CN109227562A - 一种工业机器人手臂组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业机器人手臂组件，包括身部、肩部及用于连接身部与肩部的关节；所述关节包括设在身部中的关节舵机、设在身部与肩部之间的主轴及支撑主轴的主轴轴承；所述关节舵机包括电机、电机箱体、减速器箱体及舵盘；所述电机的输出轴上设置有第一齿轮，所述第一齿轮与设置于电机箱体与减速器箱体之间的第二齿轮啮合，所述第二齿轮固定于中间轴上，所述中间轴通过轴承Ⅰ设在电机箱体或者减速器箱体内，所述中间轴还固定设置有第三齿轮，所述第三齿轮与第四齿轮啮合；所述主轴与舵盘固定连接并由舵盘驱动旋转；本发明结构紧凑、体积较小，关节舵机传动比较大，增大输出扭矩。

Description

一种工业机器人手臂组件

技术领域

本发明涉及工业机器人领域，特别涉及一种工业机器人手臂组件。

背景技术

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器；它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。舵机作为运动方向的控制部件，最早出现在航空模型领域；之后，伴随科学技术的不断发展，舵机的应用越来越广泛。不仅在航空模型中，在其它的模型中亦可看到它的应用：船模上用来控制尾舵，车模中用来转向等。由此可见，凡是需要操作性动作时都可以用舵机来实现。工业机器人的手臂中也应用了舵机实现各类关节运动。

舵机的控制电路板（即处理控制器）接受来自远程客户端的控制信号，控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动输出至舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机转动的方向和速度，从而达到目标停止，其工作流程为：控制信号→控制电路板→电机转动→齿轮组减速→舵盘转动→位置反馈电位计→控制电路板反馈。现有工业机器人的关节舵机中，关节舵机一般采用多级平行轴圆柱齿轮传动，其体积较为庞大、传动比较小、输出扭矩较小，难以满足工业机器人关节中对舵机的小体积大扭矩的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种工业机器人手臂组件，其结构紧凑、体积较小、传动比较大，增大输出扭矩，满足工业机器人关节中对舵机的小体积大扭矩的要求。

本发明采用的技术方案如下：

一种工业机器人手臂组件，包括身部、肩部及用于连接身部与肩部的关节；所述关节包括设在身部中的关节舵机、设在身部与肩部之间的主轴及支撑主轴的主轴轴承；所述关节舵机包括电机、电机箱体、减速器箱体及舵盘；所述电机的输出轴上设置有第一齿轮，所述第一齿轮与设置于电机箱体与减速器箱体之间的第二齿轮啮合，所述第二齿轮固定于中间轴上，所述中间轴通过轴承Ⅰ设在电机箱体或者减速器箱体内，所述中间轴还固定设置有第三齿轮，所述第三齿轮与第四齿轮啮合，所述第四齿轮设在位于减速器箱体内的一个摆线针轮传动机构的偏心轴上，所述摆线针轮传动机构与舵盘传动连接；所述主轴与舵盘固定连接并由舵盘驱动旋转；

所述摆线针轮传动机构还包括第一摆线齿轮、与第一摆线齿轮对称布置的第二摆线齿轮、销轴及设在减速器箱体内壁的针齿；

所述偏心轴为阶梯轴结构并包括轴径依次减小的第一阶梯部、第二阶梯部、第三阶梯部、第四阶梯部及第五阶梯部，所述第三阶梯部与第四阶梯部构成对称布置的偏心轴承位；所述第四齿轮套设于第一阶梯部；所述第二阶梯部上套设有轴承Ⅱ，所述第三阶梯部上套设有轴承Ⅲ，所述第四阶梯部上套设有轴承Ⅳ，所述第五阶梯部上套设有轴承Ⅴ，且所述第四阶梯部与轴承Ⅳ之间设有偏心套；所述舵盘上靠近偏心轴的一端面内凹形成用于固定轴承Ⅴ的轴承Ⅴ固定部；所述轴承Ⅳ与轴承Ⅴ之间设有用于轴向固定轴承Ⅳ的弹性挡圈Ⅰ。

进一步地，所述身部、肩部采用金属材料制成且其外表面覆盖有耐磨层，所述耐磨层为组合镀层并包括由内向外依次设置的第一铜镀层、第一镍镀层、第二铜镀层及第二镍镀层。

进一步地，所述第一摆线齿轮安装在轴承Ⅲ上并与针齿相啮合，所述第二摆线齿轮安装在轴承Ⅳ上并与针齿相啮合；销轴的头部固定于舵盘、尾部固定于轴承Ⅱ的内圈、身部穿过设在第一摆线齿轮与第二摆线齿轮轮孔中的销套；所述偏心轴通过轴承Ⅱ驱动第一摆线齿轮及第二摆线齿轮与针齿啮合，并通过销轴将第一摆线齿轮及第二摆线齿轮的行星运动转换为定轴旋转运动并输出至舵盘。

进一步地，所述偏心轴上靠近电机的一端面内凹形成用于固定轴承Ⅵ的轴承Ⅵ固定部，所述轴承Ⅵ套设在减速器箱体侧壁向内凸起形成的轴承座上。

进一步地，所述舵盘上套设有轴承Ⅶ，所述轴承Ⅶ通过螺塞压合在减速箱箱体的口部，所述轴承Ⅶ的与螺塞相对的一侧设有用于轴向固定轴承Ⅶ的弹性挡圈Ⅱ；所述舵盘与偏心轴之间设有密封圈Ⅰ，所述舵盘与螺塞之间设有密封圈Ⅱ。

进一步地，所述关节舵机还包括测控***，所述测控***包括增量编码器、绝对编码器及安在电机箱体内的控制电路板，所述电机、增量编码器与绝对编码器均与控制电路板相连；所述增量编码器安装在电机的输出轴上以实时侦测输出轴的运动信息并将信息发送至控制电路板；所述绝对编码器安装在舵盘上并实时侦测舵盘的运动信息并将信息发送至控制电路板；所述控制电路板上设有通信端口，控制电路板通过通信端口与远程客户端连接并接收远程客户端发出的控制电机输出轴转速的控制信号。

进一步地，所述轴承座、偏心轴及舵盘上均设有位于同一直线的通孔，固定杆从轴承座、偏心轴及舵盘上的通孔依次穿过并与舵盘固定连接，所述固定杆位于轴承座内的杆头内设有用于安装绝对编码器的安装槽；所述杆头与轴承座之间设有轴承Ⅷ。

进一步地，所述固定杆与舵盘通过螺纹副相连。

进一步地，所述增量编码器通过过盈配合的方式固定连接在电机的输出轴上。

进一步地，所述针齿一体设于减速器箱体。

进一步地，所述第一齿轮为渐开线圆柱齿轮，所述输出轴外端通过过盈配合安装第一齿轮并将第一齿轮压焊固连。

本发明的有益效果：本发明的工业机器人手臂组件，其关节舵机采用了两级普通齿轮减速加上一级摆线针轮传动的结构，由于采用了摆线针轮传动结构，使得舵机的传动比大、结构紧凑、效率高、运转平稳和寿命长，有利于增大输出扭矩，满足工业机器人关节中对舵机的小体积大扭矩的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2本发明的关节舵机的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

参见图1，本实施例的一种工业机器人手臂组件，包括身部110、肩部120及用于连接身部110与肩部120的关节；所述关节包括设在身部110中的关节舵机210、设在身部110与肩部120之间的主轴220及支撑主轴220的主轴轴承230；身部110为工业机器人的主体靠近手臂的部分；肩部120即手臂的上部；本实施例省略了肩部120以下的各臂段。

参见图2，所述关节舵机210包括电机5、电机箱体1、减速器箱体14及舵盘28；所述电机5的输出轴上设置有第一齿轮29，所述第一齿轮29与设置于电机箱体1与减速器箱体14之间的第二齿轮（图中未示出）啮合，所述第二齿轮固定于中间轴（图中未示出）上，所述中间轴通过轴承Ⅰ（图中未示出）设在电机箱体1或者减速器箱体14内，所述中间轴还固定设置有第三齿轮（图中未示出），所述第三齿轮与第四齿轮11啮合，所述第四齿轮11设在位于减速器箱体14内的一个摆线针轮传动机构的偏心轴上，所述摆线针轮传动机构与舵盘28传动连接；所述主轴220与舵盘28固定连接并由舵盘28驱动旋转。

电机5安装在电机箱体1内，电机箱体1的一端开口并与端盖2配合连接，另一端设有若干与减速器箱体14配合的轴孔及连接孔；电机5优选为为直流无刷电机5，其响应快速、起动转矩较大、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能；减速器箱体14内安装有起到减速作用的若干齿轮组件，减速器箱体14的一端开口并与舵盘28配合连接，另一端同样设有若干与电机箱体1配合的轴孔及连接孔；电机5输出的扭矩经过齿轮组件传递后输至舵盘28，从而驱动舵盘28转动；第一齿轮29为渐开线圆柱齿轮，输出轴外端通过过盈配合安装第一齿轮29并将第一齿轮29压焊固连，连接稳固度高，传动平稳；第二齿轮与第三齿轮可为渐开线圆柱齿轮；第二齿轮、中间轴与第三齿轮组合形成双联齿轮结构，其结构紧凑、传动比很大、体积小、重量轻，有利于关节舵机210的紧凑化；中间轴通过轴承Ⅰ安装于电机箱体1与减速器箱体14的中间空腔内；轴承Ⅰ可为深沟球轴承结构；中间轴与电机5输出轴平行设置；摆线针轮传动机构包括偏心轴，偏心轴为摆线针轮传动机构的动力输入端；关节舵机采用了两级普通齿轮减速加上一级摆线针轮传动的结构，由于采用了摆线针轮传动结构，使得关节舵机的传动比大、结构紧凑、效率高、运转平稳和寿命长，有利于增大输出扭矩，满足工业机器人手臂对舵机的小体积大扭矩的要求。

所述摆线针轮传动机构还包括第一摆线齿轮15、与第一摆线齿轮15对称布置的第二摆线齿轮16、销轴18及设在减速器箱体14内壁的针齿13；所述针齿13优选一体设于减速器箱体14，以提高针齿13的结构强度，增强传动的平稳性；采用两个摆线齿轮相配合的结构，有利于提高承载能力和改善润滑特性，且传动效率较高；所述偏心轴为阶梯轴结构并包括轴径依次减小的第一阶梯部、第二阶梯部、第三阶梯部、第四阶梯部及第五阶梯部，所述第三阶梯部与第四阶梯部构成对称布置的偏心轴承位；所述第四齿轮11套设于第一阶梯部，第四齿轮11一体设在偏心轴上，以简化舵机结构，提升传动性能；所述第二阶梯部上套设有轴承Ⅱ12，所述第三阶梯部上套设有轴承Ⅲ19，所述第四阶梯部上套设有轴承Ⅳ20，所述第五阶梯部上套设有轴承Ⅴ22，且所述第四阶梯部与轴承Ⅳ20之间设有偏心套30；所述舵盘28上靠近偏心轴的一端面内凹形成用于固定轴承Ⅴ22的轴承Ⅴ固定部；所述轴承Ⅳ20与轴承Ⅴ22之间设有用于轴向固定轴承Ⅳ20的弹性挡圈Ⅰ21；所述第一摆线齿轮15安装在轴承Ⅲ19上并与针齿13相啮合，所述第二摆线齿轮16安装在轴承Ⅳ20上并与针齿13相啮合；销轴18的头部固定于舵盘28、尾部固定于轴承Ⅱ12的内圈、身部110穿过设在第一摆线齿轮15与第二摆线齿轮16轮孔中的销套17；所述偏心轴通过轴承Ⅱ12驱动第一摆线齿轮15及第二摆线齿轮16与针齿13啮合，并通过销轴18将第一摆线齿轮15及第二摆线齿轮16的行星运动转换为定轴旋转运动并输出至舵盘28；轴承Ⅲ19、轴承Ⅳ20均可为深沟球轴承结构；销轴18的头部、身部110及尾部依次相连且一体成型，舵盘28上设有用于容纳头部的凹槽，头部过过盈配合固定于凹槽中，尾部固定在轴承Ⅱ12内圈，以将偏心轴的动力传递至偏心齿轮；该结构紧凑，并有利于提高传动平稳度。

所述偏心轴上靠近电机5的一端面内凹形成用于固定轴承Ⅵ10的轴承Ⅵ固定部，所述轴承Ⅵ10套设在减速器箱体14侧壁向内凸起形成的轴承座上；偏心轴通过轴承Ⅵ10及轴承Ⅴ22支撑在减速器箱体14及舵盘28上；轴承Ⅵ10及轴承Ⅴ22均可为深沟球轴承结构；该结构紧凑，并有利于提高传动平稳度。

所述舵盘28上套设有轴承Ⅶ25，所述轴承Ⅶ25通过螺塞27压合在减速箱箱体14的口部，所述轴承Ⅶ25的与螺塞27相对的一侧设有用于轴向固定轴承Ⅶ25的弹性挡圈Ⅱ24；所述舵盘28与偏心轴之间设有密封圈Ⅰ23，所述舵盘28与螺塞之间设有密封圈Ⅱ26。

所述关节舵机210还包括测控***，所述测控***包括增量编码器、绝对编码器及安在电机箱体1内的控制电路板4，所述电机5、增量编码器6与绝对编码器7均与控制电路板4相连；所述增量编码器6安装在电机5的输出轴上以实时侦测输出轴的运动信息并将信息发送至控制电路板4；所述绝对编码器7安装在舵盘28上并实时侦测舵盘28的运动信息并将信息发送至控制电路板4；所述控制电路板4上设有通信端口，控制电路板4通过通信端口3与远程客户端连接并接收远程客户端发出的控制电机5输出轴转速的控制信号；增量编码器6通过过盈配合的方式固定连接在电机5的输出轴上；增量编码器6测试电机5的输出转速及角位移，绝对编码器7测试舵盘28的力矩、转速、角位移等参数，通过信号的传递，实现本舵机的全闭环智能控制。

所述轴承座、偏心轴及舵盘28上均设有位于同一直线的通孔，固定杆8从轴承座、偏心轴及舵盘28上的通孔依次穿过并与舵盘28固定连接，所述固定杆8位于轴承座内的杆头内设有用于安装绝对编码器7的安装槽；所述杆头与轴承座之间设有轴承Ⅷ9；轴承Ⅷ9可为深沟球轴承结构；安装槽由轴承座中部内凹形成，使得绝对编码器7的安装稳固，并简化机器的结构；固定杆8上设有螺纹；所述固定杆8与舵盘28通过螺纹副相连，便于安装和拆卸。

所述身部110、肩部120采用金属材料制成且其外表面覆盖有耐磨层，所述耐磨层为组合镀层并包括由内向外依次设置的第一铜镀层、第一镍镀层、第二铜镀层及第二镍镀层；耐磨层的各层厚度可根据需要而定；耐磨层使得身部110、肩部120的外表面金属孔隙率和内应力大幅降低，铜镀层与镍镀层交替的结构还可增强镀层之间的结合力，提高身部110、肩部120耐磨性能的同时延长镀层使用寿命。当然，即使未耐磨层也不影响上述结构的实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种工业机器人手臂组件，包括身部、肩部及用于连接身部与肩部的关节；所述关节包括设在身部中的关节舵机、设在身部与肩部之间的主轴及支撑主轴的主轴轴承；其特征在于：所述关节舵机包括电机、电机箱体、减速器箱体及舵盘；所述电机的输出轴上设置有第一齿轮，所述第一齿轮与设置于电机箱体与减速器箱体之间的第二齿轮啮合，所述第二齿轮固定于中间轴上，所述中间轴通过轴承Ⅰ设在电机箱体或者减速器箱体内，所述中间轴还固定设置有第三齿轮，所述第三齿轮与第四齿轮啮合，所述第四齿轮设在位于减速器箱体内的一个摆线针轮传动机构的偏心轴上，所述摆线针轮传动机构与舵盘传动连接；所述主轴与舵盘固定连接并由舵盘驱动旋转；

所述摆线针轮传动机构还包括第一摆线齿轮、与第一摆线齿轮对称布置的第二摆线齿轮、销轴及设在减速器箱体内壁的针齿；

所述偏心轴为阶梯轴结构并包括轴径依次减小的第一阶梯部、第二阶梯部、第三阶梯部、第四阶梯部及第五阶梯部，所述第三阶梯部与第四阶梯部构成对称布置的偏心轴承位；所述第四齿轮套设于第一阶梯部；所述第二阶梯部上套设有轴承Ⅱ，所述第三阶梯部上套设有轴承Ⅲ，所述第四阶梯部上套设有轴承Ⅳ，所述第五阶梯部上套设有轴承Ⅴ，且所述第四阶梯部与轴承Ⅳ之间设有偏心套；所述舵盘上靠近偏心轴的一端面内凹形成用于固定轴承Ⅴ的轴承Ⅴ固定部；所述轴承Ⅳ与轴承Ⅴ之间设有用于轴向固定轴承Ⅳ的弹性挡圈Ⅰ；

所述第一摆线齿轮安装在轴承Ⅲ上并与针齿相啮合，所述第二摆线齿轮安装在轴承Ⅳ上并与针齿相啮合；销轴的头部固定于舵盘、尾部固定于轴承Ⅱ的内圈、身部穿过设在第一摆线齿轮与第二摆线齿轮轮孔中的销套；所述偏心轴通过轴承Ⅱ驱动第一摆线齿轮及第二摆线齿轮与针齿啮合，并通过销轴将第一摆线齿轮及第二摆线齿轮的行星运动转换为定轴旋转运动并输出至舵盘。

2.根据权利要求1所述的一种工业机器人手臂组件，其特征在于：所述身部、肩部才用金属材料制成且其外表面覆盖有耐磨层，所述耐磨层为组合镀层并包括由内向外依次设置的第一铜镀层、第一镍镀层、第二铜镀层及第二镍镀层。

3.根据权利要求2所述的一种工业机器人手臂组件，其特征在于：所述偏心轴上靠近电机的一端面内凹形成用于固定轴承Ⅵ的轴承Ⅵ固定部，所述轴承Ⅵ套设在减速器箱体侧壁向内凸起形成的轴承座上。

4.根据权利要求3所述的一种工业机器人手臂组件，其特征在于：所述舵盘上套设有轴承Ⅶ，所述轴承Ⅶ通过螺塞压合在减速箱箱体的口部，所述轴承Ⅶ的与螺塞相对的一侧设有用于轴向固定轴承Ⅶ的弹性挡圈Ⅱ；所述舵盘与偏心轴之间设有密封圈Ⅰ，所述舵盘与螺塞之间设有密封圈Ⅱ。

5.根据权利要求4所述的一种工业机器人手臂组件，其特征在于：所述舵机还包括测控***，所述测控***包括增量编码器、绝对编码器及安在电机箱体内的控制电路板，所述电机、增量编码器与绝对编码器均与控制电路板相连；所述增量编码器安装在电机的输出轴上以实时侦测输出轴的运动信息并将信息发送至控制电路板；所述绝对编码器安装在舵盘上并实时侦测舵盘的运动信息并将信息发送至控制电路板；所述控制电路板上设有通信端口，控制电路板通过通信端口与远程客户端连接并接收远程客户端发出的控制电机输出轴转速的控制信号。

6.根据权利要求5所述的一种工业机器人手臂组件，其特征在于：所述轴承座、偏心轴及舵盘上均设有位于同一直线的通孔，固定杆从轴承座、偏心轴及舵盘上的通孔依次穿过并与舵盘固定连接，所述固定杆位于轴承座内的杆头内设有用于安装绝对编码器的安装槽；所述杆头与轴承座之间设有轴承Ⅷ。

7.根据权利要求6所述的一种工业机器人手臂组件，其特征在于：所述固定杆与舵盘通过螺纹副相连。

8.根据权利要求7所述的一种工业机器人手臂组件，其特征在于：所述增量编码器通过过盈配合的方式固定连接在电机的输出轴上。

9.根据权利要求8所述的一种工业机器人手臂组件，其特征在于：所述针齿一体设于减速器箱体。

10.根据权利要求9所述的一种工业机器人手臂组件，其特征在于：所述第一齿轮为渐开线圆柱齿轮，所述输出轴外端通过过盈配合安装第一齿轮并将第一齿轮压焊固连。