CN118269140A - 机器人关节模组及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种机器人关节模组及机器人，该机器人关节模组包括关节输出端、力矩传感器、谐波减速器、油封及密封滑动环。力矩传感器包括同轴设置的第一法兰和被第一法兰环绕的第二法兰，第一法兰与关节输出端固定连接；谐波减速器包括柔轮及交叉滚子轴承，柔轮的固定法兰与第二法兰固定连接，交叉滚子轴承的外圈与第一法兰固定连接；密封滑动环固定套装在第二法兰上，油封的油封套包括相对设置的第一端部和第二端部，第一端部固定在交叉滚子轴承的内圈内，柔轮容置在第一端部内；密封滑动环容置第二端部内，且第二端部的内壁滑动接触密封滑动环。在柔轮和交叉滚子轴承之间设置油封和密封滑动环，可有效的增加力矩传感器的感知精度。

Description

机器人关节模组及机器人

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种机器人关节模组及机器人。

背景技术

协作机器人需要与人进行交互，为了交互安全性需要具有力矩感知能力。协作机器人的动力单元通常采用一体化关节，其力矩感知能力通常依靠一体化关节的电机电流反馈或安装额外力矩传感器。由于力矩传感器往往比电流反馈具有更高的力矩感知精度，因此，协作机器人目前广泛采用力矩传感器来感知力矩。

具体地来说，协作机器人关节一般采用谐波减速器传动，力矩传感器安装在谐波减速器柔轮输出法兰和关节输出端之间。为了密封谐波减速器油脂，谐波减速器所使用的交叉滚子轴承内外圈之间一般具有摩擦力较大的骨架油封。骨架油封与力矩传感器接触，由此力矩传感器受到谐波减速器骨架油封摩擦力的影响，降低了力矩传感器的感知精度。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供一种机器人关节模组及机器人，能够有效的提高力矩传感器的感知精度。

本申请的一个方面：提供了一种机器人关节模组，包括关节输出端、力矩传感器、谐波减速器，所述力矩传感器包括同轴设置的第一法兰和第二法兰，其中，所述第一法兰环绕所述第二法兰，所述第一法兰与所述关节输出端固定连接；所述谐波减速器包括柔轮及交叉滚子轴承，所述柔轮包括固定法兰，所述交叉滚子轴承包括内圈和外圈，所述固定法兰与所述第二法兰固定连接，所述外圈与所述第一法兰固定连接；所述机器人关节模组还包括油封及密封滑动环；其中，所述密封滑动环固定套装在所述第二法兰上，所述油封包括油封套，所述油封套包括相对设置的第一端部和第二端部，其中，所述第一端部固定在所述内圈内，所述柔轮容置在所述第一端部内；所述密封滑动环容置在所述第二端部内，且所述第二端部的内壁滑动接触所述密封滑动环。

进一步，还包括设置在所述柔轮内的密封件；所述密封件包括连接法兰及环形密封齿部，所述环形密封齿部连接于所述连接法兰的一侧端；所述谐波减速器还包括与所述柔轮连接的波发生器，所述波发生器包括环形卡齿部，其中，所述连接法兰固定于所述固定法兰，所述环形卡齿部与所述环形密封齿部相互配合，且所述环形卡齿部与所述环形密封齿部之间的间隙形成迷宫通道。

进一步，所述环形密齿部包括环形端面及齿槽，所述齿槽设置在所述环形端面上；所述环形卡齿部包括齿根部及由所述齿根部凸设的卡齿，其中，所述卡齿容置在所述齿槽内；其中，所述齿根部与所述环形端面之间形成第一间隙，所述齿槽与所述卡齿之间形成第二间隙，且所述第一间隙和所述第二间隙相互连通形成所述迷宫通道。

进一步，所述迷宫通道的宽度为0.2～1mm。

进一步，所述谐波减速器还包括紧固垫片及紧固件；其中，所述紧固垫片设置在所述连接法兰背离所述固定法兰的一侧；所述紧固件包括紧固头，所述紧固件将所述固定法兰、所述连接法兰及所述第二法兰固定，且所述紧固头抵顶于所述紧固垫片。

进一步，还包括低速轴及密封圈；所述波发生器还包括内孔，所述连接法兰设有固定孔，其中，所述低速轴的一端固定在所述固定孔内，且所述低速轴的另外一端穿过所述内孔；所述密封圈套在所述低速轴上，且所述密封圈顶抵于所述紧固垫片的端面及所述低速轴。

进一步，所述低速轴上设有凹槽，所述密封圈安装在所述凹槽内。

进一步，还包括低速轴及密封圈，所述密封圈套装在所述低速轴上；所述连接法兰设有固定孔，所述低速轴固定在所述固定孔内，且所述密封圈抵顶于所述低速轴和所述固定孔的内壁。

进一步，还包括电机及低速轴；所述谐波减速器还包括钢轮，所述钢轮连接所述内圈背向所述油封套的一端，所述电机连接所述钢轮；所述连接法兰设有固定孔，所述波发生器还包括内孔，所述低速轴的一端固定在所述固定孔内，且所述低速轴的另外一端穿过所述内孔；所述电机包括套设在所述低速轴上的电机输出轴；其中，所述低速轴的外壁、所述电机输出轴的内壁、所述内孔内壁之间形成容油通道，且所述容油通道与所述迷宫通道连通。

进一步，所述电机输出轴的内壁和所述低速轴的外壁的任意一个形成有收容槽；所述低速轴、所述内孔及所述电机输出轴之间的安装间隙与所述收容槽形成所述容油通道。

进一步，所述容油通道的宽度为0.2～0.8mm。

进一步，所述密封件还包括连接轴，所述连接轴连接于所述连接法兰，且所述连接轴和所述环形密封齿部分别设置在所述连接法兰的相对相侧；所述固定法兰包括通孔，其中，所述连接轴设置在所述通孔内，且与所述第二法兰连接。

进一步，所述第一端部与所述内圈之间还设有密封垫圈。

进一步，所述第一端部处凸设有油封挡圈，所述油封挡圈抵挡于所述内圈的端面。

进一步，所述油封还包括油封骨架，所述油封骨架固定在所述第二端部内，且所述油封骨架抵顶于所述密封滑动环。

进一步，还包括摩擦垫片；所述摩擦垫片设置在所述固定法兰和所述第二法兰的相对端面之间。

进一步，所述油封还包括弹性密封圈；所述弹性密封圈设置在所述第二端部内，且所述弹性密封圈抵顶于所述密封滑动环的端面和所述柔轮。

进一步，所述力矩传感器还包括固定端板，所述第一法兰和所述第二法兰均由所述固定端板的第一端面延伸而成；其中，所述力矩传感器还包括连接轴颈及应变加强梁，所述连接轴颈连接所述第一法兰和所述固定端板；所述应变加强梁连接所述固定端板和所述第二法兰。

进一步，所述固定端板与所述第一端面相对的第二端面凸设有保护挡圈，所述第二端面上还固定有信号处理板。

本申请的另一方面，提供了一种机器人，所述机器人包括上述的机器人关节模组。

本申请的有益效果是：相较于现有的机器人关节模组，本申请提出的机器人关节模组包括关节输出端、力矩传感器、谐波减速器，力矩传感器包括同轴设置的第一法兰和第二法兰，其中，第一法兰环绕第二法兰，第一法兰与关节输出端固定连接；谐波减速器包括柔轮及交叉滚子轴承，柔轮包括固定法兰，交叉滚子轴承包括内圈和外圈，固定法兰与第二法兰固定连接，外圈与第一法兰固定连接；机器人关节模组还包括油封及密封滑动环；其中，密封滑动环固定套装在第二法兰上，油封包括油封套，油封套包括相对设置的第一端部和第二端部，其中，第一端部固定在内圈内，柔轮容置在第一端部内；密封滑动环容置在第二端部内，且第二端部的内壁滑动接触密封滑动环。由于，密封滑动环固定套装在第二法兰上，且油封套的第一端部固定在交叉滚子轴承的内圈内，密封滑动环容置在第二端部内，且第二端部的内壁滑动接触密封滑动环。因此，油封套与固定连接力矩传感器的密封滑动环滑动接触，从而减小了油封套与力矩传感器的摩擦力，提高力矩传感器的感知精度。并且，密封滑动环套在力矩传感器上，还对力矩传感器上形成了一层密封保护，避免了油脂浸染力矩传感器，从而避免了油脂温度变化造成扭矩传感器信号发生温度漂移，对扭矩传感器精度造成地影响较大。进一地，还在谐波减速器和交叉滚子轴承之间设置有油封套。油封套可将谐波减速器的油脂与力矩传感器进行隔绝。可进一步减小谐波减速器的润滑油对力矩传感器产生影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，其中：

图1是本申请提供的一种机器人关节模组的立体结构示意图；所述机器人关节模组包括密封件和力矩传感器；

图2是图1的右视结构示意图；

图3是图2中B-B向的剖视结构示意图；

图4是图3中的局部放大结构示意图；

图5是图1中密封件的立体结构示意图；

图6是图1中力矩传感器的立体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。根据本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本申请的一个方面，提供了一种机器人关节模组100，参照图1-图2，图1是本申请提供的一种机器人关节模组的立体结构示意图；所述机器人关节模组包括密封件和力矩传感器；图2是图1的右视结构示意图；图3是图2中B-B向的剖视结构示意图。具体地，该机器人关节模组100包括关节输出端(图未示)、力矩传感器11、谐波减速器12。其中，关节输出端用于与负载连接并将减速器的动力传递出去；力矩传感器11可对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测，并将扭力的物理变化转换成精确的电信号，可用于感知测量关节输出端的扭矩；谐波减速器12就是利用谐波原理制成的减速器，用于将输入端的动力减速后传递至关节输出端。

力矩传感器11包括同轴设置的第一法兰111和第二法兰112。第一法兰111环绕第二法兰112。其中，第一法兰111与关节输出端10固定连接，从而可感知测量关节输出端的扭矩。

谐波减速器12包括柔轮121及交叉滚子轴承122。柔轮121为可产生较大弹性变形的薄壁齿轮，柔轮121包括固定法兰1211。交叉滚子轴承122是一种内圈1221分割、外圈1222旋转的特殊型号轴承，也即交叉滚子轴承122包括内圈1221和外圈1222。固定法兰1211与第二法兰112固定连接，优选的，固定法兰1211与第二法兰112同轴固定连接。外圈1222与第一法兰111固定连接，优选的，外圈1222与第一法兰111同轴固定连接。也即力矩传感器11连接在柔轮121和交叉滚子轴承122之间。可以理解的是，由于交叉滚子轴承122的滚柱为交叉排列，因此交叉滚子轴承122就可承受各个方向的负荷，而力矩传感器11的第一法兰111与交叉滚子轴承122的外圈1222固定连接。由此，在柔轮121的动力输出给关节输出端时，力矩传感器11在交叉滚子轴承122的支撑下，仅承受谐波减速器12与关节输出端之间的传递扭矩，不承受弯矩，从而可避免弯矩对力矩传感器11感知信号产生影响，从而可准确测量关节模组的输出扭矩，且不会因常规力矩传感器11的输出法兰，也即第一法兰111弯曲变形降低关节输出端的定位精度。

机器人关节模组100还包括油封13及密封滑动环14，油封13及密封滑动环14都有密封作用，并防止谐波减速器12的油脂与力矩传感器11接触。可以理解的是，谐波减速器12在传动的过程中需要油脂进行润滑，以保证其稳定工作并延长使用寿命。

油封13包括油封套131，油封套131包括相对设置的第一端部1311和第二端部1312。第一端部1311固定在内圈1221内，柔轮121容置在第一端部1311内。也就是，油封套131设置在力矩传感器11和谐波减速器12之间，可将力矩传感器11与谐波减速器12的油脂进行隔绝。

密封滑动环14固定套装在第二法兰112上，且密封滑动环14容置在第二端部1312。密封滑动环14与第二法兰112可以采用过盈配合、胶粘、O型圈密封等连接固定在一起。也就是说，第二法兰112与固定法兰1211固定连接，且密封滑动环14固定套装在第二法兰112上。油封套131的第一端部1311固定在内圈1221，第二端部1312的内壁与固定连接在力矩传感器11上的密封滑动环14滑动接触。其中滑动接触指的是油封套131与力矩传感器11连接的第一端部1311与力矩传感器11之间有相对运动。从而密封滑动环14可与油封套131共同作用以对谐波减速器12的油脂进行密封，并将油脂隔绝在油封套131背离力矩传感器11的一侧，避免力矩传感器11与谐波减速器12油脂直接接触，可有效的降低力矩传感器11的密封和耐腐蚀能力的要求；并且还可防止油脂温度变化造成力矩传感器11信号发生温度漂移，影响力矩传感器11精度。另外，由于第二端部1312的内壁滑动接触密封滑动环14，从而保证相对转动过程中的油封套131和密封滑动环14密封性的同时，减小油封套131与力矩传感器11之间的摩擦力，可进一步提高力矩传感器11在感知关节输出端扭矩时的感知测量精度，增加一体化关节扭矩感知能力。并且由于减小了油封套131与力矩传感器11之间的摩擦力，还可以提高机器人关节模组100的传动效率，从而有效的提高机器人的负载能力。

由此，本申请中的机器人关节模组100，由于油封套131的第一端部1311固定在内圈1221内，柔轮121容置在第一端部1311内。也就是，油封套131设置在力矩传感器11和谐波减速器12之间，可将力矩传感器11与谐波减速器12的油脂进行隔绝。密封滑动环14固定套装在第二法兰112上，且设置在第二端部1312内，可以与油封套131一起作用以对谐波减速器12的油脂进行密封，并将油脂隔绝在油封套131背离力矩传感器11的一侧，避免力矩传感器11与谐波减速器12的油脂直接接触。另外，由于油封13的油封套131与固定连接力矩传感器11的密封滑动环14滑动接触，在密封滑动环14与油封套131相对转动的过程中可以有效的保证两者之间的密封性，还可有效避免油封13直接与力矩传感器11直接接触导致地的摩擦力，提高力矩传感器11的感知精度，以及机器人关节模组100的传动效率，从而有效的提高机器人的负载能力。

请参阅图3和图4，图4是图3中的局部放大结构示意图。在一些实施例中，机器人关节模组100还包括设置在柔轮121内的密封件15。其中，密封件15用于对柔轮121内的油脂进行密封。密封件15包括连接法兰151及环形密封齿部152。连接法兰151和环形密封齿152部均容置在柔轮121内。连接法兰151固定于固定法兰1211并随固定法兰1211一起转动，环形密封齿部152连接于连接法兰151的一侧端。

谐波减速器12还包括与柔轮121连接的波发生器123。其中，波发生器123是使柔轮121产生可控弹性变形的构件，可安装在柔轮121内。并且柔轮121内孔直径略小于波发生器123的总长，当波发生器123装入柔轮121后，波发生器123迫使柔轮121的剖面由原先的圆形变成椭圆形，其长轴两端附近的齿完全啮合，而短轴两端附近的齿则完全脱开，从而将输入端的动力通过柔轮121减速传递至关节输出端。波发生器123包括环形卡齿部1231，环形卡齿部1231与环形密封齿部152相互配合，从而通过环形卡齿部1231与环形密封齿部152之间的间隙形成迷宫通道。迷宫通道指的是环形卡齿部1231与环形密封齿部152并非抵接或接触配合，两者之间具有的间隙仍然可以使少部分的油脂通过，并且两者之间的间隙在径向向外的方向上至少改变一次方向。由此，柔轮121连接法兰151与固定法兰1211固定连接，可在固定法兰1211处形成密封，且迷宫通道在波发生器123的柔轮121内进行密封，可以有效的将油脂密封在柔轮121与波发生器123之间。其中，环形卡齿部1231可以根据实际情况进行设置，只要能防止柔轮121内润滑柔轮121和波发生器123的油脂泄露即可。可以理解的是，柔轮121需要与波发生器123相互作用，因此，在柔轮121的内部具有润滑油脂，而在柔轮121内设置密封件15可以有效的将柔轮121与波发生器123所需的油脂进行密封，保证柔轮121与波发生器123一直处用于润滑状态。

还可以理解的是，为了保证迷宫通道的密封效果，也即迷宫通道为弯曲的通道，需要多次改变方向，由此可增加迷宫通道的路径长度，并有效的对经过迷宫通道的油脂在迷宫延伸方向上的速度进行减速。其中，迷宫通道需改变至少三次以上的方向，由此才能达到良好的密封效果。需要说明的是，迷宫通道为弯折的弯曲通道相较于为顺滑的弯曲通道的密封效果更好。

在一些具体的实施例中，环形密封齿部152包括环形端面1521及齿槽1522，齿槽1522设置在环形端面1521上。齿槽1522可为环形槽，环形槽的侧壁或每相邻两个齿槽1522之间的部分为环形齿。环形卡齿部1231包括齿根部1232及由齿根部1232凸设的卡齿1233，卡齿1233为环形凸起，其中卡齿1233可为多个，两个卡齿1233之间形成卡槽，卡槽也为环形。其中，卡齿1233容置在齿槽1522内，环形齿容置在卡槽内。齿根部1232与环形端面1521之间形成第一间隙，齿槽1522与卡齿1233之间形成第二间隙，环形齿的侧壁与卡齿1233相对的侧壁之间形成第三间隙。且第一间隙和第二间隙通过第三间隙相互连通形成迷宫通道。可以理解的是，当环形卡齿部1231具有一个卡齿1233，环形密封齿152轮部具有一个环形齿时，卡齿1233与环形齿交错设置后可形成两个转角。优选的，卡齿1233与环形齿均为两个，由此配合形成的迷宫通道可形成有五个转角，每一转角均为直角。当然卡齿1233与环形齿还可以大于两个，具体可根据实际情况进行选择，在此不做具体的限定。

可以理解的是，第一间隙和第二间隙，以及第三间隙的宽度都可影响迷宫通道的密封性，当第一间隙、第二间隙和第三间隙的宽度过大时，即使转角迷宫通道的转角大于三个，其密封性也较差。因此，在一些实施例中，迷宫通道的宽度设置为0.2～1mm。具体的，宽度可以为0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm。其中，第一间隙、第二间隙及第三间隙的宽度可以相同也可以不同。当然，还可以是，在沿着密封件15径向向外的方向，迷宫通道的宽度逐渐增大，或逐渐减小，或先增大后减小，或先减小后增大；还可以是，每一第一间隙、第二间隙和第三间隙的宽度逐渐增大，或逐渐减小，或先增大后减小，或先减小后增大。

为了便于连接法兰151和第二法兰112与固定法兰1211的固定连接，可将连接法兰151、固定法兰1211及第二法兰112连接固定在一起，在一些实施例中，谐波减速器12还包括紧固件(图未示)，紧固件包括紧固头。紧固件将固定法兰1211、连接法兰151及第二法兰112固定，且紧固头抵顶于连接法兰151。其中，紧固件可以为螺栓，紧固头为螺母，紧固头可抵顶于连接法兰151背离固定法兰1211的端面上。当然紧固件还可以为螺钉、销等，只要能够将固定法兰1211、连接法兰151及第二法兰112紧固在一起即可。

为了避免紧固头与连接法兰151直接接触而破坏连接法兰151，谐波减速器12还包括紧固垫片16，紧固垫片16设置在连接法兰151背离固定法兰1211的一侧。也即，紧固垫片16设置在紧固头与连接法兰151之间，且紧固头抵顶于紧固垫片16。由此可避免紧固头与连接法兰151直接接触，而且紧固垫片16的面积大于紧固头的面积，可以增大接触面，从而增大紧固垫片16与连接法兰151的摩擦力，进而增加连接件的连接紧固性。

在一些实施例中，机器人关节模组100还包括低速轴17及密封圈18。低速轴17部分容置在谐波减速器12内，并与柔轮121连接，并可随着柔轮121转动。密封圈18可为O型圈，并套设在低速轴17上，用于阻挡谐波减速器12内的油脂影响低速轴17连接的紧固性。

具体的，波发生器123还包括内孔1234，连接法兰151设有固定孔153。低速轴17的一端固定在固定孔153内，且低速轴17的另外一端穿过内孔1234。也就是说，波发生器123的内孔1234与固定孔153之间连通，低速轴17一端穿过内孔1234，并可采用与固定孔153过盈配合、胶粘或弹性结构件固定容置在固定孔153内，并随着密封件15转动，进而便于在低速轴17上加装额外的编码器用于定位。可以理解的是，低速轴17可以为中空圆柱体，内孔1234和固定孔153可以为圆形孔，由于低速轴17、第二法兰112、连接法兰151均随柔轮121的固定法兰1211转动，低速轴17、第二法兰112、固定孔153和内孔1234可具有一定的同轴度。

密封圈18顶抵于紧固垫片16的端面及低速轴17。也就是，密封圈18远离低速轴17的一侧与紧固垫片16顶抵，密封圈18靠近低速轴17的一侧与紧固垫片16顶抵。可以理解的是，此时紧固垫片16不仅具有保护密封件15、紧固连接的作用，还具有密封的作用。由于紧固垫片16和密封圈18在同一横截面上抵顶密封，可以有效的防止从迷宫通道中泄露的少量油脂进入到固定孔153中，从而影响低速轴17与固定孔153之间的连接，导致低速轴17的滑动。

可选的，密封圈18套装在低速轴17上，且密封圈18抵顶于低速轴17和固定孔153的内壁。此时，密封圈18在固定孔153内安装顶抵，并对固定孔153靠近力矩传感器11的一侧进行密封，从而避免迷宫通道中泄露的少量油脂进入，从而影响低速轴17与固定孔153之间的连接，导致低速轴17的滑动。可以理解的是，在此时，紧固垫片16未与密封圈18配合，因此仅具有保护密封件15、紧固连接的作用。

为了便于密封圈18的安装定位，在一些具体的实施例中，还可在低速轴17上设置凹槽171，凹槽171可为环形槽，密封圈18安装在凹槽171内。由此，在安装的过程中可以对密封圈18进行定位，还可以防止在安装的过程中密封圈18滑移，使密封圈18始终在安装位上。

请参阅图3-图5，图5是图1中密封件的立体结构示意图。在一些实施例中，机器人关节模组100还包括电机19及低速轴17，谐波减速器12还包括钢轮124，钢轮124起固定谐波减速器12的作用，也即钢轮124为柔轮121和波发生器123起支撑作用，波发生器123主动、柔轮121进行输出。可以理解的是，柔轮121可为圆形桶状薄壁结构，桶状开口端的外壁设置有与钢轮124啮合的外齿。桶状封闭端面凸设有固定法兰1211。波发生器123容置在柔轮121内，并位于桶状开口端处。由此，当波发生器123装入柔轮121后，波发生器123迫使柔轮121的剖面由原先的圆形变成椭圆形，其长轴两端附近的齿与刚轮的齿完全啮合，而短轴两端附近的齿则与刚轮完全脱开，从而将输入端的动力通过柔轮121减速传递至关节输出端。可以理解的是，柔轮121的外侧与钢轮124啮合，因此设置柔轮121和力矩传感器11之间的油封13和密封滑动环14隔绝密封的是柔轮121和钢轮124之间的润滑油脂。

钢轮124连接内圈1221背向油封套131的一端，电机19连接钢轮124。钢轮124可包括连接孔1241和安装法兰1242，连接孔1241内壁面上设置有与柔轮121啮合的内齿，安装法兰1242与电机19外壳连接。可以理解的是，交叉滚子轴承122的外圈1222与力矩传感器11连接，并可随着力矩传感器11转动，而交叉滚子轴承122的内圈1221与钢轮124连接；因此内圈1221和外圈1222之间也发生相对转动。还可以理解的是，为了便于内圈1221与钢轮124的连接定位，钢轮124上还设置有定位凸起1243，定位凸起1243设置在安装法兰1242靠近柔轮121的一侧。当钢轮124连接内圈1221背向油封套131的一端时，该端的端面与定位凸起1243抵接，从而将交叉滚子轴承122限位在第一法兰111和钢轮124的安装法兰1242之间。

连接法兰151设有固定孔153，波发生器123还包括内孔1234，低速轴17的一端固定在固定孔153内，且低速轴17的另外一端穿过内孔1234。也就是说，波发生器123的内孔1234与固定孔153之间连通，低速轴17一端穿过内孔1234，并可采用与固定孔153过盈配合、胶粘或弹性结构件固定容置在固定孔153内，并随着密封件15、柔轮121、密封滑动环14转动。

电机19可安装在谐波减速器12背离力矩传感器11的一侧，电机19可作为输入端，且电机19包括套设在低速轴17上的电机输出轴191。电机输出轴191可与波发生器123连接，从而通过波发生器123、柔轮121、力矩传感器11将电机19的动力输送至关节输出端。并且，低速轴17另一端穿过内孔1234并部分容置在电机输出轴191内。为了避免从迷宫通道泄露的油脂堆积在谐波减速器12内，并位于密封圈18的一侧。并且由于电机输出轴191和低速轴17之间的转速不同，因此电机输出轴191和低速轴17之间可具有一定的间隙。因此，可在低速轴17的外壁、电机输出轴191的内壁、内孔1234内壁之间形成容油通道，且容油通道与迷宫通道连通。也就是说，从迷宫通道泄露出的油脂可以进入容油通道，进一步避免油脂进入固定孔153，从而影响固定孔153与低速轴17连接的稳固性。并且当油脂通过容油通道进入电机输出轴191和低速轴17之间时，还可对两者进行润滑。

为了有效的增大收容槽23的容积量，在一些实施例中，电机输出轴191的内壁和低速轴17的外壁的任意一个上形成有收容槽23，低速轴17、内孔1234及电机输出轴191之间的安装间隙与收容槽23形成容油通道。优选的，收容槽23设置在电机输出轴191和低速轴17相对的地方，也就是设置的收容槽23位于电机输出轴191和低速轴17之间。从而可以有效的避免从迷宫通道泄露的油脂进入电机19速出轴和低速轴17之间的间隙，并从此泄露出去。

进一步，电机输出轴191的内壁和低速轴17的外壁上螺旋设置有引导槽。由于引导槽螺旋设置，可以极大的增加油脂的路径，从而使得油脂更不易通过容油槽泄露出去。

在一些实施例中，容油通道的宽度为0.2～0.8mm。具体可以为，0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm。当然，当电机输出轴191的内壁和低速轴17的外壁的任意一个上形成有收容槽23时，在收容槽23处的宽度还可以大于0.8mm。

为了便于力矩传感器11与柔轮121固定连接时的安装定位，在一些实施中，密封件15还包括连接轴154。其中，力矩传感器11在安装时可以先套装在连接轴154上。

连接轴154连接于连接法兰151，且连接轴154和环形密封齿部152分别设置在连接法兰151的相对相侧。固定法兰1211包括通孔1212，连接轴154设置在通孔1212内，且与第二法兰112连接。具体的，连接轴154设置在通孔1212内并向外延伸至柔轮121的固定法兰1211外，也即连接轴154套装在固定法兰1211内。力矩传感器11可设置有定位孔113，力矩传感器11可通过定位孔113套装在连接轴154上，且套装后连接轴154的一端容置在定位孔113内。可以理解的是，为了不使柔轮121内的油脂从通孔1212内泄露并与第二法兰112接触，连接轴154与内孔1234和定位孔113抵接，并且密封件15、力矩传感器11在柔轮121的带动下转动，优选的密封件15利用连接轴154与柔轮121和第二法兰112保持同轴关系，也即第二法兰112与连接轴154同轴内孔1234、定位孔113和连接轴154具有一定的同轴度。

可以理解的是，交叉滚轴承的内圈1221一部分与谐波减速器12的钢轮124连接，内圈1221的另一部分与油封套131的第一端部1311连接。也即交叉滚轴承的内圈1221同时套设在钢轮124和第一端部1311上。并且柔轮121为圆桶状，套装在钢轮124内。柔轮121远离固定法兰1211的一端与钢轮124啮合，固定法兰1211的一端突出于钢轮124。然而钢轮124和柔轮121之间进行也需要设置油脂，因此该部分的油脂泄露之后，可顺着油封套131与力矩传感器11接触，从而影响其测量精度。因此，在一些实施例中，第一端部1311与内圈1221之间还设有密封垫圈22。油封套131的第一端部1311和第二端部1312可均为环形套筒装，第一端部1311套装在内圈1221内，并套装在柔轮121外，也即第一端部1311位于内圈1221和柔轮121之间。密封垫圈22可以为O型圈，密封垫圈22分别与内圈1221的内壁和第一端部1311的外壁抵接。从而可以有效的防止钢轮124和柔轮121之间的油脂影响力矩传感器11的测量精度。并且通过密封垫圈22还可以使油封套131与内圈1221固定连接，从而使油封套131与钢轮124连接在一起，并与钢轮124的运动保持一致。可以理解的是，第一端部1311和第二端部1312具有不同的直径，也即第一端部1311和第二端部1312连接处形成阶梯状，以便第二端部1312与密封滑动环14滑动接触。

在一些更为具体的实施例中，第一端部1311还设置有密封垫圈槽，密封垫圈22部分容置在密封垫圈槽内。当第一端部1311套入内圈1221内时，密封垫圈22的内壁与密封垫圈槽底抵接，密封垫圈22的外壁与内圈1221的内壁抵接。

为了便于油封套131的安装定位，在一些实施例中，第一端部1311上凸设有油封挡圈1313，油封挡圈1313抵挡于内圈1221的端面。优选的，油封挡圈1313设置在第一端部1311的外侧壁上，且环绕第一端部1311设置，当交叉滚子轴承122的内圈1221先套装在钢轮124上后，再将第一端部1311套入内圈1221内，油封挡圈1313靠近交叉滚子轴承122的一端面与交叉滚子轴承122内圈1221面向定位缘1111的端面抵接，油封套131被定位缘1111止挡定位。可以理解的是，第一端部1311套路内圈1221并被油封挡圈1313止挡定位后，油封挡圈1313向内圈1221上的投影不超过内圈1221，从而可有效的避免油封挡圈1313与外圈1222发生干涉。

由于交叉滚子轴承122得内圈1221和外圈1222发生相对转动，因此在内圈1221和外圈1222之间需要设置油脂进行润滑。因此，在一些实施例中，交叉滚子轴承122内圈1221与外圈1222之间具有毛毡密封垫，以形成低摩擦力密封结构，用于密封轴承本身油脂。从而可以避免内圈1221和外圈1222之间的油脂泄露并沿着油封套131流至与力矩传感器11接触。

在一些实施例中，油封13还包括油封骨架132，油封骨架132固定在第二端部1312内，且油封骨架132还抵顶于密封滑动环14。优选的，油封骨架132可为橡胶材质，且油封骨架132为环状体，其横截面为匚字型。可以理解的是，密封滑动环14为环形体，且密封滑动环14的内壁与第二法兰112同轴固定连接。油封骨架132的上壁与第二端部1312的内壁同轴固定连接在一起，并与油封套131的运动保持一致，油封骨架132的下壁与密封滑动环14抵接，并与密封滑动环14外壁保持同轴关系。从而可以有效的将油脂进行密封，避免油脂从油封骨架132与密封滑动环14之间泄露至力矩传感器11。

为了避免力矩传感器11与柔轮121之间在高扭矩冲击时发生滑移，也即力矩传感器11与柔轮121之间发生相对转动，在一些实施例中，机器人关节模组100还包括摩擦垫片20。其中，摩擦垫片20由高摩擦力材料制造而成，由此将摩擦垫片20设置在固定法兰1211和第二法兰112的相对端面之间，可以增大固定法兰1211与第二法兰112之间的摩擦力，并可稳定有效的将柔轮121传递的动力传递至第二法兰112。

在一些实施例中，机器人关节模组100还包括弹性密封圈21，弹性密封圈21设置在第二端部1312内，且弹性密封圈21抵顶于密封滑动环14的端面和柔轮121。也就是说，密封滑动环14和弹性密封圈21共同作用，用于对柔轮121和油封13件之间的油脂进行密封，从而防止油脂从密封滑动环14处与力矩传感器11接触影响力矩传感器11的测量精度，和/或进入第二法兰112和固定法兰1211的连接处，降低两者连接的摩擦力。优选的，第二法兰112和固定法兰1211同轴连接，且第二法兰112和固定法兰1211的尺寸相同，也即同轴连接后，第二法兰112向固定法兰1211上的投影与固定法兰1211重合。密封滑动环14固定套装在第二法兰112上，并遮盖第二法兰112与固定法兰1211的连接处。从而避免柔轮121与油封13之间的油脂进入第二法兰112与固定法兰1211的连接处，并降低连接处的摩擦力，进而使第二法兰112和固定法兰1211发生相对转动。可以理解的是，弹性密封圈21需要具有合适的压缩比，保证谐波减速器12的柔轮121在谐波传动变形过程中始终与弹性密封圈21保持良好的接触。

当然，在其它的实施例中，第二法兰112和固定法兰1211的尺寸不同。例如固定法兰1211的尺寸大于第二法兰112的尺寸，弹性密封圈21的两端可分别抵顶于密封滑动环14的端面和固定法兰1211的端面，从而进行密封。还可以理解的是，还可以仅通过密封滑动环14进行密封，也就是密封滑动环14的一端部固定在第二法兰112上，另一端部的端面与固定法兰1211的端面或柔轮121抵接，从而只通过密封滑动环14就可对柔轮121与油封13之间的油脂与力矩传感器11接触，甚至进入第二法兰112与固定法兰1211的连接处。

请参阅图1、图2和图6，图6是图1中力矩传感器的立体结构示意图。在一些实施例中，力矩传感器11还包括固定端板114。第一法兰111和第二法兰112均由固定端板114的一端面延伸而成。由于第一法兰111环绕第二法兰112设置，在一些应用场景中，第一法兰111的直径大于第二法兰112的直径。由此，第一法兰111环绕设置在第二法兰112的外。其中，第一法兰111的沿伸长度大于第二法兰112的延伸长度，因此力矩传感器11大体上呈现C型结构。

力矩传感器11还包括连接轴颈115及应变加强梁116。其中，连接轴颈115用于连接第二法兰112和固定端板114。应变加强梁116用于连接固定端板114和第一法兰111。优选的，连接轴颈115与第二法兰112尺寸相同，且一体成型。应变加强梁116为多个，多个应变加强梁116间隔设置并围成一份环状，第一法兰111与多个应变加强梁116连接在一起。由此，在机器人关节模组100运动时，电机输出轴191件动力传递至波发生器123，波发生器123件动力传递至柔轮121，柔轮121再通过力矩传感器11将动力传递至关节输出端，力矩传感器11在关节输出端受力后即可测量关节输出扭矩。

在一些更为具体的实施例中，固定端板114和应变梁可设置为薄壁结构，壁厚不超过4mm。需要说明的是，力矩传感器11的第二法兰112与柔轮121固定连接，并将动力传输至第二法兰112。由于第一法兰111与交叉滚子轴承122的外圈1222固定连接，也即交叉滚之轴承会给第二法兰112提供一个支撑，使得力矩传感器11不受弯矩。也就是，固定端板114和应变加强梁116为薄壁结构也不会发生弯曲变形降低关节输出端定位精度，并且还可以使力矩传感器11的体积较小，重量较轻。

可以理解的是，力矩传感器11上设置有应变片。应变片也叫应变仪，是在静态区域精确测量力、负载、扭矩等的金属电气测量元件。通过应变片的拉伸或压缩时线材电阻成比例地随伸展状况变化，以测出关节输出扭矩。

在一些实施例中，固定端板114与第一端面1141相对的第二端面1142凸设有信号处理板117。可以理解的是，信号处理板117可对应变片上的信号进行处理，并可接受机器人控制器的信号，从而保证机器人关节模组100的工作正常进行。

第二端面1142上还设置有保护挡圈1143，保护挡圈1143用于对信号处理板117进行保护。具体的，保护挡圈1143为凸设在第二端面1142上的环状体，信号处理板117位于保护挡圈1143内，且信号处理板117向保护挡圈1143上的投影在保护挡圈1143内，也就是保护挡圈1143的凸设高度高于信号处理板117的高度，从而可以避免信号处理板117受压损坏。

为了便于第一法兰111的安装定位，在一些实施例中，第一法兰111上凸设置有定位缘1111，定位缘1111与外圈1222配合。具体的，定位缘1111为环状，且设置在第一法兰111背离应变加强梁116的一侧，也即应变加强梁116和定位缘1111位于第一法兰111的两侧。当第一法兰111与交叉滚子轴承122的外圈1222同轴固定连接时，定位缘1111的外壁与外圈1222的内壁抵接，第一法兰111背离变加强梁的端面与外圈1222靠近力矩传感器11的端面抵接。

本申请的另一方面提供了一种机器人，机器人包括上述任一实施例中的机器人关节模组100。可以理解的是，本申请中所述的机器人可以协作机器人，当然也还可以为工业机器人等，相应的机器人关节模组就为协作机器人关节模组或工业机器人关节模组等。其中，机器人关节模组100的具体结构在上述进行了详细的描述，在此不再赘述。

在本申请的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、机构、材料或者特点包含于本申请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必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、机构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (20)

1.一种机器人关节模组，包括关节输出端、力矩传感器、谐波减速器，其特征在于，

所述力矩传感器包括同轴设置的第一法兰和第二法兰，其中，所述第一法兰环绕所述第二法兰，所述第一法兰与所述关节输出端固定连接；

所述谐波减速器包括柔轮及交叉滚子轴承，所述柔轮包括固定法兰，所述交叉滚子轴承包括内圈和外圈，所述固定法兰与所述第二法兰固定连接，所述外圈与所述第一法兰固定连接；

所述机器人关节模组还包括油封及密封滑动环；其中，所述密封滑动环固定套装在所述第二法兰上，所述油封包括油封套，所述油封套包括相对设置的第一端部和第二端部，其中，所述第一端部固定在所述内圈内，所述柔轮容置在所述第一端部内；

所述密封滑动环容置在所述第二端部内，且所述第二端部的内壁滑动接触所述密封滑动环。

2.根据权利要求1所述的机器人关节模组，其特征在于，还包括设置在所述柔轮内的密封件；

所述密封件包括连接法兰及环形密封齿部，所述环形密封齿部连接于所述连接法兰的一侧端；

所述谐波减速器还包括与所述柔轮连接的波发生器，所述波发生器包括环形卡齿部，其中，

所述连接法兰固定于所述固定法兰，所述环形卡齿部与所述环形密封齿部相互配合，且所述环形卡齿部与所述环形密封齿部之间的间隙形成迷宫通道。

3.根据权利要求2所述的机器人关节模组，其特征在于，所述环形密封齿部包括环形端面及齿槽，所述齿槽设置在所述环形端面上；

所述环形卡齿部包括齿根部及由所述齿根部凸设的卡齿，其中，所述卡齿容置在所述齿槽内；其中，

所述齿根部与所述环形端面之间形成第一间隙，所述齿槽与所述卡齿之间形成第二间隙，且所述第一间隙和所述第二间隙相互连通形成所述迷宫通道。

4.根据权利要求2或3所述的机器人关节模组，其特征在于，所述迷宫通道的宽度为0.2～1mm。

5.根据权利要求2所述的机器人关节模组，其特征在于，所述谐波减速器还包括紧固垫片及紧固件；其中，

所述紧固垫片设置在所述连接法兰背离所述固定法兰的一侧；

所述紧固件包括紧固头，所述紧固件将所述固定法兰、所述连接法兰及所述第二法兰固定，且所述紧固头抵顶于所述紧固垫片。

6.根据权利要求5所述的机器人关节模组，其特征在于，还包括低速轴及密封圈；

所述波发生器还包括内孔，所述连接法兰设有固定孔，其中，所述低速轴的一端固定在所述固定孔内，且所述低速轴的另外一端穿过所述内孔；

所述密封圈套在所述低速轴上，且所述密封圈顶抵于所述紧固垫片的端面及所述低速轴。

7.根据权利要求6所述的机器人关节模组，其特征在于，所述低速轴上设有凹槽，所述密封圈安装在所述凹槽内。

8.根据权利要求2所述的机器人关节模组，其特征在于，还包括低速轴及密封圈，所述密封圈套装在所述低速轴上；

所述连接法兰设有固定孔，所述低速轴固定在所述固定孔内，且所述密封圈抵顶于所述低速轴和所述固定孔的内壁。

9.根据权利要求2所述的机器人关节模组，其特征在于，还包括电机及低速轴；

所述谐波减速器还包括钢轮，所述钢轮连接所述内圈背向所述油封套的一端，所述电机连接所述钢轮；

所述连接法兰设有固定孔，所述波发生器还包括内孔，所述低速轴的一端固定在所述固定孔内，且所述低速轴的另外一端穿过所述内孔；

所述电机包括套设在所述低速轴上的电机输出轴；其中，

所述低速轴的外壁、所述电机输出轴的内壁、所述内孔内壁之间形成容油通道，且所述容油通道与所述迷宫通道连通。

10.根据权利要求9所述的机器人关节模组，其特征在于，所述电机输出轴的内壁和所述低速轴的外壁的任意一个形成有收容槽；

所述低速轴、所述内孔及所述电机输出轴之间的安装间隙与所述收容槽形成所述容油通道。

11.根据权利要求9或10所述的机器人关节模组，其特征在于，所述容油通道的宽度为0.2～0.8mm。

12.根据权利要求2所述的机器人关节模组，其特征在于，所述密封件还包括连接轴，所述连接轴连接于所述连接法兰，且所述连接轴和所述环形密封齿部分别设置在所述连接法兰的相对相侧；

所述固定法兰包括通孔，其中，所述连接轴设置在所述通孔内，且与所述第二法兰连接。

13.根据权利要求1-3、5-10、12任一项所述的关节模组，其特征在于，所述第一端部与所述内圈之间还设有密封垫圈。

14.根据权利要求1-3、5-10、12任一项所述的机器人关节模组，其特征在于，所述第一端部处凸设有油封挡圈，所述油封挡圈抵挡于所述内圈的端面。

15.根据权利要求1-3、5-10、12任一项所述的机器人关节模组，其特征在于；所述油封还包括油封骨架，所述油封骨架固定在所述第二端部内，且所述油封骨架抵顶于所述密封滑动环。

16.根据权利要求1-3、5-10、12任一项所述的机器人关节模组，其特征在于，还包括摩擦垫片；

所述摩擦垫片设置在所述固定法兰和所述第二法兰的相对端面之间。

17.根据权利要求1-3、5-10、12任一项所述的机器人关节模组，其特征在于，所述油封还包括弹性密封圈；

所述弹性密封圈设置在所述第二端部内，且所述弹性密封圈抵顶于所述密封滑动环的端面和所述柔轮。

18.根据权利要求1-3、5-10、12任一项所述的机器人关节模组，其特征在于，所述力矩传感器还包括固定端板，所述第一法兰和所述第二法兰均由所述固定端板的第一端面延伸而成；其中，

所述力矩传感器还包括连接轴颈及应变加强梁，所述连接轴颈连接所述第一法兰和所述固定端板；

所述应变加强梁连接所述固定端板和所述第二法兰。

19.根据权利要求18所述的机器人关节模组，其特征在于，所述固定端板与所述第一端面相对的第二端面凸设有保护挡圈，所述第二端面上还固定有信号处理板。

20.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括如权利要求1-19任一项所述的机器人关节模组。