；进一步，所述偏心套外圆与双联外齿轮内圆分别设置对应的滚珠环槽，偏 心套与双联外齿轮之间通过设置在滚珠环槽内的滚珠转动配合。本发明的有益效果本发明的滤波驱动装置与智能机器人集成系统，采用由 偏心轮、行星双联齿轮组成的偏心减速机构，首先滤去驱动电机高速转动的高 频波；同时采用由行星双联齿轮、固定内齿轮与输出内齿轮组成的少齿差行星 传动机构，再次滤去双联齿轮的高频公转波，并输出低频转动，使手臂运行灵 活自如，手臂驱动和传动机构一体设置，能够尽量减少装配误差，提高传动精 度，改善传动机构运行状态，避免运行时出现卡涩现象，减轻运转部件之间的 磨损，降低机构运行噪声，提高传动效率，实现机械手臂高精度、高可靠性、长寿命、低能耗、小体积、轻量化的高刚度高精密驱动，同时制造加工工艺简 便，生产制造成本低，安装调试容易以及拆卸维修方便。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。 图l为本发明的结构示意图； 图2为本发明少齿差减速器结构示意图； 图3为图1沿A-A向剖视图； 图4为图1沿B-B向剖视图；图5为图1沿C-C向剖视图；图6为图1沿D-D向剖视图；图7为机械腕关节外壳横截面示意图。
具体实施方式
图l为本发明的结构示意图，图2为本发明少齿差减速器结构示意图，图 3为图1沿A-A向剖视图，图4为图1沿B-B向剖视图，图5为图1沿C-C向 剖视图，图6为图1沿D-D向剖视图，图7为机械腕关节外壳横截面示意图， 如图所示本实施例的滤波驱动装置与智能机器人集成系统，包括机械臂10 和机械腕11，所述机械臂10 —端设置驱动其绕自身轴线转动的臂驱动装置1， 另一端通过机械腕关节8与机械腕11单自由度铰接，所述机械腕关节8设置机 械腕驱动总成，包括用于驱动机械腕绕铰接轴线转动的腕仰俯驱动装置9和用 于驱动机械腕绕自身轴线转动的腕旋转驱动装置7;臂驱动装置1包括臂驱动伺服电机5，所述臂驱动伺服电机5动力输出轴通 过少齿差减速器I 4驱动机械臂10绕自身轴线转动；腕仰俯驱动装置9包括腕仰俯驱动伺服电机22和仰俯传动机构，所述腕仰 俯驱动伺服电机22固定设置在机械臂10上通过少齿差减速器I128由传动机构；
腕旋转驱动装置包括腕旋转驱动伺服电机26，所述腕旋转驱动伺服电机26 通过少齿差减速器I1124驱动机械腕11绕自身轴线转动；
所述少齿差减速器I4、少齿差减速器I128和少齿差减速器I1124分别包括 减速器壳体、动力输入轴15和动力输出轴19，所述动力输入轴15上设置偏心 套15a，所述偏心套15a外圆转动配合套有双联外齿轮13，减速器壳体上与动 力输入轴15同心固定设置固定内齿轮12，动力输出轴19上在圆周方向传动配 合并与动力输入轴15同心设置动力输出内齿轮，双联外齿轮13中一外齿轮与 固定内齿轮21少齿差啮合，另一外齿轮与动力输出内齿轮20少齿差啮合；由 于少齿差减速器I4、少齿差减速器I128和少齿差减速器I1124的结构相同，因 此图中只表示一种结构。
所述偏心套15a外圆与双联外齿轮13内圆分别设置对应的滚珠环槽，偏心 套15a与双联外齿轮13之间通过设置在滚珠环槽内的滚珠17转动配合，减小 摩擦和无功损耗，提高传动精度。
本实施例中，所述腕关节8包括固定设置在机械臂端部的关节外壳31，所 述关节外壳31内与其通过滚动轴承转动配合设置转动套30，所述转动套30与 少齿差减速器I128的动力输出轴传动配合，所述机械腕11径向穿过转动套30 与其单自由度转动配合，本实施例中，机械腕设置轴向轴杆lla，通过轴杆lla 与转动套30通过滚动轴承转动配合，轴杆lla与机械腕11之间形成的轴肩位 于转动套30外表面，限制机械腕ll向内的轴向运动；关节外壳31内还设置腕 旋转传动锥齿轮副，所述锥齿轮副的主动轮32与少齿差减速器I1124的动力输出 轴传动配合，从动轮34与机械腕11在圆周方向固定配合，本实施例中从动轮 34通过与轴杆lla在圆周方向固定配合达到与机械腕ll配合的目的，同时，从 动轮还限定机械腕ll向外的轴向运动；关节外壳31设置径向通槽31a，机械腕 通过径向通槽31a穿出关节外壳，径向通槽31a的圆心角大于等于机械腕11的 俯仰角，本实施例防止转动干扰；结构简单紧凑，进一歩提高传动的可靠性， 采用锥齿轮副传动，可保证机械腕旋转和腕仰俯动力输入位于同一方向，避免
8交叉设置，以提高腕关节的强度。
本实施例中，所述少齿差减速器II28和少齿差减速器I1124的变速器壳体一 体设置并固定设置在机械臂上(如图3所示的壳体25和壳体29)，结构简单紧 凑，提高连接刚度；少齿差减速器n28和少齿差减速器III24的动力输出轴与传 动套30和主动轮32之间通过链传动、带传动或齿轮啮合副传动配合，本实施 例采用带传动，如图所示，少齿差减速器II28的动力输出轴通过带轮27与传动 套的带轮35传动配合，少齿差减速器I1124的动力输出轴通过带轮23与主动轮 32的带轮33传动配合；所述腕仰俯驱动伺服电机22和腕旋转驱动伺服电机26 分别固定设置在与其对应的变速器壳体(途中分别为壳体29和壳体25)内，进 一步减小装配误差，从而减少传动误差，避免无功损耗。
本实施例中，所述机械臂10的横截面为中空的十字形结构，实践中可通过 两块板金相互交错组成十字形的加强筋结构，制作容易简单；十字形空心结构 不但能够减轻重量，还能增大机械臂抗弯矩能力。
本实施例中，所述臂驱动伺服电机5固定设置在少齿差减速器I 4的减速器 壳体6内，少齿差减速器I 4的动力输出轴通过空心连接轴2与机械臂10在圆 周方向固定配合(本实施例中，空心连接轴2即为少齿差减速器I 4的动力输出 轴)，所述空心连接轴2与其空心连通设置径向通槽3，电源导线依次穿过少齿 差减速器I的减速器壳体、径向通槽、空心轴空心和机械臂空心，由机械臂径
向穿出后穿过少齿差减速器n和少齿差减速器ni的变速器外壳连接腕仰俯驱动
伺服电机和腕旋转驱动伺服电机；径向通槽3的圆心角大于等于机械臂10的转 角，本实施例为大于，防止电源导线干扰机械臂10转动，结构简单，布线合理， 避免与机械结构产生运动干扰。
本实施例中，少齿差减速器I4、少齿差减速器I128和少齿差减速器I1124 的动力输出轴19通过动力输出传动架18与动力输出内齿轮20在圆周方向固定 配合(本实施例中动力输出传动架18与动力输出内齿轮20制成一体)，动力输 出传动架18外圆与减速器壳体之间通过第一滚动轴承16转动配合，动力输入 轴15外圆与减速器壳体之间通过第二滚动轴承14转动配合；即实现径向良好定位，又能使转动顺畅，减小机构摩擦；传动架结构能够减轻转动惯量，使机 械臂及机械腕的运动精度进一步提高。
本实施例中，所述锥齿轮副位于传动套30内，主动轮32与传动套30同轴 设置，能够进一步减小腕关节8的体积，提高机构的运行灵活性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管 参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的 宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种滤波驱动装置与智能机器人集成系统，其特征在于包括滤波驱动装置、机械臂和机械腕，所述机械臂一端设置驱动其绕自身轴线转动的臂驱动装置，另一端通过机械腕关节与机械腕单自由度铰接，所述机械腕关节设置机械腕驱动总成，包括用于驱动机械腕绕铰接轴线转动的腕仰俯驱动装置和用于驱动机械腕绕自身轴线转动的腕旋转驱动装置；臂驱动装置包括臂驱动伺服电机，所述臂驱动伺服电机动力输出轴通过少齿差减速器I驱动机械臂绕自身轴线转动；腕仰俯驱动装置包括腕仰俯驱动伺服电机，所述腕仰俯驱动伺服电机固定设置在机械臂上通过少齿差减速器II驱动机械腕绕铰接轴线转动；腕旋转驱动装置包括腕旋转驱动伺服电机，所述腕旋转驱动伺服电机通过少齿差减速器III驱动机械腕绕自身轴线转动；所述少齿差减速器I、少齿差减速器II和少齿差减速器III分别包括减速器壳体、动力输入轴和动力输出轴，所述动力输入轴上设置偏心套，所述偏心套外圆转动配合套有双联外齿轮，减速器壳体上与动力输入轴同心固定设置固定内齿轮，动力输出轴上在圆周方向传动配合并与动力输入轴同心设置动力输出内齿轮，双联外齿轮甲一外齿轮与固定内齿轮少齿差啮合，另一外齿轮与动力输出内齿轮少齿差啮合。
2.根据权利要求1所述的滤波驱动装置与智能机器人集成系统，其特征在 于所述腕关节包括固定设置在机械臂端部的关节外壳，所述关节外壳内与其 转动配合设置转动套，所述转动套与少齿差减速器II的动力输出轴传动配合， 所述机械腕径向穿过转动套与其单自由度转动配合；关节外壳内还设置腕旋转 传动锥齿轮副，所述锥齿轮副的主动轮与少齿差减速器III的动力输出轴传动配 合，从动轮与机械腕在圆周方向固定配合；关节外壳设置径向通槽，机械腕通 过扇形槽穿出关节外壳，径向通槽的圆心角大于等于机械腕的俯仰角。
3. 根据权利要求1所述的滤波驱动装置与智能机器人集成系统，其特征在于所述少齿差减速器n和少齿差减速器ni的变速器壳体一体设置并固定设置在机械臂上，少齿差减速器n和少齿差减速器m的动力输出轴与传动套和主动轮之间通过链传动、带传动或齿轮啮合副传动配合；所述腕仰俯驱动伺服电机和腕旋转驱动伺服电机分别固定设置在与其对应的变速器壳体内。
4. 根据权利要求3所述的滤波驱动装置与智能机器人集成系统，其特征在于所述机械臂的横截面为中空的十字形结构。
5. 根据权利要求4所述的滤波驱动装置与智能机器人集成系统，其特征在于所述臂驱动伺服电机固定设置在少齿差减速器I的减速器壳体内，少齿差减速器I的动力输出轴通过空心连接轴与机械臂在圆周方向固定配合，所述空心连接轴与其空心连通设置径向通槽，电源导线依次穿过少齿差减速器I的减速器壳体、径向通槽、空心连接轴空心和机械臂空心，由机械臂径向穿出后连接腕仰俯驱动伺服电机和腕旋转驱动伺服电机；所述径向通槽的圆心角大于等于机械臂的旋转角。
6. 根据权利要求5所述的滤波驱动装置与智能机器人集成系统，其特征在于少齿差减速器i、少齿差减速器n和少齿差减速器m的动力输出轴通过动力输出传动架与动力输出内齿轮在圆周方向固定配合，动力输出传动架外圆与减速器壳体之间通过第一滚动轴承转动配合，动力输入轴外圆与减速器壳体之间通过第二滚动轴承转动配合。
7. 根据权利要求6所述的滤波驱动装置与智能机器人集成系统，其特征在于所述锥齿轮副位于传动套内，主动轮与传动套同轴设置。
8. 根据权利要求7所述的滤波驱动装置与智能机器人集成系统，其特征在于所述偏心套外圆与双联外齿轮内圆分别设置对应的滚珠环槽，偏心套与双联外齿轮之间通过设置在滚珠环槽内的滚珠转动配合。
全文摘要
本发明公开了一种滤波驱动装置与智能机器人集成系统，包括滤波驱动装置、机械臂和机械腕等，机械臂绕自身轴线转动、腕仰俯运动和腕绕自身轴线转动均采用高精度少齿差减速器的滤波驱动装置，本发明的机械手臂运行灵活自如，手臂驱动和传动机构一体设置，能够尽量减少装配误差，提高传动精度，改善传动机构运行状态，避免运行时出现卡涩现象，减轻运转部件之间的磨损，降低机构运行噪声，提高传动效率，实现了高精度、高可靠、长寿命、低能耗、小体积、轻量化的高性能机电传动与机器人集成系统，同时制造加工工艺简便，生产制造成本低，安装调试容易以及拆卸维修方便。可广泛适用于机器人、航天、船舶、自动化、先进制造等领域工程装备。
文档编号B25J19/00GK101642910SQ20091010466
公开日2010年2月10日 申请日期2009年8月21日 优先权日2009年8月21日
发明者彦 李, 敏 李, 李文强, 杨荣松, 王家序, 科 肖 申请人:四川大学;重庆大学