CN106224517A - 一种机器人密封关节机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人密封关节机构，包括上端密封模块、下端密封模块和法兰模块，其中：上端密封模块中的电机减速器输出轴通过法兰模块连接带动下端密封模块运动，下端密封模块的电机减速器输出轴带动负载运动；上端密封模块和下端密封模块中分别有光电传感器和电机电缆出线，通过第一紧固螺栓和第二紧固螺栓实现静密封；上端密封模块和下端密封模块中的电机减速器旋转轴通过第一机械密封装置和第二机械密封装置实现动密封。本发明的机器人关节密封外壳结构紧凑、质量轻，特别适合作为带负反馈的多自由度机器人关节的密封装置，密封效果优异，适用范围广泛，不但密封防尘，而且还能抗电磁干扰。

Description

一种机器人密封关节机构

技术领域

本发明涉及一种机器人密封关节机构，涉及两电机减速器的正交连接设计，属于机器人机构设计领域。

背景技术

随着人们对机器人控制要求的提高以及微电子和计算机技术的发展，机器人密封关节的使用越来越广泛，特别是环境恶劣的户外，如应用医疗、冶金、电力、石化、煤炭、矿山、建材、造纸、市政、水利、造船、港口装卸等各个领域。因此，对于恶劣的环境条件，限制了普通非防护电机的使用。

目前，虽然已经有电机密封外壳被研发出来，但普遍未考虑传感器的安装问题及多电机减速器正交连接时的密封设计问题，使得带有反馈***的电机减速器和多自由度电机减速器在潮湿环境中使用不便，寿命明显下降。

经检索，公开号为CN104853551A的中国发明专利，涉及一种防水装置与防水外壳，特别是涉及一种用于设置在结合件间，借以提供防水效果的防水装置，以及应用该防水装置的防水外壳，但未考虑传感器的密封安装及多电机减速器正交连接时的密封设计问题。

经检索，公开号为CN105065669A的中国发明专利，涉及一种机械密封件，包括长方形结构的本体，其特征在于本体包括外部橡胶层和内部缓冲层，本体的顶部呈波浪型结构，本体的底部为平面结构，本体上设置纵横剪切槽，内部缓冲层设置于纵横剪切槽之间。但也未考虑传感器的密封安装及多电机减速器正交连接时的密封设计问题。

此外，杂志宁夏工程技术2(2015):007上发表的"一种塑封交流电机防水装置的设计"以及中小型电机技术情报5(1979):001上发表的."充油式潜水电机机械密封设计中的几个问题"仅仅是普通的电机轴端密封，没有考虑机器人密封关节必须的传感器的密封安装及多电机减速器正交连接时的密封设计问题，体积大，质量大，不适于机器人使用。

为此，迫切需要发明一种结构紧凑、质量轻，不但有电机和减速器密封，也要有传感器密封，还要有双电机减速器正交连接的机器人密封关节。

发明内容

针对现有技术中的机器人关节的密封性的问题，本发明的目的是提供一种结构简单可靠的密封的机器人关节机构，在保证机器人关节运动空间和精度要求的同时，尽量降低机构的复杂程度，方便机器人拆装及维护，降低成本，并达到密封的效果。

本发明为解决上述目标技术问题所采取的方案为：

本发明提供一种机器人密封关节机构，所述机构包括：上端密封模块、下端密封模块和法兰模块；其中：

所述上端密封模块中设有第一紧固连接部件、第一电机减速器和第一机械密封装置，所述下端密封模块中设有第二紧固连接部件、第二电机减速器和第二机械密封装置，上端密封模块、下端密封模块中的电缆出线分别通过第一紧固连接部件、第二紧固连接部件引出并实现静密封；上端密封模块、下端密封模块中的第一电机减速器、第二电机减速器旋转轴分别通过第一机械密封装置、第二机械密封装置实现动密封；所述上端密封模块中的第一电机减速器旋转轴通过法兰模块连接并驱动下端密封模块，同时通过法兰模块实现密封并防止第一电机减速器的轴向松动；所述下端密封模块连接负载，并带动负载运动。

优选地，所述的上端密封模块进一步包括：第一底盖、第一底盖连接部件、第一底盖密封部件、第一壳体、第一电机减速器固定连接部件、第一光电传感器、第一顶盖密封部件、第一顶盖、第一顶盖连接部件；其中：

所述第一电机减速器通过第一电机减速器固定连接部件安装在第一壳体上；第一顶盖与第一壳体通过第一顶盖连接部件连接，并在第一顶盖与第一壳体的连接处通过设置第一顶盖密封部件实现顶部密封；第一底盖与第一壳体通过第一底盖连接部件连接，并在第一底盖与第一壳体的连接处通过设置第一底盖密封部件实现底部密封；第一光电传感器安装在第一顶盖的内部；第一壳体内的线缆，包括第一电机减速器和第一光电传感器的线缆通过第一紧固连接部件上的密封孔引出，旋紧第一紧固连接部件使第一紧固连接部件内部的弹性橡胶收缩变形从而实现密封。

优选地，所述第一机械密封装置包括弹簧支座、紧固弹簧、弹簧压环、静环、静密封部件；其中：

弹簧支座与第一电机减速器的旋转轴连接，静环与第一顶盖连接，当第一顶盖通过第一顶盖连接部件与第一壳体连接时，紧固所产生的压力使得紧固弹簧压动弹簧压环从而与静环密合，静密封部件提供轴向和径向摩擦力，从而使得第一顶盖与第一电机减速器的旋转轴连接部分实现密封。

更优选地，在所述上端密封模块中的第一壳体侧面设有上端单向打压孔，通过所述上端单向打压孔向上端密封模块内部充入惰性气体，使得上端密封模块维持惰性状态并进行密封保压测试。

优选地，所述的下端密封模块，包括：第二底盖、第二底盖连接部件、第二底盖密封部件、第二壳体、第二电机减速器固定连接部件、第二光电传感器、第二顶盖密封部件、第二顶盖、第二顶盖连接部件，其中：

所述第二电机减速器通过第二电机减速器固定连接部件安装在第二壳体上；第二顶盖与第二壳体通过第二顶盖连接部件连接，并在第二顶盖与第二壳体的连接处通过设置第二顶盖密封部件实现顶部密封；第二底盖与第二壳体通过第二底盖连接部件连接，并在第二底盖与第二壳体的连接处通过设置第二底盖密封部件实现底部密封，第二光电传感器安装在第二顶盖的内部；第二壳体内的线缆，包括第二电机减速器和第二光电传感器的线路通过第二紧固连接部件上的密封孔引出，旋紧第二紧固连接部件使其内部的弹性橡胶收缩变形从而实现密封。

优选地，所述第二机械密封装置包括弹簧支座、紧固弹簧、弹簧压环、静环、静密封部件；其中：

弹簧支座与第二电机减速器旋转轴连接，静环与第二顶盖连接，当第二顶盖通过第二顶盖连接部件与第二壳体连接时，紧固所产生的压力使得紧固弹簧压动弹簧压环从而与静环密合，静密封部件提供轴向和径向摩擦力，从而使得第二顶盖与第二电机减速器的旋转轴连接部分实现密封。

更优选地，在所述下端密封模块中的第二壳体侧面设有下端单向打压孔，通过所述下端单向打压孔向下端密封模块内部充入惰性气体，使得下端密封模块维持惰性状态并进行密封保压测试。

优选地，所述的法兰模块，包括：法兰轴支座、法兰轴支座连接部件、法兰轴支座固定键和电机减速器轴连接连接部件，其中：

法兰轴支座通过法兰轴支座连接部件与第二壳体连接，第一电机减速器的旋转轴通过法兰轴支座固定键与法兰轴支座连接，从而实现第一电机减速器的转动带动第二壳体运动；电机减速器轴连接连接部件通过第二壳体壁上设置的螺纹孔与第一电机减速器转动轴的顶端螺纹孔连接，从而限制第一电机减速器的轴向运动。

更优选地，所述的法兰轴支座的底部设置有密封部件，以实现法兰轴支座底部密封。

更优选地，所述的法兰轴支座还设置有轴向密封部件，以实现法兰模块轴向密封。

优选地，所述的第一电机减速器的轴线与第二电机减速器的轴线垂直；

所述的第一电机减速器的轴线在第二电机减速器的中间；

所述的第一电机减速器的旋转角度在-180～+180°范围内，以防止电缆缠绕。

优选地，所述第一机械密封装置中的弹簧支座通过法兰模块中的法兰轴支座固定键与第一电机减速器的旋转轴连接；

所述第一机械密封装置中的静环通过法兰模块中的法兰轴支座固定键与第一顶盖连接。

本发明中，上端密封模块中的电机减速器输出轴通过法兰模块连接带动下端密封模块运动，下端密封模块的电机减速器输出轴可带动负载运动，即可实现第一电机减速器带动第二电机减速器及其壳体的运动，同时实现两电机减速器分别密封及两电机减速器连接部分的密封，从而实现机器人关节的密封；上端密封模块和下端密封模块中分别有光电传感器和电机电缆出线，通过第一紧固连接部件和第二紧固连接部件实现静密封。上端密封模块和下端密封模块中的电机减速器旋转轴通过第一机械密封装置和第二机械密封装置实现动密封。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明结构紧凑、质量轻，特别适合作为带负反馈的多自由度机器人关节的密封装置；本发明通过机械密封及连接处法兰的设计，密封效果优异，适用范围更加广泛，不但密封防尘，而且还能抗电磁干扰，因此对EMC要求高的医疗机器人有重要的实用价值。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一较优实施例的主结构示意图；

图2为本发明一较优实施例的结构***图；

图3为本发明一较优实施例的机械密封装置结构示意图；

图中：100：上端密封模块；200：下端密封模块；

1—第一底盖，2—第一底盖螺栓，3—第一底盖密封圈，4—第一壳体，5-第一电机减速器，6—第一紧固螺栓，7—第一电机减速器固定螺栓，8—第一光电传感器，9—第一顶盖密封圈，10—第一机械密封装置，11—第一顶盖，12—第一顶盖螺栓，13—法兰轴支座，14—法兰轴支座螺栓，15—法兰轴支座固定键，16—电机减速器轴连接螺栓，17—第二底盖，18—第二底盖螺栓，19—第二底盖密封圈，20—第二壳体，21—第二电机减速器，22-第二紧固螺栓，23—第二电机减速器固定螺栓，24—第二光电传感器，25—第二顶盖密封圈，26—第二机械密封装置，27—第二顶盖，28—第二顶盖螺栓，29—弹簧支座，30—紧固弹簧，31—弹簧压环，32—静环，33—静密封圈，34—上端单向打压孔，35—下端单向打压孔。

具体实施方式

下面通过附图结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属本发明的保护范围。

如图1所示，一种机器人密封关节机构，所述机构由上端密封模块100、下端密封模块200和法兰模块组成，其中：所述上端密封模块100中的电机减速器输出轴通过法兰模块连接带动所述下端密封模块200运动，所述下端密封模块200的电机减速器输出轴可带动负载运动。

所述上端密封模块100中设有第一紧固连接部件、第一电机减速器和第一机械密封装置，所述下端密封模块200中设有第二紧固连接部件、第二电机减速器和第二机械密封装置，上端密封模块、下端密封模块中的电缆出线分别通过第一紧固连接部件、第二紧固连接部件引出并实现静密封；上端密封模块、下端密封模块中的第一电机减速器、第二电机减速器旋转轴分别通过第一机械密封装置、第二机械密封装置实现动密封；所述上端密封模块中的第一电机减速器旋转轴通过法兰模块连接并驱动下端密封模块，同时通过法兰模块实现密封并防止第一电机减速器的轴向松动；所述下端密封模块连接负载，并带动负载运动。

如图1、图2所示，作为一个优选实施方式，所述的上端密封模块100包括：第一底盖1，第一底盖螺栓2，第一底盖密封圈3，第一壳体4，第一电机减速器5，第一紧固螺栓6，第一电机减速器固定螺栓7，第一光电传感器8，第一顶盖密封圈9，第一机械密封装置10，第一顶盖11和第一顶盖螺栓12；

所述的法兰模块包括：法兰轴支座13，法兰轴支座螺栓14，法兰轴支座固定键15和电机减速器轴连接螺栓16；

所述的下端密封模块200包括：第二底盖17，第二底盖螺栓18，第二底盖密封圈19，第二壳体20，第二电机减速器21，第二紧固螺栓22，第二电机减速器固定螺栓23，第二光电传感器24，第二顶盖密封圈25，第二机械密封装置26，第二顶盖27和第二顶盖螺栓28；

如图3所示，所述的第一机械密封装置10和第二机械密封装置26采用相同的结构，具体包括弹簧支座29，紧固弹簧30，弹簧压环31，静环32和静密封圈33；

其中：所述第一电机减速器5通过第一电机减速器固定螺栓7安装在第一壳体4上，第一机械密封装置10中的弹簧支座29通过法兰轴支座固定键15与第一电机减速器5的转动轴连接、静环32通过法兰轴支座固定键15与第一顶盖11连接，当第一顶盖11通过第一顶盖螺栓12与第一壳体4连接时，紧固所产生的压力使得第一机械密封装置10中的紧固弹簧30压动弹簧压环31从而与静环32密合，静密封圈33用于提供轴向和径向摩擦力，使得第一顶盖11与第一电机减速器5的旋转轴连接部分实现密封；第一顶盖11与第一壳体4之间通过第一顶盖密封圈9实现密封；第一底盖1与第一壳体4通过第一底盖螺栓2连接，并在第一底盖1与第一壳体4连接处通过第一底盖密封圈3实现底部密封；第一壳体4内的线缆通过第一紧固螺栓6引出；第一光电传感器8安装在第一顶盖11的内部；第一电机减速器5和第一光电传感器8的线路通过第一紧固螺栓6的密封孔引出，当旋紧第一紧固螺栓6时，第一紧固螺栓6内的弹性橡胶收缩变形，实现密封；

所述的第二电机减速器21通过第二电机减速器固定螺栓23安装在第二壳体20上，第二机械密封装置26中的弹簧支座29与第二电机减速器21的转动轴连接、静环32与第二顶盖27连接，当第二顶盖27通过第二顶盖螺栓28与第二壳体20连接时，紧固所产生的压力使得第二机械密封装置26中的紧固弹簧30压动弹簧压环31从而与静环32密合，静密封圈33用于提供轴向和径向摩擦力，使得第二顶盖27与第二电机减速器21的旋转轴连接部分实现密封；同时第二顶盖27与第二壳体20之间通过第二顶盖密封圈25实现密封，第二底盖17中的第二底盖密封圈19在第二底盖17与第二壳体20通过第二底盖螺栓18连接时实现底部密封，第二壳体20内的线缆通过第二紧固螺栓22引出；第二光电传感器24安装在第二顶盖27的内部；第二电机减速器21和第二光电传感器24的线路通过第二紧固螺栓22的密封孔引出，当旋紧第二紧固螺栓22时，第二紧固螺栓22内的弹性橡胶收缩变形，实现密封；

所述法兰模块中的法兰轴支座13通过法兰轴支座螺栓14与第二壳体20连接，其中法兰轴支座13底部的密封圈实现法兰轴支座13底部密封；第一电机减速器5的转动轴通过法兰轴支座固定键15与法兰轴支座13连接，从而实现第一电机减速器5的转动带动第二壳体20运动，其中法兰轴支座13的轴向密封圈实现法兰模块轴向密封；另外，电机减速器轴连接螺栓16通过第二壳体20壁上螺纹孔与第一电机减速器5的转动轴顶端螺纹孔连接，从而避免了第一电机减速器5的轴向松动。

如图2所示，在所述的上端密封模块100中的第一壳体4侧面开有上端单向打压孔34，通过上端单向打压孔34可以向上端密封模块100内部充入氮气等惰性气体使得上端密封模块100维持惰性状态，并可进行密封保压测试；

在所述的下端密封模块200中的第二壳体20侧面开有下端单向打压孔35，通过下端单向打压孔35可以向下端密封模块200内部充入氮气等惰性气体使得下端密封模块200维持惰性状态，并可进行密封保压测试。

经由上述实施过程，即可实现第一电机减速器5带动第二电机减速器21及第二壳体20的运动，同时实现第一电机减速器5和第二电机减速器21分别密封以及第一电机减速器5和第二电机减速器21连接部分的密封，从而实现机器人关节的密封。

所述上端密封模块100和下端密封模块200中分别有第一光电传感器8和第一电机减速器5、第二光电传感器24和第二电机减速器21的电缆出线，所述电缆出线分别通过第一紧固螺栓6和第二紧固螺栓22实现静密封；所述上端密封模块100和下端密封模块200中的第一电机减速器5和第二电机减速器21的旋转轴分别通过第一机械密封装置10和第二机械密封装置26实现动密封。

作为优选的实施方式，所述的第一电机减速器5的轴线与第二电机减速器21的轴线垂直，第一电机减速器5的轴线在第二电机减速器21的中间，第一电机减速器5的旋转角度在-180～+180°范围内，防止电缆缠绕。

所述的关节可实现“双密封”，不但能实现上端密封模块100的密封，也可实现下端密封模块200的密封。

所述的关节机构不但可实现电气密封，也可实现机械密封。作为优选的，通过充入惰性气体氮气等，使所述关节机构还具有一定的防爆能力。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种机器人密封关节机构，其特征在于：所述机构包括：上端密封模块、下端密封模块和法兰模块；其中：

所述上端密封模块中设有第一紧固连接部件、第一电机减速器和第一机械密封装置，所述下端密封模块中设有第二紧固连接部件、第二电机减速器和第二机械密封装置，上端密封模块、下端密封模块中的电缆出线分别通过第一紧固连接部件、第二紧固连接部件引出并实现静密封；上端密封模块、下端密封模块中的第一电机减速器、第二电机减速器旋转轴分别通过第一机械密封装置、第二机械密封装置实现动密封；所述上端密封模块中的第一电机减速器旋转轴通过法兰模块连接并驱动下端密封模块，同时通过法兰模块实现密封并防止第一电机减速器的轴向松动；所述下端密封模块连接负载，并带动负载运动。

2.根据权利要求1所述的一种机器人密封关节机构，其特征在于：所述的上端密封模块进一步包括：第一底盖、第一底盖连接部件、第一底盖密封部件、第一壳体、第一电机减速器固定连接部件、第一光电传感器、第一顶盖密封部件、第一顶盖、第一顶盖连接部件；其中：

所述第一电机减速器通过第一电机减速器固定连接部件安装在第一壳体上；第一顶盖与第一壳体通过第一顶盖连接部件连接，并在第一顶盖与第一壳体的连接处通过设置第一顶盖密封部件实现顶部密封；第一底盖与第一壳体通过第一底盖连接部件连接，并在第一底盖与第一壳体的连接处通过设置第一底盖密封部件实现底部密封；第一光电传感器安装在第一顶盖的内部；第一壳体内的线缆，包括第一电机减速器和第一光电传感器的线缆通过第一紧固连接部件上的密封孔引出，旋紧第一紧固连接部件使第一紧固连接部件内部的弹性橡胶收缩变形从而实现密封。

3.根据权利要求2所述的一种机器人密封关节机构，其特征在于：所述第一机械密封装置包括弹簧支座、紧固弹簧、弹簧压环、静环、静密封部件；其中：

弹簧支座与第一电机减速器的旋转轴连接，静环与第一顶盖连接，当第一顶盖通过第一顶盖连接部件与第一壳体连接时，紧固所产生的压力使得紧固弹簧压动弹簧压环从而与静环密合，静密封部件提供轴向和径向摩擦力，从而使得第一顶盖与第一电机减速器的旋转轴连接部分实现密封。

4.根据权利要求2所述的一种机器人密封关节机构，其特征在于：在所述上端密封模块中的第一壳体侧面设有上端单向打压孔，通过所述上端单向打压孔向上端密封模块内部充入惰性气体，使得上端密封模块维持惰性状态并进行密封保压测试。

5.根据权利要求1所述的一种机器人密封关节机构，其特征在于：所述的下端密封模块，包括：第二底盖、第二底盖连接部件、第二底盖密封部件、第二壳体、第二电机减速器固定连接部件、第二光电传感器、第二顶盖密封部件、第二顶盖、第二顶盖连接部件，其中：

所述第二电机减速器通过第二电机减速器固定连接部件安装在第二壳体上；第二顶盖与第二壳体通过第二顶盖连接部件连接，并在第二顶盖与第二壳体的连接处通过设置第二顶盖密封部件实现顶部密封；第二底盖与第二壳体通过第二底盖连接部件连接，并在第二底盖与第二壳体的连接处通过设置第二底盖密封部件实现底部密封，第二光电传感器安装在第二顶盖的内部；第二壳体内的线缆，包括第二电机减速器和第二光电传感器的线路通过第二紧固连接部件上的密封孔引出，旋紧第二紧固连接部件使其内部的弹性橡胶收缩变形从而实现密封。

6.根据权利要求5所述的一种机器人密封关节机构，其特征在于：所述第二机械密封装置包括弹簧支座、紧固弹簧、弹簧压环、静环、静密封部件；其中：

弹簧支座与第二电机减速器旋转轴连接，静环与第二顶盖连接，当第二顶盖通过第二顶盖连接部件与第二壳体连接时，紧固所产生的压力使得紧固弹簧压动弹簧压环从而与静环密合，静密封部件提供轴向和径向摩擦力，从而使得第二顶盖与第二电机减速器的旋转轴连接部分实现密封。

7.根据权利要求5所述的一种机器人密封关节机构，其特征在于：在所述下端密封模块中的第二壳体侧面设有下端单向打压孔，通过所述下端单向打压孔向下端密封模块内部充入惰性气体，使得下端密封模块维持惰性状态并进行密封保压测试。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种机器人密封关节机构，其特征在于：所述的法兰模块，包括：法兰轴支座、法兰轴支座连接部件、法兰轴支座固定键和电机减速器轴连接连接部件，其中：

法兰轴支座通过法兰轴支座连接部件与第二壳体连接，第一电机减速器的旋转轴通过法兰轴支座固定键与法兰轴支座连接，从而实现第一电机减速器的转动带动第二壳体运动；电机减速器轴连接连接部件通过第二壳体壁上设置的螺纹孔与第一电机减速器转动轴的顶端螺纹孔连接，从而限制第一电机减速器的轴向运动。

9.根据权利要求8所述的一种机器人密封关节机构，其特征在于：所述的法兰轴支座的底部设置有密封部件，以实现法兰轴支座底部密封；

所述的法兰轴支座还设置有轴向密封部件，以实现法兰模块轴向密封。

10.根据权利要求1-7任一项所述的一种机器人密封关节机构，其特征在于：所述的第一电机减速器的轴线与第二电机减速器的轴线垂直；

所述的第一电机减速器的轴线在第二电机减速器的中间；

所述的第一电机减速器的旋转角度在-180～+180°范围内，以防止电缆缠绕。