CN111791261A - 一种协作机器人的关节模组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种协作机器人的关节模组，谐波减速器左端由柔轮和交叉滚子轴承通过转接盘与外壳连接，谐波减速器右端与输出轴连接，输出轴与电机轴轴向定位，柔轮和刚轮与交叉滚子轴承连接，刚轮与输出轴连接，柔性轴承套在凸轮上，凸轮与电机轴一体化，凸轮和柔性轴承构成波发生器，柔轮嵌套在波发生器上。本发明提供的协作机器人的关节模组，根据电机的尺寸误差调节转接盘尺寸，当电机轴转动时，波发生器转动，迫使柔轮只发生变形，刚轮转动，将动力传递给输出轴，通过转接盘将外壳与输出模块隔离，缩小输出模块的空间占比，缩小其体积，与其他负载轴向连接，增加传递扭矩，适用于物流行业、太空研究、医疗、激光等精密行业。

Description

一种协作机器人的关节模组

技术领域

本发明属于协作机器人技术领域，具体涉及一种协作机器人的关节模组。

背景技术

近年来，协作机器人发展迅猛，但关节模块的高集成度决定着协作机器人的本体体积，以及对作业现场的适应能力。关节模块中集成了减速机、电机、驱动器、编码器、控制器等。如何提高制造工艺，保证精度、力矩、功率的前提下，尽可能缩小关节模块的体积是一个很大的瓶颈。

现有的协作机器人既要满足其负载刚度的要求，又要减小其体积，因此急需设计一种高度集成化关节模组，实现在满足协作机器人的刚度条下，缩小关节模组的体积。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种协作机器人的关节模组。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：

一种协作机器人的关节模组，包括协作机器人控制模块、转接盘、输出轴、电机、电机轴和谐波减速器，所述协作机器人控制模块的控制器与电机连接，谐波减速器包括柔轮、交叉滚子轴承、刚轮和波发生器，谐波减速器左端由柔轮和交叉滚子轴承通过转接盘与外壳连接，谐波减速器右端与输出轴连接，输出轴与电机的电机轴轴向定位且同心，柔轮和刚轮右端面分别与交叉滚子轴承连接，刚轮通过螺钉与输出轴螺纹连接，凸轮和柔性轴承构成波发生器，柔性轴承套在凸轮上，产生变形，凸轮与电机轴成一体化，刚轮与交叉滚子轴承轴肩定位，电机轴与柔性轴承轴肩定位，柔轮右端内壁嵌套在波发生器上，柔轮与柔性轴承接触，柔轮的外齿圈与刚轮的内齿圈相啮合，电机转动，电机轴转动并带动波发生器转动，柔轮发生变形且不转动，柔轮变形促使刚轮转动，将动力传递给输出轴。

进一步的，所述外壳通过螺钉与转接盘和谐波减速器螺纹连接，外壳只起固定配合作用，缩小输出装置的空间占比，从而保证整个装置的结构紧凑性，外壳右端面通过止口与转接盘左端轴肩定位，转接盘右端轴肩与柔轮左端止口定位连接，柔轮的右端面与交叉滚子轴承上端连接，刚轮的右端面与交叉滚子轴承的下端轴肩定位，通过螺钉将转接盘、柔轮、交叉滚子轴承和外壳螺纹连接。

进一步的，所述转接盘的右端面凹槽中有密封圈密封，交叉滚子轴承的左端面凹槽中有密封圈密封。

进一步的，所述交叉滚子轴承右侧固定有套筒，防护套可拆卸式嵌入在套筒内，防护套采用弹性材料制成。

进一步的，所述输出轴为中空结构，便于关节模组的电源线，信号线等走线，输出轴通过轴承与电机轴轴向定位装配，确保输出轴与电机轴的同心度。

进一步的，所述输出轴右端面沿圆周方向由外至内依次分布若干个第一通孔和第二通孔，第一通孔呈葫芦状，输出轴通过第二通孔与刚轮和交叉滚子轴承螺纹连接，输出轴通过第一通孔连接其他负载传递动力，增加传递扭矩。

进一步的，所述电机轴为中空结构，凸轮在电机轴上直接加工而成，通过电机轴右端的第二段轴肩将柔性轴承定位。

进一步的，所述凸轮呈椭圆形，柔性轴承套在凸轮上并产生椭圆形变形。

进一步的，还包括电机，电机定子通过轴肩定位及密封胶与外壳固定，电机转子通过轴肩定位及密封胶与电机轴固定，电机通过驱动电机轴转动将动力依次传递至波发生器和输出轴。

进一步的，所述电机为无框力矩电机。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明公开了一种协作机器人的关节模组，包括：协作机器人控制模块、谐波减速器、输出轴、电机、电机轴、转接盘、套筒、防护套、柔性轴承等，协作机器人控制模块的控制器与电机连接，电机转动时，电机轴转动，谐波减速器主要包括刚轮、柔轮、交叉滚子轴承、波发生器，谐波减速器左端由柔轮和交叉滚子轴承通过转接盘与外壳螺纹连接，谐波减速器右端与输出轴螺纹连接，输出轴通过轴承与电机轴轴向定位配合且二者同心，柔轮和刚轮右端面分别与交叉滚子轴承连接，刚轮与输出轴螺纹连接，柔性轴承套在凸轮上，产生变形，凸轮直接在电机轴上一体化加工而成，电机轴与柔性轴承轴肩定位，凸轮和柔性轴承构成波发生器，柔轮右端内壁嵌套在波发生器上，柔轮与柔性轴承接触，柔轮和刚轮啮合。本发明提供的协作机器人的关节模组，套筒固定在交叉滚子轴承右侧，防护套可拆卸式嵌入在套筒内，防护套采用弹性材料制成，通过螺钉将交叉滚子轴承、柔轮、转接盘以及外壳固定连接，根据电机的尺寸误差调节转接盘尺寸，避免由于电机的尺寸误差而导致整个装配出现问题，谐波减速器为柔轮固定，刚轮输出，波发生器由凸轮和柔性轴承组成，当电机轴转动时，带动波发生器转动，迫使柔轮产生形变，由于柔轮通过螺纹连接与外壳固定，因此柔轮只发生变形而不转动，柔轮的外齿圈与刚轮的内齿圈相啮合，柔轮变形促使刚轮转动，刚轮与交叉滚子轴承轴肩定位，刚轮通过螺钉与输出轴螺纹连接，将动力传递给输出轴，外壳通过螺钉与转接盘、谐波减速器螺纹连接，外壳只起固定配合作用，通过转接盘将外壳与输出模块隔离，缩小输出模块的空间占比，缩小其体积，从而保证关节模组的结构紧凑，整个装置可靠、稳定，与其他负载轴向连接，增加传递扭矩，结构简单，实用性强，适用于物流行业、太空研究、医疗、激光等精密行业。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的输出轴的右视图；

图3为本发明的谐波减速器的结构示意图；

图4为本发明图1中电机的示意图；

其中，1、协作机器人控制模块；2、转接盘；3、柔轮；4、交叉滚子轴承；5、套筒；6、防护套；7、输出轴；8、柔性轴承；9、电机轴；10、轴承；11、刚轮；12、外壳；13、电机；14、第一通孔；15、第二通孔；16、谐波减速器；17、电机定子；18、电机转子。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1-3所示，一种协作机器人的关节模组，包括输入模块、协作机器人控制模块1和输出模块，输入模块为电机13，协作机器人控制模块1包括编码器、驱动器、控制器、制动器等，控制器与电机13、编码器、驱动器、制动器连接，通过编码器将接收的信号或数据转换成控制器可识别的信号，控制器通过控制制动器或驱动器驱动电机13减速至停止或启动，电机13转动的同时，电机轴9转动，带动波发生器转动，采用现有技术即可实现，属于本领域技术人员的公知常识，在此不做赘述；输出模块包括转接盘2、套筒5、防护套6、输出轴7、电机轴9、谐波减速器16等，谐波减速器16主要包括柔轮3、交叉滚子轴承4、刚轮11和波发生器，谐波减速器16左端由柔轮3和交叉滚子轴承4通过转接盘2与外壳12螺纹连接，其右端与输出轴7螺纹连接，输出轴7通过轴承10与电机轴9轴向定位配合，输出轴7与电机轴9同心，凸轮和柔性轴承8构成波发生器，波发生器的凸轮直接在电机轴9上一体化加工而成，套筒5固定在交叉滚子轴承4右侧，防护套6可拆卸式嵌入在套筒5内，防护套6为弹性材料，可直接从套筒5中拆卸下来，主要起防护关节模组输出装置的作用，转接盘2通过左轴肩与外壳12配合，转接盘2通过右轴肩与柔轮3配合，转接盘2与柔轮3接触的一面开设凹槽且凹槽中有一密封圈，交叉滚子轴承4与柔轮3右侧固定且其凹槽中也有一密封圈，根据电机13的尺寸误差调节转接盘2尺寸，避免由于电机13的尺寸误差而导致整个装配出现问题。

外壳12通过螺钉与转接盘2和谐波减速器16螺纹连接，外壳12只起固定配合作用，通过转接盘2将外壳12与输出模块隔离，缩小输出模块的空间占比，从而保证关节模组整体装置的结构紧凑性。

具体的，外壳12右端面通过止口与转接盘2左端轴肩定位，转接盘2右端轴肩与柔轮3左端止口定位连接，在转接盘2右端面开设的凹槽中有密封圈密封，柔轮3右端面与交叉滚子轴承4上端连接，且交叉滚子轴承4的左端面凹槽中也有密封圈密封，通过螺钉将转接盘2、柔轮3、交叉滚子轴承4和外壳12固定连接。

凸轮呈椭圆形结构，柔性轴承8套在凸轮上，产生变形，柔轮3右端内壁嵌套在波发生器上，迫使柔轮3发生形变，柔轮3与柔性轴承8接触，形成与凸轮形状匹配的椭圆形结构，柔轮3的外齿圈与刚轮11的内齿圈相啮合，刚轮11的齿数比柔轮3的齿数多两个，通过齿数差实现减速传递，刚轮11右端面与交叉滚子轴承4的下端轴肩定位，刚轮11与交叉滚子轴承4之间有密封圈密封，刚轮11右侧与输出轴7螺纹连接，刚轮11上开设的凹槽内有密封圈密封，通过螺钉连接将交叉滚子轴承4、输出轴7和刚轮11螺纹连接。

如图2所示，电机13为无框力矩电机，其电机定子17通过轴肩定位及密封胶与外壳12固定，其电机转子18通过轴肩定位以及密封胶与电机轴9固定，电机轴9为中空结构，电机轴9右端设置内止口，用于安装轴承10，电机轴9通过轴承10与输出轴7轴向定位，保持其与输出轴7的同心度以及增加结构的稳定性及刚度，电机轴9上设置两个轴肩，其一，为了安装轴承10，其二，椭圆形凸轮直接加工在电机轴9上，与电机轴9是一体化设计，柔性轴承8套在凸轮上，通过电机轴9右端的第二段轴肩实现与柔性轴承8之间的定位配合，柔性轴承8与柔轮3接触，可以将动力直接传递给柔轮3，在转动时柔轮3产生变形。

输出轴7为中空结构，便于关节模组的电源线、信号线等走线，输出轴7通过轴承10与电机轴9轴向定位装配，确保输出轴7与电机轴9的同心，输出轴7右端面沿圆周方向由外至内依次开设若干个呈葫芦状结构的第一通孔14和若干个圆形的第二通孔15，第二通孔15与交叉滚子轴承4和刚轮11相适配，输出轴7通过第二通孔15与交叉滚子轴承4和刚轮11螺纹连接，通过第一通孔14螺纹连接其他负载模组，采用轴向定位连接，传递动力，增加传递扭矩。

谐波减速器通过柔轮3固定，通过刚轮11输出动力，当电机轴9转动时，带动波发生器转动，迫使柔轮3产生形变，由于柔轮3通过螺纹连接与外壳固定，因此柔轮3只发生变形而不转动。柔轮3的外齿圈与刚轮11的内齿圈相啮合，柔轮3变形促使刚轮11转动，刚轮11与交叉滚子轴承4轴肩定位，通过螺钉与输出轴7螺纹连接，将动力传递给输出轴7。

本发明未说明的部分包括未详细说明的产品和方法，采用现有技术即可实现，在此不多做赘述。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种协作机器人的关节模组，其特征在于，包括协作机器人控制模块(1)、转接盘(2)、输出轴(7)、电机(13)和谐波减速器(16)，所述协作机器人控制模块(1)的控制器与电机(13)连接，谐波减速器(16)包括柔轮(3)、交叉滚子轴承(4)、刚轮(11)和波发生器，谐波减速器(16)左端由柔轮(3)和交叉滚子轴承(4)通过转接盘(2)与外壳(12)连接，谐波减速器(16)右端与输出轴(7)连接，输出轴(7)与电机(13)的电机轴(9)轴向定位且同心，柔轮(3)和刚轮(11)右端面分别与交叉滚子轴承(4)连接，刚轮(11)与输出轴(7)螺纹连接，凸轮和柔性轴承(8)构成波发生器，柔性轴承(8)套在凸轮上，产生变形，凸轮与电机轴(9)成一体化，电机轴(9)与柔性轴承(8)轴肩定位，柔轮(3)右端内壁嵌套在波发生器上，柔轮(3)与柔性轴承(8)接触，柔轮(3)和刚轮(11)啮合，电机轴(9)转动并带动波发生器转动，柔轮(3)发生变形且不转动，促使刚轮(11)转动，输出动力并传递至输出轴(7)。

2.根据权利要求1所述的一种协作机器人的关节模组，其特征在于，所述外壳(12)通过螺钉与转接盘(2)和谐波减速器(16)螺纹连接，外壳(12)右端面通过止口与转接盘(2)左端轴肩定位，转接盘(2)右端轴肩与柔轮(3)左端止口定位连接，柔轮(3)的右端面与交叉滚子轴承(4)上端连接，刚轮(11)的右端面与交叉滚子轴承(4)的下端轴肩定位，通过螺钉将转接盘(2)、柔轮(3)、交叉滚子轴承(4)和外壳(12)螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的一种协作机器人的关节模组，其特征在于，所述转接盘(2)的右端面凹槽中有密封圈密封，交叉滚子轴承(4)的左端面凹槽中有密封圈密封。

4.根据权利要求1所述的一种协作机器人的关节模组输出装置，其特征在于，所述交叉滚子轴承(4)右侧固定有套筒(5)，防护套(6)可拆卸式嵌入在套筒(5)内，防护套(6)采用弹性材料制成。

5.根据权利要求1所述的一种协作机器人的关节模组输出装置，其特征在于，所述输出轴(7)为中空结构，输出轴(7)通过轴承(10)与电机轴(9)轴向定位装配。

6.根据权利要求1所述的一种协作机器人的关节模组输出装置，其特征在于，所述输出轴(7)右端面沿圆周方向由外至内依次分布若干个第一通孔(14)和第二通孔(15)，第一通孔(14)呈葫芦状，输出轴(7)通过第二通孔(15)与交叉滚子轴承(4)和刚轮(11)螺纹连接，输出轴(7)通过第一通孔(14)连接其他负载，增加传递扭矩。

7.根据权利要求1所述的一种协作机器人的关节模组输出装置，其特征在于，所述电机轴(9)为中空结构，凸轮在电机轴(9)上直接加工而成，通过电机轴(9)右端的第二段轴肩将柔性轴承(8)定位。

8.根据权利要求1所述的一种协作机器人的关节模组，其特征在于，所述凸轮呈椭圆形，柔性轴承(8)套在凸轮上并产生椭圆形变形。

9.根据权利要求1所述的一种协作机器人的关节模组，其特征在于，还包括电机(13)，其电机定子(17)通过轴肩定位及密封胶与外壳(12)固定，其电机转子(18)通过轴肩定位及密封胶与电机轴(9)固定，电机(13)通过驱动电机轴(9)转动将动力依次传递至波发生器和输出轴(7)。

10.根据权利要求9所述的一种协作机器人的关节模组，其特征在于，所述电机(13)为无框力矩电机。

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