CN107813338A - 一种机器人关节连接机构 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种机器人关节连接机构，包括机构输入端、保护壳、机构输出端、护线管、接触开关和凸台，所述机构输入端通过所述保护壳与所述机构输出端相连；所述机构输入端与所述保护壳可旋转连接，所述机构输出端与所述保护壳固定连接；所述机构输入端上设有第一凹槽，所述机构输出端上设有第二凹槽，所述护线管穿过所述第一凹槽、所述保护壳和所述第二凹槽，关节线缆从所述护线管内部穿过；所述接触开关安装在所述第一凹槽的两端，所述凸台安装在所述第二凹槽的两端，所述接触开关与所述凸台接触时产生触发信号。

Description

一种机器人关节连接机构
技术领域
本公开涉及机器人领域，尤其涉及一种机器人关节连接机构。
背景技术
关节是机器人的重要组成单元，关节的结构形式、负载能力及感知能力直接影响着机器人的***配置与操作能力。关节内部走线方式由于可以提高机器人的防护性能、保护线缆使用寿命并扩大应用领域，对机器人***至关重要。
目前轻型机械臂(如协作型机械臂、空间机械臂等)多采用空心杯电机及中空减速器结构，以实现沿中心孔走线方式，这将导致电机、减速器等核心部件的选择、可用线缆的体积受到限制，往往不能实现最优的***设计。虽然市场上工业伺服电机种类丰富、性能稳定，但基于工业伺服电机驱动的机器人多采用外部走线方式，线缆防护性能差；两侧支撑的结构形式虽然在一定程度上实现了工业机器人对线缆的保护，但同时导致机器人体积大、重量大，难以应用于轻型机械臂领域。
发明内容
本公开提供一种可实现安全限位与内部走线的机器人旋转关节连接机构，以解决基于伺服电机驱动的机器人存在的体积大、线缆保护性差、适用范围小等问题。
一种机器人关节连接机构，包括机构输入端、保护壳、机构输出端、护线管、接触开关和凸台，
所述机构输入端通过所述保护壳与所述机构输出端相连；
所述输入端与所述保护壳可旋转连接，所述输出端与所述保护壳固定连接；
所述机构输入端上设有第一凹槽，所述机构输出端上设有第二凹槽，所述护线管穿过所述第一凹槽、所述保护壳和所述第二凹槽，关节线缆从所述护线管内部穿过；
所述接触开关安装在所述第一凹槽的两端，所述凸台安装在所述第二凹槽的两端，所述接触开关与所述凸台接触时产生触发信号。
其中，所述机构输入端和所述保护壳之间通过密封圈相连接；所述保护壳具有保护壳接口和密封圈槽，所述机构输入端具有密封凸缘，所述密封圈安装在所述保护壳的密封圈槽内，且所述密封圈的内圈与所述机构输入端的密封凸缘接触；所述机构输出端具有外壳接口，所述外壳接口与所述保护壳接口分别为相同数量的环形均布光孔和螺纹孔，用于实现所述保护壳与所述机构输出端的机械连接。
进一步地，所述机构输入端与所述机构输出端均采用环形结构，所述第一凹槽和所述第二凹槽均为弧形凹槽。
进一步地，所述机构输入端包括第一螺纹孔，所述机构输出端包括第二螺纹孔，所述第一螺纹孔用于所述接触开关与所述机构输入端的连接，所述第二螺纹孔用于所述凸台与所述机构输出端的连接。
进一步地，所述接触开关包括底座接口和接触触点，所述底座接口与所述第一螺纹孔接触，所述接触触点与所述凸台接触时产生触发信号。
其中，所述接触开关有2个，分别位于所述第一凹槽的径向外侧和内侧，并且位于所述第一凹槽的两端。
进一步地，所述凸台包括凸台触点和安装孔，所述安装孔与所述第二螺纹孔接触，所述凸台触点与所述接触触点接触时产生触发信号。
其中，所述凸台有2个，分别位于所述第二凹槽的径向外侧和内侧，并且位于所述第二凹槽的两端。
进一步地，所述机构输入端的所述凹槽角度为θ1，所述机构输出端的所述凹槽角度为θ2，所述护线管在所述关节连接机构中的轮廓包络角度为θ3，所述关节连接机构实现的转动范围是θ1+θ2-2×θ3。
所述输入端和所述输出端可以是一组法兰，上述机器人关节连接机构通过一组法兰上走线槽之间的优化组合，能够实现非中空式关节的内部走线与大范围转动，设置保护壳可以提高关节的防护性能，防止杂物进入关节内部，内置的接触开关可以在关节连接机构转动到限定位置时与凸台接触并反馈出状态信号，用于对关节做出停止或反向转动的运动控制，以保护关节线缆。
本公开的有益效果：
1)机器人关节连接机构采用内部走线的方式，解决了目前基于工业伺服电机驱动的机器人采用外部走线方式带来的线缆防护性差、机器人体积大、适用范围小等一系列问题；
2)机器人关节连接机构具有安全限位功能，当关节转动到达极限位置时发出反馈信号，从而及时采取措施保护关节线缆；
3)机器人关节连接机构还具有密封装置，除了可以提高关节的防护性能之外，还能够防止因杂物进入关节内部而影响机构运转。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是本公开具体实施方式的机器人关节连接机构的侧视图；
图2是本公开具体实施方式的机器人关节连接机构的轴侧剖视图；
图3是本公开具体实施方式的机器人关节连接机构的机构输入端内部装配图；
图4是本公开具体实施方式的机器人关节连接机构的机构输出端内部装配图；
图5是本公开具体实施方式的机器人关节连接机构的机构输入端正视图；
图6是本公开具体实施方式的机器人关节连接机构的机构输出端正视图；
图7是本公开具体实施方式的机器人关节连接机构的保护壳轴侧图；
图8是本公开具体实施方式的机器人关节连接机构的接触开关轴侧图；
图9是本公开具体实施方式的机器人关节连接机构的凸台轴侧图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1-9并结合实施例来详细说明本公开。
机器人关节连接机构，包括机构输入端1、保护壳3、机构输出端2、护线管9、接触开关5、6和凸台7、8，
机构输入端1通过保护壳3与机构输出端2相连；
机构输入端1与保护壳3可旋转连接，机构输出端2与保护壳3固定连接；
机构输入端1上设有第一凹槽1-1，机构输出端2上设有第二凹槽2-1，护线管9穿过第一凹槽1-1、保护壳3和第二凹槽2-1，关节线缆从护线管9内部穿过；
接触开关5、6安装在第一凹槽1-1的两端，凸台7、8安装在第二凹槽2-1的两端，接触开关5、6与凸台7、8接触时产生触发信号。
机构输入端1与机构输出端2均采用环形结构，第一凹槽1-1和第二凹槽2-1均为弧形凹槽。
机构输入端1包括第一螺纹孔1-4、1-5，机构输出端2包括第二螺纹孔2-4、2-5，第一螺纹孔1-4、1-5用于接触开关5、6与机构输入端1的连接，第二螺纹孔2-4、2-5用于凸台7、8与机构输出端2的连接。
接触开关5、6包括底座接口5-1、6-1和接触触点5-2、6-2，底座接口5-1、6-1与第一螺纹孔1-4、1-5接触，接触触点5-2、6-2与凸台7、8接触时产生触发信号。
凸台7、8包括凸台触点7-2、8-2和安装孔7-1、8-1，安装孔7-1、8-1与第二螺纹孔2-4、2-5接触，凸台触点7-2、8-2与接触触点5-2、6-2接触时产生触发信号。
第一凹槽1-1的角度为θ1，第二凹槽2-1的角度为θ2，护线管9在关节连接机构中的轮廓包络角度为θ3，关节连接机构实现的转动范围是θ1+θ2-2×θ3。更为详细的，
如图1所示，机构输入端1、机构输出端1和护线管9组成机器人关节连接机构的旋转部分。机构输入端1与机构输出端2均采用环形结构，且两者间具有同一旋转轴线。机构输入端1、机构输出端2上分别设有第一凹槽1-1、第二凹槽2-1；护线管9沿旋转轴线方向穿过第一凹槽1-1和第二凹槽2-1。
如图2所示，机构输入端1、机构输出端2、保护壳3和密封圈4组成该机构的密封部分。保护壳3安装在机构输出端2上，密封圈4安装在机构输入端1和保护壳3之间。
如图3、4所示，机构输入端1、机构输出端2、接触开关5、接触开关6、凸台7和凸台8组成该机构的限位触发部分，即当机构输入端1与机构输出端2相对旋转到一定位置时，接触开关5与凸台7相接触，接触开关6与凸台8相接触，并且关节连接机构会产生触发信号，提示停止关节转动或作出反向转动。接触开关5、接触开关6均安装在机构输入端1上，凸台7、凸台8均安装在机构输出端2上。
如图3、5、6所示，机构输入端1上还设有中央接口1-2、密封凸缘1-3、第一螺纹孔1-4、第一螺纹孔1-5、出线孔1-6、出线孔1-7、对外接口1-8。机构输出端2上还设有中央接口2-2、外壳接口2-3、第二螺纹孔2-4、第二螺纹孔2-5、对外接口2-6。中央接口1-2和中央接口2-2为一定数量的环形均布螺纹孔，分别用于实现机构输入端1与关节输入端、机构输出端2与关节输出端的机械连接。对外接口1-8和对外接口2-6为一定数量的环形均布螺纹孔，分别用于实现机构输入端1、机构输出端2与机器人上、下连杆的机械连接。关节线缆从护线管9内部穿过，并贯穿机构输入端1、机构输出端2和保护壳3。
如图2、3、6、7所示，保护壳3包括接口3-1、密封圈槽3-2。外壳接口2-3、保护壳接口3-1分别为相同数量的环形均布光孔与螺纹孔，用于实现保护壳3与机构输出端2的机械连接。密封圈4安装在保护壳3的密封圈槽3-2内，且密封圈4的内圈与机构输入端1的密封凸缘1-3接触。
如图8、9所示，接触开关5包括底座接口5-1、接触触点5-2和电源线5-3；接触开关6包括底座接口6-1、接触触点6-2和电源线6-3。凸台7包括安装孔7-1和凸台触点7-2；凸台8包括安装孔8-1和凸台触点8-2。底座接口5-1与第一螺纹孔1-4通过螺栓实现接触开关5与机构输入端1的机械连接，电源线5-3穿过出线孔1-6。底座接口6-1与第一螺纹孔1-5通过螺栓实现接触开关6与机构输入端1的机械连接，电源线6-3穿过出线孔1-7。
安装孔7-1与第二螺纹孔2-4通过螺栓实现凸台7与机构输出端2的机械连接；安装孔8-1与第二螺纹孔2-5通过螺栓实现凸台8与机构输出端2的机械连接。机构输入端1和机构输出端2发生相对转动，凹槽1-1、2-1内部关节电缆随之相应地转动直到凸台触点7-2与接触触点5-2发生接触，凸台触点8-2与接触触点6-2发生接触，同时接触开关5、6反馈状态信号，提示关节线缆已转动到极限位置，需要控制关节连接机构停止或反向转动。
本实施方式的关节连接机构在实际应用中的转动范围，定义机构输入端1的凹槽角度为θ1(图5)，机构输出端2的凹槽角度为θ2(图6)，护线管9在机构中的轮廓包络角度为θ3(图1)，则关节连接机构可实现的转动范围是θ1+θ2-2×θ3。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (6)

1.一种机器人关节连接机构，包括机构输入端、保护壳、机构输出端、护线管、接触开关和凸台，
所述机构输入端通过所述保护壳与所述机构输出端相连；
所述机构输入端与所述保护壳可旋转连接，所述机构输出端与所述保护壳固定连接；
所述机构输入端上设有第一凹槽，所述机构输出端上设有第二凹槽，所述护线管穿过所述第一凹槽、所述保护壳和所述第二凹槽，关节线缆从所述护线管内部穿过；
所述接触开关安装在所述第一凹槽的两端，所述凸台安装在所述第二凹槽的两端，所述接触开关与所述凸台接触时产生触发信号。
2.根据权利要求1所述的关节连接机构，其特征在于，所述机构输入端与所述机构输出端均采用环形结构，所述第一凹槽和所述第二凹槽均为弧形凹槽。
3.根据权利要求1或2所述的关节连接机构，其特征在于，所述机构输入端包括第一螺纹孔，所述机构输出端包括第二螺纹孔，所述第一螺纹孔用于所述接触开关与所述机构输入端的连接，所述第二螺纹孔用于所述凸台与所述机构输出端的连接。
4.根据权利要求1-3任一项所述的关节连接机构，其特征在于，所述接触开关包括底座接口和接触触点，所述底座接口与所述第一螺纹孔接触，所述接触触点与所述凸台接触时产生触发信号。
5.根据权利要求1-4任一项所述的关节连接机构，其特征在于，所述凸台包括凸台触点和安装孔，所述安装孔与所述第二螺纹孔接触，所述凸台触点与所述接触触点接触时产生触发信号。
6.根据权利要求1-5任一项所述的关节连接机构，其特征在于，所述机构输入端的所述凹槽角度为θ1，所述机构输出端的所述凹槽角度为θ2，所述护线管在所述关节连接机构中的轮廓包络角度为θ3，所述关节连接机构实现的转动范围是θ1+θ2-2×θ3。
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