CN113561216A - 一种六自由度机器人的关节结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种六自由度机器人的关节结构，包括三四轴本体、驱动装置、小臂、传动轴、五六轴本体；驱动装置设置在三四轴本体的第一连接端内；小臂的第一连接端与三四轴本体的第一连接端连接；传动轴的输入端与驱动装置的输出端连接；传动轴穿过小臂的内部；五六轴本体的第一连接端转动设置在小臂的第二连接端上；传动轴的输出端与五六轴本体的第一连接端连接。本发明的六自由度机器人的关节结构，通过将三四轴本体的驱动装置后置在三四轴本体上，有效降低六自由度机器人原来的二三轴的内部电机的负载率；通过将小臂固定在三四轴本体上，无需带动小臂旋转，四轴选型计算时仅需要考虑五六轴本体以及末端负载旋转的转动惯量。

Description

一种六自由度机器人的关节结构
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种六自由度机器人的关节结构。
背景技术
目前大臂展中小负载六自由度机器人的四轴结构主要采用两种方案，方案一：四轴电机与减速机前置，四轴减速机与五轴本体直接连接，带动五六轴与负载转动；方案二：采用常规的三四轴一体式结构，小臂和五六轴固定，四轴减速机输出端与小臂连接，带动小臂至末端负载结构旋转，该结构弯矩直接作用在四轴减速机上，采取降低三轴转速、减小末端负载或增大减速机型号等措施以保证四轴减速机承受弯矩在参数要求范围内。
目前已公开的两种方案在四轴选型计算时均需要考虑减速机承受弯矩在参数要求范围内。
另外，已公开的方案一在小臂上同时安装四轴电机和减速机，结构复杂，加工难度较大；已公开的方案一使机器人三轴本体至负载的结构重心靠近末端，该部分结构的转动惯量与质量m和质心到三轴回转轴线的距离r的平方有关，因此三轴启停所需转矩较大，电机负载率较高，转速无法进一步提升；
已公开的方案二由于四轴减速机的可承受弯矩参数限制，使三轴转速或末端负载等参数下降。
发明内容
基于此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺点和不足，提供一种六自由度机器人的关节结构。
一种六自由度机器人的关节结构，包括三四轴本体、驱动装置、小臂、传动轴、五六轴本体；
所述驱动装置设置在三四轴本体的第一连接端内；
所述小臂的第一连接端与三四轴本体的第一连接端连接；
所述传动轴的输入端与所述驱动装置的输出端连接；所述传动轴穿过小臂的内部；
所述五六轴本体的第一连接端转动设置在小臂的第二连接端上；所述传动轴的输出端与所述五六轴本体的第一连接端连接。
本发明所述的六自由度机器人的关节结构，通过将三四轴本体的驱动装置后置在三四轴本体上，有效降低六自由度机器人原来的二三轴的内部电机的负载率；
通过将小臂固定在三四轴本体上，无需带动小臂旋转，四轴选型计算时仅需要考虑五六轴本体以及末端负载旋转的转动惯量，可以减小三四轴本体的负载率或可以选用较小的电机与减速机型号；
本发明可以借助现有的常规六自由度机器人的三四轴本体和小臂进行部分修改，从而提升三轴速度和末端负载参数，无需重新开模，降低新机型开发时间和成本。
进一步地，所述传动轴为中空结构，中间为通孔。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过在传动轴设置通孔，可方便机器人内部走线，保护电线。
进一步地，还包括主轴承和轴承压板；所述五六轴本体的第一连接端位于所述小臂的第二连接端内；
所述主轴承设置在所述五六轴本体的第一连接端外以及所述小臂的第二连接端内；所述小臂的第二连接端的端面设有第一安装槽，所述主轴承位于第一安装槽内，所述轴承压板设置在小臂的第二连接端的端面上，并压紧主轴承。
进一步地，还包括辅助轴承；所述辅助轴承设置在所述传动轴的输出端外以及所述小臂的第二连接端内。
采用上述进一步方案的有益效果是，主轴承一端通过小臂的第一安装槽进行定位，另一端通过轴承压板进行定位，确定主轴承轴向位置；三四轴本体的驱动装置的输出端通过传动轴与五六轴本体连接，小臂和五六轴本体相对旋转，小臂靠近五六轴本体处设置主轴承和辅助轴承用于承担五六轴本体与末端负载的弯矩，因此三四轴本体的驱动装置选型时不需要考虑承受弯矩，只需要考虑转矩，可选用较小型号的减速机和电机，降低整机成本，同时也能有效降低六自由度机器人原来的二三轴的负载。
进一步地，所述传动轴的外表面对应辅助轴承的两端设有两条环槽；还包括两条钢丝挡圈，所述钢丝挡圈套设在对应的环槽上，并顶紧所述辅助轴承的内圈。
采用上述进一步方案的有益效果是，传动轴轴径上分别设置凹槽安装两个钢丝挡圈，用于确定辅助轴承内圈轴向位置。
进一步地，所述小臂的第二连接端内设有第二安装槽，所述辅助轴承位于所述第二安装槽内；还包括垫圈和孔用卡簧；所述孔用卡簧嵌设在所述第二安装槽的内侧面上，所述垫圈安装在孔用卡簧以及辅助轴承之间，所述孔用卡簧与第二安装槽共同顶紧所述垫圈以及辅助轴承。
采用上述进一步方案的有益效果是，辅助轴承分为内外圈两个部分，内外圈轴向可自由活动，辅助轴承外圈一侧通过小臂第二安装槽定位，外圈另一侧通过垫圈和孔用卡簧定位，垫圈使孔用卡簧轴向移动一定距离，避免卡簧内侧与挡圈干涉，确定辅助轴承外圈的轴向位置。
进一步地，还包括五轴法兰；所述五轴法兰设置在所述五六轴本体的第一连接端的端面上；还包括若干塞打螺丝，各塞打螺丝设置在五轴法兰上，且各塞打螺丝与所述传动轴的输出端连接。
采用上述进一步方案的有益效果是，五轴法兰可设置通孔，传动轴输出端可设置一定长度的盲孔和螺纹孔，使用塞打螺丝的光杆部位穿过五轴法兰和传动轴上的盲孔进行定位和传动，螺纹部位和传动轴上的螺纹孔进行连接进行轴向定位。
进一步地，还包括过线管；所述过线管安装在所述驱动装置上，供线缆穿过；所述过线管与所述传动轴同轴设置。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过设置过线管，方便机器人内部走线，保护电线。
进一步地，所述驱动装置包括电机和减速机；所述电机的输出端与所述减速机的输入端连接，所述减速机的输出端与所述传动轴的输入端连接；所述过线管设置在所述减速机内。
进一步地，所述主轴承为交叉滚子轴承或圆锥滚子轴承或双列角接触轴承；所述辅助轴承为滚针轴承或滚柱轴承或深沟球轴承或角接触球轴承。
采用上述进一步方案的有益效果是，所述辅助轴承为单个或多个滚针轴承或滚柱轴承或深沟球轴承或角接触球轴承等主要承受径向载荷的轴承，主轴承为交叉滚子轴承或圆锥滚子轴承或双列角接触轴承等可承受较大弯矩的轴承。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1为本发明的六自由度机器人的关节结构的结构示意图；
图2为本发明的六自由度机器人的关节结构的内部结构示意图；
图3为图2中A处的局部放大图；
图4为图2中B处的局部放大图。
图中：10、三四轴本体；21、电机；22、减速机；30、小臂；31、第一安装槽；32、第二安装槽；40、传动轴；41、通孔；42、环槽；50、五六轴本体；61、主轴承；62、轴承压板；63、辅助轴承；64、钢丝挡圈；65、垫圈；66、孔用卡簧；70、五轴法兰；80、塞打螺丝；90、过线管。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
需要理解的是，在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，也即，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。此外，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”、“空心”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
请参阅图1至图4，本实施例的一种六自由度机器人的关节结构，包括三四轴本体10、驱动装置、小臂30、传动轴40、五六轴本体50、主轴承61和轴承压板62、辅助轴承63、五轴法兰70、过线管90；
具体的，所述驱动装置设置在三四轴本体10的第一连接端内；
具体的，所述小臂30的第一连接端与三四轴本体10的第一连接端连接；
具体的，所述传动轴40的输入端与所述驱动装置的输出端连接；所述传动轴40穿过小臂30的内部；
更具体的，所述传动轴40为中空结构，中间为通孔41；
具体的，所述五六轴本体50的第一连接端转动设置在小臂30的第二连接端上；所述传动轴40的输出端与所述五六轴本体50的第一连接端连接；
更具体的，所述五六轴本体50的第一连接端位于所述小臂30的第二连接端内；
在优选的本实施例中，所述主轴承61设置在所述五六轴本体50的第一连接端外以及所述小臂30的第二连接端内；所述小臂30的第二连接端的端面设有第一安装槽31，所述主轴承61位于第一安装槽31内，所述轴承压板62设置在小臂30的第二连接端的端面上，并压紧主轴承61；
在优选的本实施例中，所述辅助轴承63设置在所述传动轴40的输出端外以及所述小臂30的第二连接端内；所述传动轴40的外表面对应辅助轴承63的两端设有两条环槽42；还包括两条钢丝挡圈64，所述钢丝挡圈64套设在对应的环槽42上，并顶紧所述辅助轴承63的内圈；
在优选的本实施例中，还包括垫圈65和孔用卡簧66；所述小臂30的第二连接端内设有第二安装槽32，所述辅助轴承63位于所述第二安装槽32内；所述孔用卡簧66嵌设在所述第二安装槽32的内侧面上，所述垫圈65安装在孔用卡簧66以及辅助轴承63之间，所述孔用卡簧66与第二安装槽32共同顶紧所述垫圈65以及辅助轴承63。
在优选的本实施例中，所述五轴法兰70设置在所述五六轴本体50的第一连接端的端面上；还包括若干塞打螺丝80，各塞打螺丝80设置在五轴法兰70上，且各塞打螺丝80与所述传动轴40的输出端连接。
在优选的本实施例中，所述过线管90安装在所述驱动装置上，供线缆穿过；所述过线管90与所述传动轴40同轴设置；
所述驱动装置包括电机21和减速机22；减速机22可为中空型的RV减速机22或谐波减速机22；所述电机21的输出端与所述减速机22的输入端连接，所述减速机22的输出端与所述传动轴40的输入端连接；所述过线管90设置在所述减速机22内；
主轴承61为交叉滚子轴承或圆锥滚子轴承或双列角接触轴承等可承受较大弯矩的轴承；所述辅助轴承63为单个或多个滚针轴承或滚柱轴承或深沟球轴承或角接触球轴承等主要承受径向载荷的轴承；
优选地，本实施例中的电机21为伺服电机21，减速机22为中空型RV减速机22、辅助轴承63为滚针轴承、主轴承61为交叉滚子轴承。
本实施例的工作过程：
通过电机21带动减速机22运动，进而带动传动轴40转动，进而通过传动轴40带动五六轴本体50转动，三四轴本体10以及小臂30固定并相对静止。
相对于现有技术，本发明通过将三四轴本体的驱动装置后置在三四轴本体上，有效降低六自由度机器人原来的二三轴的内部电机的负载率；
通过将小臂固定在三四轴本体上，无需带动小臂旋转，四轴选型计算时仅需要考虑五六轴本体以及末端负载旋转的转动惯量，可以减小三四轴本体的负载率或可以选用较小的电机与减速机型号。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种六自由度机器人的关节结构，其特征在于，包括：
三四轴本体(10)；
驱动装置，所述驱动装置设置在三四轴本体(10)的第一连接端内；
小臂(30)，所述小臂(30)的第一连接端与三四轴本体(10)的第一连接端连接；
传动轴(40)，所述传动轴(40)的输入端与所述驱动装置的输出端连接；所述传动轴(40)穿过小臂(30)的内部；
五六轴本体(50)，所述五六轴本体(50)的第一连接端转动设置在小臂(30)的第二连接端上；所述传动轴(40)的输出端与所述五六轴本体(50)的第一连接端连接。
2.根据权利要求1所述的六自由度机器人的关节结构，其特征在于，所述传动轴(40)为中空结构，中间为通孔(41)。
3.根据权利要求1所述的六自由度机器人的关节结构，其特征在于，还包括主轴承(61)和轴承压板(62)；所述五六轴本体(50)的第一连接端位于所述小臂(30)的第二连接端内；
所述主轴承(61)设置在所述五六轴本体(50)的第一连接端外以及所述小臂(30)的第二连接端内；所述小臂(30)的第二连接端的端面设有第一安装槽(31)，所述主轴承(61)位于第一安装槽(31)内，所述轴承压板(62)设置在小臂(30)的第二连接端的端面上，并压紧主轴承(61)。
4.根据权利要求3所述的六自由度机器人的关节结构，其特征在于，还包括辅助轴承(63)；所述辅助轴承(63)设置在所述传动轴(40)的输出端外以及所述小臂(30)的第二连接端内。
5.根据权利要求4所述的六自由度机器人的关节结构，其特征在于，所述传动轴(40)的外表面对应辅助轴承(63)的两端设有两条环槽(42)；还包括两条钢丝挡圈(64)，所述钢丝挡圈(64)套设在对应的环槽(42)上，并顶紧所述辅助轴承(63)的内圈。
6.根据权利要求5所述的六自由度机器人的关节结构，其特征在于，所述小臂(30)的第二连接端内设有第二安装槽(32)，所述辅助轴承(63)位于所述第二安装槽(32)内；还包括垫圈(65)和孔用卡簧(66)；所述孔用卡簧(66)嵌设在所述第二安装槽(32)的内侧面上，所述垫圈(65)安装在孔用卡簧(66)以及辅助轴承(63)之间，所述孔用卡簧(66)与第二安装槽(32)共同顶紧所述垫圈(65)以及辅助轴承(63)。
7.根据权利要求6所述的六自由度机器人的关节结构，其特征在于，还包括五轴法兰(70)；所述五轴法兰(70)设置在所述五六轴本体(50)的第一连接端的端面上；还包括若干塞打螺丝(80)，各塞打螺丝(80)设置在五轴法兰(70)上，且各塞打螺丝(80)与所述传动轴(40)的输出端连接。
8.根据权利要求7所述的六自由度机器人的关节结构，其特征在于，还包括过线管(90)；所述过线管(90)安装在所述驱动装置上，供线缆穿过；所述过线管(90)与所述传动轴(40)同轴设置。
9.根据权利要求8所述的六自由度机器人的关节结构，其特征在于，所述驱动装置包括电机(21)和减速机(22)；所述电机(21)的输出端与所述减速机(22)的输入端连接，所述减速机(22)的输出端与所述传动轴(40)的输入端连接；所述过线管(90)设置在所述减速机(22)内。
10.根据权利要求6所述的六自由度机器人的关节结构，其特征在于，所述主轴承(61)为交叉滚子轴承或圆锥滚子轴承或双列角接触轴承；所述辅助轴承(63)为滚针轴承或滚柱轴承或深沟球轴承或角接触球轴承。
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