專利名稱：工業機器人的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機器人，尤其涉及一種具有依次連接的多個手腕單元的工業機器 人。
背景技術：
工業機器人通常具備可繞第一軸線轉動地設置的第一手腕單元，該第一手腕單 元的前端一側形成一個叉形結構；可轉動地設置在該叉形結構的兩側部之間的第二手腕單 元；以及在該第二手腕單元的前端一側，可轉動地設置的第三手腕單元。第三手腕單元作為 工業機器人的末端軸，如六軸工業機器人的第六軸，可用于裝設夾具、切削工具及探測器等 末端執行器以執行各種任務。上述第一及第三手腕單元的旋轉軸線通常分別與第二手腕單 元的旋轉軸線正交，因此，第三手腕單元及末端執行器在跟隨第二手腕單元轉動的過程中 易碰觸第一手腕單元，使第二手腕單元的旋轉角度受到限制，不能繞其旋轉軸線全方位轉 動。另外，第一手腕單元的叉形結構處設有第一電機以及第一減速組件，第一減速組 件用于減速第一電機轉速且驅動第二手腕單元；第二手腕單元的前端一側設有第二電機以 及第二減速組件，第二減速組件用于減速第二電機轉速且驅動第三手腕單元。上述結構增 加了手腕單元的體積及占用的空間，不利于工業機器人在較狹小操作空間中的應用。并且， 第二手腕單元及第三手腕單元重量較重，從而慣性矩變大，給提高控制的準確性及快速性 造成困難。

發明內容
鑒于上述內容，有必要提供一種結構緊湊、占用空間較小的工業機器人，該工業機 器人的與位于其末端的手腕單元相連的手腕單元可作全方位轉動。一種工業機器人，包括可繞第一軸線轉動的第一手腕單元、可繞第二軸線轉動且 被第一手腕單元支撐的第二手腕單元、可繞第三軸線轉動且被第二手腕單元支撐的第三手 腕單元、驅動該第二手腕單元的第一電機及第一傳動鏈、驅動該第三手腕單元的第二電機 及第二傳動鏈以及控制該第一電機及第二電機分別動作的控制裝置。第三手腕單元為該工 業機器人的最終軸，該第一軸線、第二軸線及第三軸線相交于一交點。該第二軸線與第三軸 線的夾角大于O度小于90度；該第一傳動鏈包括第一錐齒輪組，該第一錐齒輪組的其中一 個錐齒輪相對于該第二手腕單元固定；該第二傳動鏈包括與該第二手腕單元轉動連接的中 間軸及沿中間軸的旋轉軸線間隔設置的第二錐齒輪組及第三錐齒輪組，該第三錐齒輪組的 其中一個錐齒輪相對于該第三手腕單元固定，并且該中間軸的旋轉軸線通過該交點且與第 二軸線正交。由于第二軸線與第三軸線的夾角大于0度小于90度，即第二軸線與第三軸線斜 交，第三手腕單元在跟隨第二手腕單元轉動時可避免與第一手腕單元相交，從而第二手腕 單元繞第二軸線的轉動角度可不受限制、作全方位的轉動。另外，通過配置第一至第三錐齒輪組及中間軸，可將第一電機及第二電機的動力傳遞至第二手腕單元及第三手腕單元，并 可減小第二手腕單元及第三手腕單元沿各自旋轉軸向的尺寸，使工業機器人結構緊湊，占 用空間減小，可實現手腕單元的小型化，使工業機器人可在更狹窄的作業空間內與周圍物 體無干涉地進行作業。


圖1是簡略表示本發明實施例的工業機器人的側視圖。圖2是圖1所示的機器人的手腕結構的立體組裝圖，圖中省略了電機及設于電機 輸出端的齒輪組。圖3是圖2所示手腕結構沿III III方向的剖面示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明的工業機器人作進一步的詳細說明，并以六軸工 業機器人為例進行說明。圖1所示為本發明實施方式的工業機器人100的簡略示意圖。機器人100為六軸 工業機器人，其包括基座11、可轉動地設置于基座11的機架12、可轉動地設置于機架12 — 端的大臂13、與大臂13可轉動連接的連接手腕14、依次可轉動連接的第一至第三手腕單元 15、16、18以及控制裝置19。其中，第一手腕單元15與連接手腕14可轉動連接，第三手腕 單元18作為工業機器人100的末端軸，可用于裝設夾具、刀具或者探測儀器等末端執行器。 控制裝置19用于產生控制指令，以控制各驅動裝置，如電機等動作，使工業機器人100得到 預設的位置及姿勢。第一至第三手腕單元15、16、18可分別繞第一至第三軸線A、B、C旋轉。第一至第 三軸線A、B、C相交于一個交點D，且第二軸線B與第三軸線C斜交，換言之，第二軸線B與 第三軸線C的夾角θ大于0度小于90度。第二軸線B可與第一軸線A正交，也可與第一 軸線A斜交，換言之，第二軸線B與第一軸線A之間的夾角β可為90度，也可大于0度小 于90度。具體在本實施方式中，夾角θ、β均為45度。機架12、大臂13及連接手腕14也 可分別繞軸線121、131、141旋轉。因第二軸線B與第三軸線C斜交，當第二手腕單元16帶動第三手腕單元18旋轉 時，第三手腕單元18及與之連接的末端執行器可以避開與第一手腕單元15相觸碰的位置， 從而第二手腕單元16繞第二軸線B的轉動范圍不受限制，可作360度全方位轉動。圖2及圖3示出了第一至第三手腕單元15、16、18的詳細結構。第二手腕單元16 由第一電機21及第一傳動鏈(圖未標)驅動，第三手腕單元18由第二電機31及第二傳動 鏈(圖未標)驅動。第一電機21及第二電機31均設于第一手腕15上。第一手腕單元15包括一體形成的第一連接部151及第二連接部152。第一連接部 151大致呈半球形殼體，第二連接部152形成于第一連接部151上，并大致為沿第一軸線A 方向延伸的圓柱體。第二連接部152中部沿第一軸線A方向貫通形成一個中空部153。第二手腕單元16大致為一圓形蓋體，并貫通設有多個連接孔161及一個沿第二軸 線B方向延伸的安裝孔162。安裝孔162用于安裝第三手腕單元18。第二手腕單元16可轉動地設置于第一連接部151的前端一側，并被第一手腕單元15懸臂支撐。第三手腕單元18可轉動地穿設于第二手腕單元16的安裝孔162，并被第二 手腕單元16懸臂支撐。第二手腕單元16與第一手腕單元15之間形成一個與中空部153 相連通的容置部160。容置部160內可收容第一傳動鏈及第二傳動鏈的部分結構。第一手 腕單元15設有第一交叉磙子軸承155，用于支撐第二手腕單元16。第二手腕單元16設有 第二交叉磙子軸承163，用于支撐第三手腕單元18。因交叉磙子軸承的內輪與外輪間，間隔 交叉的磙子彼此成直角方式排列，具有可同時承受來自多方向的載荷且變形較小的優點， 可確保配合的緊密性以及轉動的剛性。第一傳動鏈包括第一傳動軸221，設于第一傳動軸221 —端的第一錐齒輪組223。 第一電機21設于第一傳動軸221的另一端，以驅動第一傳動軸221。第一傳動軸221由軸 承2211可轉動地支撐于第一手腕單元15的中空部153內。具體在本實施例中，第一傳動 軸221沿軸向開設一貫穿孔2212。第一錐齒輪組223為單級齒輪，其中一個錐齒輪223a相 對于第二手腕單元16固定設置，可通過將多個螺紋件156分別穿設于第二手腕單元16的 連接孔161將錐齒輪223a與第二手腕單元16鎖固。另一個錐齒輪22 相對于第一傳動 軸221固定設置，其連接方式可為鍵連接或過盈連接等。錐齒輪223a中部設有沿軸向貫通 的中心孔2232。第二傳動鏈包括依次設置的第二傳動軸321、第二錐齒輪組323、中間軸324以及 第三錐齒輪組325。第二傳動軸321穿設于第一傳動軸221的貫穿孔2212，且其兩端分別伸出貫穿孔 2212外，并由設于第一傳動軸221內壁與第二傳動軸321之間的軸承3211可轉動支撐。且 第二傳動軸321及第一傳動軸221的旋轉軸線與第一軸線A重合。第二電機31及第二錐齒輪組323分別設置于第二傳動軸321的兩端，且在第一軸 線A方向上，第一電機21及第二電機31相互偏置，且分別設置于第一手腕單元15沿軸向 的相對兩側。第一電機21及第二電機31的輸出軸可分別通過齒輪組(圖未標)與第一傳 動軸221及第二傳動軸321連接。中間軸3M穿設錐齒輪223a的中心孔2232，且兩端分別通過軸承3241、3242與第 二手腕單元16可轉動連接。中間軸324的旋轉軸線E通過交點D且與第二軸線B正交，以 使第三手腕單元18在跟隨第二手腕單元16轉動時，第二電機31仍可通過第二傳動鏈將動 力傳送至第三手腕單元18。第二錐齒輪組323及第三錐齒輪組325沿中間軸324的軸向間隔設置，且分別鄰 近中間軸324的兩端。第一錐齒輪組323及第二錐齒輪組325均為單級齒輪。其中，第一 錐齒輪組323的其中一個錐齒輪323a與第二傳動軸321固定連接，另一錐齒輪32 與中 間軸324固定連接。錐齒輪323a與錐齒輪22 在沿第二軸線B方向上相互偏置，從而錐 齒輪323a及錐齒輪223a在垂直于第一軸線A的平面上的投影可部分重合，從而減小整體 結構沿徑向的尺寸。第二錐齒輪組325的其中一個錐齒輪32 相對于第三手腕單元18固 定設置以帶動第三手腕單元18繞第三軸線C旋轉，另一錐齒輪32 與中間軸324固定連 接。上述工業機器人100的第一電機21及第二電機31設置于第一手腕單元15的一 端，并通過第一傳動鏈及第二傳動鏈將動力分別傳遞至第二手腕單元16及第三手腕單元 18，第二手腕單元16及第三手腕單元18僅需分別與錐齒輪223a及錐齒輪323a直接連接，使得第二手腕單元16及第三手腕單元18沿各自軸向的尺寸均較小，可實現手腕單元的小 型化，有利于工業機器人100在較狹窄的作業空間內與周圍物體無干涉地進行作業。同時， 還減輕了第二手腕單元16的慣性矩，有利于對第二手腕單元16及第三手腕單元18進行準 確、快速地控制。此外，上述第一至第三錐齒輪組223、323、325均采用單級齒輪，并可采用 傳統的錐齒輪結構，可降低制造成本。以下主要介紹工業機器人100第二、第三手腕單元16、18的動作情況，工業機器人 100的其余機構，例如機架12、大臂13、第一手腕單元15的動作情況與現有機器人相似。控制裝置19中預設有控制指令，并包括一個補償單元(圖未示)。當控制裝置19 發出控制指令驅動第一電機21轉動時，第一電機21的動力通過第一傳動鏈傳遞至第二手 腕單元16，使第二手腕單元16繞第二軸線B旋轉。與此同時，第三手腕單元18將跟隨第 二手腕單元16繞第二軸線B旋轉，第二錐齒輪組323及第三錐齒輪組325的兩個齒輪相互 嚙合，導致第三手腕單元18繞第三軸線C轉動一定角度，在此稱該轉動的角度為跟隨轉動。 為防止第三手腕單元18因跟隨第二手腕單元16的轉動而失去定位的基準，控制裝置19在 控制第二手腕單元16旋轉的同時發出控制指令控制第二電機31轉動，以驅動第二傳動鏈 32帶動第三手腕單元18繞軸線C旋轉相應角度以抵消上述跟隨轉動，使第二手腕單元16 旋轉時，第三手腕單元18繞線C仍保持在當前位置。當需要單獨調整第三手腕單元18的 繞軸線C的旋轉角度時，控制裝置19再次發出控制指令使第三手腕單元18轉動至預設的 角度，第三手腕單元18的運動不會影響第二手腕單元16的動作。可以理解，工業機器人100的第一傳動鏈及第二傳動鏈還可以進一步增加傳動齒 輪的級數以獲得需要的減速比。另外，也可將第二傳動軸321設為空心結構，而將第一傳動 軸221可轉動地穿設于第二傳動軸321?？梢岳斫?，本發明的機器人100不限于為六軸機器人，其也可為具有較少軸數的 機器人，如四軸或者五軸機器人等。另外，本領域技術人員還可在本發明精神內做其它變化，當然，這些依據本發明精 神所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的范圍內。權利要求
1.一種工業機器人，包括可繞第一軸線轉動的第一手腕單元、可繞第二軸線轉動且被 第一手腕單元支撐的第二手腕單元、可繞第三軸線轉動且被第二手腕單元支撐的第三手腕 單元、驅動該第二手腕單元的第一電機及第一傳動鏈、驅動該第三手腕單元的第二電機及 第二傳動鏈以及控制該第一電機及第二電機分別動作的控制裝置；該第三手腕單元為該工 業機器人的最終軸，該第一軸線、第二軸線及第三軸線相交于一交點，其特征在于該第二 軸線與第三軸線的夾角大于0度小于90度；該第一傳動鏈包括第一錐齒輪組，該第一錐齒 輪組的其中一個錐齒輪相對于該第二手腕單元固定；該第二傳動鏈包括與該第二手腕單元 轉動連接的中間軸及沿中間軸的旋轉軸線間隔設置的第二錐齒輪組及第三錐齒輪組；該第 三錐齒輪組的其中一個錐齒輪相對于該第三手腕單元固定，并且該中間軸的旋轉軸線通過 該交點且與第二軸線正交。
2.如權利要求1所述的工業機器人，其特征在于該控制裝置包括一個補償單元，該第 三手腕單元跟隨該第二手腕單元繞第二軸線旋轉時，該補償單元產生控制指令控制該第二 電機驅動該第三手腕單元繞第三軸線旋轉一定角度，以抵消該第三手腕單元因跟隨第二手 腕運動而產生的繞第三軸線的跟隨轉動。
3.如權利要求1所述的工業機器人，其特征在于該第一軸線與第二軸線的夾角大于0 度小于90度。
4.如權利要求1至3任何一項所述的工業機器人，其特征在于該第一傳動鏈還包括 設于第一電機與第一錐齒輪組之間的第一傳動軸，該第二傳動鏈還包括設于第二電機與第 二錐齒輪組之間的第二傳動軸，該第一傳動軸與第二傳動軸相互套設，并且該第一傳動軸 及第二傳動軸的旋轉軸線與第一軸線重合。
5.如權利要求4所述的工業機器人，其特征在于該第一手腕單元開設沿第一軸線方 向延伸的中空部，該第一傳動軸及第二傳動軸穿設于該中空部。
6.如權利要求5所述的工業機器人，其特征在于該第一手腕單元包括第一連接部及 第二連接部，該第一連接部大致為半球形殼體并懸臂支撐該第二手腕單元，該第二連接部 形成于該第一連接部并沿第一軸線方向延伸，該中空部貫穿該第二連接部。
7.如權利要求5所述的工業機器人，其特征在于該第一傳動軸兩端分別與第一電機 及第一錐齒輪組的一個錐齒輪連接，該第二傳動軸兩端分別與第二電機及第二錐齒組的一 個錐齒輪連接，該分別與第一傳動軸及第二傳動軸連接的兩個錐齒輪在軸向相互偏置。
8.如權利要求1所述的工業機器人，其特征在于該第一手腕單元設有第一交叉磙子 軸承，該第一交叉磙子軸承支撐該第二手腕單元；該第二手腕單元設有第二交叉磙子軸承， 該第二交叉磙子軸承支撐該第三手腕單元。
9.如權利要求1所述的工業機器人，其特征在于該第一錐齒輪組、第二錐齒輪組及第 三錐齒輪組均為單級齒輪。
10.如權利要求1所述的工業機器人，其特征在于該工業機器人為六軸工業機器人， 該第一軸線、第二軸線及第三軸線分別為該六軸工業機器人的第四、第五及第六軸的旋轉 軸線。
全文摘要
一種工業機器人包括依次轉動連接的第一至第三手腕單元、第一電機、第一傳動鏈、第二電機、第二傳動鏈以及控制裝置。第一至第三手腕單元可分別繞第一軸線至第三軸線轉動，第一至第三軸線相交于一交點。第二、第三軸線的夾角大于0度小于90度。第一傳動鏈包括第一錐齒輪組，第一錐齒輪組的其中一個錐齒輪相對于第二手腕單元固定。第二傳動鏈包括與第二手腕單元轉動連接的中間軸，及沿中間軸的旋轉軸線間隔設置的第二錐齒輪組及第三錐齒輪組，其中第三錐齒輪組的其中一個錐齒輪相對于該第三手腕單元固定，并且中間軸的旋轉軸線通過該交點且與第二軸線正交。上述工業機器人的第二手腕單元可全方位轉動，且結構緊湊、占用空間較小。
文檔編號B25J17/02GK102049784SQ20091030908
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月30日 優先權日2009年10月30日
發明者龍波 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司