CN102001095B - 机器人臂部件及机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种机器人臂部件，其包括第一机械臂、与第一机械臂可转动连接的第二机械臂及谐波减速组件。谐波减速组件包括波发生器、位于该波发生器外的柔轮及位于柔轮外与柔轮相啮合的刚轮。柔轮与刚轮其中之一与第一机械臂固定连接，另一个与第二机械臂固定连接以驱动并单边支撑该第二机械臂。上述机器人臂部件的第二机械臂采用一侧悬置的方式设置，可简化结构且便于装配，可避免采用两端支承第二机械臂时，因加工或组装误差造成的第二机械臂与减速机作不同轴转动对减速机及第二机械臂的损害。利用谐波减速组件本身的大扭矩及高扭转刚性等特点，可保证第二机械臂运动灵活、稳定。本发明还公开一种应用该臂部件的机器人。

Description

机器人臂部件及机器人
技术领域
本发明涉及一种机器人臂部件及应用该机器人臂部件的工业机器人。
背景技术
工业机器人通常包括多个依次相连的机械臂，其末端的机械臂上可装设夹具、切削工具及探测器等以执行各种动作。彼此连接的两个机械臂通过关节结构实现绕单轴的旋转。该关节结构一般设有与驱动装置连接的减速机，减速机具有壳体及输出轴。壳体固定设置于第一机械臂的第一安装孔中，输出轴与第二机械臂的一端固定连接，第二机械臂的另一端由设于第一机械臂的第二安装孔内的轴承组件支承。装配时需确保减速机的输出轴与第二机械臂的转动轴线的同轴度公差在设定的范围内，以避免第二机械臂相对减速机的输出轴作不同轴运动而损伤第二机械臂及减速机。该同轴度公差由各相关的尺寸构成的尺寸链决定，为使该同轴度公差较小，一种方法是提高各相关零件或结构的加工精度，如提高第一安装孔及第二安装孔的加工精度，来保证装配精度，其加工难度较大。另一种方法是采用在尺寸链中设置一个调整环，如在第二安装孔设置一个调整环，通过装配时测量，并修磨调整环来减少减速机输出轴与第二机械臂旋转轴线同轴度误差，然而，这样需要进行反复调整与修正，装配难度较大，效率较低。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种结构简单、便于装配且机械臂的运动性能良好的机器人臂部件以及具有该臂部件的机器人。
一种机器人臂部件，其包括第一机械臂、与第一机械臂可转动连接的第二机械臂及谐波减速组件。谐波减速组件包括波发生器、位于该波发生器外的柔轮及位于柔轮外与柔轮相啮合的刚轮。第二机械臂包括相对设置的第一连接壁及第二连接壁。柔轮与刚轮其中之一与第一机械臂固定连接，另一个与第二机械臂的第一连接壁固定连接以驱动并支撑该第二机械臂，且该第二机械臂仅由与该第一连接壁连接的该柔轮与刚轮其中之另一个支撑，该第二连接壁悬置。
又，一种机器人，其包括上述的机器人臂部件、驱动装置及控制装置。驱动装置用于驱动该谐波减速组件的波发生器转动，该控制装置控制该驱动装置动作。
上述机器人臂部件的第二机械臂采用一侧悬置的方式设置，可省略在第一机械臂上设置用于可转动支承第二机械臂的支承结构，从而简化了结构且便于装配，可避免采用两端支承第二机械臂时，因加工或组装误差造成的第二机械臂与减速机输出轴作不同轴转动而对减速机及第二机械臂的损害。利用谐波减速组件本身的大扭矩及高扭转刚性等特点，还可保证第二机械臂运动灵活、稳定。
附图说明
图1是本发明较佳实施方式的机器人臂部件的立体图。
图2是图1所示机器人臂部件的部分结构分解图。
图3是图2所示的机器人臂部件沿另一方向的部分结构分解图。
图4是图1所示机器人臂部件的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图及实施方式对本发明的机器人臂部件及机器人作进一步的详细说明。
请同时参见图1至图4，本发明实施方式的机器人臂部件100包括第一机械臂11、与第一机械臂11转动连接的第二机械臂12及谐波减速组件13。谐波减速组件13包括波发生器131、设于该波发生器131外的柔轮132、设于柔轮132外的刚轮134以及交叉滚子轴承135。柔轮132的外表面设有外齿（图未示），刚轮134的内表面设有可与柔轮132的外齿相啮合的内齿（图未示），外齿与内齿齿数不相等，且一般相差几个。柔轮132与刚轮134其中之一与第一机械臂11固定连接，另一个与第二机械臂12固定连接以驱动并单边支撑该第二机械臂12，即第二机械臂12的一侧与谐波减速组件13连接，另一侧悬置。
波发生器131的输入端与驱动组件21的输出端连接，在本实施例中，波发生器131与驱动组件21通过带传动结构22连接。柔轮132包括圆筒形啮合部1321及由啮合部1321的边缘垂直延伸的法兰部1323。波发生器131具有一长轴（图未标），在驱动组件21的驱动下，波发生器1312的长轴转动并挤压与之接触的柔轮132的啮合部1321，啮合部1321受挤压产生在波发生器131长轴方向伸长的形变，从而柔轮132在长轴方向附近的外齿与刚轮134的内齿相啮合，刚轮134相对驱动柔轮132转动。因柔轮132的外齿数与刚轮134的内齿齿数相差较少，通过柔轮132与刚轮134轮齿的相互啮合可实现较大的减速比。
交叉滚子轴承135包括外圈1351、设于外圈1351内的内圈1353及设于外圈1351与内圈1353之间的多个交叉滚子1354。其中，外圈1351与第一机械臂11固定连接，内圈1353与用于驱动第二机械臂12的柔轮132或刚轮134固定连接。交叉滚子轴承135优选薄璧交叉滚子轴承。
谐波减速组件13还可进一步包括第一端盖136及第二端盖137，波发生器131、柔轮132、刚轮134以及交叉滚子轴承135设于第一端盖136与第二端盖137之间。第一端盖136及第二端盖137分别与第一机械臂11及第二机械臂12固定连接。
具体在本实施方式中，机器人臂部件100应用于六轴机器人，其中第一机械臂11设于六轴机器人的第五轴，第二机械臂12设于六轴机器人的末端，即第六轴。
第一机械臂11包括本体112及形成于本体112一端的第一支撑部113及第二支撑部115。第一支撑部113与第二支撑部115大致相对平行延伸，并与本体112共同形成一个容置空间116。
第二机械臂12包括连接座121及转动部122。转动部122用于与执行部件，如夹具、探测装置、刀具等连接，并由设于连接座121内的驱动及减速装置带动（图未示）。连接座121设于容置空间116内并与谐波减速组件131连接。连接座121大致为方形壳体，其包括相对设置的第一连接壁1212及第二连接壁1213。第二连接壁1213开设有沿连接座121的转动轴线方向延伸的贯穿孔1215。
第一支撑部113包括支撑壁1131及贯穿该支撑壁1131的安装孔1132。谐波减速组件13的波发生器131的输入端伸出该安装孔1132外与驱动组件21连接。第一端盖136、交叉滚子轴承135的外圈1351以及柔轮132的法兰部1323与支撑壁1131固定连接在一起。第二端盖137、内圈1353及刚轮134固定连接在一起。第一支撑部113还可进一步包括一个侧盖板1134。侧盖板1134与连接壁131固定连接以遮蔽驱动组件21及谐波减速组件13的端部，起到保护和防尘的作用。
第二支撑部115开设有辅助安装孔1151，辅助安装孔1151大致与安装孔1132共轴设置。辅助安装孔1151的内缘设置一个挡圈1153，挡圈1153外缘可套设防尘圈1158。第二支撑部113还可进一步包括一个用于封住辅助安装孔1151的侧挡板1154。
第二机械臂12的第一连接壁1212与第二端盖137、内圈1353及刚轮134固定连接，从而波发生器131可接收驱动组件21提供的动力并通过刚轮134输出至第二机械臂12。第二连接壁1213邻近第二支撑部115，挡圈1153穿设贯穿孔1215并与贯穿孔1215的孔壁形成一个容纳防尘圈1158的环形容置部（图未标）。
可以理解，也可将柔轮132与第二机械臂12固定连接作为输出，而将刚轮134与第一机械臂11及交叉滚子轴承135的外圈1351固定连接。
本发明的机器人臂部件100不限于在六轴机器人中使用，较佳的，第二机械臂12作为机器人的末端臂。第二机械臂12的负载应与谐波减速组件13的负载相匹配，以使第二机械臂12运动时获得较佳的刚性、稳定性及精确性等。较佳的，第二机械臂12的最大负载小于30千克。
本发明的机器人臂部件100的第二机械臂12采用一侧悬置的方式设置，可省略在第一机械臂11上设置用于转动支承第二机械臂12另一端的支承结构，如安装孔及设置于安装孔内的轴承组件等，从而不仅简化了结构、便于进行装配，还避免了采用两端支承结构支撑第二机械臂12时，因加工或组装误差造成第二机械臂12与减速机作不同轴运动而对减速机及第二机械臂12的损害。利用谐波减速组件13本身的大扭矩及高扭转刚性等特点，可保证第二机械臂12运动灵活、稳定。谐波减速组件13还具有传动比大、可靠性高、结构紧凑的优点。通过设置交叉滚子轴承135可进一步提高谐波减速组件100的最大的轴向负荷、径向负荷和倾覆力矩等。
本发明实施方式的应用该机器人臂部件100的机器人（图未示），还包括驱动装置（图未示）及控制装置（图未示）。驱动装置用于驱动该谐波减速组件100的波发生器131转动，控制装置控制该驱动装置按照预设的指令动作。驱动装置可选择伺服电机驱动、液压驱动或气动驱动等。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (9)

1.一种机器人臂部件，其包括第一机械臂、与第一机械臂可转动连接的第二机械臂及谐波减速组件，该谐波减速组件包括波发生器、位于该波发生器外的柔轮及位于柔轮外与柔轮相啮合的刚轮，其特征在于：该第二机械臂包括相对设置的第一连接壁及第二连接壁，该柔轮与刚轮其中之一与第一机械臂固定连接，另一个与第二机械臂的第一连接壁固定连接以驱动并支撑该第二机械臂，且该第二机械臂仅由与该第一连接壁连接的该柔轮与刚轮其中之另一个支撑，该第二连接壁悬置。 
2.如权利要求1所述的机器人臂部件，其特征在于：该谐波减速组件还包括交叉滚子轴承，该交叉滚子轴承包括外圈、设于外圈内的内圈及设于外圈与内圈之间的交叉滚子，该外圈与第一机械臂固定连接，该内圈与第二机械臂固定连接。 
3.如权利要求2所述的机器人臂部件，其特征在于：该柔轮、交叉滚子轴承的该外圈与该第一机械臂固定连接，该刚轮、交叉滚子轴承的该内圈与该第二机械臂固定连接。 
4.如权利要求1至3任一项所述的机器人臂部件，其特征在于：该第一机械臂包括本体及形成于本体端部的相对设置的第一支撑部及第二支撑部，该谐波减速组件设于该第一支撑部内，该第二机械臂包括连接座及与该连接座可转动连接的转动部，该连接座设于该第一支撑部与第二支撑部之间，该连接座包括该第一连接壁及该第二连接壁。 
5.如权利要求4所述的机器人臂部件，其特征在于：该第二连接壁还开设有辅助安装孔，该第二支撑部还包括一个挡圈，该挡圈穿设该辅助安装孔并与该辅助安装孔相配合形成一个容置防尘圈的容置部。 
6.一种机器人，其包括权利要求1至3任一项所述的机器人臂部件、驱动装置及控制装置，该驱动装置用于驱动该谐波减速组件的波发生器转动， 该控制装置控制该驱动装置动作。 
7.如权利要求6所述的机器人，其特征在于：该第二机械臂位于该机器人的末端。 
8.如权利要求6所述的机器人，其特征在于：该机器人为六轴机器人，该第一机械臂及第二机械臂分别为该机器人的第五轴与第六轴。 
9.如权利要求6所述的机器人，其特征在于：该第二机械臂的负载小于30千克。 
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