CN112959351A

CN112959351A - 关节结构及具有其的机器人

Info

Publication number: CN112959351A
Application number: CN202110173132.4A
Authority: CN
Inventors: 张志波; 郭东生; 高小云; 李久林; 齐建伟; 冯仕伟
Original assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai; Zhuhai Gree Intelligent Equipment Co Ltd
Current assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai; Zhuhai Gree Intelligent Equipment Co Ltd
Priority date: 2021-02-08
Filing date: 2021-02-08
Publication date: 2021-06-15

Abstract

本发明提供了一种关节结构及具有其的机器人，关节结构包括：第一转臂，第一转臂具有第一连接部和第二连接部，第一连接部和第二连接部相间隔地设置，以在第一连接部和第二连接部之间形成连接空间；第二转臂，第二转臂的至少部分位于连接空间内，第二转臂相对于第一转臂可转动地设置；第一减速机，第一减速机安装在第一连接部上；第二减速机，第二减速机安装在第二连接部上，第一减速机的输出端和第二减速机的输出端均与第二转臂连接；驱动电机的输出轴依次穿过第一连接部和第二转臂并分别与第一减速机的输入端和第二减速机的输入端连接。本发明的关节结构解决了现有技术中的关节结构的结构复杂的问题。

Description

关节结构及具有其的机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体而言，涉及一种关节结构及具有其的机器人。

背景技术

在现有的不同负载等级的六自由度工业机器人中，普遍设计为偏置式结构。对于负载在130Kg以下的小负载、轻负载机型，各轴正确选配单电机单减速机，即可满足整机传动扭矩、刚性等目标要求。而针对负载130Kg以上的大负载机型，若第二三轴选用单电机单减速机，会产生如下问题：

1)减速机规格尺寸大，导致整机重量、外形大，结构不紧凑；

2)需后置平衡缸或负重块，以分担电机所承受的扭矩，但无法保证整机结构刚性；

3)额外机加工件数量增多且尺寸精度要求高，增加了生产成本。

有些大型搬运机工业机器人的第二轴设计为双电机双减速机结构，这种设置虽提高了刚性和传动扭转，但完全同步控制双电机驱动难以实现。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种关节结构及具有其的机器人，以解决现有技术中的关节结构的结构复杂的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种关节结构，包括：第一转臂，第一转臂具有第一连接部和第二连接部，第一连接部和第二连接部相间隔地设置，以在第一连接部和第二连接部之间形成连接空间；第二转臂，第二转臂的至少部分位于连接空间内，第二转臂相对于第一转臂可转动地设置；第一减速机，第一减速机安装在第一连接部上，第一减速机的输出端与第二转臂连接；第二减速机，第二减速机安装在第二连接部上，第二减速机的输出端与第二转臂连接；驱动电机，驱动电机的机体安装在第一连接部远离连接空间的一侧，驱动电机的输出轴依次穿过第一连接部和第二转臂并分别与第一减速机的输入端和第二减速机的输入端连接。

进一步地，第一连接部的内部具有用于容纳第一减速机的第一容纳通道，第一容纳通道贯穿第一连接部以使第一减速机通过第一容纳通道与第二转臂连接；和/或，第二连接部的内部具有用于容纳第二减速机的第二容纳通道，第二容纳通道贯穿第二连接部以使第二减速机通过第二容纳通道与第二转臂连接。

进一步地，关节结构包括连接法兰；连接法兰的一侧与驱动电机连接，连接法兰的另一侧与第一减速机连接，连接法兰具有供输出轴穿过的第一穿设通道。

进一步地，关节结构包括挡盖，挡盖盖设在第二连接部的第二减速机远离第二转臂的一侧。

进一步地，第一连接部具有第一台阶，关节结构还包括第一紧固件，第一紧固件依次穿过连接法兰和第一减速机的法兰部，并穿设在第一台阶上，以通过第一紧固件将第一减速机的法兰部固定在第一台阶和连接法兰之间；和/或，第二连接部具有第二台阶，关节结构还包括第二紧固件，以通过第二紧固件将第二减速机的法兰部固定在第二台阶和挡盖之间。

进一步地，关节结构包括第一密封件，第一密封件设置在连接法兰与驱动电机的输出轴之间；和/或，关节结构包括第二密封件，第二密封件设置在连接法兰与第一减速机之间；和/或，关节结构包括第三密封件，第三密封件设置在挡盖与第二减速机之间。

进一步地，第二转臂具有供输出轴穿过的第二穿设通道；和/或，输出轴上设置有与第一减速机的输入端连接的第一驱动齿轮和与第二减速机连接的第二驱动齿轮；第一驱动齿轮位于第二转臂靠近第一减速机的一侧，第二驱动齿轮位于第二转臂靠近第二减速机的一侧。

进一步地，第二转臂具有减重槽，减重槽环绕第二穿设通道设置。

进一步地，关节结构还包括轴承，轴承的内圈与输出轴连接，轴承的外圈与第二转臂连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种机器人，包括关节结构，关节结构为上述的关节结构。

应用本发明的技术方案，关节结构包括：第一转臂，第一转臂具有第一连接部和第二连接部，第一连接部和第二连接部相间隔地设置，以在第一连接部和第二连接部之间形成连接空间；第二转臂，第二转臂的至少部分位于连接空间内，第二转臂相对于第一转臂可转动地设置；第一减速机，第一减速机安装在第一连接部上，第一减速机的输出端与第二转臂连接；第二减速机，第二减速机安装在第二连接部上，第二减速机的输出端与第二转臂连接；驱动电机，驱动电机的机体安装在第一连接部远离连接空间的一侧，驱动电机的输出轴依次穿过第一连接部和第二转臂并分别与第一减速机的输入端和第二减速机的输入端连接。这样，通过在第一转臂的第一连接部上安装第一减速机，在第一转臂的第二连接部上安装第二减速机，驱动电机分别与第一减速机的输入端和第二减速机的输入端连接，第一减速机的输出端和第二减速机的输出端均与第二转臂连接，使得第一减速机和第二减速机能够为第二转臂的旋转提供足够的力矩。将第二转臂设置在第一连接部和第二连接部之间，使得关节结构的结构更加的紧凑。将第一减速机和第二减速机设置在第二转臂的两侧，能够更加平稳地驱动第二转臂的转动，在不需要设置平衡杠和负重块的情况下，通过一个驱动电机驱动两个减速机运转，保证了关节结构的功能，从而解决了现有技术中的关节结构的结构复杂的问题。

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示出了根据本发明的关节结构的实施例的侧视图；

图2示出了本发明的关节结构的结构示意图；以及，

图3示出了图1中的本发明的关节结构的A-A向的剖视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、第一转臂；11、第一连接部；111、第一台阶；12、第二连接部；121、第二台阶；2、第二转臂；21、减重槽；31、第一减速机；32、第二减速机；4、驱动电机；41、输出轴；42、第一驱动齿轮；43、第二驱动齿轮；5、连接法兰；6、挡盖；7、第一紧固件；81、第一密封件；82、第二密封件；83、第三密封件；9、轴承。

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。

参见图1至图3，本实施例的关节结构，包括：第一转臂1，第一转臂1具有第一连接部11和第二连接部12，第一连接部11和第二连接部12相间隔地设置，以在第一连接部11和第二连接部12之间形成连接空间；第二转臂2，第二转臂2的至少部分位于连接空间内，第二转臂2相对于第一转臂1可转动地设置；第一减速机31，第一减速机31安装在第一连接部11上，第一减速机31的输出端与第二转臂2连接；第二减速机32，第二减速机32安装在第二连接部12上，第二减速机32的输出端与第二转臂2连接；驱动电机4，驱动电机4的机体安装在第一连接部11远离连接空间的一侧，驱动电机4的输出轴41依次穿过第一连接部11和第二转臂2并分别与第一减速机31的输入端和第二减速机32的输入端连接。这样，通过在第一转臂1的第一连接部11上安装第一减速机31，在第一转臂1的第二连接部12上安装第二减速机32，驱动电机4分别与第一减速机31的输入端和第二减速机32的输入端连接，第一减速机31的输出端和第二减速机32的输出端均与第二转臂2连接，使得第一减速机31和第二减速机32能够为第二转臂2的旋转提供足够的力矩。将第二转臂2设置在第一连接部11和第二连接部12之间，使得关节结构的结构更加的紧凑。将第一减速机31和第二减速机32设置在第二转臂2的两侧，能够更加平稳地驱动第二转臂2的转动，在不需要设置平衡杠和负重块的情况下，通过一个驱动电机驱动两个减速机运转，保证了关节结构的功能，从而解决了现有技术中的关节结构的结构复杂的问题。

为了使得关节结构的结构更加地紧凑，在本实施例的关节结构中，参见图1至图3，第一连接部11的内部具有用于容纳第一减速机31的第一容纳通道，第一容纳通道贯穿第一连接部11以使第一减速机31通过第一容纳通道与第二转臂2连接；和/或，第二连接部12的内部具有用于容纳第二减速机32的第二容纳通道，第二容纳通道贯穿第二连接部12以使第二减速机32通过第二容纳通道与第二转臂2连接。这样，使得第一减速机31贯穿第一连接部11设置，第二减速机32贯穿第二连接部12设置，第一减速机31和第二减速机32的机壳可以直接地与第二转臂2接触，从而方便第一减速机31和第二减速机32对第二转臂2进行驱动。

参见图1至图3，在本实施例的关节结构中，关节结构包括连接法兰5；连接法兰5的一侧与驱动电机4连接，连接法兰5的另一侧与第一减速机31连接，连接法兰5具有供输出轴41穿过的第一穿设通道。

在本实施例的关节结构中，关节结构包括连接法兰5；连接法兰5的一侧与驱动电机4连接，连接法兰5的另一侧与第一减速机31连接，从而方便地对驱动电机4进行固定，并且连接法兰5还能够对第一减速机31进行保护。连接法兰5具有供输出轴41穿过的第一穿设通道。这样，输出轴41便可以穿过第一穿设通道并与第一减速机31和第二减速机32进行连接，从而简化了整体结构。

在本实施例的关节结构中，参见图1至图3，关节结构包括挡盖6，挡盖6盖设在第二连接部12的第二减速机32远离第二转臂2的一侧。挡盖6能够对第二减速机进行保护和密封。

参见图1至图3，本实施例的关节结构，第一连接部11具有第一台阶111，关节结构还包括第一紧固件7，第一紧固件7依次穿过连接法兰5和第一减速机31的法兰部，并穿设在第一台阶111上，以通过第一紧固件7将第一减速机31的法兰部固定在第一台阶111和连接法兰5之间；和/或，第二连接部12具有第二台阶121，关节结构还包括第二紧固件，以通过第二紧固件将第二减速机32的法兰部固定在第二台阶121和挡盖6之间。

为了达到关节结构的结构更加紧固的效果，在本实施例的关节结构中，第一连接部11具有第一台阶111，第一减速机31具有法兰部，法兰部与第一台阶111抵接，从而将第一减速机31卡设在第一台阶111内侧，如此设置，可以对第一减速机31进行定位。关节结构还包括第一紧固件7，第一紧固件7依次穿过连接法兰5和第一减速机31的法兰部，并穿设在第一台阶111上，以通过第一紧固件7将第一减速机31的法兰部固定在第一台阶111和连接法兰5之间。这样，便将驱动电机4、连接法兰5以及第一连接部11牢固的连接在一起。

在本实施例的关节结构中，第二连接部12具有第二台阶121，第二减速机32具有法兰部，法兰部与第二台阶121抵接，从而将第二减速机32卡设在第二台阶121内侧，如此设置，可以对第二减速机32进行定位。关节结构还包括第二紧固件，以通过第二紧固件将第二减速机32的法兰部固定在第二台阶121和挡盖6之间。

为了对关节结构内部进行密封，在本实施例的关节结构中，参见图1至图3，关节结构包括第一密封件81，第一密封件81设置在连接法兰5与驱动电机4的输出轴之间。

本实施例中，关节结构包括第二密封件82，第二密封件82设置在连接法兰5与第一减速机31之间；

本实施例中，关节结构包括第三密封件83，第三密封件83设置在挡盖6与第二减速机32之间。

参见图1至图3，在本实施例的关节结构中，第二转臂2具有供输出轴41穿过的第二穿设通道；和/或，输出轴41上设置有与第一减速机31的输入端连接的第一驱动齿轮42和与第二减速机32连接的第二驱动齿轮43；第一驱动齿轮42位于第二转臂2靠近第一减速机31的一侧，第二驱动齿轮43位于第二转臂2靠近第二减速机32的一侧。

在本实施例的关节结构中，第二转臂2具有供输出轴41穿过的第二穿设通道，输出轴41穿过第一减速机31的内部并与第一减速机31的输入端连接。之后，输出轴41穿过第二穿设通道，在第二穿设通道远离第一减速机31的一侧与第二减速机32的输入端连接。这样，输出轴41在关节结构的内部与第一减速机31和第二减速机32进行连接，从而简化了关节结构的整体结构，减小了结构的占用空间。输出轴41上设置有与第一减速机31的输入端连接的第一驱动齿轮42和与第二减速机32连接的第二驱动齿轮43；第一驱动齿轮42位于第二转臂2靠近第一减速机31的一侧，第二驱动齿轮43位于第二转臂2靠近第二减速机32的一侧。通过上述设置，使得输出轴41可以驱动第一减速机31和第二减速机32进行同步运转，从而提升了第二转臂2的转动平稳性和转动精度。

在本实施例的关节结构中，参见图1至图3，第二转臂2具有减重槽21，减重槽21环绕第二穿设通道设置。如此设置，使得减轻了第二转臂2的重量，使得第二转臂更加的轻便，从而减轻了第一减速机31和第二减速机32的工作负荷。

参见图1至图3，在本实施例的关节结构中，关节结构还包括轴承9，轴承9的内圈与输出轴41连接，轴承9的外圈与第二转臂连接。通过设置轴承9，使输出轴41的转动更加的平稳和顺畅，从而保证了第一减速机31和第二减速机32的驱动力。

本实施例的机器人包括关节结构，关节结构为上述的关节结构。

参见图1至图3，本实施例的用于机器人的关节结构中，输入关节(第一转臂1)和输出关节(第二转臂2)分别设计为左右两侧支撑结构。输入关节两侧装配双减速机(第一减速机31和第二减速机32)，减速机对称式装配；第一减速机31输入端与电机法兰(连接法兰5)通过螺钉固定于输入关节；第一减速机31的输出端由螺钉(第一紧固件7)贯穿固定于输出关节左侧；挡盖6和第二减速机32通过螺钉(第二紧固件)固定于输入关节右侧；第二减速机32输出端通过螺钉贯穿固定于输出关节右侧；伺服电机(驱动电机4)再由螺钉固定于电机法兰，电机轴(输出轴41)自带啮合齿(第一驱动齿轮42和第二驱动齿轮43)贯穿输出关节与双减速机直齿轮直接啮合同步传动。

此外，为保证关节组件密封性，设计密封措施：伺服电机的输入轴与电机法兰配合处安装油封(第一密封件81)；第一减速机31与电机法兰安装O型圈(第二密封件82)，第二减速机32与挡盖6安装O型圈(第三密封件83)；由于电机轴加工有啮合齿，为避免关节组件内润滑油泄露，将输出关节与电机轴配合位置设计为空心圆柱形实体，并在电机的电机轴末端与输出关节的右侧增加深沟球轴承(轴承9)，并由螺钉贯穿轴承挡盖固定于输出关节，以提高电机输出轴的传动稳定性。

本实施例的机器人应用了双减速机关节结构、单电机双减速机驱动、输入输出关节件两侧呈对称式分布、电机轴自带啮合齿代替减速机输入轴等创新性设计，具有结构紧凑、机加件少、传动精度高、装配方便等优点。

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：

本发明的关节结构包括：第一转臂1，第一转臂1具有第一连接部11和第二连接部12，第一连接部11和第二连接部12相间隔地设置，以在第一连接部11和第二连接部12之间形成连接空间；第二转臂2，第二转臂2的至少部分位于连接空间内，第二转臂2相对于第一转臂1可转动地设置；第一减速机31，第一减速机31安装在第一连接部11上，第一减速机31的输出端与第二转臂2连接；第二减速机32，第二减速机32安装在第二连接部12上，第二减速机32的输出端与第二转臂2连接；驱动电机4，驱动电机4的机体安装在第一连接部11远离连接空间的一侧，驱动电机4的输出轴41依次穿过第一连接部11和第二转臂2并分别与第一减速机31的输入端和第二减速机32的输入端连接。这样，通过在第一转臂1的第一连接部11上安装第一减速机31，在第一转臂1的第二连接部12上安装第二减速机32，驱动电机4分别与第一减速机31的输入端和第二减速机32的输入端连接，第一减速机31的输出端和第二减速机32的输出端均与第二转臂2连接，使得第一减速机31和第二减速机32能够为第二转臂2的旋转提供足够的力矩。将第二转臂2设置在第一连接部11和第二连接部12之间，使得关节结构的结构更加的紧凑。将第一减速机31和第二减速机32设置在第二转臂2的两侧，能够更加平稳地驱动第二转臂2的转动，在不需要设置平衡杠和负重块的情况下，通过一个驱动电机驱动两个减速机运转，保证了关节结构的功能，从而解决了现有技术中的关节结构的结构复杂的问题。

本发明的关节结构解决了偏置式结构的大负载机型，第二三轴处关节结构体积大、机加件数量多、装配难度高的设计缺陷。

本发明的关节结构解决了大负载机型刚性差、传动精度低、关节组件处使用双减速机难以同步控制的难题。

本发明的关节结构采用单电机双减速机驱动，关节结构两侧对称式分布，整机刚性好、结构紧凑、装配方便。

本发明的关节结构的电机轴和传动轴一体式加工且自带啮合齿，代替传动的减速机输出轴与电机轴配合，提高了传动精度。

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

1.一种关节结构，其特征在于，包括：

第一转臂(1)，所述第一转臂(1)具有第一连接部(11)和第二连接部(12)，所述第一连接部(11)和所述第二连接部(12)相间隔地设置，以在所述第一连接部(11)和所述第二连接部(12)之间形成连接空间；

第二转臂(2)，所述第二转臂(2)的至少部分位于所述连接空间内，所述第二转臂(2)相对于所述第一转臂(1)可转动地设置；

第一减速机(31)，所述第一减速机(31)安装在所述第一连接部(11)上，所述第一减速机(31)的输出端与所述第二转臂(2)连接；

第二减速机(32)，所述第二减速机(32)安装在所述第二连接部(12)上，所述第二减速机(32)的输出端与所述第二转臂(2)连接；

驱动电机(4)，所述驱动电机(4)的机体安装在所述第一连接部(11)远离所述连接空间的一侧，所述驱动电机(4)的输出轴(41)依次穿过所述第一连接部(11)和所述第二转臂(2)并分别与所述第一减速机(31)的输入端和所述第二减速机(32)的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的关节结构，其特征在于，所述第一连接部(11)的内部具有用于容纳所述第一减速机(31)的第一容纳通道，所述第一容纳通道贯穿所述第一连接部(11)以使所述第一减速机(31)通过所述第一容纳通道与所述第二转臂(2)连接；和/或，所述第二连接部(12)的内部具有用于容纳所述第二减速机(32)的第二容纳通道，所述第二容纳通道贯穿所述第二连接部(12)以使所述第二减速机(32)通过所述第二容纳通道与所述第二转臂(2)连接。

3.根据权利要求1所述的关节结构，其特征在于，所述关节结构包括连接法兰(5)；所述连接法兰(5)的一侧与所述驱动电机(4)连接，所述连接法兰(5)的另一侧与所述第一减速机(31)连接，所述连接法兰(5)具有供所述输出轴(41)穿过的第一穿设通道。

4.根据权利要求3所述的关节结构，其特征在于，所述关节结构包括挡盖(6)，所述挡盖(6)盖设在所述第二连接部(12)的所述第二减速机(32)远离所述第二转臂(2)的一侧。

5.根据权利要求4所述的关节结构，其特征在于，所述第一连接部(11)具有第一台阶(111)，所述关节结构还包括第一紧固件(7)，所述第一紧固件(7)依次穿过所述连接法兰(5)和所述第一减速机(31)的法兰部，并穿设在所述第一台阶(111)上，以通过所述第一紧固件(7)将所述第一减速机(31)的法兰部固定在所述第一台阶(111)和所述连接法兰(5)之间；和/或，所述第二连接部(12)具有第二台阶(121)，所述关节结构还包括第二紧固件，以通过所述第二紧固件将所述第二减速机(32)的法兰部固定在所述第二台阶(121)和所述挡盖(6)之间。

6.根据权利要求5所述的关节结构，其特征在于，所述关节结构包括第一密封件(81)，所述第一密封件(81)设置在所述连接法兰(5)与所述驱动电机(4)的输出轴之间；和/或，所述关节结构包括第二密封件(82)，所述第二密封件(82)设置在所述连接法兰(5)与所述第一减速机(31)之间；和/或，所述关节结构包括第三密封件(83)，所述第三密封件(83)设置在所述挡盖(6)与所述第二减速机(32)之间。

7.根据权利要求1所述的关节结构，其特征在于，所述第二转臂(2)具有供所述输出轴(41)穿过的第二穿设通道；和/或，所述输出轴(41)上设置有与所述第一减速机(31)的输入端连接的第一驱动齿轮(42)和与所述第二减速机(32)连接的第二驱动齿轮(43)；所述第一驱动齿轮(42)位于所述第二转臂(2)靠近所述第一减速机(31)的一侧，所述第二驱动齿轮(43)位于所述第二转臂(2)靠近所述第二减速机(32)的一侧。

8.根据权利要求7所述的关节结构，其特征在于，所述第二转臂(2)具有减重槽(21)，所述减重槽(21)环绕所述第二穿设通道设置。

9.根据权利要求1所述的关节结构，其特征在于，所述关节结构还包括轴承(9)，所述轴承(9)的内圈与所述输出轴(41)连接，所述轴承(9)的外圈与所述第二转臂连接。

10.一种机器人，包括关节结构，其特征在于，所述关节结构为权利要求1至9中任一项所述的关节结构。