CN113815014B - 关节装置及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种关节装置及机器人。关节装置包括第一关节、第二关节、减速机、传动结构和驱动结构，第二关节位于第一关节的一端；减速机包括柔轮、刚轮和波发生器，柔轮与刚轮啮合；柔轮设置在第二关节内，并与第二关节固定连接；刚轮与第一关节固定连接；波发生器包括输入轴和凸出于输入轴的外周设置的波发生部，输入轴的两端分别通过轴承与第一关节和第二关节连接，波发生部设置在柔轮内并与柔轮配合；传动结构包括第一传动部件，第一传动部件一体成型在输入轴的外周上远离第二关节的位置处；驱动结构固定连接在第一关节内，驱动结构的输出轴与第一传动部件连接。减少装配尺寸误差且结构简单。

Description

关节装置及机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种关节装置及机器人。

背景技术

工业机器人是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，广泛应用于电子、物流、化工等各个工业领域之中。小负载的六轴工业机器人通常用谐波减速机作为传动装置。但目前市场上的谐波减速机均为标准化产品，在结构布局和功能上具有一定的局限性，装配过程中的尺寸误差大，传动精度低，且结构复杂。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的机器人的装配尺寸误差大，传动精度低且结构复杂的缺陷，从而提供一种减少尺寸误差、传动精度高且结构简单的关节装置及机器人。

为了解决上述问题，本发明提供了一种关节装置，包括第一关节、第二关节、减速机、传动结构和驱动结构，第二关节位于第一关节的一端；减速机包括柔轮、刚轮和波发生器，柔轮与刚轮啮合；柔轮设置在第二关节内，并与第二关节固定连接；刚轮与第一关节固定连接；波发生器包括输入轴和凸出于输入轴的外周设置的波发生部，输入轴的两端分别通过轴承与第一关节和第二关节连接，波发生部设置在柔轮内并与柔轮配合；传动结构包括第一传动部件，第一传动部件一体成型在输入轴的外周上远离第二关节的位置处；驱动结构固定连接在第一关节内，驱动结构的输出轴与第一传动部件连接。

本发明提供的关节装置，传动结构还包括第二传动部件，第二传动部件套设在输出轴的外周，第一传动部件和第二传动部件均为齿轮，第一传动部件与第二传动部件啮合。

本发明提供的关节装置，传动结构还包括齿轮端盖，齿轮端盖与第二传动部件和输出轴均通过紧固件连接。

本发明提供的关节装置，输入轴内设有过线通孔，第一关节的内部与第二关节的内部通过过线通孔连通。

本发明提供的关节装置，过线通孔与输入轴同轴。

本发明提供的关节装置，还包括过线结构，过线结构设置在过线通孔内，并与第二关节通过紧固件连接，过线结构为中空结构。

本发明提供的关节装置，过线结构包括第一过线管和第二过线管；第一过线管由塑料材料制成；第二过线管由金属材料制成，套设在第一过线管的外部，并设置在过线通孔内，第二过线管与第二关节通过紧固件连接。

本发明提供的关节装置，第一过线管的一端设有翻边，翻边适于搭设在第二过线管的顶部；翻边与第一过线管的内壁圆滑过渡，第一过线管的另一端的内壁上设有倒圆角。

本发明提供的关节装置，还包括第一密封结构和第二密封结构，第一密封结构夹设在第二过线管的一端与第二关节之间；第二密封结构夹设在第二过线管的另一端与第一关节之间。

本发明提供的关节装置，第一密封结构为密封圈，第二过线管的一端的外周上设有限位槽；密封圈设置在限位槽内，并夹设在限位槽与第二关节之间；

和/或，第二密封结构为油封，第一关节上设有第一台阶部，第一台阶部适于在第二过线管的轴向上限位油封。

本发明提供的关节装置，还包括波形弹性垫圈，波形弹性垫圈套设在第二过线管的外部，第二过线管的外周设有限位凸缘；输入轴的第一端通过第一轴承与第二关节连接，第一轴承与第一端过盈配合，波形弹性垫圈位于第一轴承和限位凸缘之间。

本发明提供的关节装置，输入轴的第二端通过第二轴承与第一关节连接，第二轴承与第二端过盈配合；第一关节上设有第二台阶部，第二台阶部适于在第二过线管的轴向上限位第二轴承。

本发明还提供一种机器人，包括上述的关节装置。

本发明具有以下优点：

1.本发明提供的关节装置，包括第一关节、第二关节、减速机、传动结构和驱动结构，第二关节位于第一关节的一端；减速机包括柔轮、刚轮和波发生器，柔轮与刚轮啮合；柔轮设置在第二关节内，并与第二关节固定连接；刚轮与第一关节固定连接；波发生器包括输入轴和凸出于输入轴的外周设置的波发生部，输入轴的两端分别通过轴承与第一关节和第二关节连接，波发生部设置在柔轮内并与柔轮配合；传动结构包括第一传动部件，第一传动部件一体成型在输入轴的外周上远离第二关节的位置处；驱动结构固定连接在第一关节内，驱动结构的输出轴与第一传动部件连接。

本发明的关节装置，第一关节内设有驱动结构，传动结构在驱动结构的驱动下转动，并带动减速机运动，第二关节在减速机的带动下相对于第一关节转动。第一传动部件一体成型在输入轴上，无需对输入轴和第一传动部件进行装配，减少了第一传动部件和减速机在转配过程中的尺寸误差，提高了传动结构的传动精度；且整体结构更加简单紧凑，传动效果更加平稳。

2.本发明提供的关节装置，传动结构还包括第二传动部件，第二传动部件套设在输出轴的外周，第一传动部件和第二传动部件均为齿轮，第一传动部件与第二传动部件啮合。

第二传动部件为套设在驱动结构的输出轴的外周的小齿轮，第一传动部件为大齿轮，小齿轮与大齿轮配合可增大扭矩，可以适当降低驱动结构的输出功率和输出扭矩，可以选择小型号的驱动结构，增大了驱动结构的选择范围。

3.本发明提供的关节装置，输入轴内设有过线通孔，第一关节的内部与第二关节的内部通过过线通孔连通。方便线束从过线通孔穿过，有利于线束的结构布局，可有效防止线束磨损，使关节装置的运行更加稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1示出了本发明的关节装置的剖视图；

图2示出了图1的A部放大图；

图3示出了图2的B部放大图；

图4示出了本发明的减速机的俯视图；

图5示出了图4的C-C向剖视图；

图6示出了本发明的波发生器的主视图；

图7示出了图6的D-D向剖视图；

图8示出了本发明的减速机的安装爆炸图；

图9示出了本发明的第一关节的示意图；

图10示出了本发明的第二关节的示意图；

图11示出了本发明的驱动结构的安装爆炸图；

图12示出了本发明的第二传动部件的示意图；

图13示出了本发明的过线结构的安装爆炸图；

图14示出了本发明的关节装置的安装爆炸图。

附图标记说明：

1、第一关节；11、第一台阶部；12、第二台阶部；2、第二关节；3、减速机；31、柔轮；32、刚轮；33、波发生器；331、输入轴；3311、过线通孔；332、波发生部；34、第一轴承；35、第二轴承；4、传动结构；41、第一传动部件；42、第二传动部件；43、齿轮端盖；5、驱动结构；51、驱动电机；52、输出轴；53、电机法兰；54、第三密封结构；6、过线结构；61、第一过线管；611、翻边；62、第二过线管；621、限位槽；622、限位凸缘；7、第一密封结构；8、第二密封结构；9、波形弹性垫圈。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1至图14所示，本实施例中公开了一种关节装置，包括第一关节1、第二关节2、减速机3、传动结构4和驱动结构5，第二关节2位于第一关节1的一端；减速机3包括柔轮31、刚轮32和波发生器33，柔轮31与刚轮32啮合；柔轮31设置在第二关节2内，并与第二关节2固定连接；刚轮32与第一关节1固定连接；波发生器33包括输入轴331和凸出于输入轴331的外周设置的波发生部332，输入轴331的两端分别通过轴承与第一关节1和第二关节2连接，波发生部332设置在柔轮31内并与柔轮31配合；传动结构4包括第一传动部件41，第一传动部件41一体成型在输入轴331的外周上远离第二关节2的位置处；驱动结构5固定连接在第一关节1内，驱动结构5的输出轴52与第一传动部件41连接。

本发明的关节装置，第一关节1内设有驱动结构5，传动结构4在驱动结构5的驱动下转动，并带动减速机3运动，第二关节2在减速机3的带动下相对于第一关节1转动。第一传动部件41一体成型在输入轴331上，无需对输入轴331和第一传动部件41进行装配，减少了第一传动部件41和减速机3在转配过程中的尺寸误差，提高了传动结构4的传动精度；且整体结构更加简单紧凑，传动效果更加平稳。

具体地实施方式中，第一关节1内包括第一安装腔，第一关节1的顶部设有第一安装孔，第二关节2内包括第二安装腔，第二关节2的底部设有第二安装孔；输入轴331的两端分别通过轴承与第一安装孔和第二安装孔连接。驱动结构5包括驱动电机51、输出轴52、电机法兰53和第三密封结构54，驱动电机51用于驱动输出轴52旋转，第三密封结构54设置在电机法兰53与驱动电机51之间，电机法兰53、驱动电机51通过紧固件连接在第一安装腔内。第三密封结构54可以为油封。柔轮31通过紧固件与第二关节2连接，刚轮32通过紧固件与第一关节1连接。紧固件可以为螺栓、螺钉等结构。柔轮31根据波发生部332进行弹性形变。

本实施例中的关节装置，传动结构4还包括第二传动部件42，第二传动部件42套设在输出轴52的外周，第一传动部件41和第二传动部件42均为齿轮，第一传动部件41与第二传动部件42啮合。

第二传动部件42为套设在驱动结构5的输出轴52的外周的小齿轮，第一传动部件41为大齿轮，小齿轮与大齿轮配合可增大扭矩，可以适当降低驱动结构5的输出功率和输出扭矩，可以选择小型号的驱动结构5，增大了驱动结构5的选择范围。

本实施例中，传动结构4还包括齿轮端盖43，齿轮端盖43与第二传动部件42和输出轴52均通过紧固件连接，将第二传动部件42和输出轴52锁紧到同一平面。

优选地一种实施方式中，输出轴52和第二传动部件42上均设有螺纹孔，螺栓或螺钉等紧固件穿过电机法兰53的法兰孔与输出轴52上的螺纹孔连接，螺栓或螺钉等紧固件穿过电机法兰53上的连接孔与第二传动部件42的螺纹孔连接。紧固件可以为螺栓、螺钉等结构。

本实施例中的关节装置，输入轴331内设有过线通孔3311，第一关节1的内部与第二关节2的内部通过过线通孔3311连通。方便线束从过线通孔3311穿过，有利于线束的结构布局，可有效防止线束磨损，使关节装置的运行更加稳定。

本实施例中，过线通孔3311与输入轴331同轴。过线通孔3311与输入轴331同轴旋转，对线束的摩擦均匀。

本实施例中的关节装置还包括过线结构6，过线结构6设置在过线通孔3311内，并与第二关节2通过紧固件连接，过线结构6为中空结构。方便线束从过线结构6的中空部分穿过，有利于线束的结构布局，可有效防止线束磨损，使关节装置的运行更加稳定。且过线结构6与第二关节2固定连接，在使用过程中相对于第二关节2的移动较小，在过线结构6内对线束造成的磨损小。

本实施例中的关节装置，过线结构6包括第一过线管61和第二过线管62，第一过线管61由塑料材料制成；第二过线管62由金属材料制成，套设在第一过线管61的外部，并设置在过线通孔3311内，第二过线管62与第二关节2通过紧固件连接。线束从第一过线管61的管内穿过，塑料制成的第一过线管61的内壁比较光滑，粗糙度小且硬度较低，减小对线束造成的磨损。第二过线管62由金属材料制成，可为过线结构6提供相应的支撑强度。具体地实施方式中，第一过线管61为尼龙管，第二过线管62为铝管。第二过线管62的侧壁上设有凸出的连接柱，连接柱内设有连接孔，第二过线管62通过紧固件与第二关节2连接。优选地实施方式中，关节装置还包括支架，设置在第一过线管61内，线束通过支架支撑在第一过线管61内，避免线束与第一过线管61的内壁接触。

作为可变换的实施方式，也可以为，过线结构6仅包括第二过线管62，第二过线管62由金属材料制成，第二过线管62的内壁为光滑内壁。或者，过线结构6仅包括第一过线管61，第一过线管61由硬质塑料成型，第一过线管61的内壁为光滑内壁。

本实施例的关节装置，第一过线管61的一端设有翻边611，翻边611适于搭设在第二过线管62的顶部，翻边611在轴向方向上对第一过线管61进行限位。翻边611与第一过线管61的内壁圆滑过渡，第一过线管61的另一端的内壁上设有倒圆角，防止尖锐的边角对线束造成伤害。

本实施例中的关节装置，还包括第一密封结构7和第二密封结构8，第一密封结构7夹设在第二过线管62的一端与第二关节2之间；第二密封结构8夹设在第二过线管62的另一端与第一关节1之间。减速机3通过第一密封结构7和第二密封结构8实现密封，防止润滑油外溢，还防止水或者灰尘等物进入减速机3内。

本实施例的一种实施方式中，第一密封结构7为密封圈，第二过线管62的一端的外周上设有限位槽621；密封圈设置在限位槽621内，并夹设在限位槽621与第二关节2之间。密封圈位于减速机3的上方，简单的密封圈即可实现对润滑油脂的密封。密封圈通过限位槽621进行限位，防止密封圈卷曲或错位导致密封效果差。第二密封结构8为油封，第一关节1上设有第一台阶部11，第一台阶部11适于在第二过线管62的轴向上限位油封。油封具有良好的密封效果，防止润滑油脂在重力的作用下溢出。第一台阶部11在轴向上对油封进行限位，保证较好的密封效果。

作为可变换的实施方式，也可以为，第一密封结构7为密封圈，第二过线管62的一端的外周上设有第一限位槽621；第一密封结构7设置在第一限位槽621内，并夹设在第一限位槽621与第二关节2之间。第二密封结构8也为密封圈，第二过线管62的另一端的外周上设有第二限位槽621，第二密封结构8设置在第二限位槽621内，并夹设在第二限位槽621与第二关节2之间。

作为可变换的实施方式，也可以为，第一密封结构7为油封，第二关节2上设有限位油封的限位台阶。第二密封结构8为油封，第一关节1上设有第一台阶部11，第一台阶部11适于在第二过线管62的轴向上限位油封。

本实施例的关节装置还包括波形弹性垫圈9，波形弹性垫圈9套设在第二过线管62的外部，第二过线管62的外周设有限位凸缘622；输入轴331的第一端通过第一轴承34与第二关节2连接，第一轴承34与第一端过盈配合，波形弹性垫圈9位于第一轴承34和限位凸缘622之间。

本实施例中，输入轴331的第二端通过第二轴承35与第一关节1连接，第二轴承35与第二端过盈配合；第一关节1上设有第二台阶部12，第二台阶部12适于在第二过线管62的轴向上限位第二轴承35，防止输入轴331发生轴向窜动。

波形弹性垫圈9用于限位第一轴承34，防止输入轴331发生轴向窜动。若不设置波形弹性垫圈9，则需要在第二过线管62上设有限位用台阶，此限位用台阶需保证加工误差；第二过线管62、第一轴承34、输入轴331、第二轴承35和第一关节1之间组成一个尺寸链，保证第一轴承34和第二轴承35在轴向上的定位尺寸既不能过松也不能过紧，过松的话，输入轴331会轴向窜动，过紧的话，第一轴承34或第二轴承35容易出现卡死，使得输入轴331转动异常。因此，波形弹性垫圈9还减小了装配制造精度，节省了加工成本，结构简单且稳定，还方便高效。

具体地实施方式中，第一轴承34和第二轴承35均为深沟球轴承。

本实施例中还提供一种机器人，包括上述的关节装置。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种关节装置，其特征在于，包括：

第一关节(1)；

第二关节(2)，位于所述第一关节(1)的一端；

减速机(3)，包括柔轮(31)、刚轮(32)和波发生器(33)，所述柔轮(31)与所述刚轮(32)啮合；所述柔轮(31)设置在所述第二关节(2)内，并与所述第二关节(2)固定连接；所述刚轮(32)与所述第一关节(1)固定连接；所述波发生器(33)包括输入轴(331)和凸出于所述输入轴(331)的外周设置的波发生部(332)，所述输入轴(331)的两端分别通过轴承与所述第一关节(1)和所述第二关节(2)连接，所述波发生部(332)设置在所述柔轮(31)内并与所述柔轮(31)配合；

传动结构(4)，包括第一传动部件(41)，所述第一传动部件(41)一体成型在所述输入轴(331)的外周上远离所述第二关节(2)的位置处；

驱动结构(5)，固定连接在所述第一关节(1)内，所述驱动结构(5)的输出轴(52)与所述第一传动部件(41)连接；

所述输入轴(331)内设有过线通孔(3311)，所述第一关节(1)的内部与所述第二关节(2)的内部通过所述过线通孔(3311)连通；

还包括过线结构(6)，所述过线结构(6)设置在所述过线通孔(3311)内，并与所述第二关节(2)通过紧固件连接，所述过线结构(6)为中空结构；

所述过线通孔(3311)与所述输入轴(331)同轴；

所述过线结构(6)包括：

第一过线管(61)，由塑料材料制成；

第二过线管(62)，由金属材料制成，套设在所述第一过线管(61)的外部，并设置在所述过线通孔(3311)内，所述第二过线管(62)与所述第二关节(2)通过紧固件连接；

所述第一过线管(61)的一端设有翻边(611)，所述翻边(611)适于搭设在所述第二过线管(62)的顶部；所述翻边(611)与所述第一过线管(61)的内壁圆滑过渡，所述第一过线管(61)的另一端的内壁上设有倒圆角；

波形弹性垫圈(9)，所述波形弹性垫圈(9)套设在所述第二过线管(62)的外部，所述第二过线管(62)的外周设有限位凸缘(622)；所述输入轴(331)的第一端通过第一轴承(34)与所述第二关节(2)连接，所述第一轴承(34)与所述第一端过盈配合，所述波形弹性垫圈(9)位于所述第一轴承(34)和所述限位凸缘(622)之间。

2.根据权利要求1所述的关节装置，其特征在于，所述传动结构(4)还包括第二传动部件(42)，所述第二传动部件(42)套设在所述输出轴(52)的外周，所述第一传动部件(41)和所述第二传动部件(42)均为齿轮，所述第一传动部件(41)与所述第二传动部件(42)啮合。

3.根据权利要求2所述的关节装置，其特征在于，所述传动结构(4)还包括齿轮端盖(43)，所述齿轮端盖(43)与所述第二传动部件(42)和所述输出轴(52)均通过紧固件连接。

4.根据权利要求1所述的关节装置，其特征在于，还包括：

第一密封结构(7)，夹设在所述第二过线管(62)的一端与所述第二关节(2)之间；

第二密封结构(8)，夹设在所述第二过线管(62)的另一端与所述第一关节(1)之间。

5.根据权利要求4所述的关节装置，其特征在于，所述第一密封结构(7)为密封圈，所述第二过线管(62)的一端的外周上设有限位槽(621)；所述密封圈设置在所述限位槽(621)内，并夹设在所述限位槽(621)与所述第二关节(2)之间；

和/或，所述第二密封结构(8)为油封，所述第一关节(1)上设有第一台阶部(11)，所述第一台阶部(11)适于在所述第二过线管(62)的轴向上限位所述油封。

6.根据权利要求1所述的关节装置，其特征在于，所述输入轴(331)的第二端通过第二轴承(35)与所述第一关节(1)连接，所述第二轴承(35)与所述第二端过盈配合；所述第一关节(1)上设有第二台阶部(12)，所述第二台阶部(12)适于在所述第二过线管(62)的轴向上限位所述第二轴承(35)。

7.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的关节装置。