CN112248028A - 关节臂结构、机器人 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种关节臂结构、机器人，包括第一关节臂、第二关节臂、第一电机和传动部，所述第二关节臂能够转动地设置在所述第一关节臂上，所述第一电机设置在所述第二关节臂外，所述第一电机通过所述传动部带动所述第二关节臂在所述第一关节臂上转动。本申请提供一种关节臂结构、机器人，能够减少关节臂结构末端的惯量，提高关节臂结构的相应速度。

Description

关节臂结构、机器人

技术领域

本申请属于机器人技术领域，具体涉及一种关节臂结构、机器人。

背景技术

现有的水平四关节型关节臂结构的关节臂包括小臂、大臂和基座。其中，第二关节电机、第三关节电机和第四关节电机全部设置在小臂上，第二关节电机被安装在第二关节的回转轴上，第三关节电机和第四关节电机排列在第二关节电机的前方，这样的设置方式导致关节臂结构的末端惯量大大增加，严重影响关节臂结构的响应速度。

发明内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种关节臂结构，能够减少关节臂结构末端的惯量，提高关节臂结构的相应速度。

为了解决上述问题，本申请提供了一种关节臂结构，包括第一关节臂、第二关节臂、第一电机和传动部，所述第二关节臂能够转动地设置在所述第一关节臂上，所述第一电机设置在所述第二关节臂外，所述第一电机通过所述传动部带动所述第二关节臂在所述第一关节臂上转动。

可选地，所述关节臂结构还包括基座，所述基座设置有第一开口，所述第一关节臂从所述第一开口伸入所述基座内，所述第一关节臂能够在所述第一开口内摆动。

可选地，所述第一关节臂包括第一段和第二段，所述第一段与所述第二关节臂相连接，所述第二段设置在所述基座内，所述第一电机设置在所述第二段上。

可选地，所述关节臂结构还包括第二电机，所述第二电机设置在所述第二段上，所述第二电机用于驱动所述第一关节臂转动，所述第一电机与所述第二电机同轴设置，所述第一电机位于所述第一关节臂的第一侧，所述第二电机位于所述第一关节臂的第二侧。

可选地，所述传动部包括传动轴和传动件，所述传动轴能够转动地设置在所述第一关节臂上，且所述传动轴与所述第二关节臂相连接，所述传动件分别与所述第一电机和所述传动轴相连接，以使所述第一电机通过所述传动件和所述传动轴带动所述第二关节臂运动。

可选地，所述传动部还包括第一减速器，所述第一减速器设置在所述第一关节臂上，所述传动轴通过所述第一减速器与所述第二关节臂相连接。

可选地，所述第一关节臂上设置有安装座，所述安装座上设置有轴承，所述传动轴套设在所述轴承内，以使所述传动轴能够转动地设置在所述第一关节臂上。

可选地，所述安装座设置有安装孔，所述安装孔内设置有卡簧，所述传动轴套设在所述卡簧内。

可选地，所述传动轴贯穿所述第一关节臂，所述传动轴的两端位于所述第一关节臂外。

可选地，所述传动件为同步带，所述传动件设置在所述第一关节臂内。

可选地，所述第一关节臂包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体与所述第二壳体相铰接，以使所述第一壳体与所述第二壳体能够在竖直方向上向相错开或相重叠。

可选地，所述基座内设置有第一安装腔，所述第一电机设置在所述第一安装腔内。

可选地，所述关节臂结构还包括第二减速器，所述基座内设置有第二安装腔，所述第二电机与所述第二减速器相连接，所述第二减速器固定在所述第二安装腔的内壁上。

可选地，所述基座设置有装配口，所述装配口上能够拆卸地盖设有盖体。

可选地，所述关节臂结构还包括转动件、第三电机和第四电机，所述转动件设置在所述第二关节臂上，所述第三电机和所述第四电机与所述转动件相连接，以带动所述转动件转动，所述第三电机与所述第四电机关于所述第一关节臂的轴线对称设置在所述第二关节臂上。

可选地，所述转动件设置在所述第二关节臂的一端上，所述第三电机和所述第四电机设置在所述第二关节臂远离所述转动件的另一端上。

可选地，所述第二关节臂包括第一部分和第二部分，所述第一部分上设置有第一安装板，所述第三电机设置在所述第一安装板上，所述第二部分上设置有第二安装板，所述第四电机设置在所述第二安装板上。

本申请的另一方面，提供了一种机器人，包括如上述的关节臂结构。

有益效果

本发明的实施例中所提供的一种关节臂结构，能够减少关节臂结构末端的惯量，提高关节臂结构的相应速度。

附图说明

图1为本申请实施例的结构示意图；

图2为本申请实施例的立体结构示意图。

附图标记表示为：

1、基座；11、盖体；12、第一安装腔；13、第二安装腔；2、第一关节臂；21、第一壳体；22、第二壳体；23、安装座；24、轴承；25、卡簧；3、第二关节臂；4、转动件；51、第一电机；52、第二电机；53、第三电机；54、第四电机；61、传动件；62、传动轴；71、第一减速器；72、第二减速器。

具体实施方式

结合参见图1至图2所示，根据本申请的实施例，一种关节臂结构，包括第一关节臂2、第二关节臂3、第一电机51和传动部，第二关节臂3能够转动地设置在第一关节臂2上，第一电机51设置在第二关节臂3外，第一电机51通过传动部带动第二关节臂3在第一关节臂2上转动。通过将第一电机51设置在第二关节臂3外，能够减少关节臂结构末端的惯量，提高关节臂结构的相应速度。

进一步的，如图1所示，第一关节臂2能够带动第二关节臂3在水平方向旋转，第二关节臂3能够转动地设置在第一关节臂2上，并通过第一电机51带动，实现第二关节臂3在水平方向上旋转。

关节臂结构还包括基座1，基座1设置有第一开口，第一关节臂2从第一开口伸入基座1内，第一关节臂2能够在第一开口内摆动，通过设置基座1，能够保证第一关节臂2的稳定安装，通过设置第一开口，以实现第一关节臂2转动。

进一步的，基座1大致呈旋转的凹字形结构，凹字形的开口朝向水平方向，第一关节臂2从凹字形的开口处伸入到基座1内。

第一关节臂2包括第一段和第二段，第一段与第二关节臂3相连接，第二段设置在基座1内，第一电机51设置在第二段上，通过将第一电机51设置在第二段上，完全消除第一电机51的重量及重心对机器人末端惯量的影响，实现了机器人的低惯量方案。

进一步的，第二段伸入基座1的一端大致为圆形，第一段与第二关节臂3相连的一端也大致为圆形，第一关节臂2的中部具有中空的长方体结构。

在一些实施方式中，第一电机51也可以设置在基座1内且位于第二段外，也可以实现消除第一电机51的重量及重心对机器人末端惯量的影响。再者，也可以将第一电机51设置在基座1外，第一电机51通过传动装置带动第二关节臂3转动，也可以实现消除第一电机51的重量及重心对机器人末端惯量的影响。

关节臂结构还包括第二电机52，第二电机52设置在第二段上，第二电机52用于驱动第一关节臂2转动，第一电机51与第二电机52同轴设置，第一电机51位于第一关节臂2的第一侧，第二电机52位于第一关节臂2的第二侧。通过设置第二电机52实现了第一关节臂2的转动，通过将第一电机51与第二电机52同轴设置，使第一电机51和第二电机52的中心位于同一直线上，保证了第一关节臂2的运转稳定性。

进一步的，第一电机51设置在第一关节臂2的正上方，第二电机52设置在第一关节臂2的正下方。也即第一侧为第一关节臂2的正上方，第二侧为第一关节臂2的正下方。

进一步的，第一电机51的头部朝下设置，第二电机52的头部朝上设置。

传动部包括传动轴62和传动件61，传动轴62能够转动地设置在第一关节臂2上，且传动轴62与第二关节臂3相连接，传动件61分别与第一电机51和传动轴62相连接，以使第一电机51通过传动件61和传动轴62带动第二关节臂3运动。

进一步的，传动轴62能够转动地设置在第一关节臂2的第一段上。

进一步的，传动轴62上安装同步带轮，第一电机51的电机轴上设置有同步带轮，传动轴62上的同步带轮与第一电机51上的同步带轮配合。

进一步的，第一电机51的电机轴与电机轴上的同步带轮通过键连接。传动轴62与安装在传动轴62上的同步带轮键连接。

传动部还包括第一减速器71，第一减速器71设置在第一关节臂2上，传动轴62通过第一减速器71与第二关节臂3相连接，通过设置第一减速器71，保证第二关节臂3能够以需要的速度旋转。

进一步的，第一减速器71与传动轴62同轴设置，第一减速器71位于传动轴62的上方。

第一关节臂2上设置有安装座23，安装座23上设置有轴承24，传动轴62套设在轴承24内，以使传动轴62能够转动地设置在第一关节臂2上。通过设置安装座23，能够可以使第一电机51上的同步带轮获得支撑不易偏心。通过设置轴承24，保证了传动轴62的稳定运转。

进一步的，安装座23大致为U形，安装座23的开口朝向，传动轴62的下端套设在轴承24内。

进一步的，轴承24的外圈固定设置在安装座23上。

安装座23设置有安装孔，安装孔内设置有卡簧25，传动轴62套设在卡簧25内，通过设置卡簧25，能够防止传动轴62在轴向方向上窜动。

进一步的，轴承24设置在安装座23的内侧，卡簧25同轴设置在安装孔的内壁上。

进一步的，轴承24、卡簧25和传动轴62同轴设置。

进一步的，传动轴62为四段阶梯轴，其中一段可与传动轴62上的同步带轮连接，并且下一段的直径能够在轴向定位传动轴62上的同步带轮，以及限位轴承24的轴向移动，下一段穿过轴承24后安装卡簧25内，使传动轴62只能转动不能上下移动。

传动轴62贯穿第一关节臂2，传动轴62的两端位于第一关节臂2外，便于传动轴62的安装。

传动件61为同步带，传动件61设置在第一关节臂2内，保证了传动件61处于封闭的环境内，保证了传动件61的稳定、安全运动。

第一关节臂2包括第一壳体21和第二壳体22，第一壳体21与第二壳体22相铰接，以使第一壳体21与第二壳体22能够在竖直方向上向相错开或相重叠，可以使得第一关节臂2内的带轮易于安装，第一关节臂2的整体结构容易组装。

进一步的，第一壳体21位于第二壳体22的上方。

进一步的，第一壳体21靠近基座1的一端与第二壳体22靠近基座1的一端相铰接。

进一步的，第一壳体21在第一段处上下各具有一个圆形槽，两个圆形槽反向设置，在两个圆形槽中间形成了两层隔板，每层隔板上各设有一圆形孔洞，用来避让传动轴62。上方圆形槽用与安装第一减速器71，下方的圆形槽与第二壳体22所形成的空间可以使得传动轴62及传动轴62同步带轮可以放置在其中。

进一步的，第一壳体21的底部在外围设有一圈边缘，在边缘上设有一圈通孔，用于与第二壳体22固定连接。

进一步的，第二壳体22在第一段处和第二段处均设有方向向下的圆形槽，中间是方向向上的类矩形槽。第二段处的圆形槽用来与第二减速器72连接，第一段处的圆形槽用来固定传动轴62安装座23，在第一段处的圆形槽的顶部设有一圆孔，用于避让传动轴62。

基座1内设置有第一安装腔12，第一电机51设置在第一安装腔12内，可消除第一电机51的重量对关节臂结构末端惯量的影响。

进一步的，第一安装腔12内具有一个水平设置的内壁，内壁上设置有避让孔，用于避让第一电机51，第一电机51的重量由第一关节臂2承担，减少了影响第二关节臂3末端惯量的影响参数。第一关节臂2上设置有通孔，第一电机51的电机轴从通孔伸出，并与传动件61相连接。

关节臂结构还包括第二减速器72，基座1内设置有第二安装腔13，第二电机52与第二减速器72相连接，第二减速器72固定在第二安装腔13的内壁上，保证了第二减速器72的稳定连接，同时减小了第一关节臂2所承受的重量。

进一步的，第二减速器72通过安装法兰设置在第二安装腔13上。第二安装腔13设有给安装法兰定位的圆形槽，并在槽上设有固定安装法兰的螺钉孔，第二电机52通过电机安装板与安装法兰安装在第二安装腔13内，在圆形槽的中间设有用于避让电机安装板的圆形孔洞。

基座1设置有装配口，装配口上能够拆卸地盖设有盖体11，通过设置装配口，便于基座1内的部件的安装。通过设置盖体11能够对装配口进行封闭，避免杂物进入基座1内。

进一步的，装配口设置在基座1的顶部。

关节臂结构还包括转动件4、第三电机53和第四电机54，转动件4设置在第二关节臂3上，第三电机53和第四电机54与转动件4相连接，以带动转动件4转动，第三电机53与第四电机54关于第一关节臂2的轴线对称设置在第二关节臂3上，最大化降低重心对机器人末端惯量的影响。

进一步的，转动件4包括滚珠丝杆花键、丝杆螺母和花键螺母，第三电机53与第四电机54关于第一关节臂2的轴线对称设置在第二关节臂3上避免了因为丝杠母与花键母的高度落差而增加中间传动机构，减少了小臂的复杂程度。

进一步的，丝杆螺母和花键螺母设置在第二关节臂3上，滚珠丝杆花键套设在丝杆螺母和花键螺母内。

进一步的，第三电机53设置在第四电机54的正上方。

转动件4设置在第二关节臂3的一端上，第三电机53和第四电机54设置在第二关节臂3远离转动件4的另一端上，使得第二关节臂3的重心远离第二关节臂3的末端，提高了机器人的响应速度。

进一步的，第一关节臂2与第二关节臂3成直线时，转动件4设置在第二关节臂3远离第一关节臂2的一端，第三电机53和第四电机54设置在第二关节臂3靠近第一关节臂2的一端上。

第二关节臂3包括第一部分和第二部分，第一部分上设置有第一安装板，第三电机53设置在第一安装板上，第二部分上设置有第二安装板，第四电机54设置在第二安装板上，使第三电机53和第四电机54在第二关节臂3上易于安装。第二关节臂3是由第一部分和第二部分组装而成，使第二关节臂3易于安装。

进一步的，第一部分与第二部分对称设置。

进一步的，第一部分位于第二部分的正上方，第一部分和第二部分一起形成第二关节臂3。

进一步的，第一部分与第二部分在滚珠丝杠花键轴线处设有圆孔，分别用来安装滚珠丝杠螺母与滚珠花键螺母。

进一步的，第一部分与第二部分相接处分别具有两个边缘，且第一部分的边缘上设有通孔，第二部分的边缘上设有螺纹孔，可使用螺钉将第一部分与第二部分连接锁紧，形成完整的第二关节臂3结构。

进一步的，第一安装板、第二安装板与第二关节臂3的壳体为一体。

在本实施例中，第一关节臂2的安装顺序应为：安装好第二壳体22后，将第一壳体21与第二壳体22呈一定角度分开，之后将同步带轮安装至第一电机51上，将第一电机51固定在第一壳体21上，再将传动轴62装配到安装至上后，并将安装座23固定在第二壳体22的底部。将同步带轮安装在传动轴62上，之后拉紧同步带套设在传动轴62上的同步带轮与第一电机51上的带轮之间，再将第一壳体21与第二壳体22对齐，用螺钉将第一壳体21与第二壳体22之间连接，最后将第一减速器71安装在第一壳体21上。由于传动轴62的存在可以使传动轴62上的同步带轮容易安装，可以更好地对第一减速器71传动，有效的解决了没有传动轴62时，第一减速器71下方同步带轮不好安装且刚度不够，造成易偏心的问题。

本实施例的另一方面，提供了一种机器人，包括如上述的关节臂结构。

本发明的实施例中所提供的一种关节臂结构，能够减少关节臂结构末端的惯量，提高关节臂结构的相应速度。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (18)

1.一种关节臂结构，其特征在于，包括第一关节臂(2)、第二关节臂(3)、第一电机(51)和传动部，所述第二关节臂(3)能够转动地设置在所述第一关节臂(2)上，所述第一电机(51)设置在所述第二关节臂(3)外，所述第一电机(51)通过所述传动部带动所述第二关节臂(3)在所述第一关节臂(2)上转动。

2.根据权利要求1所述的关节臂结构，其特征在于，所述关节臂结构还包括基座(1)，所述基座(1)设置有第一开口，所述第一关节臂(2)从所述第一开口伸入所述基座(1)内，所述第一关节臂(2)能够在所述第一开口内摆动。

3.根据权利要求2所述的关节臂结构，其特征在于，所述第一关节臂(2)包括第一段和第二段，所述第一段与所述第二关节臂(3)相连接，所述第二段设置在所述基座(1)内，所述第一电机(51)设置在所述第二段上。

4.根据权利要求3所述的关节臂结构，其特征在于，所述关节臂结构还包括第二电机(52)，所述第二电机(52)设置在所述第二段上，所述第二电机(52)用于驱动所述第一关节臂(2)转动，所述第一电机(51)与所述第二电机(52)同轴设置，所述第一电机(51)位于所述第一关节臂(2)的第一侧，所述第二电机(52)位于所述第一关节臂(2)的第二侧。

5.根据权利要求1所述的关节臂结构，其特征在于，所述传动部包括传动轴(62)和传动件(61)，所述传动轴(62)能够转动地设置在所述第一关节臂(2)上，且所述传动轴(62)与所述第二关节臂(3)相连接，所述传动件(61)分别与所述第一电机(51)和所述传动轴(62)相连接，以使所述第一电机(51)通过所述传动件(61)和所述传动轴(62)带动所述第二关节臂(3)运动。

6.根据权利要求5所述的关节臂结构，其特征在于，所述传动部还包括第一减速器(71)，所述第一减速器(71)设置在所述第一关节臂(2)上，所述传动轴(62)通过所述第一减速器(71)与所述第二关节臂(3)相连接。

7.根据权利要求5所述的关节臂结构，其特征在于，所述第一关节臂(2)上设置有安装座(23)，所述安装座(23)上设置有轴承(24)，所述传动轴(62)套设在所述轴承(24)内，以使所述传动轴(62)能够转动地设置在所述第一关节臂(2)上。

8.根据权利要求7所述的关节臂结构，其特征在于，所述安装座(23)设置有安装孔，所述安装孔内设置有卡簧(25)，所述传动轴(62)套设在所述卡簧(25)内。

9.根据权利要求5所述的关节臂结构，其特征在于，所述传动轴(62)贯穿所述第一关节臂(2)，所述传动轴(62)的两端位于所述第一关节臂(2)外。

10.根据权利要求5所述的关节臂结构，其特征在于，所述传动件(61)为同步带，所述传动件(61)设置在所述第一关节臂(2)内。

11.根据权利要求1所述的关节臂结构，其特征在于，所述第一关节臂(2)包括第一壳体(21)和第二壳体(22)，所述第一壳体(21)与所述第二壳体(22)相铰接，以使所述第一壳体(21)与所述第二壳体(22)能够在竖直方向上向相错开或相重叠。

12.根据权利要求2所述的关节臂结构，其特征在于，所述基座(1)内设置有第一安装腔(12)，所述第一电机(51)设置在所述第一安装腔(12)内。

13.根据权利要求4所述的关节臂结构，其特征在于，所述关节臂结构还包括第二减速器(72)，所述基座(1)内设置有第二安装腔(13)，所述第二电机(52)与所述第二减速器(72)相连接，所述第二减速器(72)固定在所述第二安装腔(13)的内壁上。

14.根据权利要求2所述的关节臂结构，其特征在于，所述基座(1)设置有装配口，所述装配口上能够拆卸地盖设有盖体(11)。

15.根据权利要求1所述的关节臂结构，其特征在于，所述关节臂结构还包括转动件(4)、第三电机(53)和第四电机(54)，所述转动件(4)设置在所述第二关节臂(3)上，所述第三电机(53)和所述第四电机(54)与所述转动件(4)相连接，以带动所述转动件(4)转动，所述第三电机(53)与所述第四电机(54)关于所述第一关节臂(2)的轴线对称设置在所述第二关节臂(3)上。

16.根据权利要求15所述的关节臂结构，其特征在于，所述转动件(4)设置在所述第二关节臂(3)的一端上，所述第三电机(53)和所述第四电机(54)设置在所述第二关节臂(3)远离所述转动件(4)的另一端上。

17.根据权利要求15所述的关节臂结构，其特征在于，所述第二关节臂(3)包括第一部分和第二部分，所述第一部分上设置有第一安装板，所述第三电机(53)设置在所述第一安装板上，所述第二部分上设置有第二安装板，所述第四电机(54)设置在所述第二安装板上。

18.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1-17任意一项所述的关节臂结构。

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