CN212123366U - 关节结构、机械臂及工业机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及谐波减速器领域，提供一种关节结构、机械臂及工业机器人。关节结构包括第一主体、第二主体、电机和谐波减速器，谐波减速器具有柔轮、刚轮和波发生器，第二主体包括互相固定连接的第一件和第二件，第一件具有第一孔，谐波减速器位于第一孔中，谐波减速器位于第一主体与第二件之间；刚轮与第一件固定连接，刚轮的外周壁与第一孔的内周壁配合，柔轮与第一主体固定连接；第二件具有第一凸台和第二孔，第一凸台的外周壁与第一孔的内周壁配合，电机的机体固定在第二件的背向第一件的一侧，电机的转轴穿过第二孔后与波发生器连接。关节结构的安装操作简便，且关节结构能够适于高速运转。

Description

关节结构、机械臂及工业机器人

技术领域

本实用新型涉及谐波减速器领域，具体是涉及一种关节结构、机械臂及工业机器人。

背景技术

工业机器人具有关节结构，关节结构常用谐波减速器对两相对转动的关节进行连接，常见的谐波减速器润滑方式包括脂润滑和油润滑，其中由于脂润滑方式对密封要求较低以及不存在漏油风险，因而脂润滑方式的使用较为广泛，然而，脂润滑的谐波减速器不利于高速运转。

对谐波减速器采用油润滑便于关节结构的高速运转，然而，油润滑对密封的要求较高，这导致关节结构的结构较复杂，并且导致关节结构的装配难度较大，导致谐波减速器的安装过程较为复杂。

发明内容

本实用新型的目的之一是提供一种安装过程简便、便于采用油润滑、密封性能较好且适于高速运转的关节结构。

为了实现上述目的，本实用新型提供的关节结构包括第一主体、第二主体、电机和谐波减速器，谐波减速器具有柔轮、刚轮和波发生器，第一主体相对第二主体的转动轴线沿第一方向；第二主体包括互相固定连接的第一件和第二件，第一件与第二件之间挤压有第三密封圈，第一件具有沿第一方向贯通的第一孔，谐波减速器位于第一孔中，沿第一方向，谐波减速器位于第一主体与第二件之间；刚轮与第一件固定连接，刚轮的外周壁与第一孔的内周壁配合，柔轮与第一主体固定连接，柔轮与第一主体之间具有第一密封圈；第二件具有第一凸台和第二孔，第一凸台沿第一方向朝第一件凸出，第二孔沿第一方向贯通第二件，第一凸台的外周壁与第一孔的内周壁配合，沿第一方向，电机的机体固定在第二件的背向第一件的一侧，电机的转轴穿过第二孔后与波发生器连接，转轴与第二孔的孔壁之间具有第二密封圈。

在波发生器与柔轮配合安装前，柔轮与刚轮已处于组合状态，在波发生器与柔轮的配合安装过程中，柔轮会发生变形，因而如果不采取定位措施，就可能会导致柔轮与波发生器在径向上的配合位置出现偏移，导致柔轮与波发生器不能配合到位，因而需要波发生器与刚轮能够进行直接或间接定位，然而，如果采用刚轮的外周壁与一体结构的第二主体配合进行径向定位，这样在波发生器与柔轮配合安装时，柔轮的内周壁及刚轮的外周壁均为配合面，两个不同朝向的配合面使得波发生器与柔轮配合安装的难度加大，不利于波发生器与柔轮的顺利装配；因而本实用新型将第二主体分为第一件与第二件，第二件上的第一凸台与第一孔的内周壁配合，在波发生器与柔轮配合安装前先将第一孔的内周壁与刚轮配合，使第一件与刚轮径向定位准确，然后再将第二件、波发生器与电机的组合体装向柔轮、刚轮、第一件、第一主体的组合体，波发生器与第一凸台先后插入第一孔中，波发生器与柔轮的内周壁配合安装，第一凸台与第一孔的内周壁配合定位，这样不仅能够为波发生器与柔轮的配合提供良好定位，而且由于在柔轮与波发生器配合安装时，柔轮的配合面及第一孔的配合面均为内侧壁面，使得波发生器与柔轮配合安装的操作难度较低。

并且，为了使波发生器能够顺利穿入第一孔，第一孔的朝向电机一端的孔口需要设置较大，这无疑会增加第一孔的密封难度，而本实用新型能够通过第二件覆盖第一孔下端孔口的大部分区域，仅在第二件上设置直径较小的第二孔供转轴穿设，有利于降低第一孔下端孔口的密封难度。

此外，本实用新型在柔轮与第一主体之间挤压有第一密封圈，在转轴与第二孔的孔壁之间挤压有第二密封圈，在第一件与第二件之间挤压有第三密封圈，这样在柔轮径向内侧形成密封油腔，便于通过向密封油腔注入润滑油实现对谐波减速器的油润滑，关节结构能够适用于高速运转。

一个优选的方案是，第二孔为阶梯孔，第二孔具有大径段，沿第一方向，大径段位于第二孔的靠近谐波减速器的一端，第二密封圈为唇形密封圈，第二密封圈置于大径段中。

由上可见，大径段的设置方便第二密封圈的安装，大径段与小径段之间的台阶面对第二密封圈轴向限位，这有利于避免第二密封圈在油压作用下发生过大变形，有利于保证第二密封圈的密封性能良好。

另一个优选的方案是，第一孔为阶梯孔，第一孔具有第一台阶面，第一台阶面朝向第一主体，刚轮的端面与第一台阶面配合。

由上可见，这样有利于对刚轮进行轴向定位。

再一个优选的方案是，刚轮与第一件之间挤压有第四密封圈。

由上可见，这样有利于避免润滑油通过刚轮与第一件之间渗至谐波减速器的径向外侧，进一步有利于提升关节结构的密封性能。

又一个优选的方案是，第一方向为竖直方向，第一主体位于第二主体上方，第一主体上开设有上油孔，上油孔与第一孔连通。

由上可见，这样上油孔的密封要求较低，有利于提升经济性。

又一个优选的方案是，第一主体具有朝向第一件凸出的至少一个第一凸环，第一件具有朝向第一主体凸出的至少一个第二凸环，第一孔位于第一凸环与第二凸环的径向内侧，各第一凸环与各第二凸环沿径向交错分布，第一凸环与第二凸环组成迷宫密封结构。

由上可见，由于前述各密封圈的设置，使得柔轮径向内侧的润滑油不容易向外泄漏，然而仍然会有少量润滑油从柔轮与刚轮之间泄漏至柔轮的径向外侧，因而本实用新型设置迷宫密封结构，迷宫密封结构不仅有利于提升关节结构的密封性能，而且由于第一凸环与第二凸环并不接触，第一主体与第二主体不接触，因而迷宫密封结构不会影响第一主体与第二主体的相对转动，有利于第一主体相对第二主体运转顺畅。

又一个优选的方案是，第二件具有第一槽，第一槽位于第二件的背向第一件的一侧，第一槽为中心线与转动轴线重合的圆截面槽，第二孔开设于第一槽的槽底中心处，机体具有第二凸台，第二凸台的外周壁与第一槽的内周壁配合。

由上可见，在波发生器插入柔轮径向内侧过后，还需要操作波发生器与柔轮相对转动来使柔轮与波发生器完成配合，本实用新型设置第一槽，这样在转动调节机体时，第一槽对机体提供径向限定位，有利于机体转动轴线稳定，避免机体在转动过程中发生径向位移，有利于使波发生器与柔轮顺利完成配合。

又一个优选的方案是，柔轮与第一主体通过第一连接件固定连接，第一连接件位于第一密封圈的径向外侧。

由上可见，这样有利于避免柔轮径向内侧的润滑油到达第一连接件的连接孔路，避免柔轮径向内侧的润滑油通过第一连接件的连接孔路泄漏至柔轮的径向外侧。

又一个优选的方案是，刚轮与第一件通过第二连接件固定连接，第二连接件位于第三密封圈的径向内侧。

由上可见，这样有利于避免柔轮径向内侧的润滑油通过第二连接件的连接孔路泄漏出第三密封圈的径向外侧。

还一个优选的方案是，第一件与第二件通过第三连接件固定连接，第三连接件位于第三密封圈的径向外侧。

由上可见，这样有利于避免柔轮径向内侧的润滑油到达第三连接件的连接孔路，避免柔轮径向内侧的润滑油通过第三连接件的连接孔路泄漏出关节结构外。

本实用新型的目的之二是提供一种安装过程简便、便于采用油润滑、密封性能较好且适于高速运转的关节结构。

为了实现上述目的，本实用新型提供的机械臂包括前述的关节结构。

本实用新型的目的之三是提供一种安装过程简便、便于采用油润滑、密封性能较好且适于高速运转的关节结构。

为了实现上述目的，本实用新型提供的工业机器人包括前述的机械臂。

附图说明

图1是本实用新型关节结构实施例的半剖视图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是本实用新型关节结构实施例中部分结构的剖视分解图。

具体实施方式

关节结构实施例：

请参照图1至图3，关节结构包括第一主体1、第二主体2、谐波减速器3、电机4和多个密封圈5a、5b、5c、5d、5e，第一主体1相对第二主体2的转动轴线沿竖直方向，第一主体1位于第二主体2的上方，谐波减速器3具有柔轮31、刚轮32和波发生器33，刚轮32及波发生器33位于谐波减速器3下部。

第二主体2包括第一件21、第二件22和机箱23，第一件21与第二件22均固定在机箱23的上侧壁上，第二件22位于第一件21的下侧。

第一件21具有沿竖直方向贯通的第一孔211，谐波减速器3位于第一孔211中，第一孔211为阶梯孔，第一孔211具有第一段2111、第二段2112和第三段2113，第一段2111、第二段2112与第三段2113由上至下依次分布，第一段2111、第二段2112与第三段2113的孔径依次减小，第二段2112与第三段2113之间具有朝上的第一台阶面214，第一主体1与伸于第三段2113的柔轮31通过第一螺钉(图中未示出)连接，第一螺钉即第一连接件，柔轮31与第一主体1之间挤压有第一密封圈5a。

具体地，第一主体1的下侧壁上具有第一环形槽12，第一密封圈5a置于第一环形槽12中。

刚轮32位于第二段2112，刚轮32的外周壁与第二段2112的内周壁配合，刚轮32的端面与第一台阶面214配合，刚轮32的外周壁与第一件21之间挤压有第四密封圈5d，第一台阶面214与刚轮32端面的配合为刚轮32提供轴向定位，第二段2112的内周壁与刚轮32外周壁的配合为刚轮32提供径向定位，继而实现刚轮32与第一件21之间的径向和轴向定位。

具体地，第二段2112的内周壁上具有绕第一孔211一周的第二环形槽212，第四密封圈5d置于第二环形槽212中；可选择地，在本实用新型的其它实施例中，第四密封圈5d也可以挤压于刚轮32端面与第一台阶面214之间。

第二件22具有第一凸台223、第二孔221和第一槽222，第一凸台223位于第二件22的上侧，第二孔221沿竖直方向贯通第二件22，第一槽222从第二件22的下侧壁面向上凹陷，第一凸台223为中心线沿竖直方向的圆截面凸台，第一槽222为中心线沿竖直方向的圆截面槽，第二孔221为开设于第一凸台223的中心处的圆截面孔，第一主体1相对第二主体2的转动轴线、第一凸台223的中心轴线、第一槽222的中心线、第二孔221的中心线重合。

第一凸台223从下至上插于第一孔211中，第一凸台223的外周壁与第三段2113的内周壁配合，第三段2113的内周壁对第一凸台223提供径向定位，继而实现第一件21与第二件22之间的径向定位。

电机4包括机体41和转轴42，转轴42从机体41上向上伸出，机体41的上侧端面上具有第二凸台411，第二凸台411为轴线沿竖直方向的圆截面凸台，转轴42位于第二凸台411的中心处，机体41位于机箱23中，且机体41固定在第二件22的下侧壁上，转轴42从下至上穿过第二孔221后伸于第一孔211中，第二凸台411插于第一槽222中，第二凸台411的外周壁与第一槽222的内周壁配合，第一槽222对第二凸台411提供径向定位，继而实现机体41与第二件22的径向定位。

第二孔221为阶梯孔，第二孔221的大径段2212位于小径段2211的上侧，第二孔221的大径段2212中设有第二密封圈5b，第二密封圈5b为唇形密封圈，第二密封圈5b挤压于大径段2212的内周壁与转轴42的周壁之间，这样在第二密封圈5b受到来自上侧的压力时，大径段2212与小径段2211之间的台阶面能够限制第二密封圈5b发生过度变形，有利于提升第二密封圈5b的密封效果。

具体地，第一件21的下侧壁上具有第三环形槽213，第三环形槽213中放置有第三密封圈5c，第三密封圈5c挤压于第一件21与第二件22之间。

具体地，刚轮32与第一件21通过第二螺钉(图中未示出)连接，第二螺钉即第二连接件，优选第二螺钉位于第三密封圈5c的径向内侧，这样在第三密封圈5c的阻挡下，润滑油不能够通过第二螺钉在第一件21上的贯穿孔路216泄漏出第三密封圈5c的外侧，润滑油不能通过贯穿孔路216泄漏出关节结构外。

具体地，第一件21与第二件22之间通过第三螺钉(图中未示出)连接，第三螺钉即第三连接件，优选第三螺钉位于第三密封圈5c的径向外侧，这样在第三密封圈5c的密封作用下，润滑油不能到达第三螺钉在第二件22上的贯穿孔路225处，润滑油不能通过贯穿孔路225泄漏至关节结构外。

具体地，第二件22的下侧壁上具有第四环形槽224，第四环形槽224中放置有第五密封圈5e，第五密封圈5e挤压于机体41与第二件22之间。

优选地，第一螺钉位于第一密封圈5a的径向外侧，这样有利于避免柔轮31径向内侧的润滑油到达第一螺钉的贯穿孔路311，避免柔轮31径向内侧的润滑油通过第一螺钉的贯穿孔路311泄漏至柔轮31的径向外侧。

具体地，第一螺钉从下至上连接至第一主体1的螺纹孔13中，优选地，螺纹孔13为盲孔，这样有利于防止润滑油通过螺纹孔13泄漏。

优选地，第一主体1具有朝下凸出的两个第一凸环14，第一件21具有朝上凸出的一个第二凸环215，第一孔211位于第一凸环14与第二凸环215的径向内侧，一个第一凸环14位于第二凸环215的径向外侧，另一个第一凸环14位于第二凸环215的径向内侧，第一凸环14与第二凸环215组成迷宫密封结构；由于各密封圈的设置，使得柔轮31径向内侧的润滑油不容易向外泄漏，然而仍然会有少量润滑油从柔轮31与刚轮32之间泄漏至柔轮31的径向外侧，因而本实施例设置迷宫密封结构，迷宫密封结构不仅有利于提升关节结构的密封性能，而且由于第一凸环14与第二凸环215并不接触，第一主体1与第二主体2不接触，因而迷宫密封结构不会影响第一主体1与第二主体2的相对转动，有利于第一主体1相对第二主体2运转顺畅。

可选择地，在本实用新型的其它实施例中，第一凸环14与第二凸环215的数量可以调整，例如第一凸环14具有两圈，第二凸环215具有三圈，各第一凸环14与各第二凸环215在径向上交错分布。

具体地，第一主体1上具有上油孔11，上油孔11的上侧开口处覆盖有盖板6，盖板6上具有注油口，注油口采用油塞7封堵。

本实施例的关节结构在柔轮31的径向内侧形成一个密封油腔，密封油腔的上端由第一主体1覆盖，并由第一密封圈5e密封，密封油腔的下端由第二件22覆盖，并由第二密封圈5b和第三密封圈5c密封，这样便于对谐波减速器3进行油润滑，有利于关节轴承高速运转；并且，由于谐波减速器3位于第一孔211内，且由于第四密封圈5d和迷宫密封结构的设置，即使有少量润滑油从柔轮31与刚轮32泄漏至柔轮31的径向外侧，润滑油也仍然能够被保持在第一孔211中，进一步有利于减少润滑油的泄漏；此外，即使有少量润滑油通过第二密封圈5b向下泄漏，也能通过第五密封圈5e防止润滑油继续泄漏。

在装配生产关节结构时，第一步，采用第一螺钉将柔轮31与第一主体1固定连接，第一密封圈5a挤压于柔轮31与第一主体1之间；第二步，将第一件21套于刚轮32上，并采用第二螺钉将第一件21与刚轮32固定连接，第四密封圈5d挤压于刚轮32与第一件21之间；第一步与第二步的装配形成组件一，组件一包括第一主体1、第一件21、第一密封圈5a、第四密封圈5d、柔轮31和刚轮32；第三步，将第二密封圈5b置于第二孔221的大径段2212，将转轴42由下至上穿过第二孔221，并将波发生器33固定在转轴42的上端，此时，第二密封圈5b挤压于转轴42与大径段2212的内周壁之间，第二凸台411插于第一槽222中；第三步的装配形成组件二，组件二包括电机4、第二件22、第二密封圈5b和波发生器33；第四步，将组件二从下至上装向组件一，波发生器33和第一凸台223先后插入第一孔211中，并采用第三螺钉将第一件21与第二件22固定连接；第五步，绕转动轴线转动调整机体41，直至柔轮31与波发生器33配合完成后，采用第四螺钉(图中未示出)将机体41与第二件22固定连接。

上述各步骤中，形成组件一与形成组件二的顺序可以调整。

上述的第四步中，由于波发生器33与第一凸台223均插入第一孔211中，波发生器33与柔轮31的内周壁配合，第一凸台223与第一孔211的内周壁配合，组件一上用来与组件二径向定位的配合面均为径向内侧面，不用同时考虑组件一内外两侧配合面的对准，并且波发生器33与第一凸台223并不同时插入第一孔211，这有利于降低波发生器33与柔轮31的配合安装难度，有利于降低组件一与组件二的配合安装难度。

当然，在本实用新型的其它实施例中，也可以在第三步中先将机体41与第二件22固定连接，并且在第四步中不连接第一件21与第二件22，而在第五步中通过转动调整组件二来使柔轮31与波发生器33完成配合，也能实现实用新型目的；当然由于组件二的重量更大，这样第五步的操作执行难度较大。

具体地，机体41的上端法兰呈矩形板状，法兰的四个角部具有沿竖直方向贯通的安装孔，第二件22上具有四个螺纹孔，四个安装孔与四个螺纹孔一一对应，第四螺钉从下至上贯穿安装孔后与螺纹孔螺纹连接；在第五步中，为了使柔轮31与波发生器33能够配合完成，需要转动机体41，因而在柔轮31与波发生器33配合完成后，机体41上的安装孔可能与第二件22上的螺纹孔具有位置偏差，此时需要继续转动机体41，使各安装孔与各螺纹孔一一对应连通，然后再采用螺钉连接机体41与第二件22，当然，在柔轮31与波发生器33配合完成后转动机体41，会引起柔轮31和第一主体1转动，导致在关节结构安装完成后第一主体1相对第二主体2的角度不能处于确定的状态，因而在关节结构安装完成后，需要为电机4通电，通过电机4运转带动第一主体1转动，继而将第一主体1相对第二主体2的角度调节到确定的状态。

机械臂实施例：

本实施例的机械臂采用前述的关节结构。

本实施例的机械臂由于采用前述的关节结构，机械臂的安装操作简便，且机械臂能够适于高速运转。

工业机器人实施例：

本实施例的工业机器人采用前述的机械臂，工业机器人的安装操作简便，且工业机器人能够适于高速运转。

最后需要强调的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种变化和更改，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (12)

1.关节结构，包括第一主体、第二主体、电机和谐波减速器，所述谐波减速器具有柔轮、刚轮和波发生器，所述第一主体相对所述第二主体的转动轴线沿第一方向；

其特征在于：

所述第二主体包括互相固定连接的第一件和第二件，所述第一件与所述第二件之间挤压有第三密封圈，所述第一件具有沿所述第一方向贯通的第一孔，所述谐波减速器位于所述第一孔中，沿所述第一方向，所述谐波减速器位于所述第一主体与所述第二件之间；

所述刚轮与所述第一件固定连接，所述刚轮的外周壁与所述第一孔的内周壁配合，所述柔轮与所述第一主体固定连接，所述柔轮与所述第一主体之间具有第一密封圈；

所述第二件具有第一凸台和第二孔，所述第一凸台沿所述第一方向朝所述第一件凸出，所述第二孔沿所述第一方向贯通所述第二件，所述第一凸台的外周壁与所述第一孔的内周壁配合，沿所述第一方向，所述电机的机体固定在所述第二件的背向所述第一件的一侧，所述电机的转轴穿过所述第二孔后与所述波发生器连接，所述转轴与所述第二孔的孔壁之间具有第二密封圈。

2.根据权利要求1所述的关节结构，其特征在于：

所述第二孔为阶梯孔，所述第二孔具有大径段，沿所述第一方向，所述大径段位于所述第二孔的靠近所述谐波减速器的一端，所述第二密封圈为唇形密封圈，所述第二密封圈置于所述大径段中。

3.根据权利要求1所述的关节结构，其特征在于：

所述第一孔为阶梯孔，所述第一孔具有第一台阶面，所述第一台阶面朝向所述第一主体，所述刚轮的端面与所述第一台阶面配合。

4.根据权利要求1所述的关节结构，其特征在于：

所述刚轮与所述第一件之间挤压有第四密封圈。

5.根据权利要求1所述的关节结构，其特征在于：

所述第一方向为竖直方向，所述第一主体位于所述第二主体上方，所述第一主体上开设有上油孔，所述上油孔与所述第一孔连通。

6.根据权利要求1至5任一项所述的关节结构，其特征在于：

所述第一主体具有朝向所述第一件凸出的至少一个第一凸环，所述第一件具有朝向所述第一主体凸出的至少一个第二凸环，所述第一孔位于所述第一凸环与所述第二凸环的径向内侧，各所述第一凸环与各所述第二凸环沿径向交错分布，所述第一凸环与所述第二凸环组成迷宫密封结构。

7.根据权利要求1至5任一项所述的关节结构，其特征在于：

所述第二件具有第一槽，所述第一槽位于所述第二件的背向所述第一件的一侧，所述第一槽为中心线与所述转动轴线重合的圆截面槽，所述第二孔开设于所述第一槽的槽底中心处，所述机体具有第二凸台，所述第二凸台的外周壁与所述第一槽的内周壁配合。

8.根据权利要求1至5任一项所述的关节结构，其特征在于：

所述柔轮与所述第一主体通过第一连接件固定连接，所述第一连接件位于所述第一密封圈的径向外侧。

9.根据权利要求1至5任一项所述的关节结构，其特征在于：

所述刚轮与所述第一件通过第二连接件固定连接，所述第二连接件位于所述第三密封圈的径向内侧。

10.根据权利要求1至5任一项所述的关节结构，其特征在于：

所述第一件与所述第二件通过第三连接件固定连接，所述第三连接件位于所述第三密封圈的径向外侧。

11.机械臂，其特征在于：

包括如权利要求1至10任一项所述的关节结构。

12.工业机器人，其特征在于：

包括如权利要求11所述的机械臂。

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