CN110185748A - 一体式机器人关节结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种一体式机器人关节机构，其特征在于：包括输出端本体、RV减速机的针齿壳、固定端本体、一体化电机、RV减速机的输出盘架、偏心轴、行星轮、角接触球轴承、摆线轮；所述一体化电机包括电机主体和与电机连体的输入轴，一体式电机和RV减速机针齿壳组合成一体式单元，所述一体式单元的RV减速机的针齿壳和固定端本体固定连接，所述RV减速机的输出盘架与输出端本体连接，所述偏心轴包括凸轮、偏心轴同心圆、圆锥滚子轴承和滚针保持架。在RV减速机技术领域，存在机器人关节结构噪音大、调试复杂、安装精度要求高的问题，提供一种一体式机器人关节机构来解决以上问题。

Description

一体式机器人关节结构
技术领域
本发明涉及RV减速机技术领域，尤其涉及一种一体式机器人关节结构。
背景技术
RV减速机是在摆线针轮传动基础上发展起来的一种新型减速机。有两级减速结构：第一级是行星减速结构，第二级是摆线针轮减速结构。具有高刚度、高精度、大扭矩、传动效率高等优点，比单纯的摆线针轮行星传动具有更小的体积和更大的过载能力，在日本机器人的传动机构中，已在很大程度上逐渐取代单纯的摆线针轮行星传动和谐波传动。
图1是RV减速机的结构简图。主要零部件：针齿壳2、偏心轴6、行星轮7、输入轴41、输出盘架5、角接触球轴承8、摆线轮9。行星轮7和输入轴41构成第一级行星减速结构；针齿壳2、摆线轮9与滚针构成第二级摆线针轮减速结构；偏心轴6把两级减速结构有机连接，有效传递负载。
图2是传统机器人关节结构简图。主要零部件：输出端本体1、RV减速机的针齿壳2、固定端本体3、电机411、输入轴41、RV减速机的输出盘架5。该结构是：RV减速机的输出盘架5与输出端本体1连接，作为输出端。固定端本体3作为一个较为笨重的本体，同时连接着RV减速机的针齿壳2及电机411，作为输入及固定端，其中，输入轴41通过轴孔配合、螺钉等方式，连接着电机411。
这种结构存在以下几点缺陷：
a.电机和输入轴连接，输入轴齿轮和电机旋转轴同心度容易超差，导致噪音和振动；
b.电机和RV减速机的针齿壳轴向方向，连接着固定端本体，导致电机上的输入轴轴向长度增加，影响了末端齿轮传动；
c.在机器人上，由于固定端本体较为笨重，通常是分别把RV减速机的针齿壳和电机分别安装在它上面，安装过程中，由于RV减速机和电机本身自重，安装要求较小同心度不容易实现，安装后，噪音等性能是否合格不能及时获得，增加返工几率；
d.对固定端本体的加工精度提出更高要求，以达到装配后噪音等性能合格。需设计一种不用考虑电机与减速机装配、降低本体加工精度、快速、一次性安装成功的机器人关节机构。
发明内容
为克服现有技术中的机器人关节结构噪音大、调试复杂、安装精度要求高的问题，提供一种一体式机器人关节机构，其特征在于：包括输出端本体、RV减速机的针齿壳、固定端本体、一体化电机、RV减速机的输出盘架、偏心轴、行星轮、角接触球轴承、摆线轮；所述一体化电机包括电机主体和与电机连体的输入轴，一体式电机和RV减速机针齿壳组合成一体式单元，所述一体式单元的RV减速机的针齿壳和固定端本体固定连接，所述RV减速机的输出盘架与输出端本体连接，所述偏心轴包括凸轮、偏心轴同心圆、圆锥滚子轴承和滚针保持架，所述偏心轴的凸轮上套装有滚针保持架轴承，滚针保持架带动摆线轮做偏心运动，摆线轮与针齿壳啮合传动，且摆线轮和针齿壳之间设有滚针，所述角接触球轴承设于摆线轮的两侧，且位于RV减速机的针齿壳的内壁，所述角接触球轴承的外圈与RV减速机的针齿壳卡接，角接触球轴承的内圈与RV减速机的输出盘架卡接。
作为优选的，所述一体式电机上的输入轴即为电机轴，又为齿轮轴，且所述输入轴与行星轮的连接方式为直接齿轮啮合或间接齿轮啮合。
通过采用上述技术方案，一体式电机将电机和输入轴合并，提高了输出端齿轮与电机的同心度，降低噪音，减少振动，连接方式采用直接齿轮啮合和间接齿轮啮合，能够获取较大和较小的减速比，满足各类减速机比需求。
作为优选的，所述间接齿轮啮合为输入轴的花键轴上套装有输入齿轮轴，再通过输入齿轮轴与行星轮啮合，所述输入齿轮轴的外侧采用卡簧固定，所述直接齿轮啮合为通过输入轴上的齿轮与行星轮啮合。
通过采用上述技术方案，间接啮合通过在输入轴上设有花键轴，再通过花键轴上安装有的齿轮轴与行星轮啮合，直接齿轮啮合是通过输出轴直接与行星轮进行连接，这样使得RV减速机行星轮齿数的变化，从而出现的不同的齿数差，形成大减速比和小减速比。
作为优选的，所述间接齿轮啮合中的花键轴外花键和输入齿轮轴的内花键完全重合，且所述花键轴采用渐开线花键轴，且所述卡簧为轴用弹性挡圈。
通过采用上述技术方案，在间接齿轮啮合中，输出轴上通过花键轴套装输出齿轮轴，用于获得较小的减速比，两端设计采用的轴用弹性挡圈，较好的固定住安装在花间轴上的输出齿轮轴。
作为优选的，所述RV减速机的输出盘架和输出端本体之间连接方式为螺栓连接或者锥销连接，所述一体化电机和RV减速机针齿壳的连接方式为螺栓连接或者锥销连接。
通过采用上述技术方案，RV减速机的输出盘架和输出端本体、一体化电机和RV减速机针齿壳之间均采用螺栓连接或者锥销连接，对于本方案来说，对于采购该一体式的机器人关节结构，用户仅仅需要完成这两个方面的连接，便于用户使用，同时螺栓连接和锥销连接的方式均较为简单且连接的稳定性高。
作为优选的，所述偏心轴两端的偏心轴同心圆上套装有圆锥滚子轴承，且偏心轴同心圆与凸轮之间设有垫片，所述RV减速机输出盘架通过圆锥滚子轴承套装在偏心轴同心圆上。
通过采用上述技术方案，偏心轴同心圆上套装有圆锥滚子轴承与RV减速机输出盘架连接，圆锥滚子轴承起到了固定的作用，偏心轴同心圆和凸轮之间设有的垫片，能够防止套装在偏心轴同心圆上的RV减速机输出盘架和套装在凸轮上的摆线轮发生摩擦，减少事故的发生和提高使用寿命。
作为优选的，所述RV减速机的输出盘架与输出端本体的连接面为密封结构，所述密封结构的表面设有若干相互对称的沉头孔。
通过采用上述技术方案，RV减速机的输出盘架上采用密封结构，仅仅留下了用于连接的沉头孔，能够省去与输出端本体连接时的密封操作，同时起到防尘的作用，消除了杂质对减速机的污染。
作为优选的，所述一体式单元中的RV减速机针齿壳通过螺钉与固定端本体连接，其中固定端本体为环形结构且位于输出端本体和一体化电机之间。
通过采用上述技术方案，电机的一体化不仅减少了旋转轴容易超差的问题，固定端本体采用环形的设计，使得一体化电机从侧面进行安装，无需穿过固定端本体，从而减少了输入轴的长度，同时也不易影响末端齿轮的传动。
作为优选的，所述RV减速机的针齿壳外壁上设有环形凹槽，一体化电机与RV减速机针齿壳连接处设有环形凸起，所述环形凹槽和环形凸起适配。
通过采用上述技术方案，RV减速机针齿壳和一体化电机之间采用了环形凹槽和环形凸起，对一体化单元的连接起到一个定位的作用，同时也能够防止安装之后RV减速机针齿壳和一体化电机之间发生位移。
作为优选的，所述偏心轴上设有两个凸轮，且每个凸轮上均设有摆线轮，且两个摆线轮做交错的圆周摆动。
通过采用上述技术方案，两个摆线轮通过偏心轮上不同的凸轮实现交错的圆周摆动，从而带动RV减速机的针齿壳进行转动，实现第二级减速。
综上所述，本发明的一体式机器人关节结构，具有以下优势：一、电机与输入轴一体化，提高输入端齿轮与电机的同心度吗，降低噪音，减少振动；二、一体化电机齿部啮合处配备花键、卡簧连接方式，容易获得较小减速比，安装简易，满足各类减速机比需求；三、一体化电机与RV减速机组合体，再安装到机器人固定端和输出端法兰，仅需锁紧螺钉，无需其他精密装配技巧，装配简易化，且对机器人本体精度要求大大降低。
附图说明
图1是RV减速机的结构简图；
图2是传统机器人关节结构简图；
图3是一体式机器人关节结构简图A；
图4是一体式机器人关节结构简图B；
附图标记：1、输出端本体；2、RV减速机的针齿壳；3、固定端本体；4、一体化电机；41、输入轴；42、卡簧；43、输入齿轮轴；411、电机；5、RV减速机的输出盘架；6、偏心轴；7、行星轮；8、角接触球轴承；9、摆线轮。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1、图2和图3所示：一种一体式机器人关节机构，其特征在于：包括输出端本体1、RV减速机的针齿壳2、固定端本体3、一体化电机4、RV减速机的输出盘架5、偏心轴6、行星轮7、角接触球轴承8、摆线轮9；所述一体化电机4包括电机411主体和与电机411连体的输入轴41，一体式电机4和RV减速机针齿壳2组合成一体式单元，所述一体式单元的RV减速机的针齿壳2和固定端本体3固定连接，所述RV减速机的输出盘架5与输出端本体1连接，所述偏心轴6包括凸轮、偏心轴同心圆、圆锥滚子轴承和滚针保持架，所述偏心轴6的凸轮上套装有滚针保持架轴承，滚针保持架带动摆线轮9做偏心运动，摆线轮9与针齿壳2啮合传动，且摆线轮9和针齿壳2之间设有滚针，所述角接触球轴承8设于摆线轮9的两侧，且位于RV减速机的针齿壳2的内壁，所述角接触球轴承8的外圈与RV减速机的针齿壳2卡接，角接触球轴承8的内圈与RV减速机的输出盘架5卡接。
如图1、图2和图3所示：一体式电机4上的输入轴41即为电机轴，又为齿轮轴，且所述输入轴41与行星轮7的连接方式为直接齿轮啮合或间接齿轮啮合。一体式电机将电机和输入轴合并，提高了输出端齿轮与电机的同心度，降低噪音，减少振动，连接方式采用直接齿轮啮合和间接齿轮啮合，能够获取较大和较小的减速比，满足各类减速机比需求。
如图1、图2和图3所示：间接齿轮啮合为输入轴41的花键轴上套装有输入齿轮轴43，再通过输入齿轮轴43与行星轮7啮合，所述输入齿轮轴43的外侧采用卡簧42固定，所述直接齿轮啮合为通过输入轴41上的齿轮与行星轮7啮合。间接啮合通过在输入轴上设有花键轴，再通过花键轴上安装有的齿轮轴与行星轮啮合，直接齿轮啮合是通过输出轴直接与行星轮进行连接，这样使得RV减速机行星轮齿数的变化，从而出现的不同的齿数差，形成大减速比和小减速比。
如图1、图2和图3所示：间接齿轮啮合中的花键轴外花键和输入齿轮轴的内花键完全重合，且所述花键轴采用渐开线花键轴，且所述卡簧42为轴用弹性挡圈。在间接齿轮啮合中，输出轴上通过花键轴套装输出齿轮轴，用于获得较小的减速比，两端设计采用的轴用弹性挡圈，较好的固定住安装在花间轴上的输出齿轮轴。
如图1、图2和图3所示：RV减速机的输出盘架5和输出端本体1之间连接方式为螺栓连接或者锥销连接，所述一体化电机4和RV减速机针齿壳2的连接方式为螺栓连接或者锥销连接。RV减速机的输出盘架和输出端本体、一体化电机和RV减速机针齿壳之间均采用螺栓连接或者锥销连接，对于本方案来说，对于采购该一体式的机器人关节结构，用户仅仅需要完成这两个方面的连接，便于用户使用，同时螺栓连接和锥销连接的方式均较为简单且连接的稳定性高。
如图1、图2和图3所示：偏心轴6两端的偏心轴同心圆上套装有圆锥滚子轴承，且偏心轴同心圆与凸轮之间设有垫片，所述RV减速机输出盘架通过圆锥滚子轴承套装在偏心轴同心圆上。偏心轴同心圆上套装有圆锥滚子轴承与RV减速机输出盘架连接，圆锥滚子轴承起到了固定的作用，偏心轴同心圆和凸轮之间设有的垫片，能够防止套装在偏心轴同心圆上的RV减速机输出盘架和套装在凸轮上的摆线轮发生摩擦，减少事故的发生和提高使用寿命。
如图1、图2和图3所示：RV减速机的输出盘架5与输出端本体1的连接面为密封结构，所述密封结构的表面设有若干相互对称的沉头孔。RV减速机的输出盘架上采用密封结构，仅仅留下了用于连接的沉头孔，能够省去与输出端本体连接时的密封操作，同时起到防尘的作用，消除了杂质对减速机的污染。
如图1、图2和图3所示：一体式单元中的RV减速机针齿壳2通过螺钉与固定端本体3连接，其中固定端本体3为环形结构且位于输出端本体1和一体化电机4之间。电机的一体化不仅减少了旋转轴容易超差的问题，固定端本体采用环形的设计，使得一体化电机从侧面进行安装，无需穿过固定端本体，从而减少了输入轴的长度，同时也不易影响末端齿轮的传动。
如图1、图2和图3所示：RV减速机的针齿壳2外壁上设有环形凹槽，一体化电机4与RV减速机针齿壳2连接处设有环形凸起，所述环形凹槽和环形凸起适配。RV减速机针齿壳和一体化电机之间采用了环形凹槽和环形凸起，对一体化单元的连接起到一个定位的作用，同时也能够防止安装之后RV减速机针齿壳和一体化电机之间发生位移。
如图1、图2和图3所示：偏心轴6上设有两个凸轮，且每个凸轮上均设有摆线轮9，且两个摆线轮9做交错的圆周摆动。两个摆线轮通过偏心轮上不同的凸轮实现交错的圆周摆动，从而带动RV减速机的针齿壳进行转动，实现第二级减速。
实施例2
如图1、图2和图4所示：一种一体式机器人关节机构，其特征在于：包括输出端本体1、RV减速机的针齿壳2、固定端本体3、一体化电机4、RV减速机的输出盘架5、偏心轴6、行星轮7、角接触球轴承8、摆线轮9；所述一体化电机4包括电机411主体和与电机411连体的输入轴41，一体式电机4和RV减速机针齿壳2组合成一体式单元，所述一体式单元的RV减速机的针齿壳2和固定端本体3固定连接，所述RV减速机的输出盘架5与输出端本体1连接，所述偏心轴6包括凸轮、偏心轴同心圆、圆锥滚子轴承和滚针保持架，所述偏心轴6的凸轮上套装有滚针保持架轴承，滚针保持架带动摆线轮9做偏心运动，摆线轮9与针齿壳2啮合传动，且摆线轮9和针齿壳2之间设有滚针，所述角接触球轴承8设于摆线轮9的两侧，且位于RV减速机的针齿壳2的内壁，所述角接触球轴承8的外圈与RV减速机的针齿壳2卡接，角接触球轴承8的内圈与RV减速机的输出盘架5卡接。
如图1、图2和图4所示：一体式电机4上的输入轴41即为电机轴，又为齿轮轴，且所述输入轴41与行星轮7的连接方式为直接齿轮啮合或间接齿轮啮合。一体式电机将电机和输入轴合并，提高了输出端齿轮与电机的同心度，降低噪音，减少振动，连接方式采用直接齿轮啮合和间接齿轮啮合，能够获取较大和较小的减速比，满足各类减速机比需求。
如图1、图2和图4所示：间接齿轮啮合为输入轴41的花键轴上套装有输入齿轮轴43，再通过输入齿轮轴43与行星轮7啮合，所述输入齿轮轴43的外侧采用卡簧42固定，所述直接齿轮啮合为通过输入轴41上的齿轮与行星轮7啮合。间接啮合通过在输入轴上设有花键轴，再通过花键轴上安装有的齿轮轴与行星轮啮合，直接齿轮啮合是通过输出轴直接与行星轮进行连接，这样使得RV减速机行星轮齿数的变化，从而出现的不同的齿数差，形成大减速比和小减速比。
如图1、图2和图4所示：间接齿轮啮合中的花键轴外花键和输入齿轮轴的内花键完全重合，且所述花键轴采用渐开线花键轴，且所述卡簧42为轴用弹性挡圈。在间接齿轮啮合中，输出轴上通过花键轴套装输出齿轮轴，用于获得较小的减速比，两端设计采用的轴用弹性挡圈，较好的固定住安装在花间轴上的输出齿轮轴。
如图1、图2和图4所示：RV减速机的输出盘架5和输出端本体1之间连接方式为螺栓连接或者锥销连接，所述一体化电机4和RV减速机针齿壳2的连接方式为螺栓连接或者锥销连接。RV减速机的输出盘架和输出端本体、一体化电机和RV减速机针齿壳之间均采用螺栓连接或者锥销连接，对于本方案来说，对于采购该一体式的机器人关节结构，用户仅仅需要完成这两个方面的连接，便于用户使用，同时螺栓连接和锥销连接的方式均较为简单且连接的稳定性高。
如图1、图2和图4所示：偏心轴6两端的偏心轴同心圆上套装有圆锥滚子轴承，且偏心轴同心圆与凸轮之间设有垫片，所述RV减速机输出盘架通过圆锥滚子轴承套装在偏心轴同心圆上。偏心轴同心圆上套装有圆锥滚子轴承与RV减速机输出盘架连接，圆锥滚子轴承起到了固定的作用，偏心轴同心圆和凸轮之间设有的垫片，能够防止套装在偏心轴同心圆上的RV减速机输出盘架和套装在凸轮上的摆线轮发生摩擦，减少事故的发生和提高使用寿命。
如图1、图2和图4所示：RV减速机的输出盘架5与输出端本体1的连接面为密封结构，所述密封结构的表面设有若干相互对称的沉头孔。RV减速机的输出盘架上采用密封结构，仅仅留下了用于连接的沉头孔，能够省去与输出端本体连接时的密封操作，同时起到防尘的作用，消除了杂质对减速机的污染。
如图1、图2和图4所示：一体式单元中的RV减速机针齿壳2通过螺钉与固定端本体3连接，其中固定端本体3为环形结构且位于输出端本体1和一体化电机4之间。电机的一体化不仅减少了旋转轴容易超差的问题，固定端本体采用环形的设计，使得一体化电机从侧面进行安装，无需穿过固定端本体，从而减少了输入轴的长度，同时也不易影响末端齿轮的传动。
如图1、图2和图4所示：RV减速机的针齿壳2外壁上设有环形凹槽，一体化电机4与RV减速机针齿壳2连接处设有环形凸起，所述环形凹槽和环形凸起适配。RV减速机针齿壳和一体化电机之间采用了环形凹槽和环形凸起，对一体化单元的连接起到一个定位的作用，同时也能够防止安装之后RV减速机针齿壳和一体化电机之间发生位移。
如图1、图2和图4所示：偏心轴6上设有两个凸轮，且每个凸轮上均设有摆线轮9，且两个摆线轮9做交错的圆周摆动。两个摆线轮通过偏心轮上不同的凸轮实现交错的圆周摆动，从而带动RV减速机的针齿壳进行转动，实现第二级减速。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种一体式机器人关节机构，其特征在于：包括输出端本体(1)、RV减速机的针齿壳(2)、固定端本体(3)、一体化电机(4)、RV减速机的输出盘架(5)、偏心轴(6)、行星轮(7)、角接触球轴承(8)、摆线轮(9)；所述一体化电机(4)包括电机(411)主体和与电机(411)连体的输入轴(41)，一体式电机(4)和RV减速机针齿壳(2)组合成一体式单元，所述一体式单元的RV减速机的针齿壳(2)和固定端本体(3)固定连接，所述RV减速机的输出盘架(5)与输出端本体(1)连接，所述偏心轴(6)包括凸轮、偏心轴同心圆、圆锥滚子轴承和滚针保持架，所述偏心轴(6)的凸轮上套装有滚针保持架轴承，滚针保持架带动摆线轮(9)做偏心运动，摆线轮(9)与针齿壳(2)啮合传动，且摆线轮(9)和针齿壳(2)之间设有滚针，所述角接触球轴承(8)设于摆线轮(9)的两侧，且位于RV减速机的针齿壳(2)的内壁，所述角接触球轴承(8)的外圈与RV减速机的针齿壳(2)卡接，角接触球轴承(8)的内圈与RV减速机的输出盘架(5)卡接。
2.根据权利要求1所述的一种一体式机器人关节机构，其特征在于：所述一体式电机(4)上的输入轴(41)即为电机轴，又为齿轮轴，且所述输入轴(41)与行星轮(7)的连接方式为直接齿轮啮合或间接齿轮啮合。
3.根据权利要求2所述的一种一体式机器人关节机构，其特征在于：所述间接齿轮啮合为输入轴(41)的花键轴上套装有输入齿轮轴(43)，再通过输入齿轮轴(43)与行星轮(7)啮合，所述输入齿轮轴(43)的外侧采用卡簧(42)固定，所述直接齿轮啮合为通过输入轴(41)上的齿轮与行星轮(7)啮合。
4.根据权利要求3所述的一种一体式机器人关节机构，其特征在于：所述间接齿轮啮合中的花键轴外花键和输入齿轮轴的内花键完全重合，且所述花键轴采用渐开线花键轴，且所述卡簧(42)为轴用弹性挡圈。
5.根据权利要求1所述的一种一体式机器人关节机构，其特征在于：所述RV减速机的输出盘架(5)和输出端本体(1)之间连接方式为螺栓连接或者锥销连接，所述一体化电机(4)和RV减速机针齿壳(2)的连接方式为螺栓连接或者锥销连接。
6.根据权利要求1所述的一种一体式机器人关节机构，其特征在于：所述偏心轴(6)两端的偏心轴同心圆上套装有圆锥滚子轴承，且偏心轴同心圆与凸轮之间设有垫片，所述RV减速机输出盘架通过圆锥滚子轴承套装在偏心轴同心圆上。
7.根据权利要求1所述的一种一体式机器人关节机构，其特征在于：所述RV减速机的输出盘架(5)与输出端本体(1)的连接面为密封结构，所述密封结构的表面设有若干相互对称的沉头孔。
8.根据权利要求1所述的一种一体式机器人关节机构，其特征在于：所述一体式单元中的RV减速机针齿壳(2)通过螺钉与固定端本体(3)连接，其中固定端本体(3)位于输出端本体(1)和一体化电机(4)之间。
9.根据权利要求1所述的一种一体式机器人关节机构，其特征在于：所述RV减速机的针齿壳(2)外壁上设有环形凹槽，一体化电机(4)与RV减速机针齿壳(2)连接处设有环形凸起，所述环形凹槽和环形凸起适配。
10.根据权利要求1所述的一种一体式机器人关节机构，其特征在于：所述偏心轴(6)上设有两个凸轮，且每个凸轮上均设有摆线轮(9)，且两个摆线轮(9)做交错的圆周摆动。
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