CN113070902A - 一种三轴转动的机器人关节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三轴转动的机器人关节，属于机器人关节技术领域；一种三轴转动的机器人关节，包括有驱动电机、后端安装壳体、中端安装壳体、前端安装壳体和前端安装块，后端安装壳体、中端安装壳体、前端安装壳体和前端安装块沿轴线方向依次固定连接，组成完整安装壳体；驱动电机通过固定螺栓固定安装在后端安装壳体上，驱动电机的输出轴上连接有行星轮机构，行星轮机构安装在后端安装壳体和中端安装壳体内部，行星轮机构还与行星差速机构相连接，行星差速机构安装在中端安装壳体、前端安装壳体和前端安装块内部；本发明有效解决了现有设计结构单一固化且结构较为复杂，使用成本较高，易发生故障的问题。

Description

一种三轴转动的机器人关节

技术领域

本发明涉及机器人关节技术领域，具体为一种三轴转动的机器人关节。

背景技术

工业机器人是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，具有一定的自动性，可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业加工制造功能；机器人***是由视觉传感器、机械臂***及主控计算机组成，其中机械臂***又包括模块化机械臂和灵巧手两部分；而机械臂是指高精度，多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂***；因其独特的操作灵活性，已在工业装配，安全防爆等领域得到广泛应用。

在目前的机械臂制造领域，往往采用一自由度输入一自由度输出的构件，工业机器人的结构单一固化；为做到机器人更多功能的实现，不得不添加零部件，结构更加复杂，生产成本较高，且易发生故障；为了解决上述问题，我们提出了一种三轴转动的机器人关节。

发明内容

1、本发明要解决的技术问题

本发明的目的在于制作一种在动力输入为一的前提下，能选择提供三个输出自由度、具备多种工作模式、结构简单紧凑、经济性好、动力性强的一种三轴转动的机器人关节，使得机器人关节更加灵活、高效。

2、技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种三轴转动的机器人关节，包括有驱动电机、后端安装壳体、中端安装壳体、前端安装壳体和前端安装块，所述后端安装壳体、中端安装壳体、前端安装壳体和前端安装块沿轴线方向依次固定连接，组成完整安装壳体；所述驱动电机通过固定螺栓固定安装在后端安装壳体上，所述驱动电机的输出轴上连接有行星轮机构，所述行星轮机构安装在后端安装壳体和中端安装壳体内部，所述行星轮机构还与行星差速机构相连接，所述行星差速机构安装在中端安装壳体、前端安装壳体和前端安装块内部。

优选地，所述行星轮机构包括有太阳轮、第一行星轮、联架齿轮和齿圈，所述太阳轮与驱动电机的输出轴固定连接，所述联架齿轮转动连接在太阳轮的轴杆上，所述第一行星轮靠近中心侧与太阳轮啮合连接，所述第一行星轮的外侧与齿圈啮合连接，所述联架齿轮设置在齿圈的内侧，所述齿圈的外侧转动连接在后端安装壳体和中端安装壳体连接处的内壁上。

优选地，所述行星轮机构还包括有双联直齿轮、第三双联锥齿轮、第一输出轴杆和第二连轴锥齿轮，所述双联直齿轮与第三双联锥齿轮固定连接，所述双联直齿轮和第三双联锥齿轮轴向转动连接在后端安装壳体上，所述第一输出轴杆垂直转动连接在后端安装壳体上，所述第二连轴锥齿轮固定连接在第一输出轴杆上，所述双联直齿轮与齿圈内壁啮合连接，所述第三双联锥齿轮与第二连轴锥齿轮啮合连接。

优选地，所述行星差速机构包括有联架齿圈、第二行星轮、齿轮架、第一锥齿轮、第二锥齿轮和第三行星轮，所述联架齿圈转动安装在中端安装壳体和前端安装壳体的连接处，所述齿轮架也转动连接在太阳轮的轴杆上，所述第二行星轮和第三行星轮轴向转动连接齿轮架上靠近驱动电机一侧，所述第二行星轮和第三行星轮与联架齿圈的内壁啮合连接，所述齿轮架上还转动连接有第一锥齿轮和第二锥齿轮。

优选地，所述行星差速机构还包括有第一双联锥齿轮、第二双联锥齿轮、第二输出轴杆和第一连轴锥齿轮，所述第一双联锥齿轮和第二双联锥齿轮固定连接，所述第一双联锥齿轮和第二双联锥齿轮轴向转动连接在前端安装壳体上，所述第二输出轴杆垂直转动连接在前端安装块和前端安装壳体的连接处，所述第一连轴锥齿轮固定连接在第二输出轴杆上，所述第一双联锥齿轮与第一连轴锥齿轮啮合连接，所述第二双联锥齿轮与第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合连接。

优选地，所述第二输出轴杆上固定安装有第一锁止器，所述联架齿圈上固定安装有第二锁止器，所述齿圈上固定安装有第三锁止器。

3、有益效果

(1)本发明提供的一种单输入三种输出形式的传动方案，在电机和输出轴之间通过齿轮啮合传动，采用行星轮机构和行星差速机构提供不同的动力输出路径，采用锁止器的锁止与解锁实现三种输出形式的切换，实现三轴转动。

(2)本发明采用行星轮机构和行星差速机构，结构更加紧凑、减小体积，适用于机器人关节等相关领域。

(3)本发明通过锁止器的锁止与解锁可实现该关节两输出轴的三种输出形式的自由选择和独立控制，提高关节应用的灵活性，降低控制难度。

(4)本发明将锥齿轮传动与行星轮机构串联形成行星差速机构，其结构更加紧凑，节省空间。

附图说明

图1为本发明提出的一种三轴转动的机器人关节的结构示意图；

图2为本发明提出的一种三轴转动的机器人关节的***结构示意图；

图3为本发明提出的一种三轴转动的机器人关节的平面结构示意图；

图4为本发明提出的一种三轴转动的机器人关节的行星轮机构的***结构示意图；

图5为本发明提出的一种三轴转动的机器人关节的行星差速机构的***结构示意图。

图中标号说明：

1、太阳轮；2、第一行星轮；3、联架齿轮；4、齿圈；5、联架齿圈；6、第二行星轮；7、齿轮架；8、第一锥齿轮；9、第二输出轴杆；10、第一连轴锥齿轮；11、第一双联锥齿轮；12、第一锁止器；13、第二双联锥齿轮；14、第二锥齿轮；15、第二锁止器；16、第三行星轮；17、第三锁止器；18、双联直齿轮；19、第三双联锥齿轮；20、第一输出轴杆；21、第二连轴锥齿轮；22、电机；23、后端安装壳体；24、中端安装壳体；25、前端安装壳体；26、前端安装块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

请参阅图1-5，一种三轴转动的机器人关节，包括有驱动电机22、后端安装壳体23、中端安装壳体24、前端安装壳体25和前端安装块26，后端安装壳体23、中端安装壳体24、前端安装壳体25和前端安装块26沿轴线方向依次固定连接，组成完整安装壳体；驱动电机22通过固定螺栓固定安装在后端安装壳体23上，驱动电机22的输出轴上连接有行星轮机构，行星轮机构安装在后端安装壳体23和中端安装壳体24内部，行星轮机构还与行星差速机构相连接，行星差速机构安装在中端安装壳体24、前端安装壳体25和前端安装块26内部。

行星轮机构包括有太阳轮1、第一行星轮2、联架齿轮3和齿圈4，太阳轮1与驱动电机22的输出轴固定连接，联架齿轮3转动连接在太阳轮1的轴杆上，第一行星轮2靠近中心侧与太阳轮1啮合连接，第一行星轮2的外侧与齿圈4啮合连接，联架齿轮3设置在齿圈4的内侧，齿圈4的外侧转动连接在后端安装壳体23和中端安装壳体24连接处的内壁上。

行星轮机构还包括有双联直齿轮18、第三双联锥齿轮19、第一输出轴杆20和第二连轴锥齿轮21，双联直齿轮18与第三双联锥齿轮19固定连接，双联直齿轮18和第三双联锥齿轮19轴向转动连接在后端安装壳体23上，第一输出轴杆20垂直转动连接在后端安装壳体23上，第二连轴锥齿轮21固定连接在第一输出轴杆20上，双联直齿轮18与齿圈4内壁啮合连接，第三双联锥齿轮19与第二连轴锥齿轮21啮合连接。

行星差速机构包括有联架齿圈5、第二行星轮6、齿轮架7、第一锥齿轮8、第二锥齿轮14和第三行星轮16，联架齿圈5转动安装在中端安装壳体24和前端安装壳体25的连接处，齿轮架7也转动连接在太阳轮1的轴杆上，第二行星轮6和第三行星轮16轴向转动连接齿轮架7上靠近驱动电机22一侧，第二行星轮6和第三行星轮16与联架齿圈5的内壁啮合连接，齿轮架7上还转动连接有第一锥齿轮8和第二锥齿轮14。

行星差速机构还包括有第一双联锥齿轮11、第二双联锥齿轮13、第二输出轴杆9和第一连轴锥齿轮10，第一双联锥齿轮11和第二双联锥齿轮13固定连接，第一双联锥齿轮11和第二双联锥齿轮13轴向转动连接在前端安装壳体25上，第二输出轴杆9垂直转动连接在前端安装块26和前端安装壳体25的连接处，第一连轴锥齿轮10固定连接在第二输出轴杆9上，第一双联锥齿轮11与第一连轴锥齿轮10啮合连接，第二双联锥齿轮13与第一锥齿轮8和第二锥齿轮14啮合连接。

第二输出轴杆9上固定安装有第一锁止器12，联架齿圈5上固定安装有第二锁止器15，齿圈4上固定安装有第三锁止器17。

本发明提供的一种单输入三种输出形式的传动方案，在驱动电机22和输出轴之间通过齿轮啮合传动，采用行星轮机构和行星差速机构提供不同的动力输出路径，采用锁止器的锁止与解锁实现三种输出形式的切换，实现三轴转动；同时本发明采用行星轮机构和行星差速机构，结构更加紧凑、减小体积，适用于机器人关节等相关领域；更进一步的，本发明通过锁止器的锁止与解锁可实现该关节两输出轴的三种输出形式的自由选择和独立控制，提高关节应用的灵活性，降低控制难度；最后，本发明将锥齿轮传动与行星轮机构串联形成行星差速机构，其结构更加紧凑，节省空间。

实施例2：

请参阅图1-5，结合实施例1的基础有所不同之处在于，

第一输出轴杆20自转形式：

当要求以第一输出轴杆20自转时，利用第二锁止器15将联架齿圈5锁紧，使其无法进行转动，同时利用第一锁止器12将第二输出轴杆9锁紧，使其也无法自转，从而可以实现联架齿轮3的固定锁止，此时将驱动电机22启动，驱动电机22通过输出轴带动太阳轮1转动，太阳轮1转动时带动与之啮合连接的第一行星轮2转动，第一行星轮2与齿圈4啮合连接，从而能够将将动力唯一传递至齿圈4，齿圈4同时还与双联直齿轮18啮合连接，双联直齿轮18与第三双联锥齿轮19固定连接、同轴转动，从而能够带动第三双联锥齿轮19转动，第三双联锥齿轮19与第二连轴锥齿轮21啮合连接，继而可带动第二连轴锥齿轮21转动，进一步的将动力传递至第一输出轴杆20，实现第一输出轴杆20自转。

实施例3：

请参阅图1-5，结合实施例1-2的基础有所不同之处在于，

第二输出轴杆9自转形式：

当要求以第二输出轴杆9自转时，利用第三锁止器17将齿圈4锁紧，使其无法进行转动，同时利用第二锁止器15将联架齿圈5锁紧，使其无法进行转动，此时将驱动电机22启动，驱动电机22通过输出轴带动太阳轮1转动，太阳轮1转动时带动与之啮合连接的第一行星轮2转动，第一行星轮2与联架齿圈5啮合连接，从而能够将将动力唯一传递至联架齿圈5，联架齿圈5转动时通过与之啮合连接的第二行星轮6和第三行星轮16转动，进而带动齿轮架7转动；齿轮架7上转动连接有第一锥齿轮8和第二锥齿轮14，通过第一锥齿轮8和第二锥齿轮14将动力依次传递至第二双联锥齿轮13、第一双联锥齿轮11和第一连轴锥齿轮10，进而实现第二输出轴杆9自转。

实施例4：

请参阅图1-5，结合实施例1-3的基础有所不同之处在于，

第一输出轴杆20和第二输出轴杆9相对关节轴线周转形式：

当要求以第一输出轴杆20和第二输出轴杆9相对关节轴线周转时，利用第三锁止器17将齿圈4锁紧，使其无法进行转动，同时利用第一锁止器12将第二输出轴杆9锁紧，使齿轮架7无法自转；将驱动电机22启动，驱动电机22通过输出轴带动太阳轮1转动，太阳轮1带动与之啮合连接的第一行星轮2转动，第一行星轮2转动时，将动力传递至联架齿轮3，而联架齿轮3与第二行星轮6、第三行星轮16啮合连接，从而能够将动力唯一传递至联架齿圈5，进而可以实现第一输出轴杆20和第二输出轴杆9相对关节轴线周转。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种三轴转动的机器人关节，包括有驱动电机(22)、后端安装壳体(23)、中端安装壳体(24)、前端安装壳体(25)和前端安装块(26)，其特征在于：所述后端安装壳体(23)、中端安装壳体(24)、前端安装壳体(25)和前端安装块(26)沿轴线方向依次固定连接，组成完整安装壳体；所述驱动电机(22)通过固定螺栓固定安装在后端安装壳体(23)上，所述驱动电机(22)的输出轴上连接有行星轮机构，所述行星轮机构安装在后端安装壳体(23)和中端安装壳体(24)内部，所述行星轮机构还与行星差速机构相连接，所述行星差速机构安装在中端安装壳体(24)、前端安装壳体(25)和前端安装块(26)内部。

2.根据权利要求1所述的一种三轴转动的机器人关节，其特征在于：所述行星轮机构包括有太阳轮(1)、第一行星轮(2)、联架齿轮(3)和齿圈(4)，所述太阳轮(1)与驱动电机(22)的输出轴固定连接，所述联架齿轮(3)转动连接在太阳轮(1)的轴杆上，所述第一行星轮(2)靠近中心侧与太阳轮(1)啮合连接，所述第一行星轮(2)的外侧与齿圈(4)啮合连接，所述联架齿轮(3)设置在齿圈(4)的内侧，所述齿圈(4)的外侧转动连接在后端安装壳体(23)和中端安装壳体(24)连接处的内壁上。

3.根据权利要求2所述的一种三轴转动的机器人关节，其特征在于：所述行星轮机构还包括有双联直齿轮(18)、第三双联锥齿轮(19)、第一输出轴杆(20)和第二连轴锥齿轮(21)，所述双联直齿轮(18)与第三双联锥齿轮(19)固定连接，所述双联直齿轮(18)和第三双联锥齿轮(19)轴向转动连接在后端安装壳体(23)上，所述第一输出轴杆(20)垂直转动连接在后端安装壳体(23)上，所述第二连轴锥齿轮(21)固定连接在第一输出轴杆(20)上，所述双联直齿轮(18)与齿圈(4)内壁啮合连接，所述第三双联锥齿轮(19)与第二连轴锥齿轮(21)啮合连接。

4.根据权利要求1所述的一种三轴转动的机器人关节，其特征在于：所述行星差速机构包括有联架齿圈(5)、第二行星轮(6)、齿轮架(7)、第一锥齿轮(8)、第二锥齿轮(14)和第三行星轮(16)，所述联架齿圈(5)转动安装在中端安装壳体(24)和前端安装壳体(25)的连接处，所述齿轮架(7)也转动连接在太阳轮(1)的轴杆上，所述第二行星轮(6)和第三行星轮(16)轴向转动连接齿轮架(7)上靠近驱动电机(22)一侧，所述第二行星轮(6)和第三行星轮(16)与联架齿圈(5)的内壁啮合连接，所述齿轮架(7)上还转动连接有第一锥齿轮(8)和第二锥齿轮(14)。

5.根据权利要求4所述的一种三轴转动的机器人关节，其特征在于：所述行星差速机构还包括有第一双联锥齿轮(11)、第二双联锥齿轮(13)、第二输出轴杆(9)和第一连轴锥齿轮(10)，所述第一双联锥齿轮(11)和第二双联锥齿轮(13)固定连接，所述第一双联锥齿轮(11)和第二双联锥齿轮(13)轴向转动连接在前端安装壳体(25)上，所述第二输出轴杆(9)垂直转动连接在前端安装块(26)和前端安装壳体(25)的连接处，所述第一连轴锥齿轮(10)固定连接在第二输出轴杆(9)上，所述第一双联锥齿轮(11)与第一连轴锥齿轮(10)啮合连接，所述第二双联锥齿轮(13)与第一锥齿轮(8)和第二锥齿轮(14)啮合连接。

6.根据权利要求5所述的一种三轴转动的机器人关节，其特征在于：所述第二输出轴杆(9)上固定安装有第一锁止器(12)，所述联架齿圈(5)上固定安装有第二锁止器(15)，所述齿圈(4)上固定安装有第三锁止器(17)。

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