CN111283722A - 一种工业机器人中空关节结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种工业机器人中空关节结构。包括依次转动连接的底座、腰座、大臂、三轴组件、小臂、中空轴组件及末端法兰，其中三轴组件内设有与小臂连接的四轴转动驱动机构，四轴转动驱动机构用于驱动小臂相对三轴组件转动。四轴转动驱动机构包括四轴电机、两级带传动机构、四轴小锥齿轮轴、四轴中心筒、小锥齿轮及浮动大锥齿轮，其中四轴中心筒和四轴小锥齿轮轴可转动地设置于三轴组件内、且垂直，小锥齿轮和浮动大锥齿轮分别套设于四轴小锥齿轮轴和四轴中心筒上、且相互啮合，四轴电机的输出端通过两级带传动机构与四轴小锥齿轮轴传动连接。本发明传动粘滞阻力小，节能环保效率高，负载与电机转子的惯量比大，好控制。

Description

一种工业机器人中空关节结构

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种工业机器人中空关节结构。

背景技术

目前，工业用的机器人构成具有：下部臂；以能够相对于下部臂旋转的方式连结于下部臂的上部臂；以及以能够相对于上部臂旋转的方式连结于上部臂的腕部，通过致动器来使腕部等旋转，对腕部进行旋转驱动的致动器安装在上部臂的后侧。并且，上述的致动器以旋转轴线方向为长边方向，其旋转轴线的朝向配置为相对于上部臂的前后方向平行，因此致动器安装为从上部臂朝向后方突出。然而，在上部臂的后侧也配置有与机器人所进行的作业相应的装置。例如在机器人进行弧焊作业的情况下，配置有供给装置，该供给装置将焊丝送出至机器人末端的焊枪。因此，将供给装置配置为向后方偏移至与致动器不干涉的位置。上述结构使机器人整体大型化，并且机器人的设置空间也会相应的扩大。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种工业机器人中空关节结构，能够使与臂连结的手为中空部，实现小型化，减少工业机器人对精密减速机的依赖，中空增加产品的使用范围。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种工业机器人中空关节结构，包括依次转动连接的底座、腰座、大臂、三轴组件、小臂、中空轴组件及末端法兰，其中三轴组件内设有与所述小臂连接的四轴转动驱动机构，所述四轴转动驱动机构用于驱动所述小臂相对所述三轴组件转动。

所述四轴转动驱动机构包括四轴电机、两级带传动机构、四轴小锥齿轮轴、四轴中心筒、小锥齿轮及浮动大锥齿轮，其中四轴中心筒可转动地设置于所述三轴组件内、且一端与所述小臂连接，所述四轴小锥齿轮轴可转动地与所述三轴组件连接、且与所述四轴中心筒垂直，所述小锥齿轮和浮动大锥齿轮分别套设于所述四轴小锥齿轮轴和所述四轴中心筒上、且相互啮合，所述浮动大锥齿轮具有沿轴向浮动，所述四轴电机的输出端通过两级带传动机构与所述四轴小锥齿轮轴传动连接。

所述三轴组件内设有套设于所述四轴中心筒外侧的固定中心筒，所述四轴中心筒通过轴承与所述固定中心筒连接，所述四轴中心筒的外侧套设有中心轴套，所述中心轴套与所述浮动大锥齿轮之间设有弹性碟簧。

所述四轴中心筒的两端与所述固定中心筒之间设有前端密封圈和后端密封圈。

所述两级带传动机构包括四轴第一同步带、四轴小带轮、四轴双联同步带轮、四轴第二同步带及四轴大带轮，其中四轴小带轮设置于所述四轴电机的输出轴上，所述四轴双联同步带轮可转动地设置于所述三轴组件上、且通过四轴第一同步带与所述四轴小带轮传动连接，所述四轴大带轮设置于所述四轴小锥齿轮轴上、且通过四轴第二同步带与所述四轴双联同步带轮传动连接。

所述四轴双联同步带轮包括同轴安装的一级大带轮和二级小带轮，其中一级大带轮与所述第一同步带连接，所述二级小带轮与所述四轴第二同步带连接。

所述三轴组件内设有与所述四轴第一同步带抵接的四轴第一补偿装置和与所述四轴第二同步带抵接的四轴第二补偿装置。

所述四轴小锥齿轮轴通过轴承安装在所述三轴组件上设有的轴承座上，所述四轴大带轮通过密封装置与所述轴承座连接。

所述两级带传动机构的外侧设有与所述三轴组件连接的三轴盖板。

本发明的优点及有益效果是：

本发明采用碟簧和浮动小锥齿轮结构，所以传动粘滞阻力小，节能环保效率高；同时负载与电机转子的惯量比大，比较好控制。

本发明通过弹性碟簧对浮动大锥齿轮与四轴小锥齿轮轴之间形成压力，以由此消除反冲、消除背隙和减少加工误差形成的传动阻力。

附图说明

图1为本发明的轴测图；

图2为本发明的爆炸图；

图3为图2中I处放大图；

图4为本发明的主视图；

图5为图4中A-A剖视图。

图中：1为底座，2为腰座，3为大臂，4为三轴组件，5为小臂，6为中空轴组件，7为末端法兰，8为三轴盖板，9为四轴电机，10为四轴第一同步带，11为四轴小带轮，12为四轴第一补偿装置，13为四轴双联同步带轮，14为四轴第二同步带，15为四轴第二补偿装置，16为四轴大带轮，17为四轴小锥齿轮轴，18为密封装置，19为小球轴承，20为轴承座，21为固定中心筒，22为第四轴线，23为大球轴承，24为后端角接触球轴承，25为止动垫圈，26为旋压螺母，27为四轴中心筒，28为密封套，29为浮动大锥齿轮，30为弹性碟簧，31为中心轴套，32为调整密封圈，33为前端角接触球轴承，34为前端密封圈，35为后端密封圈，36为小锥齿轮。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1-2所示，本发明提供的一种工业机器人中空关节结构，包括依次转动连接的底座1、腰座2、大臂3、三轴组件4、小臂5、中空轴组件6及末端法兰7，其中三轴组件4内设有与小臂5连接的四轴转动驱动机构，四轴转动驱动机构用于驱动小臂5相对三轴组件4转动。

如图3-5所示，四轴转动驱动机构包括四轴电机9、两级带传动机构、四轴小锥齿轮轴17、四轴中心筒27、小锥齿轮36及浮动大锥齿轮29，其中四轴中心筒27可转动地设置于三轴组件4内、且一端与小臂5连接，四轴小锥齿轮轴17可转动地与三轴组件4连接、且与四轴中心筒27垂直，小锥齿轮36和浮动大锥齿轮29分别套设于四轴小锥齿轮轴17和四轴中心筒27上、且相互啮合，浮动大锥齿轮29具有沿轴向浮动，四轴电机9的输出端通过两级带传动机构与四轴小锥齿轮轴17传动连接。

三轴组件4内设有套设于四轴中心筒27外侧的固定中心筒21，四轴中心筒27的两端通过前端角接触球轴承33和后端角接触球轴承24与固定中心筒21连接，四轴中心筒27的外侧套设有中心轴套31，中心轴套31与浮动大锥齿轮29之间设有弹性碟簧30。四轴中心筒27的两端与固定中心筒21之间设有前端密封圈34和后端密封圈35。

如图3所示，两级带传动机构包括四轴第一同步带10、四轴小带轮11、四轴双联同步带轮13、四轴第二同步带14及四轴大带轮16，其中四轴小带轮11设置于四轴电机9的输出轴上，四轴双联同步带轮13可转动地设置于三轴组件4上、且通过四轴第一同步带10与四轴小带轮11传动连接，四轴大带轮16设置于四轴小锥齿轮轴17上、且通过四轴第二同步带14与四轴双联同步带轮13传动连接。

四轴双联同步带轮13包括同轴安装的一级大带轮和二级小带轮，其中一级大带轮与第一同步带10连接，二级小带轮与四轴第二同步带14连接。

三轴组件4内设有与四轴第一同步带10抵接的四轴第一补偿装置14和与四轴第二同步带14抵接的四轴第二补偿装置15。四轴第一补偿装置14和四轴第二补偿装置15均为涨紧轮，两级带传动机构的外侧设有与三轴组件4连接的三轴盖板8。

四轴小锥齿轮轴17通过小球轴承19和大球轴承23安装在三轴组件4上设有的轴承座20上，四轴大带轮16通过密封装置18与轴承座20连接。轴承座20与固定中心筒21之间之间设有调整密封圈32。

本发明的工作原理是：

本发明提供的一种工业机器人中空关节结构充分利用中空关节中空的空间进行消除反冲、消除背隙和减少加工误差形成的传动阻力，不拘泥于目前锥齿轮结构，即本发明采用碟簧30和浮动大锥齿轮29的浮动结构。本发明由底座1固定，腰座2可相对于底座1转动，大臂3可相对于腰座2转动，三轴组件4可相对于大臂3转动，小臂5可相对于三轴组件4转动，绕第四轴线22，中空轴组件6可相对于小臂5转动，末端法兰7可相对于中空轴组件6转动。三轴盖板8对第四传动链，进行IP64等级防护，第四传动链的四轴电机9相对固定于三轴组件4内部，四轴电机9通过四轴小带轮11和四轴第一同步带10，将动力减速增转矩传递给四轴双联同步带轮13，同时四轴第一补偿装置12对四轴第一同步带10进行消隙和振动补偿。四轴双联同步带轮13通过四轴第二同步带14，将动力减速增转矩传递给四轴大带轮16，同时四轴第二补偿装置15对四轴第二同步带14进行消隙和振动补偿。四轴大带轮16与四轴小锥齿轮轴17固定连接，四轴小锥齿轮轴17通过小球轴承19和大球轴承23可相对于轴承座20转动，轴承座20转动相对于三轴组件4固定。四轴大带轮16与大四轴小锥齿轮轴17固定连接，四轴小锥齿轮轴17与浮动大锥齿轮29将四轴电机9的动力和旋转运动传递给四轴中心筒27，四轴中心筒27可相对于三轴组件4转动，四轴中心筒27可相对于三轴组件4转动的一端固定连接小臂5，达到小臂5可相对于三轴组件4转动的目的。浮动大锥齿轮29可以在四轴中心筒27的轴线方向上浮动，固定中心筒21和三轴组件4相对固定，固定中心筒21和四轴中心筒27为转动副。中心轴套31的一端和前端角接触球轴承33在四轴中心筒27轴向定位，中心轴套31的另一端通过弹性碟簧30对浮动大锥齿轮29与四轴小锥齿轮轴17之间形成压力，以由此消除反冲、消除背隙和减少加工误差形成的传动阻力。前端密封装置18内部有润滑油腔和外部空气进行动态分离，密封装置18的内圈与四轴大带轮16动密封隔离外部分空气与内部润滑脂，密封装置18的外圈与轴承座20紧密套合静密封隔离外部分空气与内部润滑脂。前端密封圈34内部有润滑油腔和外部空气进行动态分离，前端密封圈34的内圈与四轴中心筒27动密封隔离外部分空气与内部润滑脂，前端密封圈34的外圈与固定中心筒21紧密套合静密封隔离外部分空气与内部润滑脂。后端密封圈35内部有润滑油腔和外部空气进行动态分离，后端密封圈35的内圈与四轴中心筒27动密封隔离外部分空气与内部润滑脂，后端密封圈35的外圈与固定中心筒21紧密套合静密封隔离外部分空气与内部润滑脂。调整密封圈32内部有润滑油腔和外部空气进行动态分离，调整密封圈32的内圈与轴承座20紧密套合静密封隔离外部分空气与内部润滑脂，调整密封圈32的外圈与固定中心筒21紧密套合静密封隔离外部分空气与内部润滑脂。

固定中心筒21和四轴中心筒27为转动副，旋压螺母26通过止动垫圈25、密封套28和四轴中心筒27共同夹持前端角接触球轴承33和后端角接触球轴承24的内圈，固定中心筒21夹持前端角接触球轴承33和后端角接触球轴承24的外圈。旋压螺母26可以调节前端角接触球轴承33和后端角接触球轴承24的的预压、刚度和阻尼。

本发明采用含有两级带传动，所以传动粘滞阻力小，节能环保效率高。两级带传动可以为链条、钢丝绳等任何柔性长距离传动。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种工业机器人中空关节结构，其特征在于，包括依次转动连接的底座(1)、腰座(2)、大臂(3)、三轴组件(4)、小臂(5)、中空轴组件(6)及末端法兰(7)，其中三轴组件(4)内设有与所述小臂(5)连接的四轴转动驱动机构，所述四轴转动驱动机构用于驱动所述小臂(5)相对所述三轴组件(4)转动。

2.根据权利要求1所述的工业机器人中空关节结构，其特征在于，所述四轴转动驱动机构包括四轴电机(9)、两级带传动机构、四轴小锥齿轮轴(17)、四轴中心筒(27)、小锥齿轮(36)及浮动大锥齿轮(29)，其中四轴中心筒(27)可转动地设置于所述三轴组件(4)内、且一端与所述小臂(5)连接，所述四轴小锥齿轮轴(17)可转动地与所述三轴组件(4)连接、且与所述四轴中心筒(27)垂直，所述小锥齿轮(36)和浮动大锥齿轮(29)分别套设于所述四轴小锥齿轮轴(17)和所述四轴中心筒(27)上、且相互啮合，所述浮动大锥齿轮(29)具有沿轴向浮动，所述四轴电机(9)的输出端通过两级带传动机构与所述四轴小锥齿轮轴(17)传动连接。

3.根据权利要求2所述的工业机器人中空关节结构，其特征在于，所述三轴组件(4)内设有套设于所述四轴中心筒(27)外侧的固定中心筒(21)，所述四轴中心筒(27)通过轴承与所述固定中心筒(21)连接，所述四轴中心筒(27)的外侧套设有中心轴套(31)，所述中心轴套(31)与所述浮动大锥齿轮(29)之间设有弹性碟簧(30)。

4.根据权利要求3所述的工业机器人中空关节结构，其特征在于，所述四轴中心筒(27)的两端与所述固定中心筒(21)之间设有前端密封圈(34)和后端密封圈(35)。

5.根据权利要求2所述的工业机器人中空关节结构，其特征在于，所述两级带传动机构包括四轴第一同步带(10)、四轴小带轮(11)、四轴双联同步带轮(13)、四轴第二同步带(14)及四轴大带轮(16)，其中四轴小带轮(11)设置于所述四轴电机(9)的输出轴上，所述四轴双联同步带轮(13)可转动地设置于所述三轴组件(4)上、且通过四轴第一同步带(10)与所述四轴小带轮(11)传动连接，所述四轴大带轮(16)设置于所述四轴小锥齿轮轴(17)上、且通过四轴第二同步带(14)与所述四轴双联同步带轮(13)传动连接。

6.根据权利要求5所述的工业机器人中空关节结构，其特征在于，所述四轴双联同步带轮(13)包括同轴安装的一级大带轮和二级小带轮，其中一级大带轮与所述第一同步带(10)连接，所述二级小带轮与所述四轴第二同步带(14)连接。

7.根据权利要求5所述的工业机器人中空关节结构，其特征在于，所述三轴组件(4)内设有与所述四轴第一同步带(10)抵接的四轴第一补偿装置(14)和与所述四轴第二同步带(14)抵接的四轴第二补偿装置(15)。

8.根据权利要求5所述的工业机器人中空关节结构，其特征在于，所述四轴小锥齿轮轴(17)通过轴承安装在所述三轴组件(4)上设有的轴承座(20)上，所述四轴大带轮(16)通过密封装置(18)与所述轴承座(20)连接。

9.根据权利要求2所述的工业机器人中空关节结构，其特征在于，所述两级带传动机构的外侧设有与所述三轴组件(4)连接的三轴盖板(8)。

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