CN112549069A - 机械臂关节结构及机械臂 - Google Patents

Abstract

本申请涉及机械臂技术领域，具体涉及一种机械臂关节结构及机械臂，机械臂关节结构包括：第一关节部，一端的端面上形成有多个第一凸起，多个第一凸起沿第一关节部的周向布置，相邻两个第一凸起之间形成凹位；第二关节部，一端的端面上形成有多个第二凸起，多个第二凸起沿第二关节部的周向布置，第二凸起与第一关节部上的凹位适配；多个连接件，每个连接件分别连接相邻的第一凸起和第二凸起。受到扭矩时，连接件主要受沿其自身轴向的拉力或压力，且由于主要的应力由第一凸起和第二凸起承受，连接件不容易被扭动、扭松或脱落，第一关节部、第二关节部不容易分离，由二者连接的支臂不容易脱开，有效缓解现有技术中机械臂的连接位置容易脱开的问题。

Description

机械臂关节结构及机械臂

技术领域

本申请涉及机械臂技术领域，具体而言，涉及一种机械臂关节结构及机械臂。

背景技术

现在的机械臂一般是将前后支臂拼接在一起，常用的拼接方式是采用葫芦口式的拼接结构连接前后支臂，机械臂带动负载转动所承受的扭矩主要依靠螺钉锁紧端面的摩擦力，当负载较大，扭矩较大时，螺钉较易松动。当螺钉稍有松动，前后支臂就容易相对转动，最终导致螺钉从葫芦口掉出，造成前后支臂脱开。

发明内容

本申请旨在提供一种机械臂关节结构及机械臂，以解决现有技术中机械臂的连接位置容易脱开的问题。

本申请的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种机械臂关节结构，其包括：

第一关节部，一端的端面上形成有多个第一凸起，所述多个第一凸起沿所述第一关节部的周向布置，相邻两个第一凸起之间形成凹位；

第二关节部，一端的端面上形成有多个第二凸起，所述多个第二凸起沿所述第二关节部的周向布置，所述第二凸起与所述第一关节部上的所述凹位适配；

多个连接件，每个连接件分别连接相邻的所述第一凸起和所述第二凸起。

本申请提供的机械臂关节结构用于连接机械臂的前后两个支臂，第一凸起和第二凸起接触，连接件将周向上相邻的第一凸起和第二凸起连接在一起。在承受扭矩时，第一凸起和第二凸起相抵能够抵抗扭矩，减小扭矩对连接件的影响；并且，由于连接件并非沿径向布置，在承受扭矩时，连接件主要受到沿其自身轴向的力，而其受到的剪力相对较小，连接件不容易松动或剪坏，从而连接件及关节结构承受扭矩的能力大大提高，连接件不容易在扭力影响下脱落，第一关节部和第二关节部不容易分离，解决现有技术中机械臂的连接位置容易脱开的问题。

在本申请的一种实施例中，可选地，所述第一凸起具有第一表面、第二表面和第三表面，所述第一表面、所述第二表面和所述第三表面分别垂直于所述第一关节部的端面且围合，所述第一表面、所述第二表面分别与所述第二凸起接触。

在上述技术方案中，当第一关节部相对于第二关节部具有沿第一方向(如逆时针方向)转动的趋势时，第一表面受压；当第一关节部相对于第二关节部具有沿第二方向(如顺时针方向)转动的趋势时，第二表面受压。从而第一关节部和第二关节部受到扭矩时，第一凸起和第二凸起相抵协助受力，以缓解连接件受扭损坏脱落的问题。

在本申请的一种实施例中，可选地，所述第一凸起上形成有第一连接孔，所述第二凸起上形成有第二连接孔；

所述第一连接孔从所述第三表面延伸至所述第一表面，所述连接件穿设固定于所述第一连接孔和所述第二连接孔。

在上述技术方案中，连接件从第一凸起的外表进入第一连接孔并延伸至第二连接孔，从而稳定连接两个关节部，连接件安装、拆卸方便。

在本申请的一种实施例中，可选地，所述第一关节部的端面上形成有凸环，所述多个第一凸起绕所述凸环布置；

所述第二关节部的形成有圆孔，所述多个第二凸起绕所述圆孔布置，所述圆孔与所述凸环适配。

在上述技术方案中，第一关节部上的凸环伸入第二关节部的圆孔中能够加强连接稳定性，进一步缓解二者受力错开的问题。

在本申请的一种实施例中，可选地，所述第一表面与所述凸环相切，所述第二表面与所述第一表面垂直，所述第三表面与所述第一关节部的外周面共面。

在上述技术方案中，第一凸起和第二凸起至少有一个接触面为凸环的切面，当第一关节部相对于第二关节部具有沿第一方向(如逆时针方向)转动的趋势时，第一凸起和第二凸起受到的作用力垂直于接触面，使得第一凸起和第二凸起作用于连接件上的剪力进一步减小，连接件主要受到拉力或压力，不容易松动。而且，还能够减小较为薄弱的凸环的受力，避免扭力较大时受损，提高连接强度。

在本申请的一种实施例中，可选地，所述第二表面的延伸面经过所述凸环的圆心。

在上述技术方案中，当第一关节部相对于第二关节部具有沿反向于第一方向的方向(如顺时针方向)转动的趋势时，第一凸起和第二凸起受到的作用力也垂直于接触面，使得第一凸起和第二凸起作用于连接件上的剪力进一步减小，连接件主要受到拉力或压力，不容易松动。而且，还能够减小较为薄弱的凸环的受力，避免扭力较大时受损，提高连接强度。

在本申请的一种实施例中，可选地，所述第一连接孔垂直于所述第二表面，所述第一连接孔的轴线与所述第二连接孔的轴线在同一直线上。

在上述技术方案中，第一连接孔和第二连接孔的设置，使得连接件垂直于第一表面，进一步保证连接件主要受到拉力或压力，在负载较大时也不容易松动。

在本申请的一种实施例中，可选地，所述第一连接孔和所述第二连接孔均为螺纹孔，所述连接件为与所述螺纹孔配合的螺钉。

在上述技术方案中，连接件为螺钉时，能够较为方便地进入连接孔，并将第一凸起和第二凸起连接在一起。

在本申请的一种实施例中，可选地，所述多个第一凸起、所述多个第二凸起的数量分别为四个。

第二方面，本申请实施例提供一种机械臂，其包括第一支臂、第二支臂和前述的机械臂关节结构，所述机械臂关节结构的第一关节部的一端与所述第一支臂连接，所述机械臂关节结构的第二关节部的一端连接所述第二支臂。

本申请提供的机械臂通过前述的不容易分离的关节结构连接，机械臂的连接位置不容易脱开，有效缓解现有技术中机械臂的连接位置容易脱开的问题。

在本申请的一种实施例中，可选地，所述机械臂还包括执行末端，所述执行末端连接于所述第二支臂。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的机械臂的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的关节结构的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的关节结构沿轴心线剖切的剖面图；

图4为本申请实施例提供的第一关节部的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的第二关节部的结构示意图。

图标：A-基座；B-第一支臂；C-第二支臂；D-执行末端；100-第一关节部；110-第一凸起；111-第一表面；112-第二表面；113-第三表面；120-凹位；130-凸环；140-第一连接孔；200-第二关节部；210-第二凸起；220-第二连接孔；230-圆孔；300-连接件。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例

本申请提供一种机械臂，本申请还提供一种机械臂关节结构，用于连接机械臂的各部分，以解决现有技术中机械臂的前后支臂容易相对脱开的情况。

如图1，机械臂包括基座A、第一支臂B、第二支臂C和执行末端D。

其中基座A可用于连接动力机构，执行末端D可连接功能部件或负载，以使得动力机构能够通过机械臂驱动功能部件至合适的位置执行动作，或者动力机构通过机械臂将负载运送至合适的位置。

基座A与第一支臂B之间、第一支臂B与第二支臂C之间、第二支臂C和执行末端D之间均可以通过前述的机械臂关节结构连接。

本实施例以第一支臂B和第二支臂C之间的关节结构为例进行说明。

请结合图2和图3所示，关节结构包括第一关节部100、第二关节部200和连接件300。

第一关节部100的一端连接第一支臂B，第二关节部200的一端连接第二支臂C，第一关节部100的另一端与第二连接部的另一端通过连接件300相连。

第一关节部100与第一支臂B、第二关节部200与第二支臂C可以是焊接固定，也可以采用其他方式固定为一体，本实施例中，第一关节部100一体成型于第一支臂B的端部，第二关节部200一体成型于第二支臂C的端部。

请结合图4所示，在第一关节部100远离第一支臂B的端面上，形成有多个第一凸起110，多个第一凸起110沿第一关节部100的周向布置。

在相邻两个第一凸起110之间形成有凹位120，因此，在第一关节部100远离第一支臂B的端面上，形成有多个凹位120。

请结合图5所示，在第二关节部200远离第二支臂C的端面上，形成有多个第二凸起210，多个第二凸起210沿第二关节部200的周向布置。

第二关节部200上的多个第二凸起210与第一关节部100上的多个凹位120适配。

连接件300的数量也为多个，每个连接件300分别将相邻的第一凸起110和第二凸起210连接在一起。

由此可见，第一关节部100的第一凸起110与第二关节部200的第二凸起210接触。

也能够知道，连接周向上相邻的第一凸起110和第二凸起210的连接件300，其设置方向平行于关第一关节部100的端面和第二关节部200的端面，且并非是沿径向布置。

因此，当第一支臂B或第二支臂C受到扭矩时，第一凸起110和第二凸起210相抵能够起到抵抗扭矩的效果，减小扭矩对连接件300的影响，使连接件300不容易松动。

而且，由于连接件300并非沿端面的径向布置，也非是垂直于端面设置，在承受扭矩时，连接件300受到的剪力或扭动相对较小，主要是受到沿其自身轴向的力，而这个方向的力并不容易将连接件300扭动、扭松或剪坏。

本申请实施例提供的机械臂关节结构，通过第一凸起110和第二凸起210抵抗扭矩，并布置连接件300减小其受到的剪力或扭动，既能够提高关节结构承受扭矩的能力，又使得连接件300不容易松动或剪坏，从而连接件300不容易在承受高负载的扭矩时松动脱落，第一关节部100和第二关节部200不容易分离，解决现有技术中机械臂的连接位置容易脱开的问题。

本实施例中，第一凸起110的数量为四个，因此在第一关节部100的端面上形成有四个凹位120，第二凸起210的数量为对应的四个。在其他实施例中，第一凸起110和第二凸起210的数量也可以是一个、两个或多个。

为进一步提高连接强度，可选地，在第一关节部100的端面上形成有凸环130，也就是说第一关节部100的端面为环形，多个第一凸起110绕凸环130布置在该环形的端面上。

相应的，由第二关节部200的端面凹进，形成沿第二关节部200的轴向延伸的圆孔230，也就是说第二关节部200的端面也为环形，多个第二凸起210绕圆孔230布置在该环形端面上。

当第一关节部100和第二关节部200对接时，凸环130插入圆孔230，凸环130的外径与圆孔230的内径大小一致，二者适配。

在圆孔230和凸环130的作用下，当第一关节部100和第二关节部200之间具有平行于端面的剪力时，第一关节部100和第二关节部200不容易错开。

为减小机械臂的重量，第一支臂B、第一关节部100及第二支臂C、第二关节部200均可以设置为中空的圆筒状结构。前述的圆孔230可以是第二关节部200的筒状结构的一端，前述的凸环130可以形成在第一关节部100的筒状内壁上，并由沿第一关节部100的轴向延伸，直至伸入第二关节部200的筒状结构中。

第一凸起110具有四个表面，其中一个表面平行于第一关节部100的端面，该面用于抵接第二关节部200的端面。

第一凸起110的另外三个表面，分别为第一表面111、第二表面112和第三表面113，第一表面111、第二表面112和第三表面113分别垂直于第一关节部100的端面，且第一表面111、第二表面112和第三表面113围合。

第一表面111与凸环130相切，第二表面112与第一表面111垂直，第三表面113与第一关节部100的外周面共面。

当第一关节部100与第二关节部200对接，第二凸起210配合于第一关节部100端面上的凹位120时，第一表面111、第二表面112分别与第二凸起210接触。

第一凸起110上形成有第一连接孔140，第二凸起210上形成有第二连接孔220。第一连接孔140从第三表面113延伸至第一表面111，连接件300穿设固定于第一连接孔140和第二连接孔220。

本实施例中连接件300为螺钉，第一连接孔140和第二连接孔220均为螺纹孔，连接件300与第一连接孔140、第二连接孔220均螺纹配合。

请再参阅图4，当第一关节部100相对于第二关节部200具有沿图示的逆时针方向转动的趋势时，第一凸起110和第二凸起210受到的作用力大致垂直于第一表面111，即垂直于第一凸起110和第二凸起210的接触面，这使得通过第一凸起110和第二凸起210作用于连接件300上的剪力进一步减小，连接件300主要受到拉力或压力，使得连接件300不容易松动。

而且，当第一关节部100和第二关节部200之间具有平行于端面的剪力时，若该剪力经过第一表面111，则第一凸起110和第二凸起210还能够相互配合，减小凸环130受到的剪力，避免扭力较大时薄弱的凸环130受损，提高连接强度。

可选地，第二表面112的延伸面经过凸环130的圆心。

请再参阅图4，当第一关节部100相对于第二关节部200具有沿图示的顺时针方向转动的趋势时，第一凸起110和第二凸起210受到的作用力大致垂直于第二表面112，即垂直于第一凸起110和第二凸起210的接触面，这使得通过第一凸起110和第二凸起210作用于连接件300上的剪力进一步减小，连接件300主要受到拉力或压力，使得连接件300不容易松动。

而且，当第一关节部100和第二关节部200之间具有平行于端面的剪力时，若该剪力经过第二表面112，则第一凸起110和第二凸起210还能够相互配合，减小凸环130受到的剪力，避免扭力较大时薄弱的凸环130受损，提高连接强度。

可选地，第一连接孔140垂直于第二表面112，第一连接孔140的轴线与第二连接孔220的轴线在同一直线上。

通过使第一连接孔140和第二连接孔220垂直于第二表面112，这使得连接件300垂直于第二表面112，且平行于第一表面111。

当第一关节部100相对于第二关节部200具有沿图示的顺时针方向转动的趋势时，第二表面112处受到压力，力沿连接件300的轴向，连接件300本身主要受到拉力或者压力，并且该力已经被第一凸起110和第二凸起210主要承担，因而连接件300所受到的力较小，在负载较大时，连接件300也不容易松动。

当第一关节部100相对于第二关节部200具有沿图示的逆时针方向转动的趋势时，第一表面111处受到前一第二凸起210传来的压力，并通过第二表面112传递给其所连接的后一第二凸起210，从而使得连接件300受到的力仍然沿其自身的轴向，且该力被第一凸起110和第二凸起210主要承担，保证连接件300不容易松动。

本申请实施例提供的机械臂通过前述的关节结构连接，关节结构处受到扭矩时，连接件300主要受沿其自身轴向的拉力或压力，且由于主要的应力由第一凸起110和第二凸起210承受，连接件300不容易被扭动、扭松或脱落，第一关节部100、第二关节部200不容易分离，由二者连接的支臂不容易脱开，有效缓解现有技术中机械臂的连接位置容易脱开的问题。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种机械臂关节结构，其特征在于，包括：

第一关节部，一端的端面上形成有多个第一凸起，所述多个第一凸起沿所述第一关节部的周向布置，相邻两个第一凸起之间形成凹位；

第二关节部，一端的端面上形成有多个第二凸起，所述多个第二凸起沿所述第二关节部的周向布置，所述第二凸起与所述第一关节部上的所述凹位适配；

多个连接件，每个连接件分别连接相邻的所述第一凸起和所述第二凸起。

2.根据权利要求1所述的机械臂关节结构，其特征在于，所述第一凸起具有第一表面、第二表面和第三表面，所述第一表面、所述第二表面和所述第三表面分别垂直于所述第一关节部的端面且围合，所述第一表面、所述第二表面分别与所述第二凸起接触。

3.根据权利要求2所述的机械臂关节结构，其特征在于，所述第一凸起上形成有第一连接孔，所述第二凸起上形成有第二连接孔；

所述第一连接孔从所述第三表面延伸至所述第一表面，所述连接件穿设固定于所述第一连接孔和所述第二连接孔。

4.根据权利要求2或3所述的机械臂关节结构，其特征在于，所述第一关节部的端面上形成有凸环，所述多个第一凸起绕所述凸环布置；

所述第二关节部的形成有圆孔，所述多个第二凸起绕所述圆孔布置，所述圆孔与所述凸环适配。

5.根据权利要求4所述的机械臂关节结构，其特征在于，所述第一表面与所述凸环相切，所述第二表面与所述第一表面垂直，所述第三表面与所述第一关节部的外周面共面。

6.根据权利要求5所述的机械臂关节结构，其特征在于，所述第二表面的延伸面经过所述凸环的圆心。

7.根据权利要求3所述的机械臂关节结构，其特征在于，所述第一连接孔垂直于所述第二表面，所述第一连接孔的轴线与所述第二连接孔的轴线在同一直线上。

8.根据权利要求3或7所述的机械臂关节结构，其特征在于，所述第一连接孔和所述第二连接孔均为螺纹孔，所述连接件为与所述螺纹孔配合的螺钉。

9.根据权利要求1、2、3或7所述的机械臂关节结构，其特征在于，所述多个第一凸起、所述多个第二凸起的数量分别为四个。

10.一种机械臂，其特征在于，包括第一支臂、第二支臂和权利要求1-9任一项所述的机械臂关节结构，所述机械臂关节结构的第一关节部的一端与所述第一支臂连接，所述机械臂关节结构的第二关节部的一端连接所述第二支臂。

11.根据权利要求10所述的机械臂，其特征在于，所述机械臂还包括执行末端，所述执行末端连接于所述第二支臂。

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