CN206738541U - 机器人、机器人关节及其谐波减速器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种机器人、机器人关节及其谐波减速器。机器人的机器人关节包括电机及谐波减速器。谐波减速器包括波发生器、柔轮、刚轮、壳体、轴承及输出法兰，柔轮套设于波发生器上，刚轮套设于柔轮上，且柔轮的内齿圈与刚轮的外齿圈相啮合。壳体开设有通孔，刚轮的一端位于通孔内，轴承的内圈套设于刚轮的另一端，输出法兰罩设于轴承的外圈上，且输出法兰的端面固定于柔轮上。轴承为双列轴承或两个单列轴承，当输出法兰承受倾覆力矩时，双列轴承或两个单列轴承对刚轮的作用力为两个相对的径向力，以保持刚轮的力平衡和力矩平衡，优化了刚轮与柔轮啮合处的受力情况，从而提高了机器人、机器人关节及其谐波减速器的有效使用寿命。

Description

机器人、机器人关节及其谐波减速器

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，特别是涉及一种机器人、机器人关节及其谐波减速器。

背景技术

机器人关节是机器人系统中重要组成部分，机器人关节的重量、尺寸、输出力矩等对机器人的性能有着重要影响。传统的服务型机器人关节包括直流马达和减速器，减速器可以为行星减速器、多级平行轴齿轮组减速器或谐波减速器。行星减速器与多级平行轴齿轮组减速器要保证足够的精度，就需要各级齿轮组之间无齿隙配合，但是由于倾覆力矩对齿轮的影响，使得齿轮组的有效寿命极短。谐波减速器虽然本身精度较高，但是由于倾覆力矩的影响，也会缩短谐波减速器的有效寿命。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种可以延长有效使用寿命的机器人、机器人关节及其谐波减速器。

一种机器人关节的谐波减速器，包括：

波发生器；

柔轮，套设于所述波发生器上，所述柔轮的外侧壁具有外齿圈；

刚轮，套设于所述柔轮上，所述刚轮的内侧壁具有内齿圈，所述外齿圈与所述内齿圈相啮合；

壳体，开设有通孔，所述刚轮的一端位于所述通孔内；

轴承，所述轴承的内圈套设于所述刚轮的另一端；及

输出法兰，罩设于所述轴承的外圈上，且所述输出法兰的端面固定于所述柔轮上，所述柔轮能够带动所述输出法兰旋转；

其中，所述轴承为双列轴承或者两个单列轴承。

在其中一个实施例中，还包括挡板，所述挡板位于所述输出法兰与所述刚轮之间，所述挡板固定于所述刚轮上，所述挡板用于限定所述轴承的位置。

在其中一个实施例中，当所述轴承为双列轴承时，所述双列轴承为双列角接触轴承。

在其中一个实施例中，当所述轴承为两个单列轴承时，所述单列轴承为单列深沟球轴承或单列角接触轴承。

在其中一个实施例中，所述柔轮为塑料柔轮或金属柔轮。

在其中一个实施例中，所述刚轮为塑料刚轮或金属刚轮。

一种机器人关节，包括：

如上述任意一项所述的谐波减速器；及

电机，包括电机轴，所述电机轴的一端穿设于波发生器内，所述电机轴能够带动所述波发生器旋转。

在其中一个实施例中，所述电机还包括中空轴，所述中空轴的直径小于所述电机轴的直径，所述中空轴沿所述电机轴的轴向贯穿所述机器人关节。

在其中一个实施例中，所述电机还包括密封圈，所述密封圈套设于所述中空轴上，所述密封圈用于密封所述电机。

一种机器人，其特征在于，包括：

如上述任意一项所述的机器人关节。

上述机器人、机器人关节及其谐波减速器至少具有以下优点：

谐波减速器中的轴承为双列轴承或两个单列轴承，双列轴承或两个单列轴承提供两个支撑点，当输出法兰承受倾覆力矩时，双列轴承或者两个单列轴承对刚轮产生的作用力为两个相对的径向力，以保持刚轮的力平衡和力矩平衡。柔轮与刚轮啮合处没有额外的作用力，优化了谐波减速器中刚轮与柔轮啮合处的受力情况，增加了整个机器人关节的刚性，从而提高了谐波减速器的有效使用寿命，进而提高了机器人及其机器人关节的有效使用寿命。

附图说明

图1为一实施方式中机器人关节的剖视图；

图2为谐波减速器具有单个轴承时刚轮的受力示意图；

图3为谐波减速器具有双列轴承或两个单列轴承时刚轮的受力示意图；

图4为另一实施方式中机器人关节的剖视图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

一实施方式中的机器人，可以应用于服务行业以及生产制造行业等。请参阅图1，机器人包括机器人关节10，该机器人关节10主要包括电机及谐波减速器。

电机可以为步进电机或伺服电机，本实施方式中，电机为步进电机。电机包括定子110、电机法兰120、电机后壳130、电机轴140、电机轴承150、转子160、控制电路板170及编码器180。

定子110开设有内腔112，电机法兰120与电机后壳130设置于定子110相对的两端，且电机法兰120与电机后壳130覆盖于内腔112的端面上。电机轴140的两端可转动地设置于电机法兰120及电机后壳130上，且电机轴140的一端穿过电机法兰120与谐波减速器相连接。

具体到本实施方式中，电机轴140的两端通过电机轴承150可转动设置于电机法兰120及电机后壳130上。电机轴承150包括第一电机轴承152及第二电机轴承154，第一电机轴承152设置于电机轴140与电机法兰120之间，第一电机轴承152的内圈套设于电机轴140上，第一电机轴承152的外圈与电机法兰120相抵。第二电机轴承154设置于电机轴140与电机后壳130之间，第二电机轴承154的内圈套设于电机轴140的另一端，第二电机轴承154的外圈与电机后壳130相抵。

电机轴140为阶梯轴，通过轴肩与电机法兰120之间的配合可以限定第一电机轴承152的位置，通过另一轴肩与电机后壳130之间的配合可以限定第二电机轴承154的位置，以防止第一电机轴承152与第二电机轴承154沿电机轴140的轴向窜动。

转子160设置于内腔112内，转子160的外侧壁与定子110的内侧壁相对，且转子160套设于电机轴140上。转子160的转动能够带动电机轴140转动。

控制电路板170设置于电机后壳130上，控制电路板170用于控制电机的转动以及编码器180。编码器180包括编码器码盘182及编码器采集头184。编码器码盘182套设于电机轴140上，且编码器码盘位182位于转子160与第二电机轴承154之间。编码器采集头184设置于控制电路板170上，编码器采集头184设置有凹槽(图未标)，编码器码盘182的外侧面伸入凹槽内，编码器采集头184能够采集编码器码盘182的旋转信息。

谐波减速器设置于电机的一侧，谐波减速器包括波发生器210、柔轮220、刚轮230、壳体240、轴承250、挡板260、输出法兰270、连接螺钉280及垫片290。

波发生器210套设于电机轴140的一端，电机轴140能够带动波发生器210旋转。柔轮220呈筒状结构，其一端具有开口，柔轮220的一端套设于波发生器210上，柔轮220的外侧壁具有外齿圈。柔轮220的底部开设有连接孔222，本实施方式中，连接孔222为六个，沿圆周间隔设置。柔轮220可以为塑料柔轮，也可以是由铝或铝合金等金属材料制成的金属柔轮。本实施方式中，柔轮220为塑料柔轮，不仅能够减少谐波减速器的成本，还能够降低机器人关节10的整体重量，从而提高机器人关节10的精度和使用寿命。

刚轮230套设于柔轮220上，刚轮230的内侧壁具有内齿圈，柔轮220的外齿圈与刚轮230的外齿圈相啮合。刚轮230的一端具有环形凸起232，电机法兰120的侧壁与环形凸起232的侧壁相抵，用于限定刚轮230的位置。刚轮230为塑料刚轮，也可以是由铝或铝合金等金属材料制成的金属刚轮。具体到本实施方式中，刚轮230为塑料刚轮，不仅能够减少谐波减速器的成本，还能够降低机器人关节10的整体重量，从而提高机器人关节10的精度和使用寿命。

壳体240开设有通孔242，环形凸起232位于通孔242内。轴承250为双列轴承或两个单列轴承，双列轴承可以为双列角接触轴承，单列轴承可以为单列深沟球轴承或单列角接触轴承，单列角接触轴承可以为单列四点角接触轴承。当轴承250为两个单列深沟球轴承时，两个单列深沟球轴承并排套设于刚轮230的另一端；当轴承250为两个单列角接触轴承时，两个单列角接触轴承以面对面或背靠背的方式套设于刚轮230另一端。具体到本实施方式中，轴承250为双列角接触轴承。

挡板260通过螺钉等紧固件固定于刚轮230上，挡板260的直径大于轴承250的内径，通过挡板260与环形凸起232的侧壁的共同作用，可以防止轴承250沿刚轮230的轴向窜动。

输出法兰270罩设于轴承250的外圈上，输出法兰270开设有与连接孔222相对应的固定孔272，本实施方式中，固定孔272为六个，沿圆周间隔设置。垫片290套设于连接螺钉280上，连接螺钉280依次穿设于连接孔222与固定孔272内，以将输出法兰270的端面固定于柔轮220上。

上述机器人关节10有效寿命较高的原理为：

如图2所示，为谐波减速器具有单个轴承时刚轮的受力示意图。当输出法兰270承受倾覆力F时，相当于刚轮230承受倾覆力F，刚轮230受到顺时针的倾覆力矩。单个轴承相当于是单点支撑，轴承对刚轮230的作用力为两个相对的轴向力F1与F2。为了保持刚轮230的力平衡和力矩平衡，柔轮220需对刚轮230产生一个作用力，且该作用力的方向与倾覆力F的方向相反，刚轮230与柔轮230的啮合受到影响，降低了谐波减速器的有效使用寿命。

请参阅图3，为谐波减速器具有双列轴承或两个单列轴承时刚轮的受力示意图。当输出法兰270承受倾覆力F时，相当于刚轮230承受倾覆力F，刚轮230受到顺时针的倾覆力矩。双列轴承或者两个单列轴承相当于是双点支撑，双列轴承或者两个单列轴承对刚轮230的作用力为两个相对的径向力F1及F2，F1及F2使刚轮力平衡以及力矩平衡。柔轮220与刚轮230之间没有额外的作用力，优化了刚轮230与柔轮230的啮合处的受力情况，增加了整个机器人关节10的刚性，从而提高了谐波减速器的有效使用寿命，进而提高了机器人及其机器人关节10的有效使用寿命。

上述机机器人、器人关节10及其谐波减速器至少具有以下优点：

谐波减速器中的轴承250为双列轴承或两个单列轴承，双列轴承或两个单列轴承提供两个支撑点，当输出法兰270承受倾覆力矩时，双列轴承或者两个单列轴承对刚轮230产生的作用力为两个相对的径向力，以保持刚轮230的力平衡和力矩平衡。柔轮220与刚轮230啮合处没有额外的作用力，优化了谐波减速器中刚轮230与柔轮220啮合处的受力情况，增加了整个机器人关节10的刚性，从而提高了谐波减速器的有效使用寿命，进而提高了机器人及其机器人关节10的有效使用寿命。并且，刚轮230与柔轮220均为塑料制成，不仅能够大大地减少谐波减速器的成本，还能够降低机器人关节10的整体重量，从而提高机器人关节10的精度和使用寿命。

另一实施方式中的机器人，可以应用于服务行业以及生产制造行业等。请参阅图4，该机器人包括机器人关节20，该机器人关节20主要包括电机、谐波减速器、空心轴500及密封圈600。

电机可以为步进电机或伺服电机，本实施方式中，电机为步进电机。电机包括定子310、电机法兰320、电机后壳330、电机轴340、电机轴承350、转子160、控制电路板370及编码器380。

定子310具有内腔312，电机法兰320与电机后壳330设置于定子310相对的两端，且电机法兰320与电机后壳330覆盖于内腔312的端面上。电机轴340的两端可转动地设置于电机法兰320及电机后壳330上，且电机轴340的一端穿过电机法兰320与谐波减速器相连接。

具体到本实施方式中，电机轴340的两端通过电机轴承350可转动设置于电机法兰320及电机后壳330上。电机轴承350包括第一电机轴承352及第二电机轴承354，第一电机轴承352设置于电机轴340与电机法兰320之间，第一电机轴承352的内圈套设于电机轴340上，第一电机轴承352的外圈与电机法兰320相抵。第二电机轴承354设置于电机轴340与电机后壳330之间，第二电机轴承354的内圈套设于电机轴340的另一端，第二电机轴承354的外圈与电机后壳330相抵。

电机轴340为阶梯轴，通过轴肩与电机法兰320之间的配合可以限定第一电机轴承352的位置，通过另一轴肩与电机后壳330之间的配合可以限定第二电机轴承354的位置，以防止第一电机轴承352与第二电机轴承354沿电机轴340的轴向窜动。

转子360设置于内腔312内，转子360的外侧壁与定子310的内侧壁相对，且转子360套设于电机轴340上。转子360的转动能够带动电机轴340转动。

控制电路板370设置于电机后壳330上，控制电路板370用于控制电机的转动以及编码器380。编码器380包括编码器码盘382及编码器采集头384。编码器码盘382套设于电机轴340上，且编码器码盘位382位于转子360与第二电机轴承354之间。编码器采集头384设置于控制电路板370上，编码器采集头384设置有凹槽(图未标)，编码器码盘382的外侧面伸入凹槽内，编码器采集头384能够采集编码器码盘382的旋转信息。

谐波减速器设置于电机的一侧，谐波减速器包括波发生器410、柔轮420、刚轮430、壳体440、轴承450、挡板460、输出法兰470、连接螺钉480及垫片490。

波发生器410套设于电机轴340的一端，电机轴340的转动能够带动波发生器410旋转。柔轮420呈筒状结构，其一端具有开口，柔轮420套设于波发生器410上，柔轮420的外侧壁具有外齿圈。柔轮420的底部开设有连接孔422，本实施方式中，连接孔422为六个，沿圆周间隔设置。柔轮420可以为塑料柔轮，也可以是由铝或铝合金等金属材料制成的金属柔轮。本实施方式中，柔轮420为塑料柔轮，不仅能够减少谐波减速器的成本，还能够降低机器人关节20的整体重量，从而提高机器人关节20的精度和使用寿命。

刚轮430套设于柔轮420上，刚轮430的内侧壁具有内齿圈，柔轮420的外齿圈与刚轮430的内齿圈相啮合。刚轮430的一端具有环形凸起432，电机法兰320的侧壁与环形凸起432的侧壁相抵，用于限定刚轮430的位置。刚轮430为塑料刚轮，也可以是由铝或铝合金等金属材料制成的金属刚轮。具体到本实施方式中，刚轮430为塑料刚轮，不仅能够减少谐波减速器的成本，还能够降低机器人关节20的整体重量，从而提高机器人关节20的精度和使用寿命。

壳体440开设有通孔442，环形凸起432位于通孔442内。轴承450为双列轴承或两个单列轴承，双列轴承可以为双列角接触轴承，单列轴承可以为单列深沟球轴承或单列角接触轴承，单列角接触轴承可以为单列四点角接触轴承。当轴承450为两个单列深沟球轴承时，两个单列深沟球轴承并排套设于刚轮430的另一端；当轴承450为两个单列角接触轴承时，两个单列角接触轴承以面对面或背靠背的方式套设于刚轮430的另一端。具体到本实施方式中，轴承450为双列角接触轴承。

挡板460通过螺钉等紧固件固定于刚轮430上，挡板460的直径大于轴承450的内径，通过挡板460与环形凸起432的侧壁的共同作用，可以防止轴承450沿刚轮430的轴向窜动。

输出法兰470罩设于轴承450的外圈上，输出法兰470开设有与连接孔422相对应的固定孔472，本实施方式中，固定孔472为六个，沿圆周间隔设置。垫片490套设于连接螺钉480上，连接螺钉480依次穿设于连接孔422与固定孔472内，以将输出法兰470的端面固定于柔轮420上。

中空轴500的直径小于电机轴340的直径，中空轴500沿电机轴340的轴向贯穿机器人关节20。具体到本实施方式中，中空轴500依次贯穿电机后壳330、电机轴340、垫片490、柔轮420及输出法兰470。中空轴500沿其轴向开设有贯穿孔510，贯穿孔510用于通过线缆30，使机器人关节20外形简洁美观。密封圈600设置于电机后壳330与中空轴500之间，且密封圈600套设于中空轴500上，用于密封以保护电机。本实施方式中，密封圈600为唇性密封圈。

上述机器人关节20有效寿命较高的原理与机器人关节10类似，在此不再详述。

上述机器人关节20及其谐波减速器至少具有以下优点：

谐波减速器中的轴承450为双列轴承或两个单列轴承，双列轴承或两个单列轴承提供两个支撑点，当输出法兰470承受倾覆力矩时，双列轴承或者两个单列轴承对刚轮430产生的作用力为两个相对的径向力，以保持刚轮430的力平衡和力矩平衡。柔轮420与刚轮430啮合处没有额外的作用力，优化了谐波减速器中刚轮430与柔轮420啮合处的受力情况，增加了整个机器人关节20的刚性，从而提高了谐波减速器的有效使用寿命，进而提高了机器人及其机器人关节20的有效使用寿命。并且，刚轮430与柔轮420均为塑料制成，不仅能够大大地减少谐波减速器的成本，还能够降低机器人关节20的整体重量，从而提高机器人关节20的精度和使用寿命。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种机器人关节的谐波减速器，其特征在于，包括：

波发生器；

柔轮，套设于所述波发生器上，所述柔轮的外侧壁具有外齿圈；

刚轮，套设于所述柔轮上，所述刚轮的内侧壁具有内齿圈，所述外齿圈与所述内齿圈相啮合；

壳体，开设有通孔，所述刚轮的一端位于所述通孔内；

轴承，所述轴承的内圈套设于所述刚轮的另一端；及

输出法兰，罩设于所述轴承的外圈上，且所述输出法兰的端面固定于所述柔轮上，所述柔轮能够带动所述输出法兰旋转；

其中，所述轴承为双列轴承或者两个单列轴承。

2.根据权利要求1所述的谐波减速器，其特征在于，还包括挡板，所述挡板位于所述输出法兰与所述刚轮之间，所述挡板固定于所述刚轮上，所述挡板用于限定所述轴承的位置。

3.根据权利要求1所述的谐波减速器，其特征在于，当所述轴承为双列轴承时，所述双列轴承为双列角接触轴承。

4.根据权利要求1所述的谐波减速器，其特征在于，当所述轴承为两个单列轴承时，所述单列轴承为单列深沟球轴承或单列角接触轴承。

5.根据权利要求1所述的谐波减速器，其特征在于，所述柔轮为塑料柔轮或金属柔轮。

6.根据权利要求1所述的谐波减速器，其特征在于，所述刚轮为塑料刚轮或金属刚轮。

7.一种机器人关节，其特征在于，包括：

如权利要求1～6任意一项所述的谐波减速器；及

电机，包括电机轴，所述电机轴的一端穿设于波发生器内，所述电机轴能够带动所述波发生器旋转。

8.根据权利要求7所述的机器人关节，其特征在于，所述电机还包括中空轴，所述中空轴的直径小于所述电机轴的直径，所述中空轴沿所述电机轴的轴向贯穿所述机器人关节。

9.根据权利要求8所述的机器人关节，其特征在于，所述电机还包括密封圈，所述密封圈套设于所述中空轴上，所述密封圈用于密封所述电机。

10.一种机器人，其特征在于，包括：

如权利要求7～9任意一项所述的机器人关节。