CN110561491A - 机械臂腕关节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械臂腕关节，属于模块化关节技术领域。本发明的机械臂腕关节包括外壳、柔轮输出轴、电机轴，还包括分体式谐波减速器，所述分体式谐波减速器包括钢轮、柔轮与波发生器，所述钢轮与所述外壳紧固连接，所述柔轮与所述柔轮输出轴紧固连接，所述电机轴的中心处设有定位孔，所述波发生器包括第一端与第二端，所述第一端嵌入所述定位孔内并与所述电机轴的内壁贴合，所述第二端设于所述电机轴的端面上，所述第二端与所述电机轴紧固连接，所述波发生器的中心设有供走线的中心孔。本发明的机械臂腕关节在保证力矩大小的情况下，能显著降低整体重量与体积。

Description

机械臂腕关节

技术领域

本发明涉及模块化关节技术领域，尤其是涉及一种机械臂腕关节。

背景技术

机器人发展至今，各式各样的机器人被开发及应用，为降低成本和缩短开发周期，模块化关节被大量应用。但当今模块化关节存在许多缺点，关节外形尺寸大、重量过高，不利于机器人轻型化，同时，市场上的直驱模块化关节，重量虽然轻，但是输出力矩过小，不适用于要求低速力矩大的机械臂。

机械臂腕关节的重量对机械臂的负载能力和动力学特性影响极大，一般要求在输出力矩一定的条件下，重量应该尽可能轻、体积应该尽可能小。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明实施例提供一种机械臂腕关节，其在力矩一定的情况下，重量与体积得到显著地减小。

本发明实施例解决上述技术问题所采取的技术方案为：提供一种机械臂腕关节，包括外壳、柔轮输出轴、电机轴，还包括分体式谐波减速器，所述分体式谐波减速器包括钢轮、柔轮与波发生器，所述钢轮与所述外壳紧固连接，所述柔轮与所述柔轮输出轴紧固连接，所述电机轴的中心处设有定位孔，所述波发生器包括第一端与第二端，所述第一端嵌入所述定位孔内并与所述电机轴的内壁贴合，所述第二端设于所述电机轴的端面上，所述第二端与所述电机轴紧固连接，所述波发生器的中心设有供走线的中心孔。

作为上述技术方案的进一步改进，在周向方向上，所述第二端通过若干个均匀布置的第一螺钉与所述电机轴紧固连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述外壳的内壁上设有轴肩，所述钢轮通过所述轴肩轴向定位，所述钢轮的外圈与所述外壳的内壁贴合。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括编码器固定件，所述编码器固定件包括外圈、内圈，所述外圈与所述外壳螺接，沿所述外圈的圆周方向上，所述外圈与所述内圈通过若干均匀布置的辐条连接，所述辐条上设有安装柱，所述安装柱上紧固连接有编码器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述编码器为绝对式编码器。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括线管，所述线管螺接于所述辐条上。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括设于所述外壳内的类安装螺母，所述类安装螺母呈圆环形结构，所述类安装螺母设于所述外壳的端部，所述类安装螺母周向设置有若干螺纹孔，所述类安装螺母通过若干所述螺纹孔与所述外壳螺接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述类安装螺母周向上开设有若干缺口。

作为上述技术方案的进一步改进，所述类安装螺母的侧面上固定连接有驱动器安装板，所述驱动器安装板固连有驱动器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述驱动器安装板的端面上设有连接板，所述驱动器螺接于所述连接板上。

本发明的有益效果：

本发明的机械臂腕关节打破了谐波减速器不可中空走线的缺点，扩大了波发生器的中心孔、增加了定位孔，同时充分利用谐波减速器重量轻、体积小的优点，显著地降低了机械臂腕关节的重量与体积。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明机械臂腕关节一个实施例的截面示意图；

图2为编码器固定件一个实施例的结构示意图；

图3为本发明机械臂腕关节另一个实施例的截面示意图；

图4为类安装螺母一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右、前、后等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

本发明提供一种机械臂腕关节，旨在解决目前大多数模块化关节重量过重、体积过大的问题，本发明实施例中，在机械臂腕关节的结构中引入了谐波减速器，并将谐波减速器的波发生器的中心孔扩大、增加了定位孔，以使谐波减速器具备中空走线的功能，同时，利用谐波减速器自身重量轻、体积小的优点，可使机械臂腕关节的整体体积减小、重量降低。

针对本机械臂腕关节的安装方式的不同，本发明实施例提供应用于竖直方向安装的机械臂腕关节与应用于横向安装的机械臂腕关节。

实施例1：

实施例1提供了一种竖直方向安装的机械臂腕关节，参照图1，一种机械臂腕关节，包括外壳100、电机轴101、谐波减速器与柔轮输出轴102，其中，谐波减速器包括钢轮103、柔轮104以及波发生器105，钢轮103与外壳100紧固连接，柔轮104与柔轮输出轴102紧固连接，电机轴101的中心设有定位孔1010，波发生器105包括第一端1050与第二端1051，第一端1050嵌设于所述电机轴101的定位孔1010内，并与电机轴101的外壁贴合，第二端1051横向贴合设置于电机轴105的端部，波发生器105通过第一端1050、第二端1051与电机轴101的贴合实现波发生器105的同轴定位，通过第二端1051与电机轴101紧固连接在一起，保证两者的同步运动，在波发生器105的中心设有供走线的中心孔1052。

参照图1，第二端1051通过若干第一螺钉1053与电机轴101紧固连接，其中，若干第一螺钉1053沿第二端1051的周向方向均匀布置，以保证波发生器105、电机轴101的受力均匀性。本实施例中，在周向方向上，通过四个第一螺钉1053将第二端1051与电机轴101紧固。

钢轮103通过其外圈与外壳100进行定位，在钢轮103与外壳100的连接处，外壳100向内延伸形成一轴肩1000，钢轮103的外圈及上端抵持于该轴肩1000处，以实现钢轮103的轴向定位，另外，外壳100向内延伸的部位位于钢轮103的上端处，在定位准确后，在轴向方向上，钢轮103与外壳100向内延伸的部分通过第二螺钉1030紧固连接在一起。

柔轮104与柔轮输出轴102轴向依次设置，两者通过若干第三螺钉1040紧固连接在一起，若干第三螺钉1040沿周向方向均匀排布，以保证两者的受力的均匀性。

优选的，柔轮输出轴102的外端面还连接有输出轴转接件106，输出轴转接件106通过若干第四螺钉1060与柔轮输出轴102紧固连接，若干第四螺钉1060在周向方向上均匀排布，以保证柔性输出轴102与输出轴转接件106的受力均匀性。

柔轮输出轴102的外侧面套设有交叉滚子轴承107，交叉滚子轴承107的外侧面与外壳100的内壁贴合，柔轮输出轴102通过交叉滚子轴承107实现定位。本实施例中，交叉滚子轴承107的上端与输出轴转接件106贴合，交叉滚子轴承107的下端与柔轮输出轴102贴合，在交叉滚子轴承107的上端，交叉滚子轴承107与输出轴转接件106通过轴肩配合，在交叉滚子轴承107的下端，交叉滚子轴承107与柔轮输出轴102通过轴肩配合，以同时对柔轮输出轴102以及输出轴转接件106进行定位。

在一个实施例中，电机轴101的两端分别通过薄型深沟球轴承108进行定位。电机轴101上套设有电机，电机包括转子1090、定子1091，其中，转子1090套设于电机轴101上，两者可同轴转动，定子1091套设于转子1090上，定子1091与外壳100相连，以使定位1091保持不动，转子1090相对定子1091进行转动。

本发明实施例的机械臂腕关节还包括编码器110，编码器110设于电机轴101远离谐波减速器的一端，本实施例中，编码器110采用绝对式编码器，通过绝对式编码器来反馈关节的位置。

为了将编码器110固定，本发明实施例的机械臂腕关节还包括编码器固定件111，如图2，示出了编码器固定件111的详细结构，编码器固定件111包括外圈1110、内圈1111以及若干辐条1112，其中，外圈1110与外壳100的内壁贴合，在外圈1110的外壁上周向均匀设置有若干螺纹孔1113，对应的，在外壳100上设有若干与螺纹孔1113对应的开孔，然后通过螺纹连接件(如螺钉、螺栓等)将外圈1110与外壳100紧固连接在一起，若干辐条1112沿外圈1110的周向方向均匀排布，辐条1112的两端分别与外圈1110与内圈1111连接，内圈1111为中空的圆环形结构，辐条1112上固设有安装柱1114，如图1，安装柱1114设于辐条1112远离电机轴101的一侧，编码器110安装在若干安装柱1114上，并与安装柱1114螺接紧固。

本实施例的机械臂腕关节还包括线管112，线管112与编码器固定件111螺接紧固。具体的，线管112的为中空的圆柱体，机械臂腕关节的其他部件沿着线管112的轴线方向布置，线管112的内部用于机械臂腕关节的走线，在线管112的端部，线管112径向连接有一对以及一定夹角设置的连接横臂1120，连接横臂1120朝向编码器固定件111的一侧设有连接座1121，连接座1121与编码器固定件111螺接，以通过编码器固定件111将线管112紧固。本实施例中，线管112通过连接座1121紧固于编码器固定件111的辐条1112上。在本实施例中，通过一对以一定夹角设置的连接横臂1120来实现线管112的紧固，可以明显降低线管112固定所需要的耗材，同时，通过两点紧固，可以保证线管112的稳固性。

本实施例的机械臂腕关节，适用于轴向安装，安装时，驱动器可以沿着线管112的轴线方向安装在该机械臂腕关节上，利用外壳100或机械臂腕关节的端部结构(如编码器固定件111)进行安装，该安装优选为可拆卸的安装结构，如螺接。

实施例1的机械臂腕关节的优点：

1、对谐波减速器波发生器进行改造设计，打破了其不能中空走线的缺点，使关节实现中空走线。

2、以本实施例为例，其输出力矩为15N/m，而重量为500至600g，整体的重量仅为现有机械臂腕关节的1/2。

3、端部部件具有灵活的可换性，便于更换，提高了二次开发设计的灵活性。

4、相比于现有的机械臂腕关节，去除了制动器、力矩传感器、相对编码器，驱动器与关节本体可分离设计，大幅度降低了关节重量、体积，同时也降低了关节成本。

实施例2：

实施例2的机械臂腕关节与实施例1的机械臂腕关节的结构基本相同，不同之处在于：实施例2中，为了实现驱动器的横向安装，在机械臂腕关节的端部设置了类安装螺母113，结合图3与图4，类安装螺母113设于外壳100的内部，类安装螺母113呈环形结构，类安装螺母113的外圈与外壳100紧固连接，在类安装螺母113上紧固连接有驱动器安装板114，驱动器115可拆卸地安装在驱动器安装板114上。

本实施例中，类安装螺母113的外侧面上周向均匀设置有若干螺纹孔1130，对应的，在外壳100上设置有若干与螺纹孔1130位置一一对应的开孔(未示出)，利用外壳100上的开孔以及类安装螺母113上的螺纹孔1130将类安装螺母113与外壳100紧固连接在一起，以为驱动器115的安装提供平台。采用类安装螺母113的结构解决了机械臂腕关节的外壳100无法开螺纹孔的问题，由于外壳100的厚度很薄，无法直接开螺纹孔，但是采用螺栓连接螺母又难以安装，另外，如果将外壳100的厚度增加又会大量地增加整体的重量和体积，采用类安装螺母113很好的解决了这一问题，其实现了螺母安装的功能，同时，只需要在外壳100上开孔即可，无需对外壳100的结构进行改变。

优选的，如图2，类安装螺母113的外圈为与外壳100紧密贴合的圆柱面，类安装螺母113上开设有若干缺口1131，若干缺口1131沿类安装螺母113的周向方向均匀排布，缺口1131处容易变形，在安装后，通过受力变形，实现与外壳100贴合，提高摩擦力。本实施例中，类安装螺母113使关节具有在外壳上直接开螺纹孔的等同效果，同时，类安装螺母113是螺接在外壳上，其可方便地拆卸，并不影响内部其他零件的安装。

驱动器安装板114在与类安装螺母113的侧面螺接紧固，驱动器安装板114上设有连接板1140，连接板1140沿着轴线方向向驱动器安装板114的外侧延伸，驱动器115可拆卸地安装在连接板1140上。

以上是对本发明的较佳实施进行的具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种机械臂腕关节，包括外壳、柔轮输出轴、电机轴，其特征在于，还包括分体式谐波减速器，所述分体式谐波减速器包括钢轮、柔轮与波发生器，所述钢轮与所述外壳紧固连接，所述柔轮与所述柔轮输出轴紧固连接，所述电机轴的中心处设有定位孔，所述波发生器包括第一端与第二端，所述第一端嵌入所述定位孔内并与所述电机轴的内壁贴合，所述第二端设于所述电机轴的端面上，所述第二端与所述电机轴紧固连接，所述波发生器的中心设有供走线的中心孔。

2.根据权利要求1所述的机械臂腕关节，其特征在于，在周向方向上，所述第二端通过若干个均匀布置的第一螺钉与所述电机轴紧固连接。

3.根据权利要求1所述的机械臂腕关节，其特征在于，所述外壳的内壁上设有轴肩，所述钢轮通过所述轴肩轴向定位，所述钢轮的外圈与所述外壳的内壁贴合。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的机械臂腕关节，其特征在于，还包括编码器固定件，所述编码器固定件包括外圈、内圈，所述外圈与所述外壳螺接，沿所述外圈的圆周方向上，所述外圈与所述内圈通过若干均匀布置的辐条连接，所述辐条上设有安装柱，所述安装柱上紧固连接有编码器。

5.根据权利要求4所述的机械臂腕关节，其特征在于，所述编码器为绝对式编码器。

6.根据权利要求4所述的机械臂腕关节，其特征在于，还包括线管，所述线管螺接于所述辐条上。

7.根据权利要求4所述的机械臂腕关节，其特征在于，还包括设于所述外壳内的类安装螺母，所述类安装螺母呈圆环形结构，所述类安装螺母设于所述外壳的端部，所述类安装螺母周向设置有若干螺纹孔，所述类安装螺母通过若干所述螺纹孔与所述外壳螺接。

8.根据权利要求7所述的机械臂腕关节，其特征在于，所述类安装螺母周向上开设有若干缺口。

9.根据权利要求7所述的机械臂腕关节，其特征在于，所述类安装螺母的侧面上固定连接有驱动器安装板，所述驱动器安装板固连有驱动器。

10.根据权利要求9所述的机械臂腕关节，其特征在于，所述驱动器安装板的端面上设有连接板，所述驱动器螺接于所述连接板上。