CN113580191A - 关节结构及具有其的机器人 - Google Patents

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张志波
马俊杰
高小云
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Abstract

本发明提供了一种关节结构及具有其的机器人，其中，关节结构包括相互连接第一关节和第二关节，第一关节和第二关节之间安装有驱动部件；驱动部件的至少部分端面分别与第一关节和/或第二关节之间具有间隙；关节结构还包括：连接部件，设置在驱动部件的侧方，连接部件分别与第一关节和第二关节连接。本发明解决了现有技术中的机器人关节处的减速机承载应力集中的问题。

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
目前，随着自动化技术的不断进步，许多产业都采用机器人代替手工劳动，以提高加工效率，降低劳动力。
以大重量的六轴工业机器人为例，在机器人的各关节处均安装有减速机，以进行传动，但是，机器人各关节处的减速机，由于直接与机器人的各关节贴合，因此，在机器人动作过程中，减速机的承载应力集中，在承受力矩时会产生较大的变形，从而导致倾覆力矩过大造成机器人精度降低。
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机器人关节处的减速机承载应力集中的问题。
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，包括相互连接第一关节和第二关节，第一关节和第二关节之间安装有驱动部件；驱动部件的至少部分端面分别与第一关节和/或第二关节之间具有间隙；关节结构还包括：连接部件，设置在驱动部件的侧方，连接部件分别与第一关节和第二关节连接。
进一步地，第一关节的至少部分插设在第二关节内；连接部件的第一侧面与第一关节的外表面连接，连接部件的第二侧面与第二关节的内壁面连接。
进一步地，第一关节的外表面上设置有第一安装部，第一安装部的至少部分朝向第一关节的中心线方向凹陷，连接部件的至少部分安装在第一安装部内。
进一步地，关节结构还包括：承托部件，安装在第一关节上并位于连接部件的下方，承托部件的至少部分与连接部件贴合，以通过承托部件承托连接部件。
进一步地，第二关节的内壁面上设置有第二安装部，第二安装部的至少部分相对于内壁面朝向远离第一关节的方向凹陷，连接部件的至少部分安装在第二安装部内。
进一步地，关节结构还包括：压盖部件，安装在第二关节上并位于连接部件的上方，压盖部件的至少部分与连接部件贴合。
进一步地，连接部件为交叉滚子轴承。
进一步地，第二关节上设置有台阶结构，台阶结构具有台阶端面，连接部件的至少部分安装在台阶端面上；关节结构还包括：垫片，安装在连接部件的底部端面和台阶端面之间，垫片分别与连接部件的底部端面和台阶端面贴合。
进一步地，驱动部件的第一端面与第一关节的第一安装面之间具有间隙；驱动部件的第二端面与第二关节的第二安装面连接，第二端面和第一安装面之间的距离为L1；连接部件的底部端面与第二关节的第二安装面之间的距离为L2；连接部件的底部端面和顶部端面之间的距离为L3；连接部件的顶部端面与第一关节的第一安装面之间的距离为L4；其中，L1＞L2+L3+L4。
根据本发明的另一方面，提供了一种机器人，包括底座和关节结构，关节结构安装在底座上，关节结构为上述的关节结构。
应用本发明的技术方案，关节结构包括相互连接第一关节和第二关节，第一关节和第二关节之间安装有驱动部件；驱动部件的至少部分端面分别与第一关节和/或第二关节之间具有间隙；其中，关节结构还包括：连接部件，设置在驱动部件的侧方，连接部件分别与第一关节和第二关节连接。通过在驱动部件与第一关节和/或第二关节之间设置间隙，使第一关节和/或第二关节的力矩不会全部传递至驱动部件上，同时设置连接部件，使第一关节的部分力矩传递至连接部件上，同时还保证了第一关节与第二关节之间连接稳定，避免了第一关节与第二关节之间的应力集中在驱动部件上，有效的解决了现有技术中的机器人关节处应力集中的问题。
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示出了现有技术中关节结构的示意图；
图2示出了根据本发明的关节结构的实施例的结构示意图；以及
图3示出了根据图2的A部分的局部放大图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
100、第一关节；200、第二关节；300、驱动部件；101、第一安装部；201、第二安装部；102、第一安装面；202、第二安装面；301、第一端面；302、第二端面；
1、连接部件；2、承托部件；3、压盖部件；4、垫片。
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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
本发明提供了一种关节结构，请参考图2和图3，包括相互连接第一关节100和第二关节200，第一关节100和第二关节200之间安装有驱动部件300；驱动部件300的至少部分端面分别与第一关节100和/或第二关节200之间具有间隙；关节结构还包括：连接部件1，设置在驱动部件300的侧方，连接部件1分别与第一关节100和第二关节200连接。
根据本发明提供的关节结构，包括相互连接第一关节100和第二关节200，第一关节100和第二关节200之间安装有驱动部件300；驱动部件300的至少部分端面分别与第一关节100和/或第二关节200之间具有间隙；其中，关节结构还包括：连接部件1，设置在驱动部件300的侧方，连接部件1分别与第一关节100和第二关节200连接。通过在驱动部件300与第一关节100和/或第二关节200之间设置间隙，使第一关节100和/或第二关节200的力矩不会全部传递至驱动部件300上，同时设置连接部件1，使第一关节100的部分力矩传递至连接部件1上，同时还保证了第一关节100与第二关节200之间连接稳定，避免了第一关节100与第二关节200之间的应力集中在驱动部件300上，有效的解决了现有技术中的机器人关节处应力集中的问题。
在本发明提供的实施例中，驱动部件300为减速机，驱动部件300的端面包括第一端面301和第二端面302，第一端面301和第二端面302为减速机在轴向方向相对的两个端面，第一关节100的第一安装面102与第一端面301相对，第二关节200的第二安装面202与第二端面302相对，在安装驱动部件300使，使第一端面301和第二端面302分别与第一安装面102和第二安装面202之间具有间隙，或者使第一端面301与第一安装面之间具有间隙，或者使第二端面302与第二安装面202之间具有间隙，能过避免第一关节100和第二关节200之间的倾覆力矩作用在驱动部件300上导致的驱动部件300容易失效的问题。
具体地，如图2所示，第一关节100的至少部分插设在第二关节200内；连接部件1的第一侧面与第一关节100的外表面连接，连接部件1的第二侧面与第二关节200的内壁面连接。通过将第一关节100插设在第二关节200内，使第一关节100和第二关节200之间形成用于安装驱动部件300的安装腔，方便驱动部件300与第一关节100和/或第二关节200之间形成间隙，同时通过连接部件1分别与第一关节100和第二关节200连接，使连接部件1分担驱动部件300上的力矩同时起到第一关节100和第二关节200之间的支撑作用。
在具体实施的过程中，为了便于安装连接部件1，第一关节100的外表面上设置有第一安装部101，第一安装部101的至少部分朝向第一关节100的中心线方向凹陷，连接部件1的至少部分安装在第一安装部101内。其中，第一关节100为机械臂，第一关节100的中心线第一关节100的中轴线，第一安装部101朝向第一关节100的中心线方向凹陷，以对连接部件1进行定位，优选地，第一安装部101包括相互连接的第一定位端面和第二定位端面，连接部件1的第一侧面与第一定位端面连接，连接部件1的顶部端面的至少部分与第二定位端面连接，这样使连接部件1通过第一定位端面和第二定位端面承载第一关节100传递的作用力，同时方便连接部件1与第二关节200连接。
为了避免连接部件1由第一关节100上掉落，关节结构还包括：承托部件2，安装在第一关节100上并位于连接部件1的下方，承托部件2的至少部分与连接部件1贴合，以通过承托部件2承托连接部件1。优选地，承托部件2为盖体。这样对连接部件1的底部进行承托，保证连接部件1的安装稳定性。
在本发明提供的实施例中，如图3所示，第二关节200的内壁面上设置有第二安装部201，第二安装部201的至少部分相对于内壁面朝向远离第一关节100的方向凹陷，连接部件1的至少部分安装在第二安装部201内。优选地，第二安装部201包括相互连接的第三定位端面和第四定位端面，第三定位端面与第一定位端面相对，这样设置便于控制第一关节100与第二关节200之间的连接距离，使连接部件1在安装过程中能够调节与第一关节100和/或第二关节200之间的相对位置，方便调节第一关节100与驱动部件300之间的距离。
为了保持连接部件1的安装稳定，关节结构还包括：压盖部件3，安装在第二关节200上并位于连接部件1的上方，压盖部件3的至少部分与连接部件1贴合。通过压盖部件3和承托部件2之间相互配合，对连接部件1进行定位，以保证在关节结构动作的过程中连接部件1能够承受关节的力矩。
在本发明提供的实施例中，连接部件1为交叉滚子轴承。通过交叉滚子轴承的转动惯量低，能够承受较大的轴向负荷和径向负荷，旋转精度高，能够承受机器人运转过程中的额外倾覆力矩。
在具体实施的过程中，第二关节200上设置有台阶结构，台阶结构具有台阶端面，连接部件1的至少部分安装在台阶端面上；关节结构还包括：垫片4，安装在连接部件1的底部端面和台阶端面之间，垫片4分别与连接部件1的底部端面和台阶端面贴合。通过调节垫片4的个数，调节驱动部件300与第一关节100之间的距离，垫片4的厚度为0.01mm至0.05mm。
驱动部件300的第一端面301与第一关节100的第一安装面102之间具有间隙；驱动部件300的第二端面302与第二关节200的第二安装面202连接，第二端面302和第一安装面102之间的距离为L1；连接部件1的底部端面与第二关节200的第二安装面之间的距离为L2；连接部件1的底部端面和顶部端面之间的距离为L3；连接部件1的顶部端面与第一关节100的第一安装面之间的距离为L4；其中，L1＞L2+L3+L4。这样，使驱动部件300与第一关节100之间存在0.02mm至0.05mm间隙。其中，驱动部件300的第一端面和第二端面之间的垂直距离为L5，为了保证L1＞L2+L3+L4，且在安装过程方便，L2+L3+L4＜L5。
在实际安装过程中，会对L2+L3的值进行测量，对L2和L5也进行测量，根据测量结构，得到最终的距离差距D5＝L5-(L2+L3+L4)。通过设置合理的垫片数量，保证驱动部件300与第一关节100之间存在0.02mm至0.05mm左右的间隙，驱动部件300只需要提供旋转力矩而不需要承受较大倾覆力矩，降低了驱动部件300因受到过大的倾覆力矩产生较大变形，从而导致旋转关节处的抖动问题，提高了机器人的整体刚度。其中，驱动部件300为减速机。
本发明还提供了一种机器人，包括底座和关节结构，关节结构安装在底座上，关节结构为上述实施例的关节结构。
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：
根据本发明提供的关节结构，包括相互连接第一关节100和第二关节200，第一关节100和第二关节200之间安装有驱动部件300；驱动部件300的至少部分端面分别与第一关节100和/或第二关节200之间具有间隙；其中，关节结构还包括：连接部件1，设置在驱动部件300的侧方，连接部件1分别与第一关节100和第二关节200连接。通过在驱动部件300与第一关节100和/或第二关节200之间设置间隙，使第一关节100和/或第二关节200的力矩不会全部传递至驱动部件300上，同时设置连接部件1，使第一关节100的部分力矩传递至连接部件1上，同时还保证了第一关节100与第二关节200之间连接稳定，避免了第一关节100与第二关节200之间的应力集中在驱动部件300上，有效的解决了现有技术中的机器人关节处应力集中的问题。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
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 (10)

1.一种关节结构，包括相互连接第一关节(100)和第二关节(200)，所述第一关节(100)和所述第二关节(200)之间安装有驱动部件(300)；其特征在于，
所述驱动部件(300)的至少部分端面分别与所述第一关节(100)和/或所述第二关节(200)之间具有间隙；
所述关节结构还包括：
连接部件(1)，设置在所述驱动部件(300)的侧方，所述连接部件(1)分别与所述第一关节(100)和所述第二关节(200)连接。
2.根据权利要求1所述的关节结构，其特征在于，所述第一关节(100)的至少部分插设在所述第二关节(200)内；
所述连接部件(1)的第一侧面与所述第一关节(100)的外表面连接，所述连接部件(1)的第二侧面与所述第二关节(200)的内壁面连接。
3.根据权利要求2所述的关节结构，其特征在于，所述第一关节(100)的外表面上设置有第一安装部(101)，所述第一安装部(101)的至少部分朝向所述第一关节(100)的中心线方向凹陷，所述连接部件(1)的至少部分安装在所述第一安装部(101)内。
4.根据权利要求3所述的关节结构，其特征在于，所述关节结构还包括：
承托部件(2)，安装在所述第一关节(100)上并位于所述连接部件(1)的下方，所述承托部件(2)的至少部分与所述连接部件(1)贴合，以通过所述承托部件(2)承托所述连接部件(1)。
5.根据权利要求2所述的关节结构，其特征在于，所述第二关节(200)的内壁面上设置有第二安装部(201)，所述第二安装部(201)的至少部分相对于所述内壁面朝向远离所述第一关节(100)的方向凹陷，所述连接部件(1)的至少部分安装在所述第二安装部(201)内。
6.根据权利要求5所述的关节结构，其特征在于，所述关节结构还包括：
压盖部件(3)，安装在所述第二关节(200)上并位于所述连接部件(1)的上方，所述压盖部件(3)的至少部分与所述连接部件(1)贴合。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的关节结构，其特征在于，所述连接部件(1)为交叉滚子轴承。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的关节结构，其特征在于，所述第二关节(200)上设置有台阶结构，所述台阶结构具有台阶端面，所述连接部件(1)的至少部分安装在所述台阶端面上；所述关节结构还包括：
垫片(4)，安装在所述连接部件(1)的底部端面和所述台阶端面之间，所述垫片(4)分别与所述连接部件(1)的底部端面和所述台阶端面贴合。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的关节结构，其特征在于，所述驱动部件(300)的第一端面(301)与所述第一关节(100)的第一安装面(102)之间具有间隙；所述驱动部件(300)的第二端面(302)与所述第二关节(200)的第二安装面(202)连接，所述第二端面(302)和所述第一安装面(102)之间的距离为L1；
所述连接部件(1)的底部端面与所述第二关节(200)的第二安装面(202)之间的距离为L2；所述连接部件(1)的底部端面和顶部端面之间的距离为L3；所述连接部件(1)的顶部端面与所述第一关节(100)的第一安装面(102)之间的距离为L4；
其中，L1＞L2+L3+L4。
10.一种机器人，包括底座和关节结构，所述关节结构安装在所述底座上，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。
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