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1、(10)申请公布号 CN 103302678 A (43)申请公布日 2013.09.18 CN 103302678 A *CN103302678A* (21)申请号 201310199119.1 (22)申请日 2013.05.24 B25J 17/02(2006.01) (71)申请人 宁波大学 地址 315211 浙江省宁波市江北区风华路 818 号 (72)发明人 詹建明 陈伟 胡利永 王钢明 曾云川 赵钰 (74)专利代理机构 宁波奥圣专利代理事务所 ( 普通合伙 ) 33226 代理人 蔡菡华 (54) 发明名称 一种机器人腕关节 (57) 摘要 本发明公开了一种机器人腕关节， 特。
2、点是包 括球形的壳体和球形的回转体， 壳体套在回转体 上， 回转体上固定设置有两组相垂直的控制杆组， 壳体上对应控制杆组的位置处设置有导向槽， 控 制杆组伸出导向槽， 壳体上固定设置有控制杆组 转动驱动装置， 回转体上设置有用于与机械手相 连接的连接杆， 连接杆与两组控制杆组所在的平 面相垂直， 回转体内固定设置有连接杆转动驱动 装置 ； 优点是由于回转体为球形， 且腕关节上的 三个自由度均在回转体内实现， 使得三个自由度 可相交于一点， 形成三坐标运动控制的并联结构， 又因为系统设计可使控制运动部分的重心与转动 中心完全重合， 使得该腕关节在工作时控制系统 软、 硬件系统简单， 控制精度高，。
3、 且工作时震动小 且稳定性好。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书2页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103302678 A CN 103302678 A *CN103302678A* 1/1 页 2 1. 一种机器人腕关节， 其特征在于包括球形的壳体和球形的回转体， 所述的壳体套在 所述的回转体上， 所述的回转体上固定设置有两组相垂直的控制杆组， 所述的壳体上对应 所述的控制杆组的位置处设置有导向槽， 所述的控制杆组伸出所述的导向槽， 所述的壳体 上固定设置有控制杆。
4、组转动驱动装置， 所述的回转体上设置有用于与机械手相连接的连接 杆， 所述的连接杆与两组所述的控制杆组所在的平面相垂直， 所述的回转体内固定设置有 连接杆转动驱动装置。 2. 如权利要求 1 所述的一种机器人腕关节， 其特征在于所述的两组控制杆组分别为 X 向控制杆组和 Y 向控制杆组， 所述的 X 向控制杆组包括两根处于同一直线上且相背对设置 的 X 向控制杆， 所述的 Y 向控制杆组包括两根处于同一直线上且相背对设置的 Y 向控制杆， 所述的X向控制杆和所述的Y向控制杆分别与所述的回转体固定连接且伸出与其位置相对 应的导向槽。 3. 如权利要求 2 所述的一种机器人腕关节， 其特征在于所述。
5、的控制杆组转动驱动装置 包括 X 向控制杆转动驱动装置和 Y 向控制杆转动驱动装置， 所述的 Y 向控制杆转动驱动装 置包括 Y 向电机座和 Y 向驱动电机， 所述的 Y 向电机座固定安装在所述的壳体上， 所述的 Y 向驱动电机固定安装在所述的 Y 向电机座中， 所述的 Y 向驱动电机的驱动轴上同轴固定安 装有 Y 向皮带轮， 所述的 Y 向皮带轮上绕有第一皮带， 所述的 Y 向电机座上设置有第一开 槽， 所述的第一皮带穿出所述的第一开槽分别与两根相背对设置的 Y 向控制杆固定连接， 所述的 X 向控制杆转动驱动装置包括 X 向电机座和 X 向驱动电机， 所述的 X 向电机座固定 安装在所述的。
6、 Y 向电机座上， 所述的 X 向驱动电机固定安装在所述的 X 向电机座中， 所述的 X 向驱动电机的驱动轴上同轴固定设置有 X 向皮带轮， 所述的 X 向皮带轮上绕有第二皮带， 所述的X向电机座上固定设置有支架， 所述的支架上轴接有支撑轮， 所述的X向电机座上设 置有第二开槽， 所述的第二皮带穿出所述的第二开槽并绕过所述的支撑轮分别与两根相背 对设置的 X 向控制杆固定连接。 4. 如权利要求 2 所述的一种机器人腕关节， 其特征在于所述的 X 向控制杆和所述的 Y 向控制杆分别与所述的回转体相螺接。 5. 如权利要求 1 所述的一种机器人腕关节， 其特征在于所述的连接杆转动驱动装置包 括Z。
7、向驱动电机， 所述的Z向驱动电机固定安装在所述的回转体内， 所述的连接杆与所述的 Z 向驱动电机的驱动轴固定连接， 所述的连接杆沿 Z 向穿出所述的回转体与机械手相连接。 权 利 要 求 书 CN 103302678 A 2 1/2 页 3 一种机器人腕关节 技术领域 0001 本发明涉及机器人的组成部件， 尤其涉及一种机器人腕关节。 背景技术 0002 腕关节是机器人的手臂与机械手相互连接的重要组成部分， 其最主要的功能是调 整和改变机械手在三维空间内的位置和三维姿态， 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。 0003 目前主流的三。
8、自由度的机器人腕关节的结构是由两根圆柱体组成， 两根圆柱体分 别控制两个自由度， 腕关节上用于与机械手的连接杆再提供一个旋转的自由度， 其内部动 力通过齿轮的啮合进行传导， 但是齿轮传动在很大程度上限制了转矩的传输距离， 在安置 电机时不能把电机放置在很远的地方， 因为齿轮传动不适合远距离传输， 而且多级齿轮传 动会降低控制精度。虽然目前的这种腕关节结构在工业上已经非常成熟， 但是这种串联模 式的结构不够紧凑， 位移控制耦合显著， 且三个自由度不能交于一点， 使得转动中心无法与 运动部分的重心重合， 故传统构造的腕关节的动力学模型复杂、 运动学模型耦合严重、 控制 累计误差大， 而且工作时的震。
9、动比较大、 稳定性不够好。 发明内容 0004 本发明所要解决的技术问题是提供一种工作比较稳定且震动小的机器人腕关节。 0005 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为 ： 一种机器人腕关节， 包括球形的 壳体和球形的回转体， 所述的壳体套在所述的回转体上， 所述的回转体上固定设置有两组 相垂直的控制杆组， 所述的壳体上对应所述的控制杆组的位置处设置有导向槽， 所述的控 制杆组伸出所述的导向槽， 所述的壳体上固定设置有控制杆组转动驱动装置， 所述的回转 体上设置有用于与机械手相连接的连接杆， 所述的连接杆与两组所述的控制杆组所在的平 面相垂直， 所述的回转体内固定设置有连接杆转动驱动装置。 。
10、0006 所述的两组控制杆组分别为 X 向控制杆组和 Y 向控制杆组， 所述的 X 向控制杆组 包括两根处于同一直线上且相背对设置的 X 向控制杆， 所述的 Y 向控制杆组包括两根处于 同一直线上且相背对设置的 Y 向控制杆， 所述的 X 向控制杆和所述的 Y 向控制杆分别与所 述的回转体固定连接且伸出与其位置相对应的导向槽。 0007 所述的控制杆组转动驱动装置包括X向控制杆转动驱动装置和Y向控制杆转动驱 动装置， 所述的 Y 向控制杆转动驱动装置包括 Y 向电机座和 Y 向驱动电机， 所述的 Y 向电机 座固定安装在所述的壳体上， 所述的Y向驱动电机固定安装在所述的Y向电机座中， 所述的 。
11、Y 向驱动电机的驱动轴上同轴固定安装有 Y 向皮带轮， 所述的 Y 向皮带轮上绕有第一皮带， 所述的 Y 向电机座上设置有第一开槽， 所述的第一皮带穿出所述的第一开槽分别与两根相 背对设置的 Y 向控制杆固定连接， 所述的 X 向控制杆转动驱动装置包括 X 向电机座和 X 向 驱动电机， 所述的 X 向电机座固定安装在所述的 Y 向电机座上， 所述的 X 向驱动电机固定安 装在所述的 X 向电机座中， 所述的 X 向驱动电机的驱动轴上同轴固定设置有 X 向皮带轮， 所 说 明 书 CN 103302678 A 3 2/2 页 4 述的X向皮带轮上绕有第二皮带， 所述的X向电机座上固定设置有支架。
12、， 所述的支架上轴接 有支撑轮， 所述的 X 向电机座上设置有第二开槽， 所述的第二皮带穿出所述的第二开槽并 绕过所述的支撑轮分别与两根相背对设置的 X 向控制杆固定连接。 0008 所述的 X 向控制杆和所述的 Y 向控制杆分别与所述的回转体相螺接。 0009 所述的连接杆转动驱动装置包括 Z 向驱动电机， 所述的 Z 向驱动电机固定安装在 所述的回转体内， 所述的连接杆与所述的 Z 向驱动电机的驱动轴固定连接， 所述的连接杆 沿 Z 向穿出所述的回转体与机械手相连接。 0010 与现有技术相比， 本发明的优点是由于回转体为球形， 且腕关节上的三个自由度 均在回转体内实现， 使得三个自由度可。
13、相交于一点， 形成三坐标运动控制的并联结构， 又因 为系统设计可使控制运动部分的重心与转动中心完全重合， 从原理上消除了多关节结构的 运动控制耦合问题， 极大地简化其动力学模型和控制算法， 使得该腕关节在工作时控制系 统软、 硬件系统简单， 控制精度高， 且工作时震动小且稳定性好。 附图说明 0011 图 1 为本发明的正面剖视图 ； 图 2 为图 1 的左视图 ； 图 3 为图 1 的附视图。 具体实施方式 0012 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。 0013 如图所示， 一种机器人腕关节， 包括球形的壳体 1 和球形的回转体 2， 壳体 1 套在 回转体 2 上， 回转体 2 。
14、上固定设置有 X 向控制杆组和 Y 向控制杆组， X 向控制杆组包括两根 处于同一直线上且相背对设置的X向控制杆3， Y向控制杆组包括两根处于同一直线上且相 背对设置的 Y 向控制杆 4， 壳体 1 上对应 X 向控制杆 3 和 Y 向控制杆 4 的位置处分别设置有 导向槽 11， X 向控制杆 3 和 Y 向控制杆 4 分别与回转体 2 相螺接且伸出与其位置相对应的 导向槽 11， 壳体 1 上固定设置有 Y 向电机座 12， Y 向电机座 12 中固定安装有 Y 向驱动电机 5， Y 向驱动电机 5 的驱动轴上同轴固定安装有 Y 向皮带轮 51， Y 向皮带轮 51 上绕有第一皮 带 6，。
15、 Y 向电机座 12 上设置有第一开槽 13， 第一皮带 6 穿出第一开槽 13 分别与两根相背对 设置的 Y 向控制杆 4 固定连接， Y 向电机座 12 上固定安装有 X 向电机座 14， X 向电机座 14 中固定安装有 X 向驱动电机 7， X 向驱动电机 7 的驱动轴上同轴固定设置有 X 向皮带轮 71， X 向皮带轮 71 上绕有第二皮带 8， X 向电机座 14 上固定设置有支架 15， 支架 15 上轴接有支 撑轮 16， X 向电机座 14 上设置有第二开槽 17， 第二皮带 8 穿出第二开槽 17 并绕过支撑轮 16 分别与两根相背对设置的 X 向控制杆 3 固定连接 ； 回转体 2 内固定安装有 Z 向驱动电机 21， Z 向驱动电机 21 的驱动轴上固定连接有连接杆 9， 连接杆 9 沿 Z 向穿出回转体 2 与机械 手 （图中未显示） 相连接。 说 明 书 CN 103302678 A 4 1/2 页 5 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103302678 A 5 2/2 页 6 图 3 说 明 书 附 图 CN 103302678 A 6 。