CN110549363A - 一种机器人关节 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人的技术领域，更具体地，涉及一种机器人关节，包括壳体、用于连接第一负载的第一输出轴、用于连接第二负载的第二输出轴、连接于第一输出轴和第二输出轴之间的传动组件以及用于驱动第一输出轴转动的驱动组件，壳体设有容第一输出轴伸出的第一通孔以及容第二输出轴伸出的第二通孔，第一输出轴与驱动组件连接，传动组件、驱动组件均设于壳体内部。本发明第二输出轴跟随第一输出轴一起旋转，分别带动第一负载、第二负载工作，具有双输出轴；驱动组件连接的电线从壳体内部引出，驱动组件在驱动第一输出轴、第二输出轴连续旋转的过程中，电线不会发生缠绕，可实现360°连续旋转，有效提高服务机器人、协作机器人的灵活性。

Description

一种机器人关节

技术领域

本发明涉及机器人的技术领域，更具体地，涉及一种机器人关节。

背景技术

实现机器人关节的360°连续旋转对于服务机器人、协作机器人的灵活性提高具有重大的意义。当两个转动部件在相互转动时，常常需要信号传输线实现转动部件的信号控制。目前，市面上的机器人在工作时，机器人的控制及连接、传输都要通过电线连接，电线设置关节外，为避免关节旋转时折断电线导致故障，常对关节旋转的角度进行限制，从而导致大多机器人的关节无法实现360°连续旋转。

中国专利CN201810694821.8公开了一种电连接结构以及机器人关节结构，在第一转动部件和第二转动部件之间连接触头和触片导通，触片在第一转动部件和第二转动部件相对转动始终与触头抵触，保持第一线路和第二线路的导通，实现关节转动时第一线路和第二线路保持导通。然而，在机器人关节结构中增设电连接结构，生产过程中需考虑电连接结构与周边部件之间的连接关系，加工工艺较为复杂，生产成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种机器人关节，拥有双输出轴，且可实现360°连续旋转，有效提高服务机器人、协作机器人的灵活性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种机器人关节，包括壳体、用于连接第一负载的第一输出轴、用于连接第二负载的第二输出轴、连接于第一输出轴和第二输出轴之间的传动组件、用于驱动第一输出轴转动的驱动组件以及用于监测第一输出轴、第二输出轴转速的测速组件，所述壳体设有容第一输出轴伸出的第一通孔以及容第二输出轴伸出的第二通孔，所述第一输出轴与驱动组件连接，所述传动组件、驱动组件均设于壳体内部，所述测速组件包括固定于第二输出端部的定位磁铁以及固定于壳体的传感器，所述定位磁铁与传感器配合测出的第二输出轴与传感器之间的相对转速。

本发明的机器人关节，由驱动组件驱动第一输出轴转动，在传动组件的带动下，第二输出轴跟随第一输出轴一起旋转，分别带动第一负载、第二负载工作，具有双输出轴；测速组件测试第一输出轴、第二输出轴的转速并通过传感器的信号传输线上送，由于定位磁铁跟随第二输出轴转动时，传感器相对静止，信号传输线不会发生缠绕。本发明可实现360°连续旋转，有效提高服务机器人、协作机器人的灵活性。

进一步地，所述传动组件包括啮合设置的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮与第一输出轴连接，所述第二齿轮与第二输出轴连接。采用第一齿轮和第二齿轮啮合用以传递扭矩，传递过程平稳，且可根据检测的第二输出轴的转速、第一齿轮和第二齿轮的传动比推算第一输出轴的转速。

进一步地，所述第一齿轮与第一输出轴之间设有第一法兰，第一法兰与驱动组件连接，所述第一输出轴与第一齿轮固定连接，所述第一齿轮与第一法兰活动连接。驱动组件工作，带动第一法兰转动，第一法兰将力矩传递至第一输出轴，同时第一法兰将力矩传递至第一齿轮并通过第二齿轮驱动第二输出轴转动。

进一步地，所述第一法兰靠近第一齿轮的端面设有第一凹槽，所述第一齿轮靠近第一法兰的端面设有第二凹槽，所述第一凹槽、第二凹槽配合形成空腔，所述空腔内设有弹簧，所述弹簧的一自由端与第一法兰连接，弹簧的另一自由端与第一齿轮连接。驱动组件驱动第一法兰转动时，在扭矩作用及弹簧的作用下，第一输出轴及第一齿轮一起跟随第一法兰转动，第二齿轮与第一齿轮啮合，第二齿轮跟随转动，带动第二输出轴转动。在第一法兰与第一齿轮之间有相对运动时，弹簧能够在空腔的长度变化时绕周向发生形变。在第一法兰和第一齿轮之间设置弹簧赋予关节柔顺性：当外部载荷突然增加时，起到缓冲的作用；且还可根据弹簧的压缩量配合传感器测量外部载荷的扭矩。

进一步地，所述第一输出轴的一端设有限位凸台，所述第一法兰的外周面设有用于限制所述限位凸台周向位移的限位缺口。第一法兰在驱动组件的驱动作用下转动，第一齿轮、第一输出轴跟随转动，且第一齿轮和第一法兰之间发生相对位移，限位凸台与限位缺口配合限制第一齿轮与第一法兰间的最大转角，确保第一输出轴工作的稳定性和安全性。进一步地，所述限位凸台与所述限位缺口均为多组，多组限位凸台沿第一输出轴的外周均匀分布，多组限位缺口沿第一法兰的外周均匀分布。本发明的限位凸台及限位缺口至少为两组，以保证有效限位。

进一步地，所述第一法兰靠近第一齿轮的一端设有连接凸台，所述第一齿轮的中心处设有第三通孔，所述连接凸台和第三通孔的壁面之间设有第一轴承。连接凸台穿过第三通孔与驱动组件连接，在连接凸台和第一齿轮之间连接第一轴承，减小第一法兰与第一齿轮间的摩擦力，避免相对运动导致的部件磨损，延长第一法兰和第一齿轮的使用周期。

进一步地，所述第一通孔处设有第一限位环，所述第一输出轴与第一限位环之间设有第二轴承。设置限位环是为了防止第一输出轴工作时发生偏移，设置第二轴承是为了避免第一输出轴相对壳体转动导致的磨损。

进一步地，所述第二输出轴设有安装槽，所述定位磁铁安装于安装槽中；所述壳体底部安装有定位凹槽，所述传感器安装于定位凹槽中。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的机器人关节，可实现360°连续旋转，有效提高服务机器人、协作机器人的灵活性；

本发明的机器人关节，拥有双输出轴，可同时使用也可单独使用，且安装方便，适用范围广泛。

附图说明

图1为本发明的机器人关节的剖视图；

图2为本发明的机器人关节的外部结构图；

图3为本发明的机器人关节的第一输出轴及传动组件的结构示意图；

图4为本发明的机器人关节的第二输出轴及传动组件的结构示意图；

图5为本发明的机器人关节的第二输出轴及传动组件的另一视角的示意图；

图6为本发明的顶盖的结构示意图；

附图中：1-壳体；11-第一通孔；12-第二通孔；13-顶盖；14-外壳；15-侧压板；16-第一限位环；17-第二限位环；18-第二轴承；19-第三轴承；110-支撑部；2-第一输出轴；21-第一法兰；22-限位凸台；23-限位缺口；24-连接凸台；25-固定部；26-输出部；27-第四通孔；28-方形凹槽；3-第二输出轴；31-安装槽；4-传动组件；41-第一齿轮；42-第二齿轮；43-第一滚针轴承；44-第二滚针轴承；45-第二凹槽；46-弹簧；47-第三通孔；48-第一轴承；5-驱动组件；6-测速组件；61-定位磁铁；62-传感器。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

如图1至图6所示为本发明的机器人关节的第一实施例，包括壳体1、用于连接第一负载的第一输出轴2、用于连接第二负载的第二输出轴3、连接于第一输出轴2和第二输出轴3之间的传动组件4以及用于驱动第一输出轴2转动的驱动组件5，壳体1设有容第一输出轴2伸出的第一通孔11以及容第二输出轴3伸出的第二通孔12，第一输出轴2与驱动组件5连接，传动组件4、驱动组件5均设于壳体1内部。本实施例的驱动组件5为驱动电机。本实施例的机器人关节具有双输出轴，在具体实施时，由驱动组件5驱动第一输出轴2转动，在传动组件4的带动下，第二输出轴3跟随第一输出轴2一起旋转，分别带动第一负载、第二负载工作。

本实施例的机器人关节还包括用于监测第一输出轴2、第二输出轴3转速的测速组件6，测速组件6包括定位磁铁61及传感器62，传感器62安装于壳体1，定位磁铁61安装于第二输出轴3的端部，定位磁铁61与传感器62配合测出的第二输出轴3与传感器62之间的相对转速。其中，第二输出轴3底部设有安装槽31，定位磁铁61安装于安装槽31中，如图5所示；传感器62安装在侧压板15底部，且传感器62安装于定位磁铁61的正下方。测试时，第二输出轴3的转速转换为定位磁铁61和传感器62之间的相对转动，传感器62及定位磁铁61配合所测转速即为第二输出轴3的转速，而根据第一齿轮41、第二齿轮42之间的传动比即可推算第一输出轴2的转速；实时监测第一输出轴2及第二输出轴3的转速，便于实现对第一输出轴2、第二输出轴3的控制。在测试过程中，定位磁铁61跟随第二输出轴3转动，传感器62相对静止，连接于传感器62的信号传输线不会发生缠绕，为机器人关节实现360°连续旋转创造条件。

为了便于第一输出轴2与第一负载、第二输出轴3与第二负载之间的连接，本实施例的第一输出轴2、第二输出轴3的顶部设有多个第四通孔27，并在第四通孔27的底部设置所需螺母的预埋盲孔，用于与外部负载连接；同时，在第一输出轴2、第二输出轴3的顶部设置有方形凹槽28，用于外部负载的法兰在第一输出轴2、第二输出轴3上的定位，如图3、图4所示。

如图1、图2所示，传动组件4包括啮合设置的第一齿轮41和第二齿轮42，第一齿轮41与第一输出轴2连接，第二齿轮42与第二输出轴3连接。为了保证齿轮运动的平稳性及减小齿轮转动时与周边部件间的摩擦力，本实施例中：第一齿轮41与驱动电机之间设有第一滚针轴承43，第一滚针轴承43起支撑作用，且能够减小第一齿轮41转动时与驱动电机之间的摩擦力；壳体1内部设置有起支撑作用的支撑部110，在第二齿轮42和支撑部110之间设有第二滚针轴承44，减小第二齿轮42转动时第二齿轮42与支撑部110之间的摩擦力。但需要说明的是，本实施例采用齿轮啮合的传动方式是为了平稳地传递扭矩及方便地根据第二输出轴3的转速计算第一输出轴2的转速而做出的优选，并不作为限制性的规定。

本实施例中，驱动组件5并不是直接驱动第一输出轴2和第一齿轮41转动，而是通过驱动组件5驱动第一法兰21带动第一输出轴2及第一齿轮41转动。具体地，如图3所示，第一齿轮41与第一输出轴2之间设有第一法兰21，第一法兰21与驱动组件5连接，第一输出轴2与第一齿轮41固定连接，第一齿轮41与第一法兰21活动连接。其中，第一法兰21靠近第一齿轮41的端面设有第一凹槽，第一齿轮41靠近第一法兰21的端面设有第二凹槽45，第一凹槽、第二凹槽45配合形成空腔，空腔内设有弹簧46，弹簧46的一自由端与第一法兰21连接，弹簧46的另一自由端与第一齿轮41连接。实施时，驱动组件5驱动第一法兰21转动时，第一法兰21和第一齿轮41之间发生相对运动，空腔的长度发生变化，弹簧46绕周向发生形变，第一法兰21产生的力矩在弹簧46的作用下传递给第一输出轴2，同时，通过第一齿轮41、第二齿轮42将力矩传递给第二输出轴3，实现双输出轴的设置。

为了限制第一齿轮41与第一法兰21间的最大转角，确保第一输出轴2工作的稳定性和安全性，本实施例在第一输出轴2的一端设置限位凸台22，在第一法兰21的外周面设置用于限制限位凸台22周向位移的限位缺口23，且限位缺口23的周向长度大于限位凸台22的周向长度。本实施例的限位凸台22及限位缺口23均至少为两组，且多组限位凸台22沿第一输出轴2的外周均匀分布，多组限位缺口23沿第一法兰21的外周均匀分布，但这是为了有效限位而做出的优选，并不作为限制性的规定，实际应用时可根据应用场景的不同而做相应调整。

为了便于第一法兰21与第一齿轮41之间的连接，本实施例的第一法兰21在靠近第一齿轮41的一端设有连接凸台24，第一齿轮41的中心处设有第三通孔47，连接凸台24穿过第三通孔47与驱动组件5连接，并在连接凸台24和第一齿轮41之间连接第一轴承48，以减小第一法兰21与第一齿轮41间的摩擦力，避免相对运动导致的部件磨损，延长第一法兰21和第一齿轮41的使用周期。

如图2所示，本实施例的壳体1包括顶盖13、外壳14以及侧压板15，顶盖13、外壳14及侧压板15围绕形成壳体1。其中：如图6所示，第一通孔11、第二通孔12设置在顶盖13，第一输出轴2的端部伸出第一通孔11，第二输出轴3伸出第二通孔12，且第一通孔11处向内延伸形成有第一限位环16，第二通孔12处向内延伸形成有第二限位环17。其中，如图3所示：第一输出轴2包括固定部25和输出部26，输出部26连接设置在固定部25的上方，固定部25上设有多个沉头孔用于与第一齿轮41的连接，输出部26的直径小于第一通孔11的直径而固定部25的直径大于第一通孔11的直径，在输出部26和第一限位环16之间设置有第二轴承18，以避免第一输出轴2相对壳体1转动导致的磨损；第二输出轴3与限位环之间连接有第三轴承19，以避免第二输出轴3相对壳体1转动导致的磨损。另外，本实施例在外壳14底部设置定位卡槽用于安装驱动组件5，并在壳体1底部开设通孔用于驱动组件5走线。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种机器人关节，其特征在于，包括壳体(1)、用于连接第一负载的第一输出轴(2)、用于连接第二负载的第二输出轴(3)、连接于第一输出轴(2)和第二输出轴(3)之间的传动组件(4)、用于驱动第一输出轴(2)转动的驱动组件(5)以及用于监测第一输出轴(2)、第二输出轴(3)转速的测速组件(6)，所述壳体(1)设有容第一输出轴(2)伸出的第一通孔(11)以及容第二输出轴(3)伸出的第二通孔(12)，所述第一输出轴(2)与驱动组件(5)连接，所述传动组件(4)、驱动组件(5)均设于壳体(1)内部，所述测速组件(6)包括固定于第二输出轴(3)端部的定位磁铁(61)以及固定于壳体(1)的传感器(62)，述定位磁铁(61)与传感器(62)配合测出的第二输出轴(3)与传感器(62)之间的相对转速。

2.根据权利要求1所述的机器人关节，其特征在于，所述传动组件(4)包括啮合设置的第一齿轮(41)和第二齿轮(42)，所述第一齿轮(41)与第一输出轴(2)连接，所述第二齿轮(42)与第二输出轴(3)连接。

3.根据权利要求2所述的机器人关节，其特征在于，所述第一齿轮(41)与第一输出轴(2)之间设有第一法兰(21)，第一法兰(21)与驱动组件(5)连接，所述第一输出轴(2)与第一齿轮(41)固定连接，所述第一齿轮(41)与第一法兰(21)活动连接。

4.根据权利要求3所述的机器人关节，其特征在于，所述第一法兰(21)靠近第一齿轮(41)的端面设有第一凹槽，所述第一齿轮(41)靠近第一法兰(21)的端面设有第二凹槽(45)，所述第一凹槽、第二凹槽(45)配合形成空腔，所述空腔内设有弹簧(46)，所述弹簧(46)的一自由端与第一法兰(21)连接，弹簧(46)的另一自由端与第一齿轮(41)连接。

5.根据权利要求3所述的机器人关节，其特征在于，所述第一输出轴(2)的一端设有限位凸台(22)，所述第一法兰(21)的外周面设有用于限制所述限位凸台(22)周向位移的限位缺口(23)。

6.根据权利要求5所述的机器人关节，其特征在于，所述限位凸台(22)与所述限位缺口(23)均为多组，多组限位凸台(22)沿第一输出轴(2)的外周均匀分布，多组限位缺口(23)沿第一法兰(21)的外周均匀分布。

7.根据权利要求3所述的机器人关节，其特征在于，所述第一法兰(21)靠近第一齿轮(41)的一端设有连接凸台(24)，所述第一齿轮(41)的中心处设有第三通孔(47)，所述连接凸台(24)和第三通孔(47)的壁面之间设有第一轴承(48)。

8.根据权利要求1所述的机器人关节，其特征在于，所述第一通孔(11)处设有第一限位环(16)，所述第一输出轴(2)与第一限位环(16)之间设有第二轴承。

9.根据权利要求1至8任一项所述的机器人关节，其特征在于，所述第二输出轴(3)设有安装槽(31)，所述定位磁铁(61)安装于安装槽(31)中；所述壳体(1)底部安装有定位凹槽，所述传感器(62)安装于定位凹槽中。