专利名称：一种采摘机器人关节传动系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种传动系统，尤其涉及一种采摘机器人关节传动系统。
背景技术：
随着城镇老龄化人口的增多，农业劳动力人口有不断减少的趋势，研究开发一种用于采摘的机器人具有越来越重要的意义。综合国内外研究现状，对采摘机器人的研究大都集中在一些视觉系统识别和定位果实目标上，而对采摘机器人机械本体研究相对较少。机械本体研究中最先要解决的就是各关节传动系统设计，现有的机器人所采用的关节传动系统结构复杂，运作时性能不稳定可靠，因此本实用新型以开放式采摘机器人为研究目标，在此基础上进行机器人关节传动系统的设计。
实用新型内容为了解决上述问题中的不足之处，本实用新型提供了一种采摘机器人关节传动系统。为解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种采摘机器人关节传动系统，包括腰关节、肩关节、肘关节和腕关节，腰关节包括底座、第一直齿圆柱齿轮、第二直齿圆柱齿轮、滚动球轴承、推力球轴承、输出轴、腰关节交流伺服电动机、腰关节谐波减速器；肩关节包括箱体、肩关节交流伺服电动机、外啮合齿轮、涡轮和蜗杆；肘关节包括肘关节交流伺服电动机、肘关节锥齿轮、肘关节谐波减速器；腕关节包括腕关节交流伺服电动机、腕关节谐波减速器、腕关节锥齿轮；腰关节交流伺服电机与腰关节谐波减速器串接垂直安装在底座上；
·[0006]输出轴连接第一直齿圆柱齿轮，第一直齿圆柱齿轮与第二直齿网柱齿轮通过外哨合相连安装于底座的下方。外啮合齿轮、涡轮和蜗杆组成二级减速机构。肘关节谐波减速器和肘关节交流伺服电动机沿大臂轴线分布。本实用新型与大多数国内采摘机器人研究采用的工业机器人关节传动系统不同，是一种开放性的传动机构并且该机器人关节传动系统结构简单、小巧、紧凑，设计新颖，运行时性能稳定、可靠，更加符合采摘机器人的作业要求。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明。
图1为本实用新型的腰关节结构示意图。图2为本实用新型的肩关节结构不意图。图3为本实用新型的肘关节结构示意图。图4为本实用新型的腕关节结构示意图。图中:1、底座；2、第一直齿网柱齿轮；3、第二直齿圆柱齿轮；4、滚动球轴承；5、推力球轴承；6、输出轴；7、腰关节交流伺服电动机；8、腰关节谐波减速器；9、大臂；10、外啮合齿轮；11、涡轮；12、蜗杆；13、传动电机；14、箱体；15、肩关节交流伺服电动机；16、小臂；17、肘关节交流伺服电动机；18、肘关节锥齿轮；19、肘关节谐波减速器；20、腕关节交流伺服电动机；21、腕关节谐波减速器；22、腕关节锥齿轮。
具体实施方式
如
图1所示，腰关节的主要作用是支撑整个手臂，使采摘机器人腰部以上整个部分以底座I为参照作回转运动。为了减小体积，增加结构的美观性，方便安装维护，将腰关节交流伺服电动机7和腰关节谐波减速器8串接垂直安装于底座I之上。输出轴6连接第一直齿圆柱齿轮2,同时第一直齿圆柱齿轮2与第二直齿圆柱齿轮3通过外哨合相连安装于底座I的下方。腰部回转体通过滚动球轴承4和推力球轴承5的组合体与底座I相连，这种结构既能承受轴向力、径向力，又能承受倾覆力矩。交流伺服电动机7转矩的输出先经腰关节谐波减速器8减速，再经第一直齿圆柱齿轮2与第二直齿圆柱齿轮3传递，通过滚动球轴承4，腰部绕推力球轴承5相对于底座I实现回转。由于腰部的回转运动是在推力球轴承5上的转动，回转体各部分对回转中心产生的负载转矩比较小。图2所示的肩关节与
图1的输出轴6相连，肩关节用来对大臂9进行支撑，使大臂9以
图1所示的腰关节为参照进行俯仰运动。由于肩关节是主要的承载关节，为了避免掉电时大臂9失去控制下坠，应具有自锁功能，因此本设计采用一对外啮合齿轮10、涡轮11和蜗杆12组成二级减速机构。传动电机13安装在肩关节的箱体14中。肩关节的传动电机13的输出转矩通过一对外啮合齿轮10传递给蜗轮11和蜗杆12，近而驱动大臂9转动。选择肩关节交流伺服电动 机15时，必须考虑负载的静转矩，须具有足够的转矩克服负载转矩。图3所示的肘关节与图2所示的大臂9相连，通过伸展小臂16来控制末端执行器所能达到的工作位置。肘关节处于空间运动部位，关节自身重量直接影响到机械手的整个活动空间和使用性能，本新型充分考虑到减小肘关节重量和合理分布重量。肘关节谐波减速器19和肘关节交流伺服电动机17沿大臂9的轴线分布，以减小回转中心产生的负载转矩。动力通过肘关节交流伺服电动机17输出，肘关节谐波减速器19传递给肘关节锥齿轮18，肘关节锥齿轮18输出转矩带动小臂16伸展的传动机构。图4腕关节与图3中小臂16相连，腕关节与末端执行器的姿态调整及保持正确的作业姿态有密切关系，本设计考虑到腕关节处于机械手的最末端，关节自身重量对机械手的活动空间和使用性能影响比肘关节更大，设计时更应考虑自身重量及其分布，采用和肘关节图3 —样的传动装置即腕关节交流伺服电动机20和腕关节谐波减速器21及一对腕关节锥齿轮22的传动方式。通过这四个关节的有效连接和末端执行器的选择整机运行表明各关节传动方式工作可靠满足采摘机器人要求。本实用新型设计小巧美观、非常实用。上述实施方式并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种采摘机器人关节传动系统，包括腰关节、肩关节、肘关节和腕关节，其特征在于:所述腰关节包括底座、第一直齿圆柱齿轮、第二直齿圆柱齿轮、滚动球轴承、推力球轴承、输出轴、腰关节交流伺服电动机、腰关节谐波减速器；所述肩关节包括箱体、肩关节交流伺服电动机、外啮合齿轮、涡轮和蜗杆；所述肘关节包括肘关节交流伺服电动机、肘关节锥齿轮、肘关节谐波减速器；所述腕关节包括腕关节交流伺服电动机、腕关节谐波减速器、腕关节锥齿轮； 所述腰关节交流伺服电机与腰关节谐波减速器串接垂直安装在底座上； 所述输出轴连接第一直齿圆柱齿轮，第一直齿圆柱齿轮与第二直齿圆柱齿轮通过外啮合相连安装于底座的下方。
2.根据权利要求1所述的采摘机器人关节传动系统，其特征在于:所述外啮合齿轮、涡轮和蜗杆组成二级减速机构。
3.根据权利要求1所述的采摘机器人关节传动系统，其特征在于:所述肘关节谐波减速器和肘关节交流伺服电动机沿大臂`轴线分布。
专利摘要本实用新型公开了一种采摘机器人关节传动系统，包括腰、肩、肘和腕关节，腰关节包括底座、第一直齿圆柱齿轮、第二直齿圆柱齿轮、滚动球轴承、推力球轴承、输出轴、腰关节交流伺服电动机、腰关节谐波减速器；肩关节包括箱体、肩关节交流伺服电动机、外啮合齿轮、涡轮和蜗杆；肘关节包括肘关节交流何服电动机、肘关节锥齿轮、肘关节谐波减速器；腕关节包括腕关节交流伺服电动机、腕关节谐波减速器、腕关节锥齿轮；腰关节交流伺服电机与腰关节谐波减速器串接垂直安装在底座上；输出轴连接第一直齿圆柱齿轮，第一直齿圆柱齿轮与第二直齿圆柱齿轮通过外啮合相连安装于底座下方。本新型结构简单、小巧、紧凑，设计新颖，运行时性能更稳定、可靠。
文档编号A01D46/30GK203125519SQ2013201509
公开日2013年8月14日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者宋健, 巩胜磊, 苏春建, 刘会祥 申请人:潍坊学院