一种面向激光精密加工的机器人手腕的制作方法
【专利摘要】本发明涉及激光微孔加工装置，具体地说是一种面向激光精密加工的机器人手腕，包括实现Y轴转动的A轴部件以及实现Z轴转动的B轴部件，A轴部件包括A轴框架、第一减速电机及外连轴，A轴框架与机器人手臂相连，第一减速电机安装在A轴框架上，第一减速电机的主轴通过外连轴与B轴部件连接、带动B轴部件实现Y轴转动；B轴部件包括B轴框架及分别安装在B轴框架上的第二减速电机、锥齿轮换向机构和带轮传动机构，B轴框架与外连轴相连，第二减速电机通过锥齿轮换向机构与带轮传动机构的一端连动，带轮传动机构的另一端与执行器连接、带动该执行器实现Z轴转动。本发明结构紧凑，适用性较广，能够实现激光加工头在固定点随意摆动的运动状态。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光微孔加工装置，具体地说是一种面向激光精密加工的机器人手 腕。 -种面向激光精密加工的机器人手腕
【背景技术】
[0002] 机器人的手腕是连接手臂和末端执行器的部件，其主要功能是当手臂和机座实现 了末端执行器在作业空间的三个位置坐标后，再由手腕来实现末端执行器在作业空间的三 个姿态坐标，即实现三个旋转自由度，通过机械接口，连接并支撑末端执行器。
[0003] 现阶段中对于机器手的研究大都集中在以多自由度，灵活性、以及精确定位等方 向的研究领域，但是却违反现实中生产的最基本的要求：1.操作简单，2.机构简单化，3.低 成本，4.工作原理明了化，5适用性广等；使得现在的大量机器手在特定领域具有很强适用 性，几乎每个机器手都是针对特定的人群，这大大的降低的生产的效率。因此现在有了对简 单机器手研究的必要性，实现结构简单，功能明了，通用性强的目的。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种面向激光精密加工的机器人手腕。该机器人手腕结构 简单紧凑，适用性较广，能够实现激光加工头在固定点随意摆动的运动状态。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0006] 本发明包括实现Y轴转动的A轴部件以及实现Z轴转动的B轴部件，其中A轴部 件包括A轴框架、第一减速电机及外连轴，所述A轴框架与机器人手臂相连，所述第一减速 电机安装在A轴框架上,该第一减速电机的主轴通过所述外连轴与B轴部件连接、带动B轴 部件实现Y轴转动；所述B轴部件包括B轴框架及分别安装在B轴框架上的第二减速电机、 锥齿轮换向机构和带轮传动机构，B轴框架与所述外连轴相连，所述第二减速电机通过锥齿 轮换向机构与带轮传动机构的一端连动，所述带轮传动机构的另一端与执行器连接、带动 该执行器实现Z轴转动。
[0007] 其中：所述A轴框架包括手臂连接板及A轴连接件，其中手臂连接板安装在机器人 手臂上，A轴连接件垂直固接在所述手臂连接板的一端；所述第一减速电机安装在A轴连接 件上，第一减速电机的主轴穿过该A轴连接件、与所述外连轴相连；所述A轴框架上安装有 A轴外罩板，所述第一减速电机密封于该A轴外罩板内；所述B轴框架包括B轴连接板及B 轴固定板，其中B轴连接板与所述外连轴相连，B轴固定板固接在B轴连接板的一端；所述 第二减速电机、锥齿轮换向机构及带轮传动机构分别安装在B轴固定板上；所述B轴连接板 及B轴固定板之间连接有支撑垒板；所述锥齿轮换向机构包括第一锥齿轮、第二锥齿轮及 外壳，其中外壳安装在B轴固定板上，所述第一锥齿轮连接于第二减速电机的主轴，第二锥 齿轮的齿轮轴通过轴承转动安装在所述机壳内，该第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合传动；所 述第二锥齿轮的齿轮轴穿过B轴固定板，与所述带轮传动机构的一端连动；所述B轴框架 上安装有B轴外罩板，所述第二减速电机及锥齿轮换向机构密封于该B轴外罩板内；所述B 轴框架上设有带轮防护罩，所述带轮传动机构位于该带轮防护罩内；所述带轮传动机构包 括第一带轮、第二带轮及齿轮带，其中第一带轮与所述锥齿轮换向机构连动，第二带轮的轮 轴转动安装在B轴框架上，并由B轴框架穿过、连接所述执行器，所述第一带轮与第二带轮 之间通过齿轮带相连；所述第一减速电机主轴的轴向中心线、即Y轴，与执行器转动的转动 轴、即Z轴，相互垂直相交。
[0008] 本发明的优点与积极效果为：
[0009] 1.本发明结构简单紧凑，适用性较广，框架牢固，能够实现激光加工头在固定点随 意摆动的运动状态。
[0010] 2.本发明通过Y轴和Z轴的延长线在焊枪口上垂直相交，也就是Y轴和Z轴在同 一个的二维空间内，从而使得焊枪只能在原点进行运动（也就是两者的相交点)，这样能保 证焊枪的运动轨迹是固定的两条曲线运动。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1为本发明的整体结构示意图；
[0012] 图2为图1去掉A、B轴外罩板后的结构主视图；
[0013] 图3为图1去掉A、B轴外罩板后的结构立体图；
[0014] 其中：1为A轴外罩板,2为手臂连接板,3为第一减速电机,4为A轴连接件,5为 外连轴，6为B轴连接板,7为支撑鱼板,8为B轴固定板,9为第二减速电机,10为锥齿轮换 向机构，11为B轴外罩板，12为带轮防护罩，13为带轮传动机构，14为激光加工头，15为第 一带轮，16为第二带轮，17为齿轮带，18为通孔。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图对本发明作进一步详述。
[0016] 如图1?3所示，本发明包括实现Y轴转动的A轴部件以及实现Z轴转动的B轴 部件，其中A轴部件包括A轴框架、A轴外罩板1、第一减速电机3及外连轴5, A轴框架包括 手臂连接板2及A轴连接件4,手臂连接板2安装在机器人手臂上，该手臂连接板2不仅是 与机器人手臂的连接件，也是整个A轴部件的基层板，承载整个A轴部件的重量以及支撑整 个机器人手腕的稳定性；A轴连接件4垂直固接在手臂连接板2的一端，与手臂连接板2呈 L形，该A轴连接件4是第一减速电机3的固定板;A轴外罩板1固定于手臂连接板2和A 轴连接件4之间，使第一减速电机3呈封闭状态，起到安全保护措施。第一减速电机3固定 在A轴连接件4上，是直接起到使执行器(本实施例为激光加工头14)能够围绕A轴（Y轴） 回转效果的动力本源；第一减速电机3的主轴穿过A轴连接件4,外连轴5固定于第一减速 电机3的主轴上，用于实现激光加工头14的回转效果。
[0017] B轴部件整体与外连轴5连接，由第一减速电机3驱动绕Y轴转动。B轴部件包括 B轴框架、第二减速电机9、锥齿轮换向机构10、B轴外罩板11、带轮防护罩12及带轮传动机 构13,其中B轴框架包括B轴连接板6及B轴固定板8, B轴连接板6与外连轴5相连，是 支撑整个B轴部件的基层板；B轴固定板8固接在B轴连接板6的一端，与B轴连接板6呈 L形，该B轴固定板8是用来固定第二减速电机9的固定板，也是用来安装带轮防护罩12及 带轮传动机构13的安装版。第二减速电机9及锥齿轮换向机构10位于B轴固定板8的一 侦牝B轴外罩板11固定于B轴连接板6和B轴固定板8之间，将第二减速电机9及锥齿轮 换向机构10封闭起来、起安全保护作用。B轴连接板6及B轴固定板8之间固接有支撑垒 板7,用于巩固B轴连接板6及B轴固定板8两者之间的固定状态，使得B轴部件更加的固 定牢靠。锥齿轮换向机构10包括第一锥齿轮、第二锥齿轮及外壳，外壳安装在B轴固定板 8上、与第二减速电机9共同位于B轴固定板8的同一侧，第一锥齿轮连接于第二减速电机 9的主轴，第二锥齿轮的齿轮轴通过轴承转动安装在机壳内，该第二锥齿轮与第一锥齿轮啮 合传动；第二锥齿轮的齿轮轴由B轴固定板8上开设的通孔18穿过。带轮传动机构13位 于B轴固定板8的另一侧，带轮防护罩12固定在B轴固定板8上，将带轮传动机构13罩于 内部，用来维护带轮传动机构13,起到安全保护作用；带轮传动机构包括第一带轮15、第二 带轮16及齿轮带17,第一带轮15安装在第二锥齿轮的齿轮轴上，第二带轮16的轮轴转动 安装在B轴固定板8上，并由B轴固定板8穿过、连接激光加工头14,第一带轮15与第二带 轮16之间通过齿轮带17相连。
[0018] 本发明的安装及工作原理为：
[0019] 首先由A轴连接件4固定在手臂连接板2上从而实现整个A轴部件的基本框架， 然后第一减速电机3通过螺栓固定在A轴连接件4上，再把外连轴5安装在第一减速电机 3的主轴上，最后安装A轴外罩板1，这样整个A轴部件就安装完毕，先放在一边。然后把B 轴连接板6固定在B轴固定板8上，从而实现B轴部件的基本框架，再把支撑垒板7安装在 B轴固定板8和B轴连接板6之间，从而实现加强固定B轴框架、使得B轴部件更加的牢固 可靠；接着把第二减速电机9安装到B轴固定板8上，通过锥齿轮换向机构10传动到第一 带轮15上，再把第二带轮16安装在B轴固定板8上，装上齿轮带17,这样带轮传动机构13 就安装好了；把带轮防护罩12装上，这样这个B轴部件安装完毕。最后把A轴部件和B轴 部件通过中间的外连轴5连接在一起，整个激光精密加工的机器人手腕就安装完毕。
[0020] 本发明通过两台减速电机直接控制激光加工头14的运动状态，A轴是直接通过控 制第一减速电机3的运转带动B轴部件及激光加工头14绕A轴转动，来掌控激光加工头14 在Y轴的运转状态，B轴是通过第二减速度电机9经锥齿轮换向机构10传动后传到带轮传 动机构13上，再经过带轮的传动来转换传动的运动方向，实现激光加工头14在Z轴的运转 状态，并且通过Y轴与Z轴的延长线在激光加工头14的焊枪口上垂直相交，也就是Y轴和 Z轴在同一个的二维空间内，从而使得焊枪只能在原点进行运动（也就是两者的相交点)，这 样能保证焊枪的运动轨迹是固定的两条曲线运动。
[0021] 本发明的Y轴（A轴）为第一减速电机3主轴的轴向中心线方向，B轴为第二减速 电机9主轴的轴向中心线方向，Z轴为第二带轮16轮轴的轴向中心线方向。
【权利要求】
1. 一种面向激光精密加工的机器人手腕，其特征在于：包括实现Y轴转动的A轴部件 以及实现Z轴转动的B轴部件，其中A轴部件包括A轴框架、第一减速电机（3)及外连轴 (5 )，所述A轴框架与机器人手臂相连，所述第一减速电机（3 )安装在A轴框架上，该第一减 速电机（3)的主轴通过所述外连轴（5)与B轴部件连接、带动B轴部件实现Y轴转动；所述 B轴部件包括B轴框架及分别安装在B轴框架上的第二减速电机（9)、锥齿轮换向机构（10) 和带轮传动机构（13)，B轴框架与所述外连轴（5)相连，所述第二减速电机（9)通过锥齿轮 换向机构（10)与带轮传动机构（13)的一端连动，所述带轮传动机构（13)的另一端与执行 器连接、带动该执行器实现Z轴转动。
2. 按权利要求1所述面向激光精密加工的机器人手腕，其特征在于：所述A轴框架包 括手臂连接板（2)及A轴连接件（4)，其中手臂连接板（2)安装在机器人手臂上，A轴连接件 (4)垂直固接在所述手臂连接板（2)的一端；所述第一减速电机（3)安装在A轴连接件（4) 上，第一减速电机（3)的主轴穿过该A轴连接件（4)、与所述外连轴（5)相连。
3. 按权利要求1或2所述面向激光精密加工的机器人手腕，其特征在于：所述A轴框 架上安装有A轴外罩板（1)，所述第一减速电机（3)密封于该A轴外罩板（1)内。
4. 按权利要求1所述面向激光精密加工的机器人手腕，其特征在于：所述B轴框架包 括B轴连接板（6)及B轴固定板（8)，其中B轴连接板（6)与所述外连轴（5)相连，B轴固定 板（8)固接在B轴连接板（6)的一端；所述第二减速电机（9)、锥齿轮换向机构（10)及带轮 传动机构（13 )分别安装在B轴固定板（8 )上。
5. 按权利要求4所述面向激光精密加工的机器人手腕，其特征在于：所述B轴连接板 (6)及B轴固定板（8)之间连接有支撑垒板（7)。
6. 按权利要求4所述面向激光精密加工的机器人手腕，其特征在于：所述锥齿轮换向 机构（10)包括第一锥齿轮、第二锥齿轮及外壳，其中外壳安装在B轴固定板（8)上，所述第 一锥齿轮连接于第二减速电机（9)的主轴，第二锥齿轮的齿轮轴通过轴承转动安装在所述 机壳内，该第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合传动；所述第二锥齿轮的齿轮轴穿过B轴固定板， 与所述带轮传动机构（13)的一端连动。
7. 按权利要求1或4所述面向激光精密加工的机器人手腕，其特征在于：所述B轴框 架上安装有B轴外罩板（11 )，所述第二减速电机（9 )及锥齿轮换向机构（10 )密封于该B轴 外罩板（11)内。
8. 按权利要求1或4所述面向激光精密加工的机器人手腕，其特征在于：所述B轴框 架上设有带轮防护罩（12)，所述带轮传动机构（13)位于该带轮防护罩（12)内。
9. 按权利要求8所述面向激光精密加工的机器人手腕，其特征在于：所述带轮传动机 构包括第一带轮（15)、第二带轮（16)及齿轮带（17)，其中第一带轮（15)与所述锥齿轮换向 机构（10)连动，第二带轮（16)的轮轴转动安装在B轴框架上，并由B轴框架穿过、连接所述 执行器，所述第一带轮（15)与第二带轮（16)之间通过齿轮带（17)相连。
10. 按权利要求1所述面向激光精密加工的机器人手腕，其特征在于：所述第一减速电 机（3)主轴的轴向中心线、即Y轴，与执行器转动的转动轴、即Z轴，相互垂直相交。
【文档编号】B25J17/00GK104117990SQ201310141324
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月23日 优先权日:2013年4月23日
【发明者】朱思俊, 孙元, 李晨杰, 朱天旭 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所