CN109278036A - 输出轴组件及机器人 - Google Patents

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shaft assembly
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赵坤雷
余文华
谢铮
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Abstract

本发明属于输出轴结构技术领域，涉及输出轴组件及机器人。转接轴转动安装于壳体，转接轴穿设于弹性体内圈并与其同步转动连接，弹性体外圈固定于壳体。转接轴连接动力输出机构，壳体连接被驱动件。该输出轴组件安装方便，简洁实用。工作时，动力输出机构带动转接轴转动，弹性体随转接轴转动，弹性体带动壳体转动，从而使被驱动件动作。如被驱动件遇到外力作用，由于弹性体内圈与外圈连接有弹性部，弹性部会产生弹性变形，外圈和内圈会存在角度差，使得输出轴组件具有一定的缓冲作用，可以有效降低外力对动力输出机构的损坏，有效保护动力输出机构，提升可靠性，降低用户维护成本。

Description

输出轴组件及机器人
技术领域
本发明属于输出轴结构技术领域，更具体地说，是涉及输出轴组件及机器人。
背景技术
现有机器人的动力输出机构与被驱动件都是刚性连接，即动力输出机构与被驱动件(如机器人骨架等)直接连接。采用这种连接方式的机器人，当受外力作用时，很容易损坏内部作为动力输出的舵机。尤其是对于大型仿人机器人，例如当机器人意外摔倒，由于机器人自身重量比较大，当重力作用于机器人手臂、腿部等时，很容易损坏关节处的舵机。舵机占了整个机器人成本的大部分，如果舵机频繁损坏，会降低机器人可靠性，增加用户的维护成本。
发明内容
本发明的目的在于提供输出轴组件及机器人，以解决现有动力输出机构与被驱动件刚性连接引起动力输出机构容易损坏的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种输出轴组件，包括：
用于与被驱动件连接的壳体；
用于与动力输出机构连接的转接轴，所述转接轴转动安装于所述壳体；以及
安装于所述壳体的弹性体，其包括内圈、位于所述内圈外的外圈、及连接于所述内圈与所述外圈之间的弹性部，所述转接轴穿设于所述内圈，所述内圈与所述转接轴同步转动连接，所述外圈固定于所述壳体。
进一步地，所述壳体包括底壳及固定于所述底壳的面壳，所述底壳具有第一过孔，所述面壳具有与所述第一过孔相对设置的第二过孔，所述转接轴穿设于所述第一过孔与所述第二过孔，所述底壳与所述面壳围合形成容纳腔，所述弹性体位于所述容纳腔内。
进一步地，所述底壳内设有用于安装所述弹性体的安装位，所述外圈通过第一紧固件固定于所述底壳；所述面壳通过第二紧固件固定于所述底壳，所述弹性体沿轴向夹设于所述面壳与所述底壳之间。
进一步地，所述外圈的外侧面开设有供所述第二紧固件穿过的缺口。
进一步地，所述底壳内设有用于支承所述转接轴的第一轴承，所述面壳内设有用于支承所述转接轴的第二轴承；
所述转接轴具有用于对所述第一轴承轴向限位的第一限位台阶；
所述转接轴具有用于对所述内圈轴向限位的第二限位台阶；所述第二轴承背离于所述内圈的一侧抵接有锁紧螺帽，所述锁紧螺帽螺纹连接于所述转接轴。
进一步地，所述第二轴承与所述内圈之间夹设有垫圈，所述内圈具有用于对所述垫圈轴向限位的第三限位台阶。
进一步地，所述弹性部包括呈放射状分布的若干弧形臂，沿径向相邻分布的两个所述弧形臂通过连接臂相连接，所述内圈与靠近于所述内圈的所述弧形臂之间通过连接臂相连接，所述外圈与靠近于所述外圈的所述弧形臂之间通过连接臂相连接，沿周向相邻两个所述弧形臂相间隔。
进一步地，所述内圈与所述转接轴之间通过花键联接。
进一步地，所述壳体设有用于检测所述转接轴与所述壳体的相对旋转角度的角度传感器。
进一步地，所述壳体具有透明观察部。
本发明提供一种机器人，包括被驱动件、动力输出机构及上述输出轴组件，所述被驱动件连接于所述壳体，所述动力输出机构连接于所述转接轴。
本发明相对于现有技术的技术效果是：转接轴转动安装于壳体，转接轴穿设于弹性体内圈并与其同步转动连接，弹性体外圈固定于壳体。转接轴连接动力输出机构，壳体连接被驱动件。该输出轴组件安装方便，简洁实用。工作时，动力输出机构带动转接轴转动，弹性体随转接轴转动，弹性体带动壳体转动，从而使被驱动件动作。如被驱动件遇到外力作用，由于弹性体内圈与外圈连接有弹性部，弹性部会产生弹性变形，外圈和内圈会存在角度差，使得输出轴组件具有一定的缓冲作用，可以有效降低外力对动力输出机构的损坏，有效保护动力输出机构，提升可靠性，降低用户维护成本。
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为本发明实施例提供的输出轴组件的立体装配图；
图2为图1的输出轴组件的主视图；
图3为图2的输出轴组件沿A-A线的剖视图；
图4为图1的输出轴组件中应用的弹性体的立体结构图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。
请一并参阅图1至图4，先对本发明提供的输出轴组件100进行说明。输出轴组件100包括壳体10、转接轴20、弹性体30。壳体10用于与被驱动件(图未示)连接；转接轴20用于与动力输出机构200连接，转接轴20转动安装于壳体10；弹性体30安装于壳体10，弹性体30包括内圈31、位于内圈31外的外圈32、及连接于内圈31与外圈32之间的弹性部33，转接轴20穿设于内圈31，内圈31与转接轴20同步转动连接，外圈32固定于壳体10。
转接轴20转动安装于壳体10，转接轴20穿设于弹性体30内圈31并与其同步转动连接，弹性体30外圈32固定于壳体10。转接轴20连接动力输出机构200，壳体10连接被驱动件。该输出轴组件100安装方便，简洁实用。工作时，动力输出机构200带动转接轴20转动，弹性体30随转接轴20转动，弹性体30带动壳体10转动，从而使被驱动件动作。如被驱动件遇到外力作用，由于弹性体30内圈31与外圈32连接有弹性部33，弹性部33会产生弹性变形，外圈32和内圈31会存在角度差，使得输出轴组件100具有一定的缓冲作用，可以有效降低外力对动力输出机构200的损坏，有效保护动力输出机构200，提升可靠性，降低用户维护成本。
被驱动件可以是机器人手臂、腿部关节等。动力输出机构200可以是舵机或其他动力输出机构。在使用时，转接轴20一端与动力输出机构200固定连接，壳体10与被驱动件固定连接，以驱动机器人动作。弹性体30设于壳体10内，转接轴20穿设于壳体10，该结构容易装配，结构紧凑，通过很少的零件完成弹性体30的封装。
进一步地，作为本发明提供的输出轴组件100的一种具体实施方式，壳体10包括底壳11及固定于底壳11的面壳12，底壳11具有第一过孔111，面壳12具有与第一过孔111相对设置的第二过孔121，转接轴20穿设于第一过孔111与第二过孔121，底壳11与面壳12围合形成容纳腔13，弹性体30位于容纳腔13内。该结构容易成型与装配，通过很少的零件完成弹性体30的封装，壳体10能保护并固定弹性体30，整体结构紧凑。转接轴20穿设于第一过孔111与第二过孔121，转接轴20支承于壳体10并转动安装于壳体10。动力输出机构200连接于转接轴20伸出于底壳11的端部，被驱动件连接于面壳12，以驱动机器人动作，结构紧凑。被驱动件可以通过紧固件连接于面壳12，容易装配。
进一步地，作为本发明提供的输出轴组件100的一种具体实施方式，底壳11内设有用于安装弹性体30的安装位112，外圈32通过第一紧固件(图未示)固定于底壳11。面壳12通过第二紧固件(图未示)固定于底壳11，弹性体30沿轴向夹设于面壳12与底壳11之间。该结构容易装配，让外圈32固定于底壳11，弹性体30的外圈32固定于壳体10。弹性体30大致呈圆柱状，底壳11安装位112的形状与弹性体30相适配，便于弹性体30装配于底壳11。面壳12内部直径小于弹性体30外径，面壳12通过第二紧固件和底壳11锁紧时，面壳12一侧抵靠弹性体30，将弹性体30位置固定。第一紧固件与第二紧固件可以为螺栓，容易装配。
进一步地，作为本发明提供的输出轴组件100的一种具体实施方式，外圈32的外侧面开设有供第二紧固件穿过的缺口321。该结构能减小输出轴组件100的体积，结构紧凑。
进一步地，作为本发明提供的输出轴组件100的一种具体实施方式，底壳11内设有用于支承转接轴20的第一轴承41，面壳12内设有用于支承转接轴20的第二轴承42；该结构容易装配，降低转接轴20与外部的摩擦力，提高效率，同时减少磨损。底壳11的第一过孔111处设有用于放置第一轴承41的第一放置位113，面壳12的第二过孔121处设有用于放置第二轴承42的第二放置位122，该结构便于轴承的装配。
转接轴20具有用于对第一轴承41轴向限位的第一限位台阶24，转接轴20上的第一限位台阶24抵靠在第一轴承41一侧，防止第一轴承41脱落。
转接轴20具有用于对内圈31轴向限位的第二限位台阶25，第二轴承42背离于内圈31的一侧抵接有锁紧螺帽43，锁紧螺帽43螺纹连接于转接轴20。第二轴承42通过第二限位台阶25、内圈31、垫圈44和锁紧螺帽43轴向限位。该结构容易装配，通过锁紧螺帽43实现与第二轴承42的贴合锁紧，内圈31的两侧分别抵靠于第二限位台阶25与垫圈44，对内圈31轴向限位。
第二轴承42与内圈31之间夹设有垫圈44，内圈31具有用于对垫圈44轴向限位的第三限位台阶311。由于转接轴20和弹性体30内圈31转动时，与壳体10有相对转动，为了防止第二轴承42与内圈31直接接触损耗元件，在二者之间设置了垫圈44。
转接轴20包括用于安装第一轴承41的第一段21、用于安装弹性体30内圈31的第二段22、用于安装第二轴承42的第三段23，第一段21、第二段22与第三段23依次连接。第一段21的直径大于第二段22的直径，第二段22的直径大于第三段23的直径。第一限位台阶24位于第一段21远离于第二段22处，第二限位台阶25位于第一段21与第二段22之间。转接轴20容易成型，便于装配第一轴承41、弹性体30与第二轴承42。转接轴20还包括连接于第一段21的一端部的转接盘211，用于连接舵机动力输出的舵盘201。
进一步地，作为本发明提供的输出轴组件100的一种具体实施方式，弹性部33包括呈放射状分布的若干弧形臂331，沿径向相邻分布的两个弧形臂331通过连接臂333相连接，内圈31与靠近于内圈31的弧形臂331之间通过连接臂333相连接，外圈32与靠近于外圈32的弧形臂331之间通过连接臂333相连接，沿周向相邻两个弧形臂331相间隔。弹性体30内圈31与外圈32连接有弹性部33，该结构能沿周向产生弹性变形。如被驱动件遇到外力作用，弹性部33会产生弹性变形，外圈32和内圈31会存在角度差，使得输出轴组件100具有一定的缓冲作用，可以有效降低外力对动力输出机构200的损坏，有效保护动力输出机构200，提升可靠性，降低用户维护成本。弧形臂331设有若干层，弧形臂331呈圆弧形，以内圈31为圆心均匀排列在其周围，相邻两层弧形臂331之间相间隔设置，该结构能沿周向产生弹性变形。弹性体30采用弹性材料一体成型，容易制作。弧形臂331开设有沿轴向延伸的贯通槽332，该结构容易加工，节省材料，还能提高弹性体30的弹性变形能力，提高输出轴组件100的缓冲作用以吸收外力作用。
进一步地，作为本发明提供的输出轴组件100的一种具体实施方式，内圈31与转接轴20之间通过花键联接。内圈31设有内花键312，转接轴20设有外花键221，该结构容易成型与装配，让转接轴20与内圈31同步转动连接。
进一步地，作为本发明提供的输出轴组件100的一种具体实施方式，壳体10设有用于检测转接轴20与壳体10的相对旋转角度的角度传感器50。角度传感器50固定于面壳12顶部，角度传感器50的输入轴与转接轴20固定连接，从而可以检测动力输出机构200的输出角度、转接轴20与壳体10的相对旋转角度，使用该输出轴组件100可以实现准确的角度输出。角度传感器50属于现有技术。
进一步地，作为本发明提供的输出轴组件100的一种具体实施方式，壳体10具有透明观察部14。透明观察部14由透明材料制作，在保证机构密封性的同时方便由外部观察内部弹性体30的工作情况。面壳12端部通过安装亚克力板实现透明观察部14。
本发明还提供一种机器人，包括被驱动件、动力输出机构200及上述输出轴组件100，被驱动件连接于壳体10，动力输出机构200连接于转接轴20。
转接轴20转动安装于壳体10，转接轴20穿设于弹性体30内圈31并与其同步转动连接，弹性体30外圈32固定于壳体10。转接轴20连接动力输出机构200，壳体10连接被驱动件。该输出轴组件100安装方便，简洁实用。工作时，动力输出机构200带动转接轴20转动，弹性体30随转接轴20转动，弹性体30带动壳体10转动，从而使被驱动件动作。如被驱动件遇到外力作用，由于弹性体30内圈31与外圈32连接有弹性部33，弹性部33会产生弹性变形，外圈32和内圈31会存在角度差，使得输出轴组件100具有一定的缓冲作用，可以有效降低外力对动力输出机构200的损坏，有效保护动力输出机构200，提升可靠性，降低用户维护成本。
以上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.输出轴组件，其特征在于，包括：
用于与被驱动件连接的壳体；
用于与动力输出机构连接的转接轴，所述转接轴转动安装于所述壳体；以及
安装于所述壳体的弹性体，其包括内圈、位于所述内圈外的外圈、及连接于所述内圈与所述外圈之间的弹性部，所述转接轴穿设于所述内圈，所述内圈与所述转接轴同步转动连接，所述外圈固定于所述壳体。
2.如权利要求1所述的输出轴组件，其特征在于，所述壳体包括底壳及固定于所述底壳的面壳，所述底壳具有第一过孔，所述面壳具有与所述第一过孔相对设置的第二过孔，所述转接轴穿设于所述第一过孔与所述第二过孔，所述底壳与所述面壳围合形成容纳腔，所述弹性体位于所述容纳腔内。
3.如权利要求2所述的输出轴组件，其特征在于，所述底壳内设有用于安装所述弹性体的安装位，所述外圈通过第一紧固件固定于所述底壳；所述面壳通过第二紧固件固定于所述底壳，所述弹性体沿轴向夹设于所述面壳与所述底壳之间。
4.如权利要求3所述的输出轴组件，其特征在于，所述外圈的外侧面开设有供所述第二紧固件穿过的缺口。
5.如权利要求2所述的输出轴组件，其特征在于，所述底壳内设有用于支承所述转接轴的第一轴承，所述面壳内设有用于支承所述转接轴的第二轴承；
所述转接轴具有用于对所述第一轴承轴向限位的第一限位台阶；
所述转接轴具有用于对所述内圈轴向限位的第二限位台阶；所述第二轴承背离于所述内圈的一侧抵接有锁紧螺帽，所述锁紧螺帽螺纹连接于所述转接轴。
6.如权利要求5所述的输出轴组件，其特征在于，所述第二轴承与所述内圈之间夹设有垫圈，所述内圈具有用于对所述垫圈轴向限位的第三限位台阶。
7.如权利要求1至6任一项所述的输出轴组件，其特征在于，所述弹性部包括呈放射状分布的若干弧形臂，沿径向相邻分布的两个所述弧形臂通过连接臂相连接，所述内圈与靠近于所述内圈的所述弧形臂之间通过连接臂相连接，所述外圈与靠近于所述外圈的所述弧形臂之间通过连接臂相连接，沿周向相邻两个所述弧形臂相间隔。
8.如权利要求1至6任一项所述的输出轴组件，其特征在于，所述内圈与所述转接轴之间通过花键联接。
9.如权利要求1至6任一项所述的输出轴组件，其特征在于，所述壳体设有用于检测所述转接轴与所述壳体的相对旋转角度的角度传感器。
10.如权利要求1至6任一项所述的输出轴组件，其特征在于，所述壳体具有透明观察部。
11.机器人，其特征在于，包括被驱动件、动力输出机构及如权利要求1至10任一项所述的输出轴组件，所述被驱动件连接于所述壳体，所述动力输出机构连接于所述转接轴。
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