一种可更换末端执行器的多功能机器人手腕，本发明涉及一种可更换末端执行器的机器人手腕，本发明为了解决采用现有技术中很多机器人手腕都和末端执行器连接在一起，无法实现同一手腕驱动多种末端执行器的功能，导致其制作成本很高，以及使用不方便的问题，它包括外层动力输出机构、中间层锁紧与释放机构、内层动力输出机构和工具机构，外层动力输出机构和中间层锁紧与释放机构由外向内依次套装在内层动力输出机构上，工具机构安装在外层动力输出机构的动力输出端、中间层锁紧与释放机构的动力输出端和内层动力输出机构的动力输出端上，发明适用于末端执行器需更换和执行器锁紧领域。
1.一种可更换末端执行器的多功能机器人手腕，它包括外层动力输出机构(1)、中间层锁紧与释放机构(2)、内层动力输出机构(3)和工具机构(4)，其特征在于：外层动力输出机构(1)包括驱动机构支座(1-1)、外十字轴外环(1-2)、外十字轴内环(1-4)、外十字轴(1-5)、八棱工具扳手(1-6)和四个外层机构圆柱头螺钉(1-3)，外层动力输出机构(1)和中间层锁紧与释放机构(2)由外向内依次套装在内层动力输出机构(3)上，工具机构(4)安装在外层动力输出机构(1)的动力输出端、中间层锁紧与释放机构(2)的动力输出端和内层动力输出机构(3)的动力输出端上，八棱工具扳手(1-6)上加工有多个凹槽，外十字轴外环(1-2)、外十字轴内环(1-4)和外十字轴(1-5)由外向内依次套装设置，四个外层机构圆柱头螺钉(1-
3)沿外十字轴(1-5)的圆周方向均布设置在外十字轴外环(1-2)上，且每个外层机构圆柱头螺钉(1-3)由外向内依次穿过外十字轴外环(1-2)和外十字轴内环(1-4)并螺纹安装在外十字轴(1-5)上，外十字轴外环(1-2)通过螺钉安装在驱动机构支座(1-1)的一端，八棱工具扳手(1-6)通过螺钉安装在外十字轴内环(1-4)上。
2.根据权利要求1所述的一种可更换末端执行器的多功能机器人手腕，其特征在于：所述中间层锁紧与释放机构(2)包括第一伺服电机组件(2-1)、带有第一齿轮轴的齿轮(2-2)、带有第二齿轮轴的齿轮(2-3)、第三齿轮(2-4)、中间十字轴外环(2-5)、中间十字轴内环(2-
7)、中间十字轴(2-8)、工具锁紧‘T’形螺杆(2-9)、工具锁紧‘T’形螺母(2-10)、四个释放机构圆柱头螺钉(2-6)和多个钢珠(2-11),工具锁紧‘T’形螺母(2-10)上加工有多个与八棱工具扳手(1-6)上多个凹槽对应的凸棱，且相邻两个凸棱之间加工有弧形凹槽，第一伺服电机组件(2-1)输出轴的一端与带有第一齿轮轴的齿轮(2-2)齿轮轴连接，带有第一齿轮轴的齿轮(2-2)和带有第二齿轮轴的齿轮(2-3)齿啮合，带有第一齿轮轴的齿轮(2-2)和带有第二齿轮轴的齿轮(2-3)安装在驱动机构支座(1-1)上，且带有第二齿轮轴的齿轮(2-3)与第三齿轮(2-4)齿啮合，第三齿轮(2-4)通过螺钉与中间十字轴外环(2-5)连接，中间十字轴外环(2-5)套设在中间十字轴内环(2-7)的外壁上，中间十字轴(2-8)嵌装在中间十字轴内环(2-
7)上，四个释放机构圆柱头螺钉(2-6)沿中间十字轴外环(2-5)圆周方向均不设置在中间十字轴外环(2-5)上，且每个释放机构圆柱头螺钉(2-6)的螺纹端依次穿过中间十字轴外环(2-5)套设在中间十字轴内环(2-7)的外壁并螺纹连接安装在中间十字轴(2-8)上，中间十字轴内环(2-7)与工具锁紧‘T’形螺杆(2-9)通过螺钉固定连接，工具锁紧‘T’形螺母(2-10)螺纹连接安装在工具锁紧‘T’形螺杆(2-9)上，且八棱工具扳手(1-6)套设在工具锁紧‘T’形螺母(2-10)上，且每个工具锁紧‘T’形螺母(2-10)的凸棱嵌装在八棱工具扳手(1-6)上的一个凹槽内，且每个工具锁紧‘T’形螺母(2-10)的弧形凹槽内设有一个钢珠(2-11)。
3.根据权利要求2所述的一种可更换末端执行器的多功能机器人手腕，其特征在于：所述内层动力输出机构(3)包括第二伺服电机组件(3-1)、连接轴(3-2)、十字轴(3-3)、螺栓轴(3-4)和六棱扳手(3-5)，第二伺服电机组件(3-1)设置在驱动机构支座(1-1)内，第二伺服电机组件(3-1)输出轴的一端与连接轴(3-2)的一端通过螺钉连接，连接轴(3-2)的另一端与十字轴(3-3)转动配合连接，螺栓轴(3-4)插装在十字轴(3-3)的内孔上，六棱扳手(3-5)的一端安装在螺栓轴(3-4)的两端上，六棱扳手(3-5)的另一端插装在工具锁紧‘T’形螺杆(2-9)内。
4.根据权利要求3所述的一种可更换末端执行器的多功能机器人手腕，其特征在于：所述工具机构(4)包括梅花工具接口(4-1)、工具接口座(4-2)和末端工具(4-3)，梅花工具接口(4-1)的一端与工具接口座(4-2)的一端连接，工具接口座(4-2)的另一端与末端工具(4-
3)连接，梅花工具接口(4-1)安装在八棱工具扳手(1-6)、工具锁紧‘T’形螺杆(2-9)和工具锁紧‘T’形螺母(2-10)上。
一种可更换末端执行器的多功能机器人手腕
技术领域
[0001] 本发明涉及一种可更换末端执行器的机器人手腕，具体涉及一种可更换末端执行器的多功能机器人手腕。
背景技术
[0002] 机器人手腕在工业机器人中已得到广泛应用，它在工业生产中起着重要作用。为了满足不同的作业需求，机器人末端操作器的功能往往不同。为了使生产效益最大化且降低成本，一种机器人手腕应可驱动多种末端执行器。为了实现上述目标，机器人手腕在机械臂的驱动下需与不同的末端执行器对接并实现锁紧。同时，机器人手腕还需为末端执行器提供一定数量的动力输入，以方便末端执行器作业。目前的很多机器人手腕都和末端执行器连接在一起，无法实现同一手腕驱动多种末端执行器的功能，导致其制作成本很高，使用不方便。
发明内容
[0003] 本发明为了解决采用现有技术中很多机器人手腕都和末端执行器连接在一起，无法实现同一手腕驱动多种末端执行器的功能，导致其制作成本很高，以及使用不方便的问题，进而提供一种可更换末端执行器的多功能机器人手腕。
[0004] 本发明为解决上述问题而采用的技术方案是：
[0005] 一种可更换末端执行器的多功能机器人手腕：它包括外层动力输出机构、中间层锁紧与释放机构、内层动力输出机构和工具机构，外层动力输出机构和中间层锁紧与释放机构由外向内依次套装在内层动力输出机构上，工具机构安装在外层动力输出机构的动力输出端、中间层锁紧与释放机构的动力输出端和内层动力输出机构的动力输出端上。
[0006] 本发明的有益效果是：本发明的结构简单，完全采用机械传动来实现机器人手腕对末端执行器的控制，驱动装置置于手腕中，末端执行器只起着传递动力的作用，便于对驱动装置进行保护。分别利用两个电机和机械臂作为三个虎克铰的动力输入，可以简化传动链结构，优化腕部整体结构尺寸，且有利于控制操作。本发明可以实现与多种末端执行器的对接锁紧，并可为不同末端执行器提供动力输入。
附图说明
[0007] 图1是本发明整体原理图，图2是机器人手腕去除驱动机构支座1-1和工具机构4的整体结构示意图，图3是机器人手腕中三虎克铰套接结构的示意图，图4是图3中A-A向视图，图5是机器人手腕和工具机构4的接口示意图，图6是工具锁紧‘T’形螺母2-10和多个钢珠2-11安装在工具锁紧‘T’形螺杆2-9上的示意图，图7是两种梅花工具接口4-1、工具接口座4-2和末端工具4-3放置在工具台4-4上的示意图。
具体实施方式
[0008] 具体实施方式一：结合图1-图7说明本实施方式，一种可更换末端执行器的多功能机器人手腕，它包括外层动力输出机构1、中间层锁紧与释放机构2、内层动力输出机构3和工具机构4，外层动力输出机构1和中间层锁紧与释放机构2由外向内依次套装在内层动力输出机构3上，工具机构4安装在外层动力输出机构1的动力输出端、中间层锁紧与释放机构2的动力输出端和内层动力输出机构3的动力输出端上。
[0009] 具体实施方式二：结合图1-图5说明本实施方式，本实施方式的一种可更换末端执行器的多功能机器人手腕，所述外层动力输出机构1包括驱动机构支座1-1、外十字轴外环1-2、外十字轴内环1-4、外十字轴1-5、八棱工具扳手1-6和四个外层机构圆柱头螺钉1-3，八棱工具扳手1-6上加工有多个凹槽，外十字轴外环1-2、外十字轴内环1-4和外十字轴1-5由外向内依次套装设置，四个外层机构圆柱头螺钉1-3沿外十字轴1-5的圆周方向均布设置在外十字轴外环1-2上，且每个外层机构圆柱头螺钉1-3由外向内依次穿过外十字轴外环1-2和外十字轴内环1-4并螺纹安装在外十字轴1-5上，外十字轴外环1-2通过螺钉安装在驱动机构支座1-1的一端，八棱工具扳手1-6通过螺钉安装在外十字轴内环1-4上，其它结构与具体实施方式一相同。
[0010] 具体实施方式三：结合图1-图6说明本实施方式，本实施方式的一种可更换末端执行器的多功能机器人手腕，所述中间层锁紧与释放机构2包括第一伺服电机组件2-1、带有第一齿轮轴的齿轮2-2、带有第二齿轮轴的齿轮2-3、第三齿轮2-4、中间十字轴外环2-5、中间十字轴内环2-7、中间十字轴2-8、工具锁紧‘T’形螺杆2-9、工具锁紧‘T’形螺母2-10、四个释放机构圆柱头螺钉2-6和多个钢珠2-11,工具锁紧‘T’形螺母2-10上加工有多个与八棱工具扳手1-6上多个凹槽对应的凸棱，且相邻两个凸棱之间加工有弧形凹槽，第一伺服电机组件2-1输出轴的一端与带有第一齿轮轴的齿轮2-2齿轮轴连接，带有第一齿轮轴的齿轮2-2和带有第二齿轮轴的齿轮2-3齿啮合，带有第一齿轮轴的齿轮2-2和带有第二齿轮轴的齿轮2-3安装在驱动机构支座1-1上，且带有第二齿轮轴的齿轮2-3与第三齿轮2-4齿啮合，第三齿轮2-4通过螺钉与中间十字轴外环2-5连接，中间十字轴外环2-5套设在中间十字轴内环
2-7的外壁上，中间十字轴2-8嵌装在中间十字轴内环2-7上，四个释放机构圆柱头螺钉2-6沿中间十字轴外环2-5圆周方向均不设置在中间十字轴外环2-5上，且每个释放机构圆柱头螺钉2-6的螺纹端依次穿过中间十字轴外环2-5套设在中间十字轴内环2-7的外壁并螺纹连接安装在中间十字轴2-8上，中间十字轴内环2-7与工具锁紧‘T’形螺杆2-9通过螺钉固定连接，工具锁紧‘T’形螺母2-10螺纹连接安装在工具锁紧‘T’形螺杆2-9上，且八棱工具扳手1-
6套设在工具锁紧‘T’形螺母2-10上，且每个工具锁紧‘T’形螺母2-10的凸棱嵌装在八棱工具扳手1-6上的一个凹槽内，且每个工具锁紧‘T’形螺母2-10的弧形凹槽内设有一个钢珠2-
11，其它结构与具体实施方式一相同。
[0011] 本实施方式中第一伺服电机组件2-1为正反转电机。
[0012] 具体实施方式四：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的一种可更换末端执行器的多功能机器人手腕，所述内层动力输出机构3包括第二伺服电机组件3-1、连接轴3-2、十字轴3-3、螺栓轴3-4和六棱扳手3-5，第二伺服电机组件3-1设置在驱动机构支座1-1内，第二伺服电机组件3-1输出轴的一端与连接轴3-2的一端通过螺钉连接，连接轴3-2的另一端与十字轴3-3转动配合连接，螺栓轴3-4插装在十字轴3-3的内孔上，六棱扳手3-5的一端安装在螺栓轴3-4的两端上，六棱扳手3-5的另一端插装在工具锁紧‘T’形螺杆2-9内，其它结构与具体实施方式一相同。
[0013] 本实施方式中第二伺服电机组件3-1为正反转电机。
[0014] 具体实施方式五：结合图和图7说明本实施方式，本实施方式的一种可更换末端执行器的多功能机器人手腕，所述工具机构4包括梅花工具接口4-1、工具接口座4-2和末端工具4-3，梅花工具接口4-1的一端与工具接口座4-2的一端连接，工具接口座4-2的另一端与末端工具4-3连接，根据其它结构与具体实施方式一相同。
[0015] 工作原理
[0016] 本发明的驱动机构支座1-1与机械臂的一端固定连接，且本发明中第一伺服电机组件2-1和第二伺服电机组件3-1提供动力，分别实现锁紧机器人手腕和末端执行器和为末端执行器提供两个动力输入的功能，工作时，机械臂首先将机器人手腕送到末端执行器上方，通过机械臂的运动实现八方工具扳手1-6和梅花工具接口4-1的对接。
[0017] 第一伺服电机组件2-1驱动带有第一齿轮轴的齿轮2-2转动，带有第一齿轮轴的齿轮2-2通过齿轮传动形式驱动带有第二齿轮轴的齿轮2-3转动，带有第二齿轮轴的齿轮2-3通过齿轮传动形式驱动第三齿轮2-4转动，从而带动中间十字轴外环2-5转动。中间十字轴外环2-5通过中间十字轴装置带动中间十字轴内环2-7转动。进而驱动工具锁紧T形螺杆2-9转动，工具锁紧‘T’形螺母2-10在工具锁紧‘T’形螺杆2-9的驱动下实现平移运动，挤出位于工具锁紧‘T’形螺母2-10上弧形凹槽中的钢珠2-11，实现机器人手腕与末端执行器的锁紧功能，(第一伺服电机组件2-1反转时，则钢珠2-11滑入工具锁紧‘T’形螺母2-10的弧形凹槽中，实现手腕与末端执行器的解锁。)此外，该手腕还可为末端执行器提供两个动力输入。第一个动力输入由机器臂提供：机器臂带动驱动机构支座1-1转动，驱动机构支座1-1带动外十字轴外环1-2转动，外十字轴外环1-2通过外十字轴装置带动外十字轴内环1-4转动，进而驱动八棱工具扳手1-6转动，从而驱动末端执行器运动。第二个动力输入由第二伺服电机组件3-1提供：第二伺服电机组件3-1驱动连接轴3-2转动，连接轴3-2通过内十字轴装置带动外六方扳手3-5转动，它可以为末端执行器提供另一个动力输入，可供不同末端执行器选择性使用，进而实现本发明的目的。
