CN215149253U - 机器人关节结构及机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种机器人关节结构及机器人。机器人关节结构包括：驱动组件；力矩传感器，与驱动组件的输出轴连接；交叉滚子轴承，包括内圈和相对于内圈可转动设置的外圈，内圈与力矩传感器连接，外圈与一部分驱动组件连接。本实用新型的技术方案解决了现有技术中的机器人关节结构的力矩传感器因受到外部负载的力矩的影响，从而导致力矩传感器的检测结果不准确的问题。

Description

机器人关节结构及机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人的技术领域，具体而言，涉及一种机器人关节结构及机器人。

背景技术

现有技术中，机器人关节结构的输出轴与力矩传感器连接，并且力矩传感器直接与下一节关节结构的基座或者负载连接。这种连接方式会使力矩传感器受到外部负载等部件的径向力、轴向力或者弯矩(即力矩)的影响，导致力矩传感器的检测值与其关节结构输出的力矩值有较大的偏差，从而导致力矩传感器的检测结果不准确的问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种机器人关节结构及机器人，以解决现有技术中的机器人关节结构的力矩传感器因受到外部负载的作用力或者力矩的影响，从而导致力矩传感器的检测结果不准确的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种机器人关节结构，机器人关节结构包括：驱动组件；力矩传感器，与驱动组件的输出轴连接；交叉滚子轴承，包括内圈和相对于内圈可转动设置的外圈，内圈与力矩传感器连接，外圈与一部分驱动组件连接。

进一步地，驱动组件包括电机和与电机的输出端连接的减速机，减速机包括支撑座和位于支撑座内的减速机本体，减速机本体的输出轴与力矩传感器连接，外圈与支撑座连接。

进一步地，减速机本体包括：刚轮；柔轮组件，相对于刚轮可转动地设置，柔轮组件包括波发生器和设置在波发生器的外周的柔轮，柔轮的至少部分位于刚轮的内部，柔轮的远离刚轮的一端形成输出轴。

进一步地，减速机本体还包括位于柔轮内的固定件，柔轮通过固定件与力矩传感器连接。

进一步地，减速机本体还包括锁紧件，固定件上设有第一安装孔，柔轮上设有与第一安装孔对应的第二安装孔，力矩传感器上设有与第二安装孔对应的第三安装孔，锁紧件依次穿过第一安装孔和第二安装孔后与第三安装孔连接。

进一步地，电机包括：外壳，外壳的外壁面与支撑座的内壁面连接；转轴，可转动地设置在外壳内；转子，套设在转轴的外周，且转子位于外壳内；定子，设在转子的外周，转子位于转轴的外壁面和定子的内壁面之间；其中，转子相对于定子可转动地设置，以带动转轴转动，转轴的输出端与减速机本体的波发生器固定连接。

进一步地，机器人关节结构还包括用于检测电机的转轴的角度的角度检测装置，沿转轴的轴线方向，角度检测装置和交叉滚子轴承分别位于电机的两端。

进一步地，角度检测装置包括磁电编码器。

进一步地，机器人关节结构还包括与电机的外壳连接的端盖，角度检测装置位于端盖的朝向电机的一侧。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种机器人，机器人包括机体和与机体连接的上述的机器人关节结构。

应用本实用新型的技术方案，通过在驱动组件和力矩传感器之间设置交叉滚子轴承，机器人关节结构可以通过交叉滚子轴承与下一关节的基座或者负载连接，这样，可以避免力矩传感器直接与下一关节的基座或者负载连接，从而避免机器人关节结构的力矩传感器受到外部负载的力或者力矩的影响，进而有效减少外部负载对力矩传感器的检测精度的影响，这样可以使力矩传感器检测的本关节结构的力矩值更加准确。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型的实施例的机器人关节结构的结构示意图；

图2示出了图1的机器人关节结构的剖视图；以及

图3示出了图1的机器人关节结构的分解结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、驱动组件；20、力矩传感器；23、第三安装孔；30、交叉滚子轴承；31、内圈；32、外圈；50、减速机；51、减速机本体；52、固定件；522、第二轴段；523、第一轴段；53、支撑座；531、第一通孔；532、第二通孔；54、刚轮；55、柔轮组件；56、波发生器；57、柔轮；58、锁紧件；60、电机；61、外壳；62、转轴；63、定子；65、轴承；66、转子；67、安装槽；70、角度检测装置；71、安装法兰；72、基板；73、磁性件；80、端盖。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1和图2所示，本实用新型的实施例提供了一种机器人关节结构。机器人关节结构包括驱动组件10、力矩传感器20以及交叉滚子轴承30。其中，力矩传感器20与驱动组件10的输出轴连接；交叉滚子轴承30包括内圈31和相对于内圈31可转动设置的外圈32，内圈31与力矩传感器20连接，外圈32与一部分驱动组件10连接。

上述设置中，通过在驱动组件10和力矩传感器20之间设置交叉滚子轴承30，这样，机器人关节结构就可以通过交叉滚子轴承30与下一关节的基座或者负载连接，从而可以避免力矩传感器20直接与下一关节的基座或者负载连接，进而避免机器人关节结构的力矩传感器20因受到外部负载的力矩的影响，并且有效减少外部负载对力矩传感器20的检测精度的影响，这样可以使力矩传感器20检测本关节结构的力矩值更加准确。进一步地，通过设置交叉滚子轴承30也可以避免力矩传感器20因受到外部载荷而产生变形的问题，从而保护力矩传感器20不受外部载荷的破坏，确保力矩传感器20的检测结果更准确。

具体地，本实用新型的实施例中，通过将力矩传感器20与驱动组件10的输出轴连接，交叉滚子轴承30的内圈31与力矩传感器20连接，外圈32与一部分驱动组件10连接，并且将交叉滚子轴承30的内圈31与下一关节的基座或者负载连接。这样设置，一方面可以将驱动组件10输出轴的力矩通过力矩传感器20和交叉滚子轴承30的共同作用传递给下一关节；另一方面，也避免了力矩传感器20与下一关节的基座或者负载直接连接，因而能够避免外部载荷(即外部负载的径向力、轴向力或者弯矩)对力矩传感器20的影响，确保力矩传感器20能够更准确地反映本关节结构传递过来的力矩值，使检测结果更准确。进一步地，此结构简单，安装方便，加工成本低。

如图2所示，本实用新型的实施例中，驱动组件10包括电机60和与电机60的输出端连接的减速机50，减速机50包括支撑座53和位于支撑座53内的减速机本体51，减速机本体51的输出轴与力矩传感器20连接，外圈32与支撑座53连接。

上述设置中，电机60的输出端与减速机50连接，并且减速机本体51的输出轴与力矩传感器20连接，可以将电机60的输出力矩通过减速机50的输出轴传递给力矩传感器20，这样，可以使力矩传感器20检测机器人关节结构的输出力矩，并且输出力矩检测值。进一步地，通过上述设置能够简化力矩传感器20与减速机之间的连接结构，并且简化了机器人关节结构的加工工艺，从而减小机器人关节结构的质量和体积，降低了机器人关节结构的加工成本。

优选地，本实用新型的实施例中，减速机50可以采用谐波减速机。通过采用较大力矩的电机和小型减速机，这样可以使机器人关节结构在传动过程中的能量和力矩损失较小。

如图2和图3所示，本实用新型的实施例中，减速机本体51包括刚轮54和柔轮组件55。其中，柔轮组件55相对于刚轮54可转动地设置。柔轮组件55包括波发生器56和设置在波发生器56的外周的柔轮57，柔轮57的至少部分位于刚轮54的内部，柔轮57的远离刚轮54的一端形成输出轴。

上述设置中，当机器人关节结构工作时，刚轮54固定在支撑座53内，电机60的输出端带动波发生器56转动，从而带动柔轮57相对于刚轮54转动，并且柔轮57远离刚轮54的一端(即减速机本体51的输出轴)可以带动力矩传感器20转动，进而将电机60的输出端的力矩传递给力矩传感器20。

具体地，本实用新型的实施例中，支撑座53具有相连通的第一通孔531和第二通孔532，第一通孔531和第二通孔532处形成台阶面。刚轮54位于第一通孔531内且与台阶面抵接。这样，台阶面对刚轮54起到了支撑作用，将刚轮54固定在支撑座53的第一通孔531内。进一步地，相连通的第一通孔531和第二通孔532形成了容纳柔轮组件55和刚轮54的容纳空间，从而避免了减速机本体51直接与外界环境接触，防止灰尘进入减速机本体51中。

如图2所示，本实用新型的实施例中，减速机本体51还包括位于柔轮57内的固定件52，柔轮57通过固定件52与力矩传感器20连接。

上述技术方案中，通过设置固定件52，可以增加柔轮57与力矩传感器20连接处的强度，从而防止柔轮57发生变形，进而更好地将电机60的输出力矩通过柔轮57和固定件52传递给力矩传感器20。

优选地，本实用新型的实施例中，柔轮57与力矩传感器20的内圈直接连接，这样，简化了减速机50与力矩传感器20之间的连接结构，并且力矩传感器20的外圈与交叉滚子轴承30连接，这样，交叉滚子轴承30既可以对力矩传感器20进行支撑，又可以避免外力干扰力矩传感器20的检测精度。

如图2所示，本实用新型的实施例中，减速机本体51还包括锁紧件58，固定件52上设有第一安装孔，柔轮57上设有与第一安装孔对应的第二安装孔，力矩传感器20上设有与第二安装孔对应的第三安装孔23，锁紧件58依次穿过第一安装孔和第二安装孔后与第三安装孔23连接。

上述设置中，通过锁紧件58依次穿过第一安装孔和第二安装孔后与第三安装孔23连接，可以将柔轮57、固定件52和力矩传感器20连接在一起,，从而使柔轮57带动力矩传感器20转动，进而将柔轮57的输出力矩传递给力矩传感器20。

需要说明的是，本实用新型的实施例中，第一安装孔、第二安装孔和第三安装孔23的中心轴线应在同一直线上，以便于锁紧件58的安装。

具体地，本实用新型的实施例中，如图2所示，固定件52包括第一轴段523和与第一轴段523连接的第二轴段522，第一轴段523设置在柔轮57中，第二轴段522穿出柔轮57直至穿入力矩传感器20中。通过上述设置，可以将固定件52进行定位，从而使固定件52的第一安装孔、柔轮57上的第二安装孔和力矩传感器20的第三安装孔23的中心轴线处于同一直线上，从而更好地使锁紧件58依次穿过第一安装孔和第二安装孔后与第三安装孔23连接。进一步地，固定件52的第一轴段523位于柔轮57和锁紧件58之间，这样，可以增强柔轮57与固定件52连接处的接触面积，从而增加增强柔轮57与锁紧件58连接处的接触强度，防止锁紧件58松动。

如图2和图3所示，本实用新型的实施例中，电机60包括外壳61、转轴62、转子66以及定子63。其中，外壳61的外壁面与支撑座53的内壁面连接；转轴62可转动地设置在外壳61内；转子66套设在转轴62的外周，且转子66位于外壳内；定子63设在转子66的外周，转子66位于转轴62的外壁面和定子63的内壁面之间；其中，转子66相对于定子63可转动地设置，以带动转轴62转动，转轴62的输出端与减速机本体51的波发生器56固定连接。

上述设置中，当电机60处于工作状态时，定子63与外壳61固定连接，转子66相对于定子63发生转动，并且，转子66带动转轴62相对于定子63发生转动，这样，可以将外部电源输入电机60的电能转化成为电机60输出端转动的机械能。进一步地，转轴62的输出端与减速机本体51的波发生器56固定连接，这样可以带动减速机本体51的波发生器56相对于支撑座53发生转动，进而将电机60的输出力矩传递给减速机50。其中，转轴62的输出端即为电机60的输出端。

优选地，本实用新型的实施例中，转轴62的输出端与减速机本体51的波发生器56的连接方式为螺栓连接。当然，在附图未示出的实施例中，转轴62的输出端与减速机本体51的波发生器56的连接方式可以为卡接或者键连接等。

如图2和图3所示，本实用新型的实施例中，机器人关节结构还包括用于检测转轴62的角度的角度检测装置70，沿转轴62的轴线方向，角度检测装置70和交叉滚子轴承30分别位于电机60的两端。

通过上述设置，可以利用角度检测装置70对转轴62的转动角度进行检测，从而能够更加精准的对机器人关节结构进行控制。

优选地，本实用新型的实施例中，角度检测装置70包括磁电编码器。磁电编码器的具体工作原理和结构为本领域的现有技术，此处不做详细描述。下面，仅对如何安装磁电编码器进行了描述：

具体地，本实用新型的实施例中，机器人关节结构还包括安装法兰71，磁电编码器包括基板72和与基板72连接的磁性件73，转轴62上设有安装槽67，磁性件73位于安装槽67内，基板72通过安装法兰71与电机60的外壳61连接。通过上述设置，转轴62转动可以带动磁性件73转动，并且磁性件73可以与基板72上的磁编码芯片配合，从而对转轴62的转动角度进行检测。

进一步地，本实用新型的实施例中，电机60还包括两个轴承65。其中一个轴承65设置在转轴62与外壳61之间，另一个轴承65设置在转轴62与安装法兰71之间。其中，一个轴承65(即位于图2的下方的轴承)的内圈与转轴62靠近输出端的位置连接，其外圈与外壳61连接；另一个轴承65(即位于图2的上方的轴承)的内圈与转轴62靠近安装法兰71的一端连接，其外圈与安装法兰71连接，从而支撑转轴62，使转轴62更顺畅地转动。

优选地，本实用新型的实施例中，轴承65为深沟球轴承。

如图2和图3所示，本实用新型的实施例中，机器人关节结构还包括与电机60的外壳61连接的端盖80，角度检测装置70位于端盖80的朝向电机60的一侧。

通过上述设置，可以将角度检测装置70容纳在端盖80和安装法兰71之间，这样，可以避免外部环境中的灰尘和湿空气进入到角度检测装置70的内部，确保角度检测装置70的检测精度，从而提高角度检测装置70的使用寿命。

根据本实用新型的另一方面，本实用新型的实施例提供了一种机器人，机器人包括机体和与机体连接的上述的机器人关节结构。机器人也具有上述机器人关节结构的所有优点，此处不再赘述。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：通过在驱动组件和力矩传感器之间设置交叉滚子轴承，机器人关节结构可以通过交叉滚子轴承与下一关节的基座或者负载连接，这样，可以避免力矩传感器直接与下一关节的基座或者负载连接，从而避免机器人关节结构的力矩传感器受到外部负载的力矩的影响，这样可以使力矩传感器检测本关节结构的力矩值更加准确。进一步地，驱动组件输出轴的力矩可以通过力矩传感器和交叉滚子轴承的共同作用传递给下一关节。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，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更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、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 (10)

1.一种机器人关节结构，其特征在于，所述机器人关节结构包括：

驱动组件(10)；

力矩传感器(20)，与所述驱动组件(10)的输出轴连接；

交叉滚子轴承(30)，包括内圈(31)和相对于所述内圈(31)可转动设置的外圈(32)，所述内圈(31)与所述力矩传感器(20)连接，所述外圈(32)与一部分所述驱动组件(10)连接。

2.根据权利要求1所述的机器人关节结构，其特征在于，所述驱动组件(10)包括电机(60)和与所述电机(60)的输出端连接的减速机(50)，所述减速机(50)包括支撑座(53)和位于所述支撑座(53)内的减速机本体(51)，所述减速机本体(51)的输出轴与所述力矩传感器(20)连接，所述外圈(32)与所述支撑座(53)连接。

3.根据权利要求2所述的机器人关节结构，其特征在于，所述减速机本体(51)包括：

刚轮(54)；

柔轮组件(55)，相对于所述刚轮(54)可转动地设置，所述柔轮组件(55)包括波发生器(56)和设置在所述波发生器(56)的外周的柔轮(57)，所述柔轮(57)的至少部分位于所述刚轮(54)的内部，所述柔轮(57)的远离所述刚轮(54)的一端形成所述输出轴。

4.根据权利要求3所述的机器人关节结构，其特征在于，所述减速机本体(51)还包括位于所述柔轮(57)内的固定件(52)，所述柔轮(57)通过所述固定件(52)与所述力矩传感器(20)连接。

5.根据权利要求4所述的机器人关节结构，其特征在于，所述减速机本体(51)还包括锁紧件(58)，所述固定件(52)上设有第一安装孔，所述柔轮(57)上设有与所述第一安装孔对应的第二安装孔，所述力矩传感器(20)上设有与所述第二安装孔对应的第三安装孔(23)，所述锁紧件(58)依次穿过所述第一安装孔和所述第二安装孔后与所述第三安装孔(23)连接。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的机器人关节结构，其特征在于，所述电机(60)包括：

外壳(61)，所述外壳(61)的外壁面与所述支撑座(53)的内壁面连接；

转轴(62)，可转动地设置在所述外壳(61)内；

转子(66)，套设在所述转轴(62)的外周，且所述转子(66)位于所述外壳内；

定子(63)，设在所述转子(66)的外周，所述转子(66)位于所述转轴(62)的外壁面和所述定子(63)的内壁面之间；

其中，所述转子(66)相对于所述定子(63)可转动地设置，以带动所述转轴(62)转动，所述转轴(62)的输出端与所述减速机本体(51)的波发生器(56)固定连接。

7.根据权利要求2至5中任一项所述的机器人关节结构，其特征在于，所述机器人关节结构还包括用于检测所述电机(60)的转轴(62)的角度的角度检测装置(70)，沿所述转轴(62)的轴线方向，所述角度检测装置(70)和所述交叉滚子轴承(30)分别位于所述电机(60)的两端。

8.根据权利要求7所述的机器人关节结构，其特征在于，所述角度检测装置(70)包括磁电编码器。

9.根据权利要求7所述的机器人关节结构，其特征在于，所述机器人关节结构还包括与所述电机(60)的外壳(61)连接的端盖(80)，所述角度检测装置(70)位于所述端盖(80)的朝向所述电机(60)的一侧。

10.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括机体和与所述机体连接的权利要求1至9中任一项所述的机器人关节结构。

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