1.本发明涉及工业机器人领域，尤其是一种同步皮带换向的机器人手腕。
背景技术：
2.6轴垂直串联结构工业机器人的手腕需要有腕回转、腕摆动和手回转3个运动轴；轴运动需要采用伺服电机驱动，并通过减速器及传动部件，转换为低速、大转矩输出。为了平衡上臂重量、降低重心，提高机器人结构稳定性和承载能力，并使驱动电机有足够的安装、维修、散热空间，大中型机器人的r/b/t轴驱动电机通常布置在上臂后端，其中，b/t轴动力通过上臂内的传动轴传送至上臂前端，然后，在手腕上将其转换为成b轴摆动和t轴回转运动。因此，其传动系统结构通常较复杂，安装调试和维修十分困难。
技术实现要素：
3.本发明旨在提供一种同步皮带换向的机器人手腕，不仅可满足驱动电机后置机器人的b/t轴传动要求，而且可解决现有伞齿轮换向的传动间隙和噪音问题。
4.为达上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
5.一种同步皮带换向的机器人手腕，包括安装座、b轴输入、t轴输入、摆动体和同步皮带换向组件，其特征在于：所述安装座为一侧带壁龛的中孔u型叉，u型叉底部连接有b轴输入、t轴输入和机器人上臂；
6.所述安装座的壁龛上安装有b轴换向组件和t轴换向组件，安装座的u型叉内侧转到连接有摆动体，b轴减速器的一端转动连接在安装座上，安装座上设有t轴传动组件，t轴传动组件的一端位于安装座的壁龛前侧，t轴传动组件的另一端设置在摆动体的一端，摆动体的另一端与b轴减速器的另一端连接，摆动体的侧端安装有t轴减速输出组件；
7.所述摆动体为中空内腔，摆动体的中空内腔安装有b轴减速器输入轴和换向伞齿轮，所述轴套上固定连接有t轴驱动皮带轮和换向伞齿轮，安装座内安装有固定座，轴套转动连接在固定座内，轴套内设有用于安装b轴减速器输入轴和后轴承的内孔，b轴轴承固定连接在固定座的外侧，t轴换向组件与t轴减速输出组件通过轴套、t轴驱动皮带轮和换向伞齿轮连接，所述同步皮带换向组件连接有b轴输入、t轴输入和摆动体，可用于变换b轴和t轴传动系统方向。
8.作为本发明的进一步说明，在t轴减速器的输入轴上固定连接有t轴减速器输入伞齿轮，t轴减速器输入伞齿轮与换向伞齿轮啮合连接，摆动体上安装有密封外套，工具安装法兰安装在t轴减速器的输入轴上。
9.作为本发明的进一步说明，所述t轴驱动皮带轮与t轴输入皮带轮通过t轴同步皮带传动连接，所述b轴驱动皮带轮与b轴输入皮带轮通过b轴同步皮带传动连接，所述t轴换向组件用于t轴同步皮带的90
°
换向和张紧，所述b轴换向组件用于b轴同步皮带的90
°
换向和张紧。
10.作为本发明的进一步说明，所述b轴换向组件和t轴换向组件滑动连接在安装座的
u型叉壁龛内侧。
11.作为本发明的进一步说明，所述的b轴换向组件和t轴换向组件结构相同，换向组件包括芯轴、上换向轮、下换向轮、连接块和调节螺栓，芯轴用于换向轮固定，连接块和调节螺栓用于换向组件的位置调整。
12.作为本发明的进一步说明，b轴输入轴承设于安装座的u型叉壁龛内侧，b轴输入轴承与b轴输入连接，b轴输入轴承的外圈固定连接在安装座的凸台上，b轴输入轴承的内圈通过b轴输入皮带轮和b轴输入固定连接，t轴输入轴承的内圈通过t轴输入皮带轮与t轴输入固定连接；
13.作为本发明的进一步说明，安装座的u型叉壁龛后内侧设有用于安装b轴换向组件和t轴换向组件前后滑动的导向槽，后壁上设有b轴换向组件和t轴换向组件调节螺栓的安装孔，安装座的u型叉壁龛前侧设有固定孔和安装孔，固定孔用于安装b轴减速器，安装孔用于安装b轴减速器输入前轴承。
14.作为本发明的进一步说明，摆动体的一端设有法兰孔和凸台，法兰孔用于安装b轴减速器，凸台用于安装b轴减速器输入轴主轴承，摆动体的另一端设有用于安装b轴轴承的法兰孔，摆动体的侧端设有用于安装t轴减速器的法兰孔。
15.作为本发明的进一步说明，所述的b轴减速器为带crb的简易单元型谐波减速器，b轴减速器的刚轮连同crb内圈固定在摆动体上，b轴减速器的柔轮连同crb外圈固定在安装座上，b轴减速器输入轴转动连接在摆动体的凸台上。
16.作为本发明的进一步说明，在b轴减速器输入轴上设有前轴承和后轴承，前轴承安装在安装座内的u型叉上，后轴承安装在t轴传动组件内孔中，主轴承用于b轴减速器输入轴的径向和轴向定位，前轴承和后轴承用于b轴减速器输入轴的径向定位。
17.作为本发明的进一步说明，在固定座的外端面设有固定螺孔，固定座通过螺栓和固定螺孔的螺纹连接使固定座与安装座固定连接，固定座的内侧设有用于固定轴套的支承轴承外圈、压圈的法兰和螺孔，固定座的外侧设有用于固定摆动体辅助支撑b轴轴承内圈、压圈的法兰和螺孔。
18.作为本发明的进一步说明，所述t轴减速器采用带壳体的轴输入单元型谐波减速器，t轴减速器输入伞齿轮与t轴减速器的输入轴固定连接，t轴减速器的壳体连同柔轮、crb外圈利用固定螺栓安装在摆动体上，t轴减速器的输出连同刚轮、crb内圈利用工具安装法兰固定连接；所述密封外套固定在所述摆动体上，作为所述t轴减速器和工具安装法兰的保护外壳。
19.作为本发明的进一步说明，所述上换向轮用于同步皮带背面换向和张紧的平皮带轮，下换向轮用于同步皮带齿面换向和张紧的同步皮带轮，在芯轴的两侧分别设有上换向轮和下换向轮，支承轴承通过弹簧挡圈、锁紧螺母、套与芯轴连接，上换向轮和下换向轮的直径相同，便于上换向轮和下换向轮安装位置可以更换。
20.作为本发明的进一步说明，所述连接块和调节螺栓用于换向组件的位置调整，芯轴的中部滑动连接有连接块，调节螺栓转动连接在安装座的壁龛后壁。
21.相比于现有技术，本发明具备以下有益效果：
22.本发明在满足驱动电机后置机器人的b/t轴传动要求，利用同步皮带换向代替了通常的伞齿轮换向，使机器人手腕传动系统为柔性无间隙连接，与通常的机器人手腕比较，
不仅解决了传动系统间隙和噪音问题，而且可大大方便加工、安装和调整，并可提高传动精度、延长使用寿命，其结构简单，生产制造和装配、维修非常容易。
附图说明
23.图1为一种同步皮带换向的机器人手腕的总体结构示意图；
24.图2为一种同步皮带换向的机器人手腕的b轴换向组件局部结构示意图；
25.图3为一种同步皮带换向的机器人手腕的b、t轴换向组件的三维示意图。
26.图中：安装座1；b轴输入2；t轴输入3；b轴输入皮带轮4；t轴输入皮带轮5；摆动体6；b轴减速器7；b轴减速器输入轴8；t轴减速器输入伞齿轮9；t轴减速器10；密封外套11；工具安装法兰12；换向伞齿轮13；固定座14；轴套15；t轴驱动皮带轮16；b轴驱动皮带轮17；t轴同步皮带18；b轴同步皮带19；t轴换向组件20；b轴换向组件21；下换向轮21.1；芯轴21.2；调整螺栓21.3；连接块21.4；上换向轮21.5。
27.实施方式
28.下面参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
29.如图1、2、3所示，示出了本发明不仅可满足驱动电机后置机器人的b/t轴传动要求，而且可解决现有伞齿轮换向的传动间隙和噪音问题，安装座1设为一侧带壁龛的中空u型叉，在安装座1的u型叉底部连接着b轴输入2、t轴输入3和机器人上臂，在安装座1的壁龛上安装有b轴换向组件21和t轴换向组件20，b轴减速器7转动连接在安装座1上，在安装座1的壁龛前侧设有t轴传动组件，t轴传动组件转动连接在安装座1上，所述摆动体6转动连接在安装座1的u型叉内侧，所述摆动体6为异型三通，其一端连接有b轴减速器7，另一端连接有t轴传动组件，侧端上安装有t轴减速输出组件，所述摆动体6的中空内腔安装有b轴减速器输入轴8和换向伞齿轮13，还设有t轴驱动皮带轮16和固定座14，固定座14内转动连接有轴套15，t轴驱动皮带轮16和换向伞齿轮13皆固定连接在轴套15上，轴套15内设有用于安装b轴减速器输入轴8和后轴承8.3的内孔，固定座14的外侧固定连接有b轴轴承6.1，t轴换向组件20与t轴减速输出组件通过t轴传动组件连接，所述同步皮带换向组件连接b轴输入2、t轴输入3和摆动体6，可用于变换b轴和t轴传动系统方向；
30.在机器人手腕需要进行b轴摆动运动时，b轴伺服驱动电机带动b轴输入2旋转，然后通过同步皮带换向组件将动力传递到b轴减速器输入轴8上，使b轴减速器输入轴8旋转，进而b轴减速器7进行输出带动摆动体6实现手腕的b轴摆动运动，当手腕需要进行t轴旋转运动时，t轴伺服驱动电机带动t轴输入3旋转，然后通过同步皮带换向组件将动力传通过轴套15、换向伞齿轮13对t轴减速器输出组件方向改变，带动t轴减速器10的输入轴旋转，使t轴减速器10输出带动工具安装法兰12和固定在工具安装法兰12上的作业工具实现t轴回转运动，进而不仅能够实现驱动电机后置机器人的b/t轴传动要求，还可以利用同步皮带换向组件代替了通常的伞齿轮换向，解决了传动系统间隙、噪音问题。
31.如图1所示，示出了手腕能够在进行b轴摆动运动时也可以实现工具安装法兰12的t轴回转运动，设有t轴减速器输入伞齿轮9、密封外套11和工具安装法兰12，t轴减速器输入伞齿轮9固定连接在t轴减速器10的输入轴上，t轴减速器输入伞齿轮9与换向伞齿轮13啮合连接，密封外套11固定连接在摆动体6上，工具安装法兰12安装在t轴减速器10输入轴上；
32.在通过b轴伺服驱动电机带动b轴输入2旋转时，通过同步皮带换向组件将动力传
递到b轴减速器输入轴8上，使b轴减速器输入轴8旋转，进而使b轴减速器7进行输出带动摆动体6进行手腕的b轴摆动运动，由于b轴减速器输入轴8与轴套15之间具有一定的摩擦力，当b轴减速器输入轴8旋转时，通过该摩擦力会带动轴套15也会产生轻微的旋转，由于轴套15上固定连接有换向伞齿轮13，换向伞齿轮13还与t轴减速器输入伞齿轮9啮合连接，在轴套15旋转时，带动换向伞齿轮13旋转进而带动t轴减速器输入伞齿轮9旋转，使t轴减速器10输出使工具安装法兰12以及工具安装法兰12上的作业的工具做t轴回转运动，所述的保护外壳11用作为t轴减速器10和工具安装法兰12的保护外壳。
33.如图1、3所示，示出了如何通过b轴输入2和t轴输入3带动手腕分别做b轴摆动运动和t轴回转运动，所述同步皮带换向组件包括b轴输入皮带轮4、t轴输入皮带轮5、b轴驱动皮带轮17、t轴同步皮带18和b轴同步皮带19，b轴输入皮带轮4与b轴输入2固定连接，t轴输入皮带轮5与t轴输入3固定连接，所述t轴驱动皮带轮16与t轴输入皮带轮5通过t轴同步皮带18传动连接，所述b轴驱动皮带轮17与b轴输入皮带轮4通过b轴同步皮带19传动连接，所述t轴换向组件20用于t轴同步皮带18的90
°
换向和张紧，所述b轴换向组件21用于b轴同步皮带19的90
°
换向和张紧；
34.b轴伺服驱动电机带动b轴输入2旋转，b轴输入2带动b轴输入皮带轮4旋转，然后通过b轴同步皮带19和b轴换向组件21使b轴同步皮带弯曲90
°
且张紧，进而将动力传递到b轴驱动皮带轮17上，b轴驱动皮带轮17带动b轴减速器输入轴8旋转，进而b轴减速器7输出带动摆动体6实现手腕的b轴摆动运动，然后t轴伺服驱动电机带动t轴输入3旋转，t轴输入3带动t轴输入皮带轮5旋转，然后通过t轴同步皮带18和t轴换向组件20使同步皮带弯曲90
°
，进而将动力传递到t轴驱动皮带轮16上，t轴驱动皮带轮16带动轴套15旋转，轴套15上固定连接着的换向伞齿轮13进行转动，由于换向伞齿轮13和t轴减速器输入伞齿轮9啮合连接，进而能够带动t轴减速器输入伞齿轮9旋转，带动t轴减速器10的输入轴旋转，t轴减速器10输出带动工具安装法兰12进行t轴回转运动。
35.如图3所示，本发明可以一直保证同步皮带一直保持张紧状态，所述b轴换向组件20和t轴换向组件21均滑动连接在安装座1的u型叉壁龛后内侧，如果在手腕工作时，同步皮带发生松弛现象，会影响手腕上连接的作业工具的操作精度，进而通过滑动b轴换向组件20和t轴换向组件21能够保证同步皮带一直保持张紧状态，能够提高作业工具的操作精度。
36.如图2所示得出，本发明能够对换向组件的位置进行调整，所述t轴换向组件20和b轴换向组件21结构完全相同，其内部设有芯轴21.2、上换向轮21.5、下换向轮21.1、连接块21.4和调节螺栓21.3，上换向轮21.5和下换向轮21.1分别转动连接在芯轴21.2的两侧，连接块21.4滑动连接在芯轴21.2的中部，调节螺栓21.3转动连接在安装座1的壁龛后壁，支承轴承通过弹簧挡圈、锁紧螺母、套与芯轴21.2连接，上换向轮21.5和下换向轮21.1的直径相同；
37.所述的芯轴21.2用于换向轮的固定，然后旋转调节螺栓21.3，使芯轴21.2连同上换向轮21.5和下换向轮21.1在安装座1的壁龛后内侧滑移，进而对换向组件的位置进行了调整，从而对同步皮带进行张紧，由于上换向轮21.5和下换向轮21.1的直径相同，进而上换向轮21.5和下换向轮21.1安装位置可以互换。
38.如图1所示，在安装座1的u型叉底部内侧设有凸台，，b轴输入轴承2.1与b轴输入2连接，b轴输入轴承2.1的外圈安装在该凸台上，b轴输入轴承2.1的内圈通过b轴输入皮带轮
4和b轴输入2固定连接，t轴输入3上设有t轴输入轴承3.1，t轴输入轴承3.1的完全固定连接在b轴输入2上，t轴输入轴承3.1的内圈通过t轴输入皮带轮5与t轴输入3固定连接；
39.在b轴输入2和t轴输入3上分别设有b轴输入轴承2.1和t轴输入轴承3.1，对b轴输入2和t轴输入3能够起到支撑的作用，降低其在转动过程中的摩擦系数，进而保证其回转精度；
40.进一步地，在安装座1的u型叉壁龛后内侧设有前后滑动的导向槽，b轴换向组件21和t轴换向组件20均滑动连接该导向槽内；安装座1的u型叉壁龛后壁上设有安装孔，安装座1的u型叉壁龛前侧设有固定孔，该安装孔用于安装b轴换向组件20、t轴换向组件21和调节螺栓21.3，该固定孔用于安装t轴传动组件；安装座1的u型叉无壁龛侧设有固定孔和安装孔，该侧的固定孔用于安装b轴减速器7，该侧的安装孔用于安装b轴减速器输入轴8前轴承8.1，在安装座1内设有多个固定孔和安装孔，进而便于将运动部件安装在安装座1上。
41.如图1所示，所述摆动体6为异型三通，其一端设有用于安装b轴减速器7的法兰孔和用于安装b轴减速器输入轴8主轴承8.1的凸台，摆动体6的另一端上设有用于安装b轴轴承6.1的法兰孔，摆动体6的侧端设有安装t轴减速器10的法兰孔，通过在摆动体6上设有多个法兰孔，进而便于b轴减速器7和t轴减速器安装在摆动体6内。
42.如图1所示，所述的b轴减速器7为带crb交叉滚子轴承的简易单元型谐波减速器，所述crb为交叉滚子轴承，b轴减速器7的刚轮连同crb内圈固定在摆动体6上，b轴减速器7的柔轮连同crb外圈固定在安装座1上，b轴减速器输入轴8转动连接在摆动体6的凸台上；
43.由于工业机器人配套使用的轴承，均属于薄壁、高精密轴承，此类轴承的精度都在p5级以上，部分轴承精度要求达到p2级，属于超高精密级轴承，加工生产难度大，目前国内需要很大程序上都信赖国外进口，成品居高不下，工业机器人腰部、末端和肘、腕处等需要运动的部位，都需要高精密、高承载的交叉滚子轴承来支撑，同时为保证工业机器人在生产中能够可靠地完成工序任务，并确保工艺质量，对工业机器人的定位精度和重复定位精度要求很高，因此，提高和确保工业机器人的精度就需要谐波减速器，精密减速电机在工业机器人中的另一作用是传递更大的扭矩，当负载较大时，一味提高伺服电机的功率是很不划算的，可以在适宜的速度范围内通过减速器来提高输出扭矩，此外，伺服电机在低频运转下容易发热和出现低频振动，对于长时间和周期性工作的工业机器人这都不利于确保其精确、可靠地运行，精密减速电机的存在使伺服电机在一个合适的速度下运转，并精确地将转速降到工业机器人各部位需要的速度，提高机械体刚性的同时输出更大的力矩。与通用减速器相比，机器人关节减速电机要求具有传动链短、体积小、功率大、质量轻和易于控制等特点，而小型交叉滚子轴承，主要适用于各类机器人手臂关节，可满足于机械手臂1至6轴的不同应用。
44.如图1所示得出，本发明能够对b轴减速器输入轴承8进行定位，在b轴减速器输入轴8上设有前轴承8.2和后轴承8.3，前轴承8.2设置在安装座1内的u型叉上，后轴承8.3设置在t轴传动组件内控中，所述主轴承8.1用于b轴减速器输入轴8的径向和轴向定位，前轴承8.2和后轴承8.3用于b轴减速器输入轴8的径向定位。
45.如图1所示，在固定座14的外端面上设有固定螺孔，固定座14通过螺栓与固定螺孔螺纹连接固定在安装座1上，固定座14的内侧设有用于固定轴套15的支承轴承外圈、压圈的法兰和螺孔，固定座14的外侧设有用于固定摆动体6的辅助支撑b轴轴承6.1内圈、压圈的法
兰和螺孔，在轴套15上设有支承轴承，能够保证在摆动体6做b轴摆动运动的摆动精度。
46.如图1所示，所述t轴减速器10采用带壳体的轴输入单元型谐波减速器，t轴减速器输入伞齿轮9与t轴减速器10的输入轴固定连接，t轴减速器10的壳体连同柔轮、crb外圈利用安装在摆动体6上，t轴减速器10的输出连同刚轮、crb内圈利用工具安装法兰12固定连接，采用谐波减速器，可以使手腕具有良好的机械工作性能，并且传动比大，具有扭矩高承载能力强和回转精度高的特点，且运转时平静安稳。