一种基于空心轴传动的三自由度机器人手腕关节机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种三自由度手腕关节运动结构，具体的说是一种基于空心轴传动的三自由度机器人手腕关节机构。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的进步，机器人取代人作繁重，枯燥的劳动工作的趋势越来越明显，人们对于机器人的要求已经不仅仅局限于机械手臂位置的精度要高，而且还要求机械手臂能任意的改变末端执行器的姿态，因此，人们研制出了三自由度的手腕关节，在世界坐标系中，能够分别围绕X、Y、Z轴转动。
[0003]目前，中国发明专利公开号CN200910309605.8公开的两自由度的机器人手腕，其中第一，二驱动器固定在驱动框架上且二者传动方向相反，第一，二驱动器通过第一，二齿形皮带传动机构与差动机构的第一，二主动半轴连接。此专利虽然能够实现俯仰与偏转两自由度，结构简单，但是此结构体积较大，无法实现第三个自由度，并且重量重，结构不够紧凑，因此造成电机的启动惯性矩较大，会造成电机体积随之变大，因此基于前述现有技术中所存在的缺陷，有必要对机器人手腕关节结构进一步研宄和改进。
[0004]再如中国专利中公开号CN103878786A公开的三自由度的机器人手腕，此设计属于3-R型手腕结构，虽然能够实现三个自由度，并且在喷涂机器人中得到了应用，但是此机构不能实现俯仰的功能，不适用于其他的一些机器人的运用，例如装配机器人等。
【发明内容】
[0005]本实用新型所要解决的机械臂末端执行器在操作空间中能进行任意姿态变化的问题，以期待机器人在生产生活中能够完成各种各样的操作任务。但是由于机器人手腕关节要实现三个自由度，传动结构复杂，手腕机械本体的重量与体积都比较大，所以本实用新型提供了一种基于空心轴传动的三自由度机器人手腕关节机构，该结构重量相对而言减轻了，结构也更加紧凑，以期望通过此结构来解决上述问题。
[0006]本实用新型所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现:
[0007]一种基于空心轴传动的三自由度机器人手腕关节机构，包括手腕基座、第一传动机构、第二传动机构、第三传动机构和外接法兰，所述第一传动机构、第二传动机构、第三传动机构按照从左至右的顺序依次安装在手腕基座内，所述第一传动机构具有第一转轴线，所述第二传动机构具有第三转轴线，所述第三传动机构具有第二转轴线，所述第一转轴线、第二转轴线、第三转轴线彼此相互垂直，所述外接法兰安装在第三传动机构上。利用第一传动机构、第二传动机构、第三传动机构彼此之间的相互配合，从而将外接的电机的驱动力进行传递，并最终带动外接法兰执行三自由度的动作，灵活程度高，空间利用率高，占据的空间较小，从而可适用于多种场合，适用面较广。
[0008]所述第一传动机构包括第一空心轴、第一实心轴、第一圆锥齿轮、第二圆锥齿轮、第三圆锥齿轮、第四圆锥齿轮和第五圆锥齿轮，所述第一空心轴、第一实心轴的轴线与第一转轴线重合，且第一空心轴、第一实心轴布置在手腕基座的左部内腔中，所述第一空心轴的外侧与手腕基座的左部内腔间通过轴承相连，所述第一空心轴、第一实心轴之间通过轴承相连，所述第一圆锥齿轮、第二圆锥齿轮分别对应安装在第一实心轴的下端、第一空心轴的下端，所述第三圆锥齿轮、第四圆锥齿轮和第五圆锥齿轮分别对应安装在手腕基座的左部上端、第一空心轴的上端、第一实心轴的上端。利用外接的驱动装置驱动第五圆锥齿轮转动，利用第一实心轴的回转以带动第一圆锥齿轮转动，即可将动力传递给第二传动机构；同理，利用外接的驱动装置分别对应驱动第三圆锥齿轮、第四圆锥齿轮转动，即可对应驱动手腕基座、第二圆锥齿轮转动，即可将动力传递给第二传动机构；采用第一空心轴、第一实心轴的配合，极大的缩小了第一传动机构所占据的空间尺寸，结构更加紧凑，质量轻。
[0009]所述第二传动机构包括手腕支撑体、滚动轴承一、轴向套筒一、滚动轴承二、第二空心轴、第六圆锥齿轮、滚动轴承三、内圈弹性挡圈一、第七圆锥齿轮、第八圆锥齿轮、滚动轴承四、内圈弹性挡圈二、第二实心轴和第九圆锥齿轮，所述手腕支撑体与手腕基座固连，所述第二空心轴、第二实心轴的轴线与第三转轴线重合，所述第二空心轴与手腕支撑体通过滚动轴承一、滚动轴承二转动连接，所述轴向套筒一套装在第二空心轴的中部，且轴向套筒一位于滚动轴承一、滚动轴承二之间，所述第六圆锥齿轮、第八圆锥齿轮分别对应固定在第二空心轴的右端、左端，所述第九圆锥齿轮、第七圆锥齿轮分别对应固定在第二实心轴的左端、右端，所述第六圆锥齿轮与第七圆锥齿轮之间通过滚动轴承三转动连接，且所述滚动轴承三通过内圈弹性挡圈一定位在第六圆锥齿轮上，所述第九圆锥齿轮与第八圆锥齿轮之间通过滚动轴承四转动连接，所述滚动轴承四通过内圈弹性挡圈二定位在第八圆锥齿轮上，所述第九圆锥齿轮与第一圆锥齿轮相啮合，所述第八圆锥齿轮与第二圆锥齿轮相啮合。第一圆锥齿轮、第二圆锥齿轮可分别对应带动第九圆锥齿轮、第八圆锥齿轮转动，以实现动力的垂直传递，对应驱动第六圆锥齿轮、第七圆锥齿轮转动从而将动力传递给第三传动机构；其中，第二空心轴与第二实心轴的配合，极大的缩小了第二传动机构所占据的空间尺寸，减轻了质量。
[0010]所述第三传动机构包括第十圆锥齿轮、端盖一、滚动轴承五、外弹性挡圈、弹性垫圈、螺母、第一密封板、密封圈、滚动轴承六、摆动壳体、作业主轴、轴向套筒二、滚动轴承七、端盖面板、第二密封板、第十一圆锥齿轮、滚动轴承八、内圈弹性挡圈、轴向套筒三、滚动轴承九、端盖二和传动轴，所述传动轴的轴线与第二转轴线重合，所述传动轴的一端与手腕支撑体之间通过滚动轴承九转动连接，所述内圈弹性挡圈空套在传动轴上，所述滚动轴承九通过端盖二和轴向套筒三定位在传动轴上，所述端盖二与手腕支撑体间固连，所述第十一圆锥齿轮、密封圈、滚动轴承六、摆动壳体、第一密封板分布在传动轴上，所述第十一圆锥齿轮通过滚动轴承八与传动轴转动连接，所述滚动轴承八通过内圈弹性挡圈定位在第十一圆锥齿轮上，所述第十一圆锥齿轮与第七圆锥齿轮相啮合，所述摆动壳体套装在传动轴上，所述第一密封板包在摆动壳体的外侧，所述第二密封板套装在摆动壳体上，所述第二密封板与手腕支撑体固连，所述第一密封板与传动轴间通过密封圈密封连接，所述第一密封板与手腕支撑体之间固连，所述作业主轴位于摆动壳体内，所述作业主轴的轴线与第三转轴线重合，所述作业主轴与摆动壳体间通过滚动轴承六、滚动轴承七转动连接，所述轴向套筒二套装在作业主轴上，所述滚动轴承七通过端盖面板、轴向套筒二定位在作业主轴上，所述端盖面板固定在摆动壳体上，所述作业主轴与外接法兰固连，所述作业主轴与第十一圆锥齿轮间啮合，所述第十圆锥齿轮通过键与传动轴的另一端相连，所述第十圆锥齿轮的轴向通过弹性垫圈、螺母与传动轴的配合实现定位，所述第十圆锥齿轮与第六圆锥齿轮相啮合，所述第十圆锥齿轮与手腕支撑体间通过滚动轴承五转动连接，所述滚动轴承五通过外弹性挡圈、端盖一定位在手腕支撑体上，所述端盖一与手腕支撑体间固连，所述螺母与传动轴间通过螺纹连接。利用第十圆锥齿轮与第六圆锥齿轮的啮合，以驱动第十圆锥齿轮转动，进而同步的带动传动轴转动，使得摆动壳体带动作业主轴、外接法兰摆动，以满足实际工作的需求；利用第七圆锥齿轮驱动第十一圆锥齿轮转动，进而利用第十一圆锥齿轮与作业主轴的啮合，使得作业主轴带动外接法兰同步的转动。
[0011]本实用新型的有益效果是:本实用新型具有空间利用率高、结构设计合理、适用面广等优点，通过在第二空心轴内安装第二实心轴，不仅可以减轻手腕的重量，减小了手腕的体积，使结构更加紧凑，而且还可以更大程度上优化第二空心轴的截面惯性矩。另外，现在多数手腕三自由度结构采用的是旋转-俯仰-旋转，本实用新型通过对传动的