CN207643177U - 一种单边驱动的机械关节结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种单边驱动的机械关节结构，包括第一臂杆、第二臂杆、主传动机构以及辅助传动机构，第一臂杆设有主安装腔体和辅助安装腔体，第二臂杆设有连通主安装腔体和辅助安装腔体的连接腔体，主传动机构设于主安装腔体和连接腔体的相接处，采用伺服电机与谐波减速机一体式直连形式连接，相比同类产品采用的同步轮与同步带连接或者齿轮传动连接，提高了传动机构的刚性、精度以及稳定性，同时可消除颤动致使机器人本体产生共振的问题，且可避免金属颗粒的进入，提高了机器人寿命；辅助传动机构设于辅助安装腔体和连接腔体的相接处，帮助主传动机构传输驱动动力，同时保持臂杆的平衡，减小转动惯量带来的变形，提高机械臂的臂展上限。

Description

一种单边驱动的机械关节结构

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，尤其涉及一种单边驱动的机械关节结构。

背景技术

机械手臂，是机器人赖以完成作业任务的执行机构，也称操作器、或操作手臂，可以在确定的环境中执行控制***指定的操作。典型工业机器人的机械手臂一般由手部(末端执行器)、腕部、臂部、腰部和基座构成。机械手臂多采用关节式机械结构，一般具有6个自由度，其中3个用来确定末端执行器的位置，另外3个则用来确定末端执行装置的方向(姿势)。臂杆上的末端执行装置可以根据操作需要换成焊枪、吸盘、扳手等作业工具。传统机械手臂的关节结构是采用同步轮与同步带连接作为传动机构，或者直接采用齿轮传动连接，上述两种传动方式的传动精度和效率不高，承接能力有限，运转时易产生颤动，致使机械手臂产生共振的问题，且易进入金属颗粒，降低了机械手臂的寿命；此外，一般的机械手臂的关节结构只有一处传动机构，在大的转动惯量的作用下极易产生变形，从而限制了机械手臂的臂展。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种单边驱动的机械关节结构，该结构精度高、稳定性好、工作寿命长，且提高机械臂的臂展上限。

基于此，本实用新型提供了一种单边驱动的机械关节结构，包括第一臂杆、第二臂杆、主传动机构以及辅助传动机构，所述第一臂杆设有对称设置的主连接部和辅助连接部，所述主连接部设有主安装腔体以及连通外界的主开口，所述辅助连接部设有辅助安装腔体以及连通外界的辅助开口，所述主开口和所述辅助开口正对，所述主连接部和所述辅助连接部之间形成一个安装口，所述第二臂杆设有中间连接部，所述中间连接部伸入所述安装口内，所述中间连接部设有连通所述主安装腔体和所述辅助安装腔体的连接腔体，所述中间连接部设有第一安装位和第二安装位，所述主连接部设有第三安装位，所述辅助连接部设有第四安装位，所述主传动机构同时安装于所述第一安装位和所述第三安装位上，所述辅助传动机构同时安装于所述第二安装位和所述第四安装位上。

作为优选方案，所述连接腔体设有与所述主开口正对的第一连接开口以及与所述辅助开口正对的第二连接开口，所述第一安装位设于所述第一连接开口的边缘，所述第二安装位设于所述第二连接开口的边缘，所述第三安装位设于所述主开口的边缘，所述第四安装位设于所述辅助开口的边缘。

作为优选方案，所述主传动机构包括电机、第一固定法兰、第二固定法兰、输出法兰以及谐波减速器，所述第一固定法兰通过紧固件与所述第一安装位配合安装，所述电机设于所述连接腔体内且所述电机的壳体与所述第一固定法兰卡接，所述电机的输出轴穿过所述第一固定法兰的通孔与所述谐波减速器的第一端相连接，所述谐波减速器设于所述主安装腔体内并通过紧固件与所述第一固定法兰相连接，所述第二固定法兰为圆筒形并设于所述谐波减速器的外侧，所述第二固定法兰的第一端通过紧固件与所述第三安装位配合安装，所述第二固定法兰的第二端和所述谐波减速器的第二端均与所述输出法兰相连接。

作为优选方案，所述输出法兰的中间设有通向所述谐波减速器的观察口，所述观察口处设有带注油孔的注油法兰。

作为优选方案，所述谐波减速器包括刚轮、柔轮以及波发生器，所述刚轮通过紧固件与所述第一固定法兰相连接，所述输出法兰通过紧固件分别与所述柔轮和所述第二固定法兰相连接，所述波发生器通过限位压盖安装于所述电机的输出轴上。

作为优选方案，所述辅助传动机构包括中空轴和滚动轴承，所述滚动轴承通过外端面压盖安装于所述第二安装位上，所述中空轴的第一端通过紧固件与所述第四安装位配合安装，所述中空轴的第二端伸入所述滚动轴承内并通过内端面压盖与所述滚动轴承形成配合连接。

作为优选方案，所述辅助传动机构包括中空轴和滚动轴承，所述中空轴的第一端穿过所述滚动轴承并通过紧固件与所述第二安装位配合安装，所述中空轴的第二端设有径向凸台，所述滚动轴承通过所述径向凸台、外限位环以及内限位环限位安装于所述第四安装位上。

作为优选方案，所述电机为绝对值伺服电机。

作为优选方案，所述第一臂杆设有两个所述安装口，两个所述安装口相背设置。

作为优选方案，所述主连接部设有第一销钉孔，所述中间连接部设有第二销钉孔，当所述第一销钉孔和所述第二销钉孔正对时，所述第一臂杆或所述第二臂杆调整为零位。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：

本实用新型提供的一种单边驱动的机械关节结构，跟现有技术相比，具有精度高、稳定性好、工作寿命长，提高臂展上限的优点。本实用新型提供的单边驱动的机械关节结构包括第一臂杆、第二臂杆、主传动机构以及辅助传动机构，第一臂杆设有对称设置的主安装腔体和辅助安装腔体，第二臂杆设有连通主安装腔体和辅助安装腔体的连接腔体，主传动机构设于主安装腔体和连接腔体的相接处，采用伺服电机与谐波减速机一体式直连形式连接，相比同类产品采用的同步轮与同步带连接或者齿轮传动连接，提高了传动机构的刚性、精度以及稳定性，同时可消除颤动致使机器人本体产生共振的问题，且可避免金属颗粒的进入，提高了机器人寿命；辅助传动机构设于辅助安装腔体和连接腔体的相接处，帮助主传动机构传输驱动动力，同时保持臂杆的平衡，减小转动惯量带来的变形，提高机械臂的臂展上限。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的第一臂杆及其主连接部的结构示意图。

图2是本实用新型实施例一的第一臂杆及其辅助连接部的结构示意图。

图3是本实用新型实施例一的第二臂杆及其第一安装位的结构示意图。

图4是本实用新型实施例一的第二臂杆及其第二安装位的结构示意图。

图5是本实用新型实施例一的关节结构的示意图。

图6是本实用新型实施例一的传动机构的结构示意图。

图7是图5中I区域的放大图。

图8是本实用新型实施例一的双关节结构的示意图。

图9是本实用新型实施例二的辅助传动机构的安装示意图。

附图标记说明：

1、第一臂杆，1.1、主连接部，1.11、第三安装位，1.12、第一销钉孔，1.2、辅助连接部，1.21、第四安装位，2、第二臂杆，2.1、中间连接部，2.11、第一安装位，2.12、第二安装位，2.13、第二销钉孔，3、电机，3.1、输出轴，4、第一固定法兰，5、第二固定法兰，6、输出法兰，7、谐波减速器，7a、刚轮，7b、柔轮，7c、波发生器，8、注油法兰，9、限位压盖，10、中空轴，10.1、径向凸台，11、滚动轴承，12、外端面压盖，13、内端面压盖，14、第三臂杆，15、外限位环，16、内限位环。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1至图5所示，本实用新型实施例提供一种单边驱动的机械关节结构，包括第一臂杆1、第二臂杆2、主传动机构以及辅助传动机构，第一臂杆1设有对称设置的主连接部1.1和辅助连接部1.2，主连接部1.1设有主安装腔体以及连通外界的主开口，辅助连接部1.2设有辅助安装腔体以及连通外界的辅助开口，主开口和辅助开口正对。主连接部1.1和辅助连接部1.2之间形成一个安装口，第二臂杆2设有中间连接部2.1，中间连接部2.1伸入安装口内，中间连接部2.1设有连通主安装腔体和辅助安装腔体的连接腔体，连接腔体设有与主开口正对的第一连接开口以及与辅助开口正对的第二连接开口。第一连接开口的边缘设有第一安装位2.11，第二连接开口的边缘设有第二安装位2.12，主开口的边缘设有第三安装位1.11，辅助开口的边缘设有第四安装位1.21。主传动机构通过紧固件同时安装于第一安装位2.11和第三安装位1.11上，辅助传动机构通过紧固件同时安装于第二安装位2.12和第四安装位1.21上。由此，主、辅传动机构共同传输驱动动力，第二臂杆2可相对于第一臂杆1转动；同时，主、辅传动机构对称布置可保持机械臂整体的平衡稳定性，而且一侧驱动，另一侧辅助的特殊结构还可减小转动惯量带来的变形，延长传动机构的寿命。因此，与现有的同类产品相比，该关节结构可获得更长的臂展。

进一步的，主连接部1.1设有第一销钉孔1.12，与之对应的，中间连接部2.1在其与主连接部1.1的相接处设有第二销钉孔2.13。若第一销钉孔1.12代表初始零位，则旋转第二臂杆2，当第二销钉孔2.13和第一销钉孔1.12正对时，第二臂杆2调整为零位；若第二销钉孔2.13代表初始零位，则旋转第一臂杆1，当第一销钉孔1.12和第二销钉孔2.13正对时，第一臂杆2调整为零位。在机器人工作前以基座的销钉孔为零位，按此方法依次将各段臂杆调整为零位，可以准确定位坐标系位置，提高机器人的运算精度。此外，在运输过程中向正对的第一销钉孔1.12和第二销钉孔2.13***定位销(图中未显示)，可固定机械臂的位置，防止机械臂随意摆动对他人或自身造成损害。

如图6所示，上述主传动机构包括电机3、第一固定法兰4、第二固定法兰5、输出法兰6以及谐波减速器7，电机3和谐波减速器7分别设于第一固定法兰4的两侧，电机3的壳体与第一固定法兰4卡接，电机3的输出轴3.1穿过第一固定法兰4的通孔与谐波减速器7的第一端相接，谐波减速器7通过紧固件与第一固定法兰4相连接，第二固定法兰5为圆筒形并设于谐波减速器7的外侧，第二固定法兰5的第一端用于与外界安装位配合安装，第二固定法兰5的第二端和谐波减速器7的第二端同时与输出法兰6相连接。电机3的旋转中心线、谐波减速器7的中心线、第一固定法兰4的中心线、第二固定法兰5的中心线以及输出法兰6的中心线五线重合。相比同类产品采用的同步轮与同步带连接或者齿轮传动连接，电机3和谐波减速器7的一体式直连形式连接，提高了传动机构的刚性、精度以及稳定性，同时可消除颤动致使机器人本体产生共振的问题，且可避免金属颗粒的进入，提高了机器人寿命。

进一步的，输出法兰6的中间还设有通向谐波减速器7的观察口，通过该观察口可以对谐波减速器7内的滑油使用情况进行检查，观察口处设有带注油孔的注油法兰8，必要时可通过该注油孔对谐波减速器7补加滑油。

更进一步的，上述的谐波减速器7包括刚轮7a、柔轮7b以及波发生器7c，刚轮7a为带有内齿圈的刚性齿轮，位于谐波减速器7的最外侧，与第一固定法兰4固定连接；波发生器7c为带有外齿圈的椭圆形齿轮，位于谐波减速器7的正中心，通过限位压盖9安装于电机3的输出轴3.1上；柔轮7b为带有外齿圈的柔性齿轮，位于波发生器7c与刚轮7a之间，与输出法兰6固定连接。刚轮7a、柔轮7b以及波发生器7c的中心线重合，即为谐波减速器7的中心线。柔轮7b的直径略小于波发生器7c的长轴长度，当波发生器7c装入柔轮7b内圆时，迫使柔轮7b产生弹性变形而呈椭圆状，长轴处柔轮7b轮齿***刚轮7a的轮齿槽内，成为完全啮合状态，而其短轴处柔轮7b轮齿与刚轮7a轮齿完全不接触，处于脱开状态，由啮合到脱开的过程之间则处于啮出或啮入状态。当电机3驱动波发生器7c连续转动时，迫使柔轮7b不断产生变形，使两轮轮齿在进行啮入、啮合、啮出、脱开的过程中不断改变各自的工作状态，产生了所谓的错齿运动，从而实现了波发生器7c与柔轮7b的运动传递，改变了柔轮7b转速，增大了转矩，再由与柔轮7b连接的输出法兰6输出转速和大转矩，传递至角接触轴承及臂杆，完成整个运动与转矩的传递。由于谐波减速器7的多齿在两个180°对称位置同时啮合，因此齿轮齿距误差和累积齿距误差对旋转精度的影响较为平均，可得到极高的位置精度和旋转精度。

在图5的基础上参见图7，辅助传动机构包括中空轴10和滚动轴承11，滚动轴承11通过外端面压盖12安装在第二安装位2.12上，中空轴10的第一端为法兰端，通过紧固件安装在第四安装位1.21上，中空轴10的第二端伸入滚动轴承11中，通过内端面压盖13和紧固件与滚动轴承11形成配合连接，中空轴10的内部空间可用于布置电缆。同样的，主传动机构的电机3置于连接腔体内，第一固定法兰4通过紧固件安装在第一安装位2.11上，谐波减速器7置于主连接腔体内，第二固定法兰5的第一端通过紧固件安装在第三安装位1.11上。由此，电机3的旋转中心线、谐波减速器7的中心线以及滚动轴承11的中心线重合，可以保证电机3、谐波减速器7以及滚动轴承11的同心度，而不会产生偏心变形，提高三者的运行精度和使用寿命。

如图8所示，第一臂杆1上设有两个上述结构的安装口，两个安装口相背设置，一个安装口连接第二臂杆2，另一个安装口连接同样设有中间连接部2.1的第三臂杆14，且第二臂杆2与第三臂杆14的转动方向在同一平面上。基于此结构，机械臂可变化的角度范围更大，操作更加灵活多变。

实施例二

本实施例与实施例一的不同在于辅助传动机构的安装方式，如图9所示，中空轴10的第一端穿过滚动轴承11并通过紧固件与第二安装位2.12配合安装，中空轴10的第二端设有径向凸台10.1，滚动轴承通过径向凸台10.1、外限位环15以及内限位环16限位安装于第四安装位1.21上，中空轴10的内部空间可用于布置电缆。此种安装结构主要适用于辅助安装腔体的体积较小的情况下，其好处在于第二臂杆2相对于第一臂杆1转动时，中空轴10不会相对于电机3转动，穿过中空轴10的电缆不会因此与电机3的外壳发生摩擦，从而减少电缆的磨损，延长机械臂的使用寿命。而如果辅助安装腔体的体积足够大，电机3周围存有较大的空间穿过电缆的话，电缆不会与电机3的外壳相接触，则不需考虑电缆与电机3外壳发生摩擦的情况。除上述区别外，本实施例的其它具体结构与实施例一中的一致，相应的原理也一致，此处不再赘述。

需要指出的是，在上述两个实施例中，电机采用分辨率21位的多圈绝对值伺服电机，特点是精度高、速度快(峰值转速可达6500r/min)、转矩大、重量轻，可自动记录电机数据，无需担心断电后数据丢失的问题；另外，上述紧固件可使用螺丝。

综上，本实用新型提供了一种单边驱动的机械关节结构，包括第一臂杆、第二臂杆、主传动机构以及辅助传动机构，第一臂杆设有对称设置的主安装腔体和辅助安装腔体，第二臂杆设有连通主安装腔体和辅助安装腔体的连接腔体，主传动机构设于主安装腔体和连接腔体的相接处，采用伺服电机与谐波减速机一体式直连形式连接，相比同类产品采用的同步轮与同步带连接或者齿轮传动连接，提高了传动机构的刚性、精度以及稳定性，同时可消除颤动致使机器人本体产生共振的问题，且可避免金属颗粒的进入，提高了机器人寿命；辅助传动机构设于辅助安装腔体和连接腔体的相接处，帮助主传动机构传输驱动动力，同时保持臂杆的平衡，减小转动惯量带来的变形，提高机械臂的臂展上限。

应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种单边驱动的机械关节结构，其特征在于，包括第一臂杆、第二臂杆、主传动机构以及辅助传动机构，所述第一臂杆设有对称设置的主连接部和辅助连接部，所述主连接部设有主安装腔体以及连通外界的主开口，所述辅助连接部设有辅助安装腔体以及连通外界的辅助开口，所述主开口和所述辅助开口正对，所述主连接部和所述辅助连接部之间形成一个安装口，所述第二臂杆设有中间连接部，所述中间连接部伸入所述安装口内，所述中间连接部设有连通所述主安装腔体和所述辅助安装腔体的连接腔体，所述中间连接部设有第一安装位和第二安装位，所述主连接部设有第三安装位，所述辅助连接部设有第四安装位，所述主传动机构同时安装于所述第一安装位和所述第三安装位上，所述辅助传动机构同时安装于所述第二安装位和所述第四安装位上。

2.根据权利要求1所述的单边驱动的机械关节结构，其特征在于，所述连接腔体设有与所述主开口正对的第一连接开口以及与所述辅助开口正对的第二连接开口，所述第一安装位设于所述第一连接开口的边缘，所述第二安装位设于所述第二连接开口的边缘，所述第三安装位设于所述主开口的边缘，所述第四安装位设于所述辅助开口的边缘。

3.根据权利要求2所述的单边驱动的机械关节结构，其特征在于，所述主传动机构包括电机、第一固定法兰、第二固定法兰、输出法兰以及谐波减速器，所述第一固定法兰通过紧固件与所述第一安装位配合安装，所述电机设于所述连接腔体内且所述电机的壳体与所述第一固定法兰卡接，所述电机的输出轴穿过所述第一固定法兰的通孔与所述谐波减速器的第一端相连接，所述谐波减速器设于所述主安装腔体内并通过紧固件与所述第一固定法兰相连接，所述第二固定法兰为圆筒形并设于所述谐波减速器的外侧，所述第二固定法兰的第一端通过紧固件与所述第三安装位配合安装，所述第二固定法兰的第二端和所述谐波减速器的第二端均与所述输出法兰相连接。

4.根据权利要求3所述的单边驱动的机械关节结构，其特征在于，所述输出法兰的中间设有通向所述谐波减速器的观察口，所述观察口处设有带注油孔的注油法兰。

5.根据权利要求3所述的单边驱动的机械关节结构，其特征在于，所述谐波减速器包括刚轮、柔轮以及波发生器，所述刚轮通过紧固件与所述第一固定法兰相连接，所述输出法兰通过紧固件分别与所述柔轮和所述第二固定法兰相连接，所述波发生器通过限位压盖安装于所述电机的输出轴上。

6.根据权利要求2所述的单边驱动的机械关节结构，其特征在于，所述辅助传动机构包括中空轴和滚动轴承，所述滚动轴承通过外端面压盖安装于所述第二安装位上，所述中空轴的第一端通过紧固件与所述第四安装位配合安装，所述中空轴的第二端伸入所述滚动轴承内并通过内端面压盖与所述滚动轴承形成配合连接。

7.根据权利要求2所述的单边驱动的机械关节结构，其特征在于，所述辅助传动机构包括中空轴和滚动轴承，所述中空轴的第一端穿过所述滚动轴承并通过紧固件与所述第二安装位配合安装，所述中空轴的第二端设有径向凸台，所述滚动轴承通过所述径向凸台、外限位环以及内限位环限位安装于所述第四安装位上。

8.根据权利要求3-5任一项所述的单边驱动的机械关节结构，其特征在于，所述电机为绝对值伺服电机。

9.根据权利要求1-7任一项所述的单边驱动的机械关节结构，其特征在于，所述第一臂杆设有两个所述安装口，两个所述安装口相背设置。

10.根据权利要求1-7任一项所述的单边驱动的机械关节结构，其特征在于，所述主连接部设有第一销钉孔，所述中间连接部设有第二销钉孔，当所述第一销钉孔和所述第二销钉孔正对时，所述第一臂杆或所述第二臂杆调整为零位。