CN207290153U - 机械关节结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种机械关节结构，包括第一臂杆、第二臂杆、传动机构以及角接触轴承，第一臂杆设有安装腔体，传动机构设于安装腔体内，采用伺服电机与谐波减速机一体式直连形式连接，相比同类产品采用的同步轮与同步带连接或者齿轮传动连接，提高了传动机构的刚性、精度以及稳定性，同时可消除颤动致使机器人本体产生共振的问题，且可避免金属颗粒的进入，提高了机器人寿命；第一臂杆的端部设有安装腔体的开口，角接触轴承设于开口的边缘，其内端面连接传动结构，第二臂杆的中空轴伸入角接触轴承内与其形成配合连接；角接触轴承提高了机械臂的承接能力，同时也为传动机构提供了更好的保护。

Description

机械关节结构

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，尤其涉及一种机械关节结构。

背景技术

机械手臂，是机器人赖以完成作业任务的执行机构，也称操作器、或操作手臂，可以在确定的环境中执行控制系统指定的操作。典型工业机器人的机械手臂一般由手部(末端执行器)、腕部、臂部、腰部和基座构成。机械手臂多采用关节式机械结构，一般具有6个自由度，其中3个用来确定末端执行器的位置，另外3个则用来确定末端执行装置的方向(姿势)。第二臂杆上的末端执行装置可以根据操作需要换成焊枪、吸盘、扳手等作业工具。传统机械手臂的关节结构是采用同步轮与同步带连接作为传动机构，或者直接采用齿轮传动连接，上述两种传动方式的传动精度和效率不高，承接能力有限，运转时易产生颤动，致使机械手臂产生共振的问题，且易进入金属颗粒，降低了机械手臂的寿命。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种机械关节结构，该结构精度高、稳定性好、承接能力强、传动效率高，工作寿命长。

基于此，本实用新型提供了一种机械关节结构，包括第一臂杆、第二臂杆、传动机构以及角接触轴承，所述第一臂杆设有安装腔体，所述安装腔体内设有安装位，所述传动机构安装于所述安装位上，所述第一臂杆的端部设有连通所述安装腔体与外界的开口，所述角接触轴承设于所述开口的边缘，所述角接触轴承的内端面与所述传动机构相接，所述第二臂杆的端部设有中空轴，所述中空轴伸入所述角接触轴承内与所述角接触轴承形成配合连接。

作为优选方案，所述安装位设有安装法兰以及分布在所述安装法兰边缘的若干斜角加强筋，所述安装法兰通过所述斜角加强筋与所述第一臂杆相连接。

作为优选方案，各所述斜角加强筋沿所述安装法兰的边缘均匀分布，所述安装法兰与所述安装腔体的内壁之间的间隙通过各所述斜角加强筋分隔出若干第一穿线孔。

作为优选方案，所述第一臂杆的开口端设有用于固定角接触轴承的轴承压盖。

作为优选方案，所述传动机构包括电机、固定法兰、输出法兰以及谐波减速器，所述固定法兰通过紧固件与所述安装法兰配合安装，所述电机和所述谐波减速器分别设于所述固定法兰的两侧，所述电机的壳体与所述固定法兰卡接，所述电机的输出轴穿过所述固定法兰的通孔与所述谐波减速器的第一端相连接，所述谐波减速器通过紧固件与所述固定法兰相连接，所述谐波减速器的第二端通过所述输出法兰与所述角接触轴承相接。

作为优选方案，所述输出法兰为盆状结构，所述盆状结构的底部与所述谐波减速器相接，所述盆状结构的开口边缘设有向外翻折的折边，所述折边与所述角接触轴承相接，所述盆状结构的侧壁设有第二穿线孔。

作为优选方案，所述盆状结构的底部设有通向所述谐波减速器的观察口，所述观察口处设有带注油孔的注油法兰。

作为优选方案，所述谐波减速器包括刚轮、柔轮以及波发生器，所述刚轮通过紧固件与所述固定法兰相连接，所述柔轮通过紧固件与所述输出法兰相连接，所述波发生器通过限位压盖安装于所述电机的输出轴上。

作为优选方案，所述电机为绝对值伺服电机。

作为优选方案，所述第一臂杆设有第一销钉孔，所述第二臂杆设有第二销钉孔，当所述第一销钉孔和所述第二销钉孔正对时，所述第一臂杆或所述第二臂杆调整为零位。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：

本实用新型提供的一种机械关节结构，跟现有技术相比，具有精度高、稳定性好、承接能力强、传动效率高，工作寿命长的优点。本实用新型提供的机械关节结构包括第一臂杆、第二臂杆、传动机构以及角接触轴承，第一臂杆设有安装腔体，传动机构设于安装腔体内，采用伺服电机与谐波减速机一体式直连形式连接，相比同类产品采用的同步轮与同步带连接或者齿轮传动连接，提高了传动机构的刚性、精度以及稳定性，同时可消除颤动致使机器人本体产生共振的问题，且可避免金属颗粒的进入，提高了机器人寿命；第一臂杆的端部设有安装腔体的开口，角接触轴承设于开口的边缘，其内端面连接传动结构，第二臂杆的中空轴伸入角接触轴承内与其形成配合连接；角接触轴承提高了机械臂的承接能力，同时也为传动机构提供了更好的保护。

附图说明

图1是本实用新型实施例的第一臂杆的结构示意图。

图2是本实用新型实施例的第二臂杆的结构示意图。

图3是本实用新型实施例的关节结构的示意图。

图4是本实用新型实施例的传动机构的结构示意图。

附图标记说明：

1、第一臂杆，11、安装法兰，111、斜角加强筋，12、第一穿线孔，13、第一销钉孔，2、第二臂杆，21、中空轴，22、第二销钉孔，3、角接触轴承，4、轴承压盖，5、电机，51、输出轴，6、固定法兰，7、输出法兰，71、折边，72、第二穿线孔，8、谐波减速器，8a、刚轮，8b、柔轮，8c、波发生器，9、注油法兰，10、限位压盖。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图3所示，本实用新型实施例提供一种机械关节结构，包括第一臂杆1、第二臂杆2、传动机构以及角接触轴承3，第一臂杆1作为圆筒形的底座，其底部固定，第一臂杆1的内部设有与外界相通的安装腔体，其顶端设有安装腔体的开口，安装腔体内设有用于安装传动机构的安装法兰11，安装法兰11为圆形，其中心线与安装腔体的中心线重合，安装法兰11通过其边缘均匀分布的若干斜角加强筋111与第一臂杆1相连接，安装法兰11与安装腔体的内壁之间的间隙通过各斜角加强筋111分隔出若干用于穿过电缆第一穿线孔12。传动机构通过紧固件安装在安装法兰11上。角接触轴承3设于开口边缘，并通过设于第一臂杆1的开口端的轴承压盖4固定，角接触轴承3的中心线与安装腔体的中心线重合，角接触轴承3的内端面连接传动机构，第二臂杆2的端部设有中空轴21，中空轴21伸入角接触轴承3内与其形成配合连接。由此，第二臂杆2能够以角接触轴承3的中心线为轴相对于第一臂杆1作旋转运动。角接触轴承3的结构稳固，承接能力强，可避免机械臂执行端传递过来的扭转力直接作用于传动机构上，起到保护传动机构，延长传动机构使用寿命的作用。因此，与现有的同类产品相比，该关节结构可获得更长的臂展。

进一步的，第一臂杆1的开口端设有第一销钉孔13，与之对应的，第二臂杆2在其与第一臂杆1的相接处设有第二销钉孔22。若第一销钉孔13代表初始零位，则旋转第二臂杆2，当第二销钉孔22和第一销钉孔13正对时，第二臂杆2调整为零位；若第二销钉孔22代表初始零位，则旋转第一臂杆1，当第一销钉孔13和第二销钉孔22正对时，第一臂杆2调整为零位。在机器人工作前以基座的销钉孔为零位，按此方法依次将各段臂杆调整为零位，可以准确定位坐标系位置，提高机器人的运算精度。此外，在运输过程中向正对的第一销钉孔13和第二销钉孔22插入定位销(图中未显示)，可固定机械臂的位置，防止机械臂随意摆动对他人或自身造成损害。

如图4所示，上述传动机构包括电机5、固定法兰6、输出法兰7以及谐波减速器8，电机5和谐波减速器8分别设于固定法兰6的两侧，电机5的壳体与固定法兰6卡接，电机5的输出轴51穿过固定法兰6的通孔与谐波减速器8的第一端相连接，谐波减速器8通过紧固件与固定法兰6相连接，电机5的旋转中心线、谐波减速器8的中心线以及固定法兰6的中心线三线重合。谐波减速器8的第二端通过输出法兰7与角接触轴承3相接。相比同类产品采用的同步轮与同步带连接或者齿轮传动连接，电机5和谐波减速器8的一体式直连形式连接，提高了传动机构的刚性、精度以及稳定性，同时可消除颤动致使机器人本体产生共振的问题，且可避免金属颗粒的进入，提高了机器人寿命。

进一步的，输出法兰7为盆状结构，其底部与谐波减速器8相接，盆状结构的开口边缘设有向外翻折的折边71，输出法兰7通过折边71与角接触轴承3相接，盆状结构的侧壁设有同样用于穿过电缆的第二穿线孔72。此外，盆状结构的底部还设有通向谐波减速器8的观察口，通过该观察口可以对谐波减速器8内的滑油使用情况进行检查，观察口处设有带注油孔的注油法兰9，必要时可通过该注油孔对谐波减速器8补加滑油。

更进一步的，上述的谐波减速器8包括刚轮8a、柔轮8b以及波发生器8c，刚轮8a为带有内齿圈的刚性齿轮，位于谐波减速器8的最外侧，通过紧固件与固定法兰6相连接；波发生器8c为带有外齿圈的椭圆形齿轮，位于谐波减速器8的正中心，波发生器8c通过限位压盖10安装于电机5的输出轴51上；柔轮8b为带有外齿圈的柔性齿轮，位于波发生器8c与刚轮8a之间，通过紧固件与输出法兰7相连接。刚轮8a、柔轮8b以及波发生器8c的中心线重合，即为谐波减速器8的中心线。柔轮8b的直径略小于波发生器8c的长轴长度，当波发生器8c装入柔轮8b内圆时，迫使柔轮8b产生弹性变形而呈椭圆状，长轴处柔轮8b轮齿插入刚轮8a的轮齿槽内，成为完全啮合状态，而其短轴处柔轮8b轮齿与刚轮8a轮齿完全不接触，处于脱开状态，由啮合到脱开的过程之间则处于啮出或啮入状态。当电机5驱动波发生器8c连续转动时，迫使柔轮8b不断产生变形，使两轮轮齿在进行啮入、啮合、啮出、脱开的过程中不断改变各自的工作状态，产生了所谓的错齿运动，从而实现了波发生器8c与柔轮8b的运动传递，改变了柔轮8b转速，增大了转矩，再由与柔轮8b连接的输出法兰7输出转速和大转矩，传递至角接触轴承3及第二臂杆2，完成整个运动与转矩的传递。由于谐波减速器8的多齿在两个180°对称位置同时啮合，因此齿轮齿距误差和累积齿距误差对旋转精度的影响较为平均，可得到极高的位置精度和旋转精度。

如图3所示，传动机构通过固定法兰6上设有的紧固件与安装法兰11配合安装，固定法兰6的中心线与安装法兰11的中心线重合，由此，电机5的旋转中心线、谐波减速器8的中心线以及角接触轴承3的中心线三线重合，可以保证电机5、谐波减速器8以及角接触轴承3的同心度，而不会产生偏心变形，提高三者的运行精度和使用寿命。

需要指出的是，在本实施例中，电机采用分辨率21位的多圈绝对值伺服电机，特点是精度高、速度快(峰值转速可达6500r/min)、转矩大、重量轻，可自动记录电机数据，无需担心断电后数据丢失的问题；另外，上述紧固件可使用螺丝。

综上，本实用新型提供了一种机械关节结构，包括第一臂杆、第二臂杆、传动机构以及角接触轴承，第一臂杆设有安装腔体，传动机构设于安装腔体内，采用伺服电机与谐波减速机一体式直连形式连接，相比同类产品采用的同步轮与同步带连接或者齿轮传动连接，提高了传动机构的刚性、精度以及稳定性，同时可消除颤动致使机器人本体产生共振的问题，且可避免金属颗粒的进入，提高了机器人寿命；第一臂杆的端部设有安装腔体的开口，角接触轴承设于开口的边缘，其内端面连接传动结构，第二臂杆的中空轴伸入角接触轴承内与其形成配合连接；角接触轴承提高了机械臂的承接能力，同时也为传动机构提供了更好的保护。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种机械关节结构，其特征在于，包括第一臂杆、第二臂杆、传动机构以及角接触轴承，所述第一臂杆设有安装腔体，所述安装腔体内设有安装位，所述传动机构安装于所述安装位上，所述第一臂杆的端部设有连通所述安装腔体与外界的开口，所述角接触轴承设于所述开口的边缘，所述角接触轴承的内端面与所述传动机构相接，所述第二臂杆的端部设有中空轴，所述中空轴伸入所述角接触轴承内与所述角接触轴承形成配合连接。

2.根据权利要求1所述的机械关节结构，其特征在于，所述安装位设有安装法兰以及分布在所述安装法兰边缘的若干斜角加强筋，所述安装法兰通过所述斜角加强筋与所述第一臂杆相连接。

3.根据权利要求2所述的机械关节结构，其特征在于，各所述斜角加强筋沿所述安装法兰的边缘均匀分布，所述安装法兰与所述安装腔体的内壁之间的间隙通过各所述斜角加强筋分隔出若干第一穿线孔。

4.根据权利要求1所述的机械关节结构，其特征在于，所述第一臂杆的开口端设有用于固定角接触轴承的轴承压盖。

5.根据权利要求2所述的机械关节结构，其特征在于，所述传动机构包括电机、固定法兰、输出法兰以及谐波减速器，所述固定法兰通过紧固件与所述安装法兰配合安装，所述电机和所述谐波减速器分别设于所述固定法兰的两侧，所述电机的壳体与所述固定法兰卡接，所述电机的输出轴穿过所述固定法兰的通孔与所述谐波减速器的第一端相连接，所述谐波减速器通过紧固件与所述固定法兰相连接，所述谐波减速器的第二端通过所述输出法兰与所述角接触轴承相接。

6.根据权利要求5所述的机械关节结构，其特征在于，所述输出法兰为盆状结构，所述盆状结构的底部与所述谐波减速器相接，所述盆状结构的开口边缘设有向外翻折的折边，所述折边与所述角接触轴承相接，所述盆状结构的侧壁设有第二穿线孔。

7.根据权利要求6所述的机械关节结构，其特征在于，所述盆状结构的底部设有通向所述谐波减速器的观察口，所述观察口处设有带注油孔的注油法兰。

8.根据权利要求5所述的机械关节结构，其特征在于，所述谐波减速器包括刚轮、柔轮以及波发生器，所述刚轮通过紧固件与所述固定法兰相连接，所述柔轮通过紧固件与所述输出法兰相连接，所述波发生器通过限位压盖安装于所述电机的输出轴上。

9.根据权利要求5-8任一项所述的机械关节结构，其特征在于，所述电机为绝对值伺服电机。

10.根据权利要求1-8任一项所述的机械关节结构，其特征在于，所述第一臂杆设有第一销钉孔，所述第二臂杆设有第二销钉孔，当所述第一销钉孔和所述第二销钉孔正对时，所述第一臂杆或所述第二臂杆调整为零位。