CN114888848B - 一种机器人关节结构的安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人关节结构的安装方法，包括以下步骤：在第一关节臂上加工棒料安装孔，棒料安装孔沿关节轴线方向由第一关节臂的第一端面延伸到对侧的第二端面，在第二关节臂上加工出轴承座，在轴承座上加工轴承安装孔；加工出与棒料安装孔配合的焊接棒料，将焊接棒料装入棒料安装孔，并通过焊接工艺将焊接棒料与第一关节臂焊接为一体，得到焊接后的焊接体；在焊接体的焊接棒料上加工出转轴安装孔，将转轴装入转轴安装孔并固定，转轴的端部伸出于第一关节臂的第一端面和/或第二端面，在转轴的端部安装轴承，轴承的外圈与第二关节臂的轴承安装孔配合。既提升了关节结构的结构强度，又保证了机器人的运行精度。

Description

一种机器人关节结构的安装方法

技术领域

本发明用于关节机器人领域，特别是涉及一种机器人关节结构的安装方法。

背景技术

关节机器人的多个关节臂一般采用转轴连接形成可以转动的关节结构，其中关节臂上需要设置安装转轴的套筒，套筒一般通过端部的法兰固定安装于关节臂。这种结构形式的关节结构的转轴的位置精度受限于套筒的定位精度和套筒自身形状精度，无法实现关节机器人在关节位置的高精度、稳定传力。此外，由于套筒采用法兰等紧固件的固定安装方式，导致关节臂在关节位置的刚性较差，强度不佳。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种机器人关节结构的安装方法，既提升了关节结构的结构强度又简易地实现了第一关节臂及第二关节臂的刚性固定，使得第一关节臂及第二关节臂形成了传力稳定的关节结构，且机构刚性好，强度高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种机器人关节结构的安装方法，包括以下步骤：

在第一关节臂上加工棒料安装孔，所述棒料安装孔沿关节轴线方向由所述第一关节臂的第一端面延伸到对侧的第二端面，在第二关节臂上加工出延伸至所述第一端面和/或所述第二端面外侧的轴承座，在所述轴承座上加工轴承安装孔；

加工出与所述棒料安装孔配合的焊接棒料，将所述焊接棒料装入所述棒料安装孔，并通过焊接工艺将所述焊接棒料与所述第一关节臂焊接为一体，得到焊接后的焊接体；

在所述焊接体的焊接棒料上加工出转轴安装孔，所述转轴安装孔的轴线与所述关节轴线重合，将转轴装入所述转轴安装孔并固定，所述转轴的端部伸出于所述第一关节臂的第一端面和/或所述第二端面，在所述转轴的端部安装轴承，所述轴承的外圈与所述第二关节臂的轴承安装孔配合。

在一些实施例中，采用挤压工艺得到初始型材毛坯，采用所述初始型材毛坯加工制作所述第一关节臂和所述第二关节臂。

在一些实施例中，所述初始型材毛坯具有沿长度方向延伸的封闭腔体，所述初始型材毛坯在所述封闭腔体的外侧设有沿长度方向延伸的加强筋，加工所述初始型材毛坯的加强筋，使所述第一关节臂的加强筋沿远离所述关节轴线的方向高度逐渐减小，使所述第二关节臂的加强筋沿远离所述关节轴线的方向高度逐渐增加。

在一些实施例中，所述初始型材毛坯包括第一纵向壁面、第二纵向壁面、第一横向壁面和第二横向壁面，所述第一横向壁面和第二横向壁面连接于所述第一纵向壁面和第二纵向壁面之间，所述初始型材毛坯通过所述第一纵向壁面、第二纵向壁面、第一横向壁面和第二横向壁面限定出截面呈矩形的封闭腔体。

在一些实施例中，所述第一纵向壁面和第二纵向壁面的厚度大于所述第一横向壁面和第二横向壁面的厚度，所述加强筋包括由所述第一纵向壁面沿纵向延伸的第一加强筋和由所述第二纵向壁面沿纵向延伸的第二加强筋，在所述第一关节臂上加工棒料安装孔，所述棒料安装孔开设于所述封闭腔体的第一纵向壁面和第二纵向壁面，加工所述棒料安装孔时，在所述第一纵向壁面和第二纵向壁面的棒料安装孔的孔壁上加工与所述焊接棒料配合的第一定位凸环，并在所述第一定位凸环的外侧加工第一焊缝填充环槽。

在一些实施例中，采用与所述初始型材毛坯相同类型材料的金属棒料加工得到所述焊接棒料，所述焊接棒料的外壁面加工出与所述第一定位凸环配合的第二定位凸环，所述焊接棒料的外壁面在所述第二定位凸环的两侧加工第二焊缝填充环槽。

在一些实施例中，所述第一定位凸环和所述第二定位凸环的厚度为2-3mm。

在一些实施例中，将所述焊接棒料装入所述棒料安装孔，将所述第一定位凸环与所述第二定位凸环对齐配合，采用焊接工艺将第一定位凸环和/或所述第二定位凸环熔透，使焊料填充于所述第一焊缝填充环槽和所述第二焊缝填充环槽，最终将所述焊接棒料与所述第一关节臂焊接为一体。

在一些实施例中，将转轴装入所述转轴安装孔后，锁紧所述转轴安装孔的孔壁的锁定螺丝，将所述转轴固定于所述转轴安装孔。

在一些实施例中，所述棒料安装孔为圆孔，所述焊接棒料采用圆柱形金属棒料。

上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：为了第一关节臂及第二关节臂通过轴承进行刚性连接，且在连接部位第一关节臂及第二关节臂之间可以相互旋转，首先在第一关节臂中加工棒料安装孔，将预制好的焊接棒料焊接在第一关节臂上，焊接棒料与第一关节臂的连接位置处的结构强度得到保证。焊接完毕后焊接棒料与第一关节臂连接成一体，对此焊接区域进行转轴孔精加工，然后通过转轴及轴承的定位紧固连接，即可实现第一关节臂及第二关节臂的刚性连接，通过焊接工艺的引入可在不破坏型材臂的整体强度与刚性的前提下实现第一关节臂及第二关节臂的刚性连接。

机器人的关节结构为机械臂的关键承力部位，通过在此处焊接焊接棒料后精加工出转轴安装孔，既提升了关节结构的结构强度又简易地实现了第一关节臂及第二关节臂的刚性固定，使得第一关节臂及第二关节臂形成了传力稳定的关节结构，且机构刚性好，强度高。

本发明的技术方案通过在焊接得到的焊接体上经过二次精加工，能获得精确的安装孔距及精确的转轴安装尺寸，从而保证了第一关节臂与第二关节臂的高精度配合，保证了机器人的运行精度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明关节机器人的一个实施例结构示意图；

图2是本发明的一个实施例的初始型材毛坯结构示意图；

图3是本发明的一个实施例的第一关节臂结构主视图；

图4是图3中A-A处截面图；

图5是本发明的一个实施例的第二关节臂结构主视图；

图6是图5中B-B处截面图；

图7是本发明的一个实施例的将焊接棒料装入棒料安装孔结构示意图；

图8是本发明的一个实施例在焊接体的焊接棒料上加工出转轴安装孔结构示意图；

图9是本发明的一个实施例第一关节臂和第二关节臂安装后形成的关节结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征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。

本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参见图1，其显示了一款四轴机器人，其包括第一关节臂1和第二关节臂2，第一关节臂1和第二关节臂2通过转轴3连接，并在连接位置形成可转动的关节结构。其通过控制第一电机4旋转控制第二关节臂2前后旋转，然后通第一关节臂1将前后运动的动力传递到末端负载；控制第二电机5旋转，通过拉杆、第一关节臂1以及第一关节臂1和第二关节臂2之间的关节结构将上下运动的驱动力传递到负载控制负载的上下运动。

结合上述四轴机器人，参见图1～图9，本发明的实施例提供了一种机器人关节结构的安装方法，包括以下步骤：

在第一关节臂1上加工棒料安装孔11，棒料安装孔11沿关节轴线方向由第一关节臂1的第一端面12延伸到对侧的第二端面13，在第二关节臂2上加工出延伸至第一端面12和/或第二端面13外侧的轴承座21，在轴承座21上加工轴承安装孔22；

加工出与棒料安装孔11配合的焊接棒料6，将焊接棒料6装入棒料安装孔11，并通过焊接工艺将述焊接棒料6与第一关节臂1焊接为一体，得到焊接后的焊接体；

为了保证机器人的运行精度，焊接得到的焊接体须经过二次精加工才能获得精确的安装孔距及精确的转轴3安装尺寸，从而保证第一关节臂1与第二关节臂2的高精度配合，具体的，在焊接体的焊接棒料6上加工出转轴安装孔61，转轴安装孔61的轴线与关节轴线重合，将转轴3装入转轴安装孔61并固定，转轴3的端部伸出于第一关节臂1的第一端面12和/或第二端面13，在转轴3的端部安装轴承7，轴承7的外圈与第二关节臂2的轴承安装孔22配合。

为了第一关节臂1及第二关节臂2通过轴承7进行刚性连接，且在连接部位第一关节臂1及第二关节臂2之间可以相互旋转，首先在第一关节臂1中加工棒料安装孔11，将预制好的焊接棒料6焊接在第一关节臂1上，焊接棒料6与第一关节臂1的连接位置处的结构强度得到保证。焊接完毕后焊接棒料6与第一关节臂1连接成一体，对此焊接区域进行转轴孔精加工，然后通过转轴3及轴承7的定位紧固连接，即可实现第一关节臂1及第二关节臂2的刚性连接，通过焊接工艺的引入可在不破坏型材臂的整体强度与刚性的前提下实现第一关节臂1及第二关节臂2的刚性连接。

机器人的关节结构为机械臂的关键承力部位，通过在此处焊接焊接棒料6后精加工出转轴安装孔61，既提升了关节结构的结构强度又简易地实现了第一关节臂1及第二关节臂2的刚性固定，使得第一关节臂1及第二关节臂2形成了传力稳定的关节结构，且机构刚性好，强度高。

本发明的技术方案通过在焊接得到的焊接体上经过二次精加工，能获得精确的安装孔距及精确的转轴3安装尺寸，从而保证了第一关节臂1与第二关节臂2的高精度配合，保证了机器人的运行精度。

在一些实施例中,采用挤压工艺得到初始型材毛坯，采用初始型材毛坯加工制作第一关节臂1和第二关节臂2。

本发明的技术方案通过采用型材替代铸件成为机械臂，型材是指金属经过塑性加工成形、具有一定截面形状和尺寸的金属结构腔体，塑性加工变形得到的型材机械臂与通过铸造或者焊接得到的机械臂相比，其内部微观组织缺陷少，使得机械臂的强度得到有效保证，且金属型材的挤压成型具有工艺尺寸稳定性高，型材长度可通过控制切割长度控制，截面形状可通过改变模具截面形状控制等众多优良工艺特性，使得机器人型材臂可大批量生产，在满足机械臂尺寸规格及形状多元化的前提下可极大的缩短产品的制造周期及极大降低机械臂的制造成本，对提升机器人产品的核心竞争力，推进机器人产品大规模应用具有重要意义。

同时，通过采用型材制作第一关节臂1，相较于铸件型材更能够保证第一关节臂1与焊接棒料6的焊接稳固性，进一步提升在关节处的强度及刚性。

型材成为替代铸件成为机械臂的关键在于型材截面的设计及如何对型材截面进行结构改造，以适应多种机器人关节结构安装固定。结合图1，初始型材毛坯具有沿长度方向延伸的封闭腔体81，初始型材毛坯在封闭腔体81的外侧设有沿长度方向延伸的加强筋82，加工初始型材毛坯的加强筋82，使第一关节臂1的加强筋82沿远离关节轴线的方向高度逐渐减小，使第二关节臂2的加强筋82沿远离关节轴线的方向高度逐渐增加。其中型材截面中的封闭腔体81为型材的主承力区域，为兼顾刚性及机械臂的重量，型材中间设计为局部的空心腔体结构可在保证型材臂刚性的基础上有效地减轻型材的重量，同时在腔体外壁设计加强筋82可进一步提升型材机械臂的抗弯曲性能，同时，加强筋82根据第一关节臂1和第二关节臂2自身的受力状况沿长度方向调节自身高度，该型材截面设计可在保证型材臂刚性的同时有效减轻机械臂的重量，从而减少了机器人运行的无效载荷，提升了机器人的运行效率。本发明的技术方案通过采用型材替代铸件成为机械臂，并通过合理的型材截面的设计和结构改造，适应多种机器人的设计和使用要求，使机器人质量更轻、运行更平稳且精度更高。

其中，参见图2，加强筋82的高度h即加强筋82的根部到边缘的尺寸。

其中封闭腔体81可以设计为圆形、方形、D字形或其他形状，例如在一些实施例中，参见图2，初始型材毛坯包括第一纵向壁面83、第二纵向壁面84、第一横向壁面85和第二横向壁面86，第一横向壁面85和第二横向壁面86连接于第一纵向壁面83和第二纵向壁面84之间，型材通过第一纵向壁面83、第二纵向壁面84、第一横向壁面 85和第二横向壁面86限定出截面呈矩形的封闭腔体81。型材截面的封闭腔体81采用封闭式造型，作为型材的主承力区域，可在保证型材臂刚性的基础上有效地减轻型材的重量。

进一步的，参见图2，第一纵向壁面83和第二纵向壁面84的厚度大于第一横向壁面85和第二横向壁面86的厚度，在保证型材臂刚性的基础上有效地减轻型材的重量，同时通过增加第一纵向壁面83 和第二纵向壁面84的壁厚便于加强第一关节臂1与焊接棒料6连接位置处的焊缝的结构强度。

其中，加强筋82可设置一条或多条，例如在图2所示的实施例中，加强筋82包括由第一纵向壁面83沿纵向延伸的第一加强筋821 和由第二纵向壁面84沿纵向延伸的第二加强筋822，本发明的实施例通过采用如图2所示的型材截面设计可在保证型材臂刚性的同时有效减轻机械臂的重量，从而减少了机器人运行的无效载荷，提升了机器人的运行效率。

其中，参见图4，在第一关节臂1上加工棒料安装孔11时，棒料安装孔11开设于封闭腔体81的第一纵向壁面83和第二纵向壁面 84，加工棒料安装孔11时，在第一纵向壁面83和第二纵向壁面84 的棒料安装孔11的孔壁上加工与焊接棒料6配合的第一定位凸环14，并在第一定位凸环14的外侧加工第一焊缝填充环槽15。第一定位凸环14用于保证焊接棒料6焊接的初始位置精准。

参见图7、图8，采用与初始型材毛坯相同类型材料的金属棒料加工得到焊接棒料6，保证焊接棒料6在焊接后与第一关节臂1的初始型材毛坯具有相同的温度变形能力。焊接棒料6的外壁面加工出与第一定位凸环14配合的第二定位凸环62，焊接棒料6的外壁面在第二定位凸环62的两侧加工第二焊缝填充环槽63。

将焊接棒料6装入棒料安装孔11，将第一定位凸环14与第二定位凸环62对齐配合，保证焊接棒料6焊接的初始位置精准，采用焊接工艺将第一定位凸环14和/或第二定位凸环62熔透，融化定位区域，最后到达焊缝填充环槽，使焊料填充于第一焊缝填充环槽15和第二焊缝填充环槽63，使得焊缝贯穿整体焊接棒料6与型材的接触区域，焊接棒料6与型材的连接位置处的结构强度得到保证。最终将述焊接棒料6与第一关节臂1焊接为一体，对此焊接区域进行转轴孔精加工。

其中，为了保证焊接能够融化定位区域，第一定位凸环14和第二定位凸环62的厚度为2-3mm。

将转轴3装入转轴安装孔61后，锁紧转轴安装孔61的孔壁的锁定螺丝，将转轴3固定于转轴安装孔61。

在一些实施例中，为了降低加工难度，方便定位安装，棒料安装孔11为圆孔，焊接棒料6采用圆柱形金属棒料。

本发明通过在型材中粗加工出棒料安装孔，然后在粗加工的型材上焊接焊接棒料，最后对焊接棒料位置进行二次定位加工的型材机械臂制造工艺，实现了在不破坏型材结构强度的同时，又适应多种机器人关节结构的安装固定。

在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种机器人关节结构的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

在第一关节臂上加工棒料安装孔，所述棒料安装孔沿关节轴线方向由所述第一关节臂的第一端面延伸到对侧的第二端面，在第二关节臂上加工出延伸至所述第一端面和/或所述第二端面外侧的轴承座，在所述轴承座上加工轴承安装孔；

加工出与所述棒料安装孔配合的焊接棒料，将所述焊接棒料装入所述棒料安装孔，并通过焊接工艺将所述焊接棒料与所述第一关节臂焊接为一体，得到焊接后的焊接体；

在所述焊接体的焊接棒料上加工出转轴安装孔，所述转轴安装孔的轴线与所述关节轴线重合，将转轴装入所述转轴安装孔并固定，所述转轴的端部伸出于所述第一关节臂的第一端面和/或所述第二端面，在所述转轴的端部安装轴承，所述轴承的外圈与所述第二关节臂的轴承安装孔配合。

2.根据权利要求1所述的机器人关节结构的安装方法，其特征在于，采用挤压工艺得到初始型材毛坯，采用所述初始型材毛坯加工制作所述第一关节臂和所述第二关节臂。

3.根据权利要求2所述的机器人关节结构的安装方法，其特征在于，所述初始型材毛坯具有沿长度方向延伸的封闭腔体，所述初始型材毛坯在所述封闭腔体的外侧设有沿长度方向延伸的加强筋，加工所述初始型材毛坯的加强筋，使所述第一关节臂的加强筋沿远离所述关节轴线的方向高度逐渐减小，使所述第二关节臂的加强筋沿远离所述关节轴线的方向高度逐渐增加。

4.根据权利要求3所述的机器人关节结构的安装方法，其特征在于，所述初始型材毛坯包括第一纵向壁面、第二纵向壁面、第一横向壁面和第二横向壁面，所述第一横向壁面和第二横向壁面连接于所述第一纵向壁面和第二纵向壁面之间，所述初始型材毛坯通过所述第一纵向壁面、第二纵向壁面、第一横向壁面和第二横向壁面限定出截面呈矩形的封闭腔体。

5.根据权利要求4所述的机器人关节结构的安装方法，其特征在于，所述第一纵向壁面和第二纵向壁面的厚度大于所述第一横向壁面和第二横向壁面的厚度，所述加强筋包括由所述第一纵向壁面沿纵向延伸的第一加强筋和由所述第二纵向壁面沿纵向延伸的第二加强筋，在所述第一关节臂上加工棒料安装孔，所述棒料安装孔开设于所述封闭腔体的第一纵向壁面和第二纵向壁面，加工所述棒料安装孔时，在所述第一纵向壁面和第二纵向壁面的棒料安装孔的孔壁上加工与所述焊接棒料配合的第一定位凸环，并在所述第一定位凸环的外侧加工第一焊缝填充环槽。

6.根据权利要求5所述的机器人关节结构的安装方法，其特征在于，采用与所述初始型材毛坯相同类型材料的金属棒料加工得到所述焊接棒料，所述焊接棒料的外壁面加工出与所述第一定位凸环配合的第二定位凸环，所述焊接棒料的外壁面在所述第二定位凸环的两侧加工第二焊缝填充环槽。

7.根据权利要求6所述的机器人关节结构的安装方法，其特征在于，所述第一定位凸环和所述第二定位凸环的厚度为2-3mm。

8.根据权利要求6所述的机器人关节结构的安装方法，其特征在于，将所述焊接棒料装入所述棒料安装孔，将所述第一定位凸环与所述第二定位凸环对齐配合，采用焊接工艺将第一定位凸环和/或所述第二定位凸环熔透，使焊料填充于所述第一焊缝填充环槽和所述第二焊缝填充环槽，最终将所述焊接棒料与所述第一关节臂焊接为一体。

9.根据权利要求6所述的机器人关节结构的安装方法，其特征在于，将转轴装入所述转轴安装孔后，锁紧所述转轴安装孔的孔壁的锁定螺丝，将所述转轴固定于所述转轴安装孔。

10.根据权利要求1所述的机器人关节结构的安装方法，其特征在于，所述棒料安装孔为圆孔，所述焊接棒料采用圆柱形金属棒料。