CN111906812A - 机器人齿轮传动关节结构 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种机器人齿轮传动关节结构，包括第一构件，所述第一构件包括相连通的第一安装腔和第二安装腔；所述第一安装腔包括位于第一构件的第一侧面的第一开口，且机器人的末端输入轴组件经由第一开口装配到所述第一安装腔；所述第二安装腔包括位于第一构件的第二侧面的第二开口，且所述机器人的末端减速机组件经由第二开口装配到所述第二安装腔，并与装配于所述第一安装腔的末端输入轴组件相接；在所述第一构件上，所述第一侧面与第二侧面垂直，且所述第一安装腔与第二安装腔的中心线垂直。本发明实施例不仅对外观要求较低，而且可大大降低机器人手腕的拆卸频率，提高装配效率，从而可大大提高研发效率。

Description

机器人齿轮传动关节结构

技术领域

本发明实施例涉及机器人领域，更具体地说，涉及一种机器人齿轮传动关节结构。

背景技术

工业机器人是现代制造业重要的自动化装备，目前已广泛应用在CNC(Computernumerical control，计算机数字控制机床)上下料、手机壳打磨、金属打磨等领域。

在六轴机器人本体研发过程中，机器人腕部结构方案的设计是一个至关重要的环节，是整个机器人机械部分研发的技术核心之一。机器人手腕是连接末端操作器和手臂的部件，其作用为调节或改变工件的方位，以使机器人末端执行器适应复杂的动作要求。

如图1-4所示，是现有机器人手腕的结构示意图。该机器人手腕包括位于机器人前臂1的末端的J5(即五轴)减速机刚柔轮306、J5输入轴组件、J6输入轴组件、J6减速机组件21、J6过线套25、J6轴承端盖220、腕部壳体231、J5被动皮带轮302和J6被动皮带轮225。其中，上述J5输入轴组件包括J5减速机输入轴301、J5减速机波发生器308、轴承一307、轴承二305、J5减速机端盖303、密封圈一304、O型圈一等；J6输入轴组件包括J6传动轴221、J6轴承杯222、J6轴承固定板224、J6带轮固定板229、轴承三2232、轴承四2231、轴承五2233、密封圈二2272和O型圈二2273；J6减速机组件21包括J6减速机刚柔轮211、J6减速机波发生器212、J6轴承固定板、J6末端法兰213、J6从动齿轮217、J6从动齿轮调整垫、弹性挡圈一、弹性挡圈二、密封圈三214、轴承六215和轴承七216。上述机器人手腕结构中，由于J6输入轴组件和J6减速机组件21本身的零部件较多，各零部件之间的配合结构复杂，导致J6输入轴组件与J6减速机组件21之间的锥齿轮传动结构调整难度较大，锥齿轮高速旋转时易产生较大噪声、且传递效率低。并且，上述机器人手腕结构采用整体式组装，装配与拆解不便。

发明内容

本发明实施例针对上述机器人手腕结构锥齿轮结构调整难度较大、拆装不便的问题，提供一种机器人齿轮传动关节结构。

本发明实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种机器人齿轮传动关节结构，包括第一构件，所述第一构件包括相连通的第一安装腔和第二安装腔；所述第一安装腔包括位于所述第一构件的第一侧面的第一开口，且机器人的末端输入轴组件经由所述第一开口装配到所述第一安装腔；所述第二安装腔包括位于所述第一构件的第二侧面的第二开口，且所述机器人的末端减速机组件经由所述第二开口装配到所述第二安装腔，并与装配于所述第一安装腔的末端输入轴组件相接；在所述第一构件上，所述第一侧面与第二侧面垂直，且所述第一安装腔与第二安装腔的中心线垂直。

优选地，所述第一安装腔由横截面为圆形的第一台阶孔构成；所述第一台阶孔包括用于固定末端输入轴组件的轴承杯的第一台阶面，且所述第一台阶孔的底部具有用于固定末端输入轴组件的底部轴承的凸环。

优选地，所述第二安装腔由横截面为圆形的第二台阶孔构成，且所述第二台阶孔的底部与所述第一台阶孔的底部相切；所述第二台阶孔包括用于固定末端减速机组件的刚柔轮的第二台阶面。

优选地，所述机器人齿轮传动关节结构包括末端减速机刚柔轮替代工装，所述末端减速机刚柔轮替代工装通过螺钉固定在所述第二台阶孔的第二台阶面，且所述末端减速机刚柔轮替代工装的内孔的尺寸大于末端轴减速机组件的刚柔轮的内孔的尺寸。

优选地，所述机器人齿轮传动关节结构包括第二构件，所述第二构件包括用于装配电机组件的的电机安装位，且在所述第二构件锁紧固定在所述第一构件上时，所述第二构件的电机安装位的中心轴与所述第一安装腔的中心轴平行。

优选地，所述第二构件的电机安装位包括用于固定所述电机组件的固定孔组，所述固定孔组包括多个腰孔，所述电机组件通过穿过所述腰孔的螺钉固定在所述第二构件。

优选地，所述第一构件的第三侧面设有窥视孔，所述第三侧面分别垂直于所述第一侧面和第二侧面，且所述窥视孔与所述第一安装腔和第二安装腔相连通的位置对应。

优选地，所述第二安装腔包括位于第一构件并用于供末端轴过线套穿过的第三开口，且所述第二开口和第三开口的中心轴同轴；所述机器人齿轮传动关节结构包括堵塞件，所述堵塞件以可拆卸地方式安装在所述第三开口处并堵塞所述第三开口。

优选地，所述第二侧面位于所述第一构件的顶面，所述第一侧面位于所述第一构件的正面，且所述第一构件的底部和背部分别设有凹槽。

本发明实施例的机器人齿轮传动关节结构，通过第一构件提供的第一安装腔、第二安装腔，可直接应用到机器人本体，并代替机器人手腕，其不仅对外观要求较低，而且可大大降低机器人手腕的拆卸频率，提高装配效率，从而可大大提高研发效率。并且，本发明实施例的机器人齿轮传动关节结构，还可应用于机器人末端关节传动轴及末端关节减速机的传动测试验证。

附图说明

图1是现有六关节机器人末端部位的结构示意图；

图2是现有六关节机器人J6轴输入侧的内部结构示意图；

图3是现有六关节机器人J6输入轴组件的结构示意图；

图4是现有六关节机器人J5输入轴组件的安装示意图；

图5是本发明实施例提供的机器人齿轮传动关节结构中第一构件的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的机器人齿轮传动关节结构中第一构件的背面结构示意图；

图7是本发明实施例提供的机器人齿轮传动关节结构中第一构件上第一开口的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的机器人齿轮传动关节结构中第二构件的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的机器人齿轮传动关节结构中第二构件的外侧面的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的机器人齿轮传动关节结构装配机器人的末端输入轴组件和末端减速机组件的结构示意图；

图11是本发明实施例提供的机器人齿轮传动关节结构装配机器人的末端输入轴组件和末端减速机组件的另一侧的结构示意图；

图12是本发明实施例提供的机器人齿轮传动关节结构装配机器人的末端输入轴组件和末端减速机组件的剖面结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图5-7所示，是本发明实施例提供的机器人齿轮传动关节结构的结构示意图，该机器人齿轮传动关节结构可用于六关节机器人，并代替机器人手腕进行机器人末端关节传动轴及末端关节减速机的装配，同时，该机器人齿轮传动关节结构还可对六关节机器人的J6传动结构的测试验证。当然，本实施例的机器人齿轮传动关节结构也可用于其他类型机器人。本实施例的机器人齿轮传动关节结构包括第一构件50，该第一构件50包括第一安装腔和第二安装腔，该第一安装腔和第二安装腔在第一构件50的内部连通。

上述第一安装腔的形状和尺寸与机器人的末端输入轴组件的形状和尺寸相适配，且该第一安装腔包括位于第一构件50的第一侧面的第一开口501，机器人的末端输入轴组件经由第一开口501装配到第一安装腔；第二安装腔的形状和尺寸与机器人的末端减速机组件的形状和尺寸相适配，且该第二安装腔包括位于第一构件50的第二侧面的第二开口502，机器人的末端减速机组件经由第二开口502装配到第二安装腔，并与装配于第一安装腔的末端输入轴组件相接(末端输入轴组件的主动齿轮与末端减速机组件的从动齿轮啮合)，从而实现末端输入轴组件和减速机组件之间的传动连接。上述第一构件的第一侧面与第二侧面垂直，即第一开口501和第二开口502位于第一构件的两个相对垂直的面，且第一安装腔与第二安装腔的中心线垂直。

由于第一安装腔和第二安装腔均位于第一构件50，即机器人的末端输入轴组件和末端减速机组件装配到第一构件50，并代替机器人手腕进行机器人末端关节传动轴及末端关节减速机的传动连接，当该机器人齿轮传动关节结构应用到机器人本体时，不仅可提高末端输入轴组件和末端减速机组件的装配精度，而且可大大降低末端输入轴组件和末端减速机组件的拆卸频率，提高装配效率。

在第一构件50上，第一侧面具体可以为第一构件50的正面，第二侧面则为第一构件50的顶面，为减轻整个装置的重量，上述第一构件50的背部和底部可分别分别设有凹槽504、505。并且，上述第一构件50可外接在额外的工装上，并与额外的工装上的对应位置安装固定，相应地，第一构件50的底部可设置固定孔等安装结构。特别地，为便于固定，上述固定孔可采用U形孔、通孔、螺纹孔等。

结合图8-9所示，在本发明的另一实施例中，上述机器人齿轮传动关节结构还包括第二构件60，且该第二构件60可锁紧固定到第一构件5。上述第二构件60可作为前臂替代工装，用于固定末端轴的驱动电机(例如电机70)，第一构件50则是对腕体的简化。在本实施例中，第二构件60和第一构件50以可拆卸的方式装配在一起(例如第二构件60可通过螺钉固定在第一构件50上)。通过上述方式，第二构件60和第一构件50可分别加工，降低加工难度。当然，在实际应用中，第一构件50和第二构件60也可采用一体结构，但其加工相对复杂。

具体地，第二构件60上具有用于装配电机组件的的电机安装位，该电机安装位位于第二构件60的背面，且在第二构件60锁紧固定在第一构件50上(例如通过穿过安装孔604的螺钉，第一构件50上具有对应的安装孔509)时，第二构件60的外侧与第一构件50的第一侧面位于同一平面，电机安装位的中心轴与第一安装腔的中心轴平行。

具体地，结合图10-12所示，电机组件包括电机70以及主动皮带轮71，上述主动皮带轮71可通过螺钉固定在电机70的转轴上，从而电机70可驱动主动皮带轮71转动，实现转矩输出。并且，主动皮带轮71位于第二构件60的外侧，从而在第二构件6锁紧到第一构件时，主动皮带轮71与第一安装腔的第一开口501位于同一侧，该主动皮带轮71的中心轴与第一安装腔的中心轴平行，从而主动皮带轮71可通过皮带等传动件带动第一安装腔内的末端输入轴组件转动。

第二构件60的电机安装位具体可包括安装槽601、输出轴孔603以及用于固定电机组件的固定孔组，其中固定孔组包括多个腰孔602，电机组件通过穿过腰孔602的螺钉固定在第二构件60上。通过上述腰孔结构，可根据实际装配位置实现主动皮带轮71与末端输入轴组件之间的皮带的张紧力的调节。当然，在实际应用中，上述固定孔组也可采用圆孔，但无法实现皮带张紧力调节。

结合图10-12所示，在本发明的又一实施例中，上述第一安装腔具体可由横截面为圆形的第一台阶孔构成，该第一台阶孔包括用于固定末端输入轴组件的轴承杯805的第一台阶面，且该第一台阶孔的底部具有凸环508，并通过该凸环508固定末端输入轴组件的底部轴承808。

具体地，末端输入轴组件包括传动轴802、主动齿轮803、轴承杯805、轴承固定板806、带轮固定板804、肩部轴承807、底部轴承808以及被动皮带轮801。该末端输入轴组件可通过以下方式装配到第一安装腔：被动皮带轮801通过带轮固定板804固定在传动轴802上，轴承杯805固定在第一台阶孔的第一台阶面上，底部轴承808则装配到第一台阶孔底部的凸环508的内孔中；肩部轴承807设在轴承杯805内孔轴肩处，并与固设在轴承杯805一端的轴承固定板806配合实现肩部轴承807外圈的轴向定位；主动齿轮803固定在传动轴802，并可跟随传动轴802转动，传动轴802的同侧轴端与肩部轴承807的内圈配合，且该轴传动轴802的底端与底部轴承808的内圈配合。

此外，为了提高密封效果，还可在轴承杯805与带轮固定板804之间增加密封圈809。通过上述密封圈809，可满足末端输入轴组件装配的气密性效果，避免漏油，同时可实现关节噪音的解耦。

类似地，第二安装腔可由横截面为圆形的第二台阶孔构成，且该第二台阶孔的底部与第一台阶孔的底部相切，并第一台阶孔和第二台阶孔在两者相切处连通。上述第二台阶孔包括用于固定末端减速机组件的刚柔轮的第二台阶面。

具体地，末端减速机组件包括刚柔轮901、波发生器903、轴承固定板909、末端法兰902、从动齿轮904、第一轴承905、第二轴承906、弹性挡圈907。末端减速机组件可通过以下方式装配到第二台阶孔：末端法兰902的内侧内孔设有第二轴承906，通过末端法兰902内部轴肩和轴承固定板909实现第二轴承906外圈的轴向定位(轴承固定板909通过十字槽沉头螺钉锁紧，有效降低其径向尺寸，进而降低整个组件的尺寸)；波发生器903一端固设在第二轴承906内，并通过弹性挡圈907径向定位，波发生器906的另一端设有第一轴承905；刚柔轮901设在末端法兰902内侧端面，从动齿轮904设在波发生器903底部，并与第一台阶孔底部的主动齿轮803啮合。

此外，为了提高密封效果，还可在末端法兰902的顶端增加密封圈908，通过上述密封圈908，可满足末端减速机组件装配的气密性效果，避免漏油，同时可实现关节噪音的解耦。

在实际应用中，上述末端输入轴组件中的传动轴802与主动齿轮803采用了分体式结构，传动轴802轴肩止口与主动齿轮803内圈止口配合，两者通过调整垫调整齿轮啮合情况，通过机器人齿轮传动关节结构可进行主动齿轮803与从动齿轮904的适配，并确定最优的调整垫厚度。

特别地，上述机器人齿轮传动关节结构还包括末端减速机刚柔轮替代工装，该末端减速机刚柔轮替代工装可代替末端减速机组件中的刚柔轮901，且该末端减速机刚柔轮替代工装通过螺钉固定在第二台阶孔的第二台阶面。通过末端轴减速机刚柔轮替代工装来取代末端轴减速机组件的刚柔轮901，可避免减速机的声音影响，实现问题的解耦。

上述末端减速机刚柔轮替代工装，除了内孔外的其余尺寸和刚柔轮901一致，而其内孔的尺寸可大于末端轴减速机刚柔轮的内孔的尺寸，从而保证不与波发生器903接触。并且，为便于末端减速机组件的拆装，腕体替代工装50上第二台阶孔的最外端孔径也可适当加大。

在使用上述机器人齿轮传动关节结构进行机器人的末端输入轴组件和末端轴减速机组件进行测试验证时，末端轴减速机组件的刚柔轮901可与上述末端轴减速机刚柔轮替代工装相互替换，进行对比实验。

在本发明的另一实施例中，第二安装腔还包括位于第一构件50并用于供末端轴过线套穿过的第三开口506，且第二开口502和第三开口506的中心轴同轴。由于末端轴过线套对装配精度有着潜在影响，因此可选择性安装在上述机器人齿轮传动关节结构中，实现问题的解耦，同时针对机器人齿轮传动关节结构装入润滑油后的密封需求，可在末端轴过线套不装入时，在对应位置增加堵塞件507，该堵塞件507以可拆卸地方式安装在第三开口506处并堵塞第三开口506。

在上述机器人齿轮传动关节结构中，还可在主体部(具体为腕体替代工装50)的第三侧面设置窥视孔503，该第三侧面分别垂直于第一侧面和第二侧面，且窥视孔503位于第一安装腔和第二安装腔相连通位置，即通过上述窥视孔503，可方便地查看主动齿轮803与从动齿轮904的啮合情况。针对装入润滑油后的密封需要，可在窥视孔503位置装入合适尺寸的塞子；并且，该窥视孔503也可用于装配完成后的注油使用。

特别地，上述窥视孔503的直径大于可齿厚，从而在尽量不对其他孔位产生影响的同时，保证良好的观察效果。并且，针对装入润滑油后的密封需要，可将窥视孔503的外部接口尺寸与第三开口506的尺寸相当，并使用相同的堵塞件。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种机器人齿轮传动关节结构，其特征在于，包括第一构件，所述第一构件包括相连通的第一安装腔和第二安装腔；所述第一安装腔包括位于所述第一构件的第一侧面的第一开口，且机器人的末端输入轴组件经由所述第一开口装配到所述第一安装腔；所述第二安装腔包括位于所述第一构件的第二侧面的第二开口，且所述机器人的末端减速机组件经由所述第二开口装配到所述第二安装腔，并与装配于所述第一安装腔的末端输入轴组件相接；在所述第一构件上，所述第一侧面与第二侧面垂直，且所述第一安装腔与第二安装腔的中心线垂直。

2.根据权利要求1所述的机器人齿轮传动关节结构，其特征在于，所述第一安装腔由横截面为圆形的第一台阶孔构成；所述第一台阶孔包括用于固定末端输入轴组件的轴承杯的第一台阶面，且所述第一台阶孔的底部具有用于固定末端输入轴组件的底部轴承的凸环。

3.根据权利要求2所述的机器人齿轮传动关节结构，其特征在于，所述第二安装腔由横截面为圆形的第二台阶孔构成，且所述第二台阶孔的底部与所述第一台阶孔的底部相切；所述第二台阶孔包括用于固定末端减速机组件的刚柔轮的第二台阶面。

4.根据权利要求3所述的机器人齿轮传动关节结构，其特征在于，所述机器人齿轮传动关节结构包括末端减速机刚柔轮替代工装，所述末端减速机刚柔轮替代工装通过螺钉固定在所述第二台阶孔的第二台阶面，且所述末端减速机刚柔轮替代工装的内孔的尺寸大于末端轴减速机组件的刚柔轮的内孔的尺寸。

5.根据权利要求1所述的机器人齿轮传动关节结构，其特征在于，所述机器人齿轮传动关节结构包括第二构件，所述第二构件包括用于装配电机组件的的电机安装位，且在所述第二构件锁紧固定在所述第一构件上时，所述第二构件的电机安装位的中心轴与所述第一安装腔的中心轴平行。

6.根据权利要求5所述的机器人齿轮传动关节结构，其特征在于，所述第二构件的电机安装位包括用于固定所述电机组件的固定孔组，所述固定孔组包括多个腰孔，所述电机组件通过穿过所述腰孔的螺钉固定在所述第二构件。

7.根据权利要求1所述的机器人齿轮传动关节结构，其特征在于，所述第一构件的第三侧面设有窥视孔，所述第三侧面分别垂直于所述第一侧面和第二侧面，且所述窥视孔与所述第一安装腔和第二安装腔相连通的位置对应。

8.根据权利要求1所述的机器人齿轮传动关节结构，其特征在于，所述第二安装腔包括位于第一构件并用于供末端轴过线套穿过的第三开口，且所述第二开口和第三开口的中心轴同轴；所述机器人齿轮传动关节结构包括堵塞件，所述堵塞件以可拆卸地方式安装在所述第三开口处并堵塞所述第三开口。

9.根据权利要求1所述的机器人齿轮传动关节结构，其特征在于，所述第二侧面位于所述第一构件的顶面，所述第一侧面位于所述第一构件的正面，且所述第一构件的底部和背部分别设有凹槽。

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