CN107953361A - 一种机器人关节驱动机构及机器人 - Google Patents

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李友朋
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Abstract

本发明属于机器人结构技术领域，提供一种机器人关节驱动机构及机器人，包括第一关节件、第二关节件、驱动组件、传动组件以及减速组件，所述第一关节件和所述第二关节件枢接构成机器人的关节，所述驱动组件安装于第一关节件内，所述减速组件安装在机器人关节枢轴处，所述减速组件输出连接第二关节件且与机器人关节枢轴同轴；所述传动组件包括第一驱动轮、第二驱动轮以及连接于所述第一驱动轮和所述第二驱动轮间的传送件，所述驱动组件的输出连接所述第一驱动轮，所述第二驱动轮与减速组件输入连接；这样设计可以解决现有的舵机关节部分体积较大，机器人运动时关节噪声较大的问题。

Description

一种机器人关节驱动机构及机器人
技术领域
本发明属于机器人结构技术领域，尤其涉及一种机器人关节驱动机构及机器人。
背景技术
舵机是实现机器人关节动作的重要器件，舵机通常包括外壳以及置于外壳内的电机、减速器、输入轴以及传感器，机器人关节多是通过设置舵机来实现的，由于舵机壳体内包含了电机以及减速器、输出轴等结构，因此导致关节体积大，对于大型人形机器人，由于其舵机输出要求力矩大，此问题更加突出；另外，由于舵机输出力矩较大，舵机内通常采用金属齿轮传动，因此机器人工作时噪声较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人关节驱动机构，旨在解决现有的舵机关节部分体积较大，机器人关节运动时噪声较大的问题。
本发明是这样解决的：一种机器人关节驱动机构，包括第一关节件、第二关节件、驱动组件、传动组件以及减速组件，所述第一关节件和所述第二关节件枢接构成机器人的关节，所述驱动组件安装于第一关节件内，所述减速组件安装在机器人关节枢轴处，所述减速组件输出连接第二关节件且与机器人关节枢轴同轴；所述传动组件包括第一驱动轮、第二驱动轮以及连接于所述第一驱动轮和所述第二驱动轮间的传送件，所述驱动组件的输出连接所述第一驱动轮，所述第二驱动轮与减速组件输入连接。
进一步地，所述第一驱动轮为第一齿轮件，所述第二驱动轮为第二齿轮件，所述传送件为套设在所述第一齿轮件和所述第二齿轮件上的传送带。
进一步地，所述第一驱动轮的直径小于所述第二驱动轮的直径。
进一步地，所述减速组件包括减速器和与所述减速器连接的转接件，所述第二驱动轮安装于所述减速器输入轴，所述减速器输出端通过所述转接件与所述第二关节件连接。
进一步地，所述减速器为谐波减速器，包括端盖、输入轴、套设在所述输入轴上的波发生器、安装于所述波发生器外侧并与所述波发生器配合的柔轮和钢轮、安装于所述钢轮外侧的底壳、以及与所述柔轮固定连接的输出轴承，所述输入轴一端伸出所述端盖，所述端盖与所述第一关节件固定连接。
进一步地，所述第二驱动轮限位连接在所述输入轴伸出所述端盖的一端，所述端盖内侧还安装有转动轴承，所述转动轴承套设在所述输入轴上。
进一步地，所述转接件包括可供套设在所述减速器上的套筒件和沿所述套筒件背离所述减速器向外延伸的连接筒，所述套筒件和所述连接筒的分界处还设有可供与所述输出轴承固定连接的固定盘，所述连接筒上开设有可供走线的开口。
进一步地，所述第一关节件包括相对设置的第一支撑件和第二支撑件，所述第二关节件包括相对设置的第三支撑件和第四支撑件；所述第一支撑件连接在所述端盖上，所述第二支撑件通过支撑法兰连接于所述连接筒，所述第三支撑件连接于所述套筒件，所述第四支撑件连接于所述连接筒。
进一步地，所述连接筒末端内壁还设有安装轴承，所述支撑法兰连接于所述安装轴承。
进一步地，还包括用于检测关节转动角度的检测单元，所述检测单元包括安装于所述支撑法兰外侧的磁编码传感器以及安装于所述连接筒内且与所述磁编码传感器相对设置的磁铁件。
本发明还提供一种机器人，包括前述的机器人关节驱动机构。
本发明提供的机器人关节驱动机构相对于现有的技术具有的技术效果为：通过驱动组件和减速传动组件的分离设置，进而可以有效减少机器人关节的尺寸，并且驱动组件设置在第一关节件内，减速传动组件设置在第一关节件和第二关节件之间，进而使得机器人整体质量分布更加的均匀；此外通过传送件进行同步传动，从而可以有效降低工作时的噪音。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对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，下面描述中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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的机器人关节结构的整体结构图。
图2是本发明实施例提供的机器人关节结构沿一个方向上的局部分解图。
图3是本发明实施例提供的机器人关节结构沿另一个方向上的局部分解图。
图4是本发明实施例提供的机器人关节结构的右视图。
图5是图4中沿A-A方向的剖视图。
图6是本发明实施例提供的机器人关节结构中转接件的结构图。
其中，第一关节件10，第一支撑件11，第二支撑件12，第二关节件20，第三支撑件21，第四支撑件22，减速组件30，谐波减速器31，输入轴311，波发生器312，柔轮313，钢轮314，输出轴承315，转接件32，套筒件321，连接筒322，开口3221，固定盘323，限位槽324，卡口3241，安装轴承325，支撑法兰326，安装支架327，磁铁件328，端盖33，底壳34，驱动组件40，传动组件50，第一驱动轮51，第二驱动轮52，传送带53，踝关节组件60，脚板70，检测单元80。
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。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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发明和简化描述，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发明的限制。
此外，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。由此，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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参照附图1至图6所示，在本发明实施例中，提供一种机器人关节驱动结构，包括骨架组件和连接在该骨架组件内的减速组件30，以及驱动组件40。该驱动组件与该减速组件分开设置。该骨架组件包括第一关节件10和第二关节件20，该第一关节件10和第二关节件20枢接构成机器人的关节，该驱动组件40安装在该第一关节件10内；该减速组件30设置在该第一关节件10和该第二关节件20之间的枢接处，并且减速组件30输出连接第二关节件20且与机器人关节枢轴同轴，用于驱动第二关节件20相对于第一关节10转动。该减速组件30包括减速器和与该减速器连接的转接件32，该减速器优选为包括谐波减速器31；进而可以使得该驱动组件40和减速组件30分开设置在该关节部分上，进而可以有效减少机器人关节的尺寸。该驱动组件40和该减速组件30一端通过传动组件50连接，该减速组件30的另一端的端面上还连接有用于检测关节转动角度的检测单元80。这样设计将检测单元80设置在该减速组件30的末端，并且与该驱动组件40分离设置，从而可以降低电机工作时对检测电路的干扰，进而提高机器人关节转动角度检测精度。
如图1和图2所示，该传动组件50由沿第一关节件10的外侧面向外延伸的第一驱动轮51和连接在该谐波减速器31的输入轴端部上的第二驱动轮52，以及连接在该第一驱动轮51和第二驱动轮52之间的同步的传送件，该传送件优选为传送带53，并且该第一驱动轮51的直径小于该第二驱动轮52的直径，进而可以有效增加减速比，同时使得机器人整体质量分布更加的均匀；此外通过传送带53进行同步传动，从而可以有效降低工作时的噪音。
具体地，如图2所示，在本发明实施例中，该第一驱动轮51优选为第一齿轮件，该驱动组件40包括电机和与电机信号连接的控制板，电机输出轴伸出该第一关节件10，该第一齿轮件套设在电机输出轴上。该第二驱动轮52优选为第二齿轮件，该第二齿轮件优选为套设在该谐波减速器31的输入轴上，该传送带53优选为套设在该第一齿轮件和该第二齿轮件上的齿带。进而当电机驱动该第一齿轮件转动时，通过该传送带53同步带动第二齿轮件转动，由于该第二齿轮件的直径大于该第一齿轮件的直径，进而传送带53可以实现对该驱动件输出的第一次减速，并且传送带53采用皮带传动的方式，进而可以有效降低传统的齿轮啮合的噪音。该第二齿轮件转动时，带动该谐波减速器31的输入轴311转动，该谐波减速器31内部结构配合实现第二次减速，进而可以有效增加减速比。
具体地，如图4和图5所示，在本发明实施例中，该减速器优选为谐波减速器31，这样设计可以有效减少关节部分的尺寸和质量；同时该转接件32连接在该谐波减速器31的输出端。
具体地，如图5所示，在本发明实施例中，该谐波减速器31包括可供与该传动组件50连接的输入轴311、套设在该输入轴311上的波发生器312、连接在该波发生器312外侧并与该波发生器312配合的柔轮313、钢轮314，以及与柔轮313连接的输出轴承315，本实施例中，该输出轴承315通过柔轮压片与柔轮313固定安装在一起，该柔轮压片上有一个轴承的安装位，该输入轴311的一端安装于该轴承的内圈中，该转接件32连接在该输出轴承315上。输入轴311的两端一端连接第二驱动轮52，另一端安装于该轴承的内圈中。
在本实施例中，通过柔轮313和钢轮314之间的齿数差来控制传动比，进而可以有效增加减速比；该输出轴承315优选为交叉滚子轴承，减少了输出部的尺寸且输出更加稳定，能够有效降低外部干扰对减速器输出的影响。
在本实施例中，该谐波减速器31采用钢轮314固定，柔轮313输出的工作方式。
具体地，如图5所示，在本发明实施例中，该谐波减速器31还包括可供与该第一关节件10连接的端盖33和安装于柔轮313、钢轮314外侧的底壳34，波发生器312、柔轮313和钢轮314、柔轮压片均设置在该端盖33和该底壳34围成的腔体内。输入轴311穿过端盖33连接到第二驱动轮52上，并且该端盖33内壁还设有连接轴承331，输入轴311伸出端盖33的一端穿设于连接轴承331内圈，输入轴311两端均通过轴承支撑，使得输入轴311转动更加平稳。
在本实施例中，如图5所示，该钢轮314限位于端盖33和底壳34的环形安装位内，安装时，谐波减速器的端盖33与第一关节件固定，同时通过螺钉与钢轮、谐波减速器的底壳34固定在一起，该波发生器312套设在该输入轴311上，进而电机通过传送带53将驱动力传导给第二驱动轮52，进而带动该输入轴311转动，此时已经完成了第一次减速；接着该输入轴311带动波发生器312和柔轮313转动，通过输出轴承315带动转接件32转动，进而最终带动该第二关节件20相对于该第一关节件10转动。
具体地，如图2、图5和图6所示，在本发明实施例中，该转接件32包括可供套设在该谐波减速器31上的套筒件321和沿该套筒件321背离谐波减速器31向外延伸的连接筒322，该套筒件321和该连接筒322的分界处还设有可供与该输出轴承315固定连接的固定盘323；进而输入轴311转动时带动该输出轴承315转动，进而带动该连接筒322转动。该连接筒322上开设有可供走线的开口3221，该连接筒322内还连接有可供安装磁铁件328的安装支架327，安装支架327安装于连接筒322内壁。检测单元80包括控制板81上的磁编码传感器和磁铁件328。当连接筒322随着输入轴311转动时，该磁编码传感器与该磁铁件328配合，可以有效检测机器人关节的转动角度；此处由于该驱动组件40的安装位置与该磁编码传感器，以及磁铁件328的安装位置分设在不同的壳体空间内，可以有效降低两者之间的影响，进而有效提高机器人关节转动角度检测精度。
具体地，如图2、图5和图6所示，在本发明实施例中，该连接筒322的末端内壁上还凹设有可供限位连接安装轴承325的限位槽324，该限位槽324上还设有可供限位连接安装支架327的卡口3241，沿该安装轴承325的轴线方向上还连接有支撑法兰326，该控制板81安装在该支撑法兰326外侧。这样设计可以使得该控制板81更少受到驱动组件40的影响。
具体地，如图1至图3所示，在本发明实施例中，该第一关节件10包括相对设置的第一支撑件11和第二支撑件12，该第二关节件20包括相对设置的第三支撑件21和第四支撑件22，该驱动组件40固定连接在该第一支撑件11和该第二支撑之间。在其他实施例中，驱动组件40也可以安装在第三支撑件21和第四支撑件22之间。
在本发明实施例中，该第一支撑件11连接在端盖33上，该第二支撑件12连接在该支撑法兰326上，该第三支撑件21连接在该转接件32的套筒件321端面，该第四支撑件22连接在该连接筒322上。这样设计可以使得该驱动件驱动第一驱动轮51转动时，同步带动该第二驱动轮52转动，进而带动该输入轴311转动，此时已经完成了第一次减速；接着该输入轴311转动，带动波发生器312和柔轮313一起转动，柔轮313驱动与其固定连接的输出轴承315转动；同时输出轴承315转动带动该连接筒322转动，进而带动该第二关节件20上的第三支撑件21和第四支撑件22相对于该第一关节件10转动。
具体地，如图1至图3所示，在本发明实施例中，该第二关节件20下方还连接有可转动的踝关节组件60，以及用于支撑整个结构的脚板70，该踝关节组件60可转动连接在该脚板70上。本发明实施例中以机器人膝关节为例进行说明，第一关节件为机器人大腿组件，第二关节件为机器人小腿组件，但本发明并不局限于此，在其他实施例中，第一关节件和第二关节件也可以是机器人的大臂、小臂或其他关节处结构。
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 (11)

1.一种机器人关节驱动机构，其特征在于：包括第一关节件、第二关节件、驱动组件、传动组件以及减速组件，所述第一关节件和所述第二关节件枢接构成机器人的关节，所述驱动组件安装于第一关节件内，所述减速组件安装在机器人关节枢轴处，所述减速组件输出连接第二关节件且与机器人关节枢轴同轴；所述传动组件包括第一驱动轮、第二驱动轮以及连接于所述第一驱动轮和所述第二驱动轮间的传送件，所述驱动组件的输出连接所述第一驱动轮，所述第二驱动轮与减速组件输入连接。
2.如权利要求1所述的机器人关节驱动机构，其特征在于：所述第一驱动轮为第一齿轮件，所述第二驱动轮为第二齿轮件，所述传送件为套设在所述第一齿轮件和所述第二齿轮件上的传送带。
3.如权利要求1所述的机器人关节驱动机构，其特征在于：所述第一驱动轮的直径小于所述第二驱动轮的直径。
4.如权利要求1所述的机器人关节驱动机构，其特征在于：所述减速组件包括减速器和与所述减速器连接的转接件，所述第二驱动轮安装于所述减速器输入轴，所述减速器输出端通过所述转接件与所述第二关节件连接。
5.如权利要求4所述的机器人关节驱动机构，其特征在于：所述减速器为谐波减速器，包括端盖、输入轴、套设在所述输入轴上的波发生器、安装于所述波发生器外侧并与所述波发生器配合的柔轮和钢轮、安装于所述钢轮外侧的底壳、以及与所述柔轮固定连接的输出轴承，所述输入轴一端伸出所述端盖，所述端盖与所述第一关节件固定连接。
6.如权利要求5所述的机器人关节驱动机构，其特征在于：所述第二驱动轮限位连接在所述输入轴伸出所述端盖的一端，所述端盖内侧还安装有转动轴承，所述转动轴承套设在所述输入轴上。
7.如权利要求6所述的机器人关节驱动机构，其特征在于：所述转接件包括可供套设在所述减速器上的套筒件和沿所述套筒件背离所述减速器向外延伸的连接筒，所述套筒件和所述连接筒的分界处还设有可供与所述输出轴承固定连接的固定盘，所述连接筒上开设有可供走线的开口。
8.如权利要求7所述的机器人关节驱动机构，其特征在于：所述第一关节件包括相对设置的第一支撑件和第二支撑件，所述第二关节件包括相对设置的第三支撑件和第四支撑件；所述第一支撑件连接在所述端盖上，所述第二支撑件通过支撑法兰连接于所述连接筒，所述第三支撑件连接于所述套筒件，所述第四支撑件连接于所述连接筒。
9.如权利要求8所述的机器人关节驱动机构，其特征在于：所述连接筒末端内壁还设有安装轴承，所述支撑法兰连接于所述安装轴承。
10.如权利要求9所述的机器人关节驱动机构，其特征在于：所述机器人关节驱动机构还包括用于检测关节转动角度的检测单元，所述检测单元包括安装于所述支撑法兰外侧的磁编码传感器以及安装于所述连接筒内且与所述磁编码传感器相对设置的磁铁件。
11.一种机器人，其特征在于：包括如权利要求1-10任一项所述的机器人关节驱动机构。
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