CN112720569A - 机器人关节结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人关节结构。机器人关节结构包括：电机组件，包括外壳和设置在外壳内的电机本体，电机本体包括设置在外壳内的定子、相对于外壳可转动地设置的转轴以及与转轴连接的转子组件，转子组件具有安装腔；减速机组件，包括设置于外壳的支撑座和设置于支撑座的减速机本体，减速机本体的至少部分位于安装腔内，且转轴与减速机本体连接。本发明的技术方案解决了现有技术中的机器人关节结构因其电机和减速机串联而导致关节结构的轴向尺寸较大的问题。

Description

机器人关节结构

技术领域

本发明涉及机器人的技术领域，具体而言，涉及一种机器人关节结构。

背景技术

现有技术中，机器人关节结构的电机组件与减速机组件一般采用串联连接的方式，整个减速机组件位于电机组件的外部，这样，增加了机器人关节结构的轴向长度，从而使机器人关节结构的轴向结构分散，并且导致机器人关节结构的体积较大。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种机器人关节结构，以解决现有技术中的机器人关节结构因其电机和减速机串联而导致关节结构的轴向尺寸较大的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供了一种机器人关节结构，机器人关节结构包括：电机组件，包括外壳和设置在外壳内的电机本体，电机本体包括设置在外壳内的定子、相对于外壳可转动地设置的转轴以及与转轴连接的转子组件，转子组件具有安装腔；减速机组件，包括设置于外壳的支撑座和设置于支撑座的减速机本体，减速机本体的至少部分位于安装腔内，且转轴与减速机本体连接。

进一步地，转子组件包括第一法兰和转子，转子经第一法兰与转轴连接，第一法兰具有安装孔，转轴位于安装孔内，安装孔的内壁面围成安装腔。

进一步地，转子位于第一法兰的外部并与第一法兰的外壁面连接。

进一步地，减速机本体包括：刚轮，设置于支撑座，刚轮的至少部分位于安装孔内；柔轮组件，相对于刚轮可转动地设置，柔轮组件的至少部分位于安装孔内，柔轮组件包括与转轴连接的波发生器和设置在波发生器的外周的柔轮，柔轮的远离刚轮的一端形成输出端。

进一步地，支撑座包括第一支撑段、与第一支撑段连接的第二支撑段和贯通第一支撑段和第二支撑段的安装通孔，第一支撑段的一端伸入安装孔内并与刚轮连接，第二支撑段与外壳连接。

进一步地，机器人关节结构还包括：第一支撑件；第一轴承，第一轴承的外圈与第一支撑件连接，第一轴承的内圈设置在转轴的外周，支撑座和/或减速机本体的刚轮与第一支撑件连接。

进一步地，机器人关节结构还包括：第二支撑件，位于柔轮内；第二轴承，设置在第二支撑件外周，第二轴承的内圈与第二支撑件连接，第二轴承的外圈与柔轮连接。

进一步地，机器人关节结构还包括与柔轮连接的固定件，固定件的至少一端伸入柔轮的内部，固定件具有与第二轴承的外圈相配合的第一安装槽。

进一步地，机器人关节结构还包括与输出端连接的力矩传感器。

进一步地，机器人关节机构还包括交叉滚子轴承，交叉滚子轴承包括内圈和相对于内圈可转动设置的外圈，内圈与力矩传感器连接，外圈与支撑座连接。

进一步地，机器人关节结构还包括设置在柔轮和力矩传感器之间的柔轮输出轴，柔轮输出轴的一端与柔轮连接，柔轮输出轴的另一端与力矩传感器连接。

进一步地，机器人关节结构还包括第三轴承，柔轮输出轴包括相连接的第一轴段和第二轴段，其中，第一轴段的外径大于第二轴段的外径，第一轴段具有第二安装槽，输出端的至少部分位于第二安装槽内，第三轴承的内圈与第一轴段的外壁面抵接，第三轴承的外圈与支撑座的安装通孔的内壁面抵接。

应用本发明的技术方案，通过设置具有安装腔的转子组件，并且将减速机本体的至少部分设置于安装腔内，这样，可以使减速机本体的至少部分位于电机组件内，从而减小了电机组件和减速机组件连接后的总体结构的轴向长度，进而使机器人关节结构的轴向长度减小。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的实施例的机器人关节结构的剖视图；

图2示出了图1的机器人关节机构的局部放大图；以及

图3示出了本发明的实施例的机器人关节结构的分解结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、电机组件；11、外壳；12、转轴；121、第三安装槽；13、转子组件；131、第一法兰；132、转子；133、安装孔；14、定子；20、减速机组件；21、支撑座；211、第一支撑段；212、第二支撑段；213、安装通孔；22、刚轮；23、波发生器；24、柔轮；30、第一支撑件；31、第一轴承；32、第二支撑件；33、第二轴承；34、固定件；35、第一安装槽；36、第三轴承；40、力矩传感器；50、交叉滚子轴承；60、柔轮输出轴；61、第一轴段；62、第二轴段；63、第二安装槽；70、角度检测装置；71、基板；72、磁性件；73、驱动板；80、端盖；92、第二法兰；93、第三法兰；94、第四法兰。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要说明的是，本发明及本发明的实施例中，轴向指的是电机组件10的转轴12的中心轴线所在的方向。机器人关节结构中还包括与电机组件10连接的电源，并且减速机组件20与部分电机组件10连接，以确保电机组件和减速机组件20能够正常工作。

如图1至图3所示，本发明的实施例提供了一种机器人关节结构。机器人关节结构包括电机组件10和减速机组件20。其中，电机组件10包括外壳11和设置在外壳11内的电机本体，电机本体包括设置在外壳11内的定子14、相对于外壳11可转动地设置的转轴12以及与转轴12连接的转子组件13，转子组件13具有安装腔；减速机组件20包括设置于外壳11的支撑座21和设置于支撑座21的减速机本体，减速机本体的至少部分位于安装腔内，且转轴12与减速机本体连接。

上述技术方案中，通过设置具有安装腔的转子组件13，并且将减速机本体的至少部分设置于安装腔内，这样，可以使减速机本体的至少部分位于电机组件10内，从而减小了电机组件10和减速机组件20连接后的总体结构的轴向长度，进而使整个机器人关节结构的轴向长度减小，这样，可以使机器人关节结构的轴向结构紧凑，并且可以减小机器人关节结构的体积。

具体地，本发明的实施例中，通过将转轴12与减速机本体连接，可以使转轴12带动部分减速机本体相对于支撑座21转动。

如图1和图2所示，本发明的实施例中，转子组件13包括第一法兰131和转子132，转子132经第一法兰131与转轴12连接，第一法兰131具有安装孔133，转轴12位于安装孔133内，安装孔133的内壁面围成安装腔。

上述设置中，转子132经第一法兰131与转轴12连接，这样，转子132可以带动转轴12转动，并且，将转轴12设置于第一法兰131的安装孔133内，使转轴12位于图1中的转子132的上方，这样，有效地缩短了电机本体的轴向长度，从而减小了机器人关节结构的轴向尺寸。

具体地，如图1所示，本发明的实施例中，定子14位于转子132的外周。定子14与外壳11连接。转子组件13相对于定子14绕转子132的自身轴线可转动地设置。

如图1和图2所示，本发明的实施例中，转子132位于第一法兰131的外部并与第一法兰131的外壁面连接。

上述设置中，将第一法兰131穿设在转子132的内腔中，这样，转子132可以容纳至少部分第一法兰131，避免了将转子132和第一法兰131轴向串联，从而减小了转子132和第一法兰131连接后在轴向的长度，进而减小机器人关节结构的轴向长度；进一步地，转子132的内部形成了安装转轴12和部分减速机本体的安装腔，可以安装转轴12和部分减速机本体，从而可以进一步减小机器人关节结构的轴向长度。而且，将转子132设置在第一法兰131外部，也可以确保第一法兰131具有更多的内腔去容纳减速机本体，以减小整个关节机构在轴向的长度。

如图1所示，本发明的实施例中，减速机本体包括刚轮22和柔轮组件。其中，刚轮22设置于支撑座21，刚轮22的至少部分位于安装孔133内；柔轮组件相对于刚轮22可转动地设置，柔轮组件的至少部分位于安装孔133内，柔轮组件包括与转轴12连接的波发生器23和设置在波发生器23的外周的柔轮24，柔轮24的远离刚轮22的一端形成输出端。

上述设置中，当机器人关节结构工作时，刚轮22固定在支撑座21内，转轴12带动波发生器23转动，从而带动柔轮24相对于刚轮22转动，并且柔轮24远离刚轮22的一端形成输出端，从而将力矩传递给下一结构。

具体地，本发明的实施例中，将刚轮22和柔轮组件的至少部分设置于安装孔133内，这样就可以将刚轮22和部分柔轮组件设置于图1中的转子132的内部，避免减速机本体全部设置于图1中的转子132的下方，导致机器人关机结构的轴向长度增加的问题。这样，有效地缩短了机器人关节结构的轴向长度，从而使机器人关节结构实现了结构紧凑的连接方式。

如图1所示，本发明的实施例中，支撑座21包括第一支撑段211、与第一支撑段211连接的第二支撑段212和贯通第一支撑段211和第二支撑段212的安装通孔213，第一支撑段211的一端伸入安装孔133内并与刚轮22连接，第二支撑段212与外壳11连接。

上述设置中，刚轮22设置于第一支撑段211且与第一支撑段211抵接，这样，第一支撑段211对刚轮22起到了支撑作用，将刚轮22固定在安装通孔213和安装孔133内。进一步地，安装通孔213和安装孔133形成了容纳部分柔轮组件和刚轮22的容纳空间，从而避免了减速机本体直接与外界环境接触，防止灰尘进入减速机本体中。

上述技术方案中，通过设置第二支撑段212，并且将第二支撑段212与外壳11连接，可以将电机本体容纳在外壳11和第二支撑段212形成的容纳空间中，从而避免了电机本体直接与外界环境接触，防止灰尘进入电机本体中。

具体地，本发明的实施例中，柔轮24的一部分位于第一法兰131的安装孔133内，另一部分位于第一支撑段211的安装通孔213内。

如图1所示，本发明的实施例中，机器人关节结构还包括第一支撑件30和第一轴承31。其中，第一轴承31的外圈与第一支撑件30连接，第一轴承31的内圈设置在转轴12的外周，支撑座21和/或减速机本体的刚轮22与第一支撑件30连接。

通过上述设置，第一支撑件30和第一轴承31可以对转轴12起支撑作用，当转轴12转动时，第一轴承31的内圈相对于第一轴承31的外圈转动，从而使转轴12相对于外壳11转动的更加顺畅。

优选地，本发明的实施例中，支撑座21和刚轮22与第一支撑件30连接，从而将刚轮22和第一支撑件30固定在支撑座21上。

优选地，本发明的实施例中，支撑座21和刚轮22与第一支撑件30的连接方式可以为螺栓连接或者卡接等等。

如图1所示，本发明的实施例中，机器人关节结构还包括第二支撑件32和第二轴承33。其中，第二支撑件32位于柔轮24内；第二轴承33设置在第二支撑件32外周，第二轴承33的内圈与第二支撑件32连接，第二轴承33的外圈与柔轮24连接。

上述设置中，第二支撑件32和第二轴承33可以对波发生器23起支撑作用，并且第二支撑件32通过转轴12与波发生器23连接，当转轴12转动时，第二支撑件32也随之转动，从而带动第二轴承33的内圈相对于第二轴承33的外圈转动，从而使转轴12和波发生器23相对于外壳11转动的更加顺畅。

具体地，本发明的实施例中，第一支撑件30和第一轴承31以及第二支撑件32和第二轴承33形成了对波发生器23轴向两端的支撑，使波发生器23可以更加稳定地在支撑座21内转动。

优选地，本发明的实施例中，第一轴承31和第二轴承33均可以为深沟球轴承。

优选地，本发明的实施例中，第二支撑件32与转轴12的连接方式可以为螺栓连接或者卡接等等。

如图1所示，本发明的实施例中，机器人关节结构还包括与柔轮24连接的固定件34，固定件34的至少一端伸入柔轮24的内部，固定件34具有与第二轴承33的外圈相配合的第一安装槽35。

上述设置中，通过设置固定件34，可以增加柔轮24与下一结构的连接处的强度，从而防止柔轮24发生变形，进而更好地将转轴12的输出力矩通过柔轮24和固定件34传递给下一结构。

具有地，本发明的实施例中，第一安装槽35的内壁面围成了容纳第二轴承33和部分第二支撑件32的容纳空间，并对第二轴承33起支撑作用。

如图1和图3所示，本发明的实施例中，机器人关节结构还包括与输出端连接的力矩传感器40。

通过上述设置，通过将力矩传感器40与输出端连接，可以将柔轮24的输出端的输出力矩通过力矩传感器40传递给下一关节，并且力矩传感器40也可以反映本关节结构传递过来的力矩值。

如图1和图3所示，本发明的实施例中，机器人关节机构还包括交叉滚子轴承50，交叉滚子轴承50包括内圈和相对于内圈可转动设置的外圈，内圈与力矩传感器40连接，外圈与支撑座21连接。

上述设置中，通过将交叉滚子轴承50的内圈与力矩传感器40连接，交叉滚子轴承50的外圈与支撑座21连接，这样，一方面可以电机组件的输出力矩通过力矩传感器40和交叉滚子轴承50的共同作用传递给下一关节；另一方面，交叉滚子轴承50可以消除外部载荷(即外部负载的径向力、轴向力或者弯矩)对力矩传感器40的影响，即可以抵抗外部负载干扰，进而确保力矩传感器40能够更准确地反映本关节结构传递过来的力矩值，使检测结果更准确。进一步地，此结构简单，安装方便，加工成本低。

本发明的一个优选的实施例中，电机组件10选用大直径电机，减速机组件20选用谐波减速机，同时配合具有力矩检测功能的力矩传感器40，谐波减速机位于大直径电机内，从而使得使机器人关节结构不仅具有力矩检测功能和驱动功能，而且整体结构更加紧凑、体积较小。

如图1所示，本发明的实施例中，机器人关节结构还包括设置在交叉滚子轴承50和力矩传感器40之间的第二法兰92以及与支撑座21连接的第三法兰93。第三法兰93和支撑座21连接，以形成安装空间。其中，交叉滚子轴承50的外圈与第三法兰93的内壁面抵接，交叉滚子轴承50的内圈与第二法兰92的外壁面抵接。通过上述设置，第二法兰92和第三法兰93之间形成了容纳交叉滚子轴承50的容纳空间，并且第二法兰92和第三法兰93均对交叉滚子轴承50起到支撑作用。

如图1和图3所示，本发明的实施例中，机器人关节结构还包括设置在柔轮24和力矩传感器40之间的柔轮输出轴60，柔轮输出轴60的一端与柔轮24连接，柔轮输出轴60的另一端与力矩传感器40连接。

通过上述设置，柔轮输出轴60可以将柔轮24的输出端的力矩传递给力矩传感器40，这样可以形成机器人关节结构的力矩输出端。

如图1所示，本发明的实施例中，机器人关节结构还包括第三轴承36，柔轮输出轴60包括相连接的第一轴段61和第二轴段62，其中，第一轴段61的外径大于第二轴段62的外径，第一轴段61具有第二安装槽63，输出端的至少部分位于第二安装槽63内，第三轴承36的内圈与第一轴段61的外壁面抵接，第三轴承36的外圈与支撑座21的安装通孔213的部分内壁面抵接。

上述设置中，第一轴段61的外径大于第二轴段62的外径，这样可以使第三轴承36的内圈更好地与第一轴段61的外壁面抵接，从而使第三轴承36更好地支撑柔轮输出轴60，使柔轮输出轴相对于支撑座21更顺畅地转动；进一步地，通过设置第二安装槽63，并且输出端的至少部分位于第二安装槽63，这样，可以有效减少柔轮输出轴60和柔轮24连接后的轴向长度，从而减少机器人关节结构的长度。

优选地，本发明的实施例中，第三轴承36可以为交叉滚子轴承。

优选地，本发明的实施例中，机器人关节结构还包括设置在第三轴承36和支撑座21之间的第四法兰94，第四法兰94设置于第二支撑段212的安装通孔213内，可以对第三轴承36起到支撑作用。

如图1和图3所示，本发明的实施例中，机器人关节结构还包括用于检测转轴12的角度的角度检测装置70，沿转轴12的轴线方向，角度检测装置70和力矩传感器40分别位于电机组件10的两端。

通过上述设置，可以利用角度检测装置70对转轴12的转动角度进行检测，从而能够更加精准的对机器人关节结构进行控制。

优选地，本发明的实施例中，角度检测装置70包括磁电编码器。磁电编码器的具体工作原理和结构为本领域的现有技术，此处不做详细描述。下面，仅对如何安装磁电编码器进行了描述：

具体地，本发明的实施例中，如图3所示，磁电编码器包括基板71和与基板71连接的磁性件72，转轴12上设有第三安装槽121，磁性件72位于第三安装槽121内，基板71与外壳11连接。通过上述设置，转轴12转动可以带动磁性件72转动，并且磁性件72可以与基板71上的磁编码芯片配合，从而对转轴12的转动角度进行检测。

优选地，本发明的实施例中，如图1所示，机器人关节结构还包括驱动板73，可以保证电机组件10的正常运转。驱动板73优选为PCB。

如图1所示，本发明的实施例中，机器人关节结构还包括与电机组件10的外壳11连接的端盖80，角度检测装置70位于端盖80的朝向电机组件10的一侧。

通过上述设置，可以将角度检测装置70容纳在端盖80和外壳11之间，这样，可以避免外部环境中的灰尘和湿空气进入到角度检测装置70的内部，确保角度检测装置70的检测精度，从而提高角度检测装置70的使用寿命。

优选地，本发明的实施例的机器人关节结构是具有力矩检测功能、具有力矩驱动功能的，并且，由于减速机组件位于电机内，从而还具有结构紧凑的特点。其中，通过设置力矩传感器40对减速机组件20传递的力矩进行检测，通过设置电机组件10使机器人关节结构具有力矩驱动功能。

本发明及本发明的实施例还提供了一种机器人，机器人包括机体和与机体连接的上述的机器人关节结构。机器人也具有上述机器人关节结构的所有优点，此处不再赘述。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：通过在机器人关节结构设置具有安装腔的转子组件，并且将减速机本体的至少部分设置于安装腔内，这样，可以使减速机本体的至少部分位于电机组件内，从而减小了电机组件和减速机组件连接后的总体结构的轴向长度，进而使机器人关节结构的轴向长度减小，这样，可以使机器人关节结构的轴向结构紧凑，并且可以减小机器人关节结构的体积。进一步地，通过设置交叉滚子轴承，可以消除外部载荷(即外部负载的径向力、轴向力或者弯矩)对力矩传感器的影响，确保力矩传感器能够更准确地反映本关节结构传递过来的力矩值，使检测结果更准确。

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

Claims (12)

1.一种机器人关节结构，其特征在于，所述机器人关节结构包括：

电机组件(10)，包括外壳(11)和设置在所述外壳(11)内的电机本体，所述电机本体包括设置在所述外壳(11)内的定子(14)、相对于所述外壳(11)可转动地设置的转轴(12)以及与所述转轴(12)连接的转子组件(13)，所述转子组件(13)具有安装腔；

减速机组件(20)，包括设置于所述外壳(11)的支撑座(21)和设置于所述支撑座(21)的减速机本体，所述减速机本体的至少部分位于所述安装腔内，且所述转轴(12)与所述减速机本体连接。

2.根据权利要求1所述的机器人关节结构，其特征在于，所述转子组件(13)包括第一法兰(131)和转子(132)，所述转子(132)经所述第一法兰(131)与所述转轴(12)连接，所述第一法兰(131)具有安装孔(133)，所述转轴(12)位于所述安装孔(133)内，所述安装孔(133)的内壁面围成所述安装腔。

3.根据权利要求2所述的机器人关节结构，其特征在于，所述转子(132)位于所述第一法兰(131)的外部并与所述第一法兰(131)的外壁面连接。

4.根据权利要求2所述的机器人关节结构，其特征在于，所述减速机本体包括：

刚轮(22)，设置于所述支撑座(21)，所述刚轮(22)的至少部分位于所述安装孔(133)内；

柔轮组件，相对于刚轮(22)可转动地设置，所述柔轮组件的至少部分位于所述安装孔(133)内，所述柔轮组件包括与所述转轴(12)连接的波发生器(23)和设置在所述波发生器(23)的外周的柔轮(24)，所述柔轮(24)的远离所述刚轮(22)的一端形成输出端。

5.根据权利要求4所述的机器人关节结构，其特征在于，所述支撑座(21)包括第一支撑段(211)、与所述第一支撑段(211)连接的第二支撑段(212)和贯通所述第一支撑段(211)和所述第二支撑段(212)的安装通孔(213)，所述第一支撑段(211)的一端伸入所述安装孔(133)内并与所述刚轮(22)连接，所述第二支撑段(212)与所述外壳(11)连接。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的机器人关节结构，其特征在于，所述机器人关节结构还包括：

第一支撑件(30)；

第一轴承(31)，所述第一轴承(31)的外圈与所述第一支撑件(30)连接，所述第一轴承(31)的内圈设置在所述转轴(12)的外周，所述支撑座(21)和/或所述减速机本体的刚轮(22)与所述第一支撑件(30)连接。

7.根据权利要求4或5所述的机器人关节结构，其特征在于，所述机器人关节结构还包括：

第二支撑件(32)，位于所述柔轮(24)内；

第二轴承(33)，设置在所述第二支撑件(32)外周，所述第二轴承(33)的内圈与所述第二支撑件(32)连接，所述第二轴承(33)的外圈与所述柔轮(24)连接。

8.根据权利要求7所述的机器人关节结构，其特征在于，所述机器人关节结构还包括与所述柔轮(24)连接的固定件(34)，所述固定件(34)的至少一端伸入所述柔轮(24)的内部，所述固定件(34)具有与所述第二轴承(33)的外圈相配合的第一安装槽(35)。

9.根据权利要求4或5所述的机器人关节结构，其特征在于，所述机器人关节结构还包括与所述输出端连接的力矩传感器(40)。

10.根据权利要求9所述的机器人关节结构，其特征在于，所述机器人关节机构还包括交叉滚子轴承(50)，所述交叉滚子轴承(50)包括内圈和相对于所述内圈可转动设置的外圈，所述内圈与所述力矩传感器(40)连接，所述外圈与所述支撑座(21)连接。

11.根据权利要求9所述的机器人关节结构，其特征在于，所述机器人关节结构还包括设置在所述柔轮(24)和所述力矩传感器(40)之间的柔轮输出轴(60)，所述柔轮输出轴(60)的一端与所述柔轮(24)连接，所述柔轮输出轴(60)的另一端与所述力矩传感器(40)连接。

12.根据权利要求11所述的机器人关节结构，其特征在于，所述机器人关节结构还包括第三轴承(36)，所述柔轮输出轴(60)包括相连接的第一轴段(61)和第二轴段(62)，其中，所述第一轴段(61)的外径大于所述第二轴段(62)的外径，所述第一轴段(61)具有第二安装槽(63)，所述输出端的至少部分位于所述第二安装槽(63)内，所述第三轴承(36)的内圈与所述第一轴段(61)的外壁面抵接，所述第三轴承(36)的外圈与所述支撑座(21)的安装通孔(213)的内壁面抵接。

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