CN216803494U - 关节结构及机械臂组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种关节结构及机械臂组件，涉及机械设备领域，解决了相邻机械臂之间的关节仅具有一个自由度，机械臂灵活性较差的技术问题。该关节结构包括第一关节臂、第二关节臂和传动轴，传动轴至少包括与第一关节臂转动连接的第一传动轴和与第二关节臂转动连接的第二传动轴，第一传动轴与第二传动轴固定连接，第一传动轴转动时能带动第二传动轴和第二关节臂以第一传动轴为轴心转动；第二传动轴转动时能带动第一传动轴和第一关节臂以第二传动轴为轴心转动。该关节结构具有至少两个自由度，灵活性好，能够在有限空间内实现更为灵活的运动，扩宽作业范围；使机械臂组件中相邻两机械臂之间具有至少两个自由度，提高了机械臂组件的运动灵活性。

Description

关节结构及机械臂组件

技术领域

本实用新型涉及机械设备技术领域，尤其是涉及一种关节结构及机械臂组件。

背景技术

工业机器人是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，具有一定的自动性，可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业加工制造功能。工业机器人被广泛应用于电子、物流、化工等各个工业领域之中。工业机器人具有多个机械臂，利用机械臂全方位灵活作业，相邻的两个机械臂之间通过关节传动连接。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：现有技术中相邻的两个机械臂之间的关节，仅具有一个自由度，其中一机械臂仅能通过该关节相对于其相邻的机械臂在一个平面内转动，灵活性较差；导致机械臂在有限的空间内，难以灵活作业。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种关节结构及机械臂组件，以解决现有技术中存在的相邻机械臂之间的关节仅具有一个自由度，机械臂灵活性较差的技术问题。本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的一种关节结构，包括第一关节臂、第二关节臂和传动轴，其中：

所述传动轴至少包括与所述第一关节臂转动连接的第一传动轴和与所述第二关节臂转动连接的第二传动轴，所述第一传动轴与所述第二传动轴固定连接，所述第一传动轴转动时能带动第二传动轴和所述第二关节臂以所述第一传动轴为轴心转动；所述第二传动轴转动时能带动所述第一传动轴和所述第一关节臂以所述第二传动轴为轴心转动。

优选的，所述第一传动轴的轴线与所述第二传动轴的轴线之间相互垂直设置。

优选的，所述第一关节臂上存在有与其中一机械臂固定连接的第一法兰部，所述第二关节臂上存在有与另一机械臂固定连接的第二法兰部，所述第一关节臂和/或所述第二关节臂能转动至以下状态：

所述第一法兰部的中心和所述第二法兰部的中心所在直线与所述第一传动轴和所述第二传动轴所在的平面相垂直。

优选的，所述第一传动轴和所述第二传动轴均传动连接有驱动装置，所述驱动装置用于带动所述第一传动轴和所述第二传动轴分别绕自身轴线转动。

优选的，所述驱动装置包括第一驱动装置，所述关节结构还包括有第一主动齿轮，所述第一传动轴的背离所述第二传动轴的端部连接有第一从动齿轮，其中：

所述第一驱动装置与所述第一主动齿轮驱动连接，所述第一主动齿轮与所述第一从动齿轮相啮合，所述第一驱动装置转动时能通过所述第一主动齿轮与所述第一从动齿轮的配合结构带动所述第一传动轴转动。

优选的，所述第一关节臂包括第一容纳部和与其中一机械臂固定连接的第一法兰部，其中：

所述第一容纳部与所述第一法兰部固定连接，且两者之间相互垂直设置，所述第一容纳部内为腔体结构，所述第一主动齿轮和所述第一从动齿轮均转动连接于所述第一容纳部内。

优选的，所述驱动装置包括第二驱动装置，所述关节结构还包括有第二主动齿轮，所述第二传动轴的背离所述第一传动轴的端部连接有第二从动齿轮，其中：

所述第二驱动装置与所述第二主动齿轮驱动连接，所述第二主动齿轮与所述第二从动齿轮相啮合，所述第二驱动装置转动时能通过所述第二主动齿轮与所述第二从动齿轮的配合结构带动所述第二传动轴转动。

优选的，所述第二关节臂包括第二容纳部和与另一机械臂固定连接的第二法兰部，其中：

所述第二容纳部与所述第二法兰部固定连接，且两者之间相互垂直设置，所述第二容纳部内为腔体结构，所述第二主动齿轮和所述第二从动齿轮均转动连接于所述第二容纳部内。

优选的，所述第一传动轴与所述第二传动轴之间设置有刚性连接结构，所述第一传动轴的背离所述第一关节臂的端部、所述第二传动轴的背离所述第二关节臂的端部均与同一所述刚性连接结构固定连接。

本实用新型还提供了一种机械臂组件，包括至少两个机械臂和上述关节结构，所述第一关节臂与其中一所述机械臂连接，所述第二关节臂与另一所述关节臂连接。

本实用新型提供的关节结构及机械臂组件，与现有技术相比，具有如下有益效果：该关节结构具有至少两个自由度，灵活性好，能够在有限空间内实现更为灵活的运动，扩宽作业范围。可将第一关节臂与机械臂组件中的其中一机械臂连接，将第二关节臂与另一机械臂连接，由于第一传动轴转动时能带动第二传动轴和第二关节臂以第一传动轴为轴心转动；第二传动轴转动时能带动第一传动轴和第一关节臂以第二传动轴为轴心转动，故能够使机械臂组件中相邻两机械臂之间具有至少两个自由度，提高了机械臂组件的运动灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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。

图1是本实用新型关节结构的整体结构示意图；

图2是关节结构在空间坐标系中的结构示意图；

图3是关节结构去除部分第一关节臂和第二关节臂后的结构示意图。

图中1、第一关节臂；11、第一容纳部；12、第一法兰部；2、第二关节臂；21、第二容纳部；22、第二法兰部；31、第一传动轴；32、第二传动轴；33、刚性连接结构；41、第一主动齿轮；42、第一从动齿轮；51、第二主动齿轮；52、第二从动齿轮。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本实用新型实施例提供了一种关节结构及机械臂组件，具有至少两个自由度，灵活性好，能够在有限空间内实现更为灵活的运动，扩宽作业范围。

下面结合图1-图3对本实用新型提供的技术方案进行更为详细的阐述。

实施例一

如图1-图3所示，本实施例提供了一种关节结构，包括第一关节臂1、第二关节臂2和传动轴，其中：传动轴至少包括与第一关节臂1转动连接的第一传动轴31和与第二关节臂2转动连接的第二传动轴32，第一传动轴31与第二传动轴32固定连接，其中，第一传动轴31和第二传动轴32均可转动的设置，第一传动轴31转动时能带动第二传动轴32和第二关节臂2以第一传动轴31为轴心转动，第二传动轴32转动时能带动第一传动轴31和第一关节臂1以第二传动轴32为轴心转动。换言之，第一传动轴31和第二传动轴32两者中的任一均能相对于两者中的另一个发生相对运动。

本实施例的关节结构具有至少两个自由度，灵活性好，能够在有限空间内实现更为灵活的运动，扩宽作业范围。

可将第一关节臂1与机械臂组件中的其中一机械臂连接，将第二关节臂2与另一机械臂连接，由于第一传动轴31转动时能带动第二传动轴32和第二关节臂2以第一传动轴31为轴心转动；第二传动轴32转动时能带动第一传动轴31和第一关节臂1以第二传动轴32为轴心转动，故能够使机械臂组件中的相邻两机械臂之间具有至少两个自由度，提高了机械臂组件的运动灵活性。

作为可选地实施方式，参见图2所示，本实施例中第一传动轴31与第二传动轴32之间相互垂直设置，这样，第一关节臂1和第二关节臂2能在相垂直的平面内转动。

参见图2所示，图2中以第一传动轴31和第二传动轴32之间的连接点为原点，以第二传动轴32的轴线为X轴，以第一传动轴31的轴线为Y轴，建立空间直角坐标系XYZ；参见图2所示，上述结构中，第一传动轴31转动时，第二关节臂2、第二传动轴32能够绕第一传动轴31的轴线在X0Z平面内转动；第二传动轴32转动时，第一关节臂1、第一传动轴31能够绕第二传动轴32的轴线在Y0Z平面内转动。

该结构能够实现第一关节臂1、第二关节臂2分别在两个相互垂直的平面内转动，运动更灵活。应用于机械臂组件上时，能够减小机械臂组件的作业盲区，缩短无效臂长。

作为可选地实施方式，参见图1和图2所示，本实施例的第一关节臂1上存在有与其中一机械臂固定连接的第一法兰部12，第二关节臂2上存在有与另一机械臂固定连接的第二法兰部22，第一关节臂1和/或第二关节臂2能转动至以下状态：第一法兰部12的中心和第二法兰部22的中心所在直线与第一传动轴31和第二传动轴32所在的平面相垂直，如图2中所示。

其中，第一法兰部12、第二法兰部22均可通过螺栓等锁紧件与对应的机械臂固定连接。当第一法兰部12的中心和第二法兰部22的中心所在直线与第一传动轴31和第二传动轴32所在的平面相垂直时，如图2中所示的状态。此时，与第一法兰部12相连接的机械臂、与第二法兰部22相连接的机械臂能够位于同一直线上，即，能够延长相邻机械臂的总臂长，扩展机械臂组件的有效作业长度。

作为可选地实施方式，本实施例中，第一传动轴31和第二传动轴32均传动连接有驱动装置，驱动装置用于带动第一传动轴31和第二传动轴32分别绕自身轴线转动。

上述驱动装置可以为电机，电机的数量可以为一个或两个，当设置两个电机上，每个电机可分别与第一传动轴31、第二传动轴32传动连接。当设置一个电机时，电机可通过换向齿轮、传动皮带、传动链条等部件实现与第一传动轴31、第二传动轴32传动连接，在此不做赘述。

本实施例中提供了一种驱动装置与第一传动轴31、第二传动轴32传动连接的具体实施方式：

驱动装置包括第一驱动装置，第一驱动装置可以为电机，图中未示出。参见图1-图3所示，关节结构还包括有第一主动齿轮41，第一传动轴31的背离第二传动轴32的端部连接有第一从动齿轮42，其中：第一驱动装置与第一主动齿轮41驱动连接，第一主动齿轮41与第一从动齿轮42相啮合，第一驱动装置转动时能通过第一主动齿轮41与第一从动齿轮42的配合结构带动第一传动轴31转动。

其中，第一传动轴31通过轴承与第一关节臂1转动连接。作为第一驱动装置的电机(图中省略了电机)转动时，带动第一主动齿轮41转动，第一从动齿轮42随第一主动齿轮41同步转动，由于第一传动轴31与第一从动齿轮42连接，第一传动轴31转动，从而带动第二传动轴32和第二关节臂2绕第一传动轴31的轴线转动。

作为可选地实施方式，参见图1、图2所示，第一关节臂1包括第一容纳部11和与其中一机械臂固定连接的第一法兰部12，其中：第一容纳部11与第一法兰部12固定连接，且两者之间相互垂直设置，第一容纳部11内为腔体结构，第一主动齿轮41和第一从动齿轮42均转动连接于第一容纳部11内。

第一主动齿轮41和第一从动齿轮42隐藏在第一容纳部11中，防止第一主动齿轮41、第一从动齿轮42的运动与机械臂的运动相干涉，且保证关节结构的稳定运行。作为第一驱动装置的电机可设置于第一关节臂1内，也可固定于第一关节臂1外，在此不做赘述。

第一容纳部11与第一法兰部12相互垂直设置，这样，当第一传动轴31或第二传动轴32转动时，便于第一关节臂1和第二关节臂2能转动至：第一法兰部12的中心和第二法兰部22的中心所在直线与第一传动轴31和第二传动轴32所在的平面相垂直的状态，进而延长相邻机械臂的总臂长，扩展机械臂组件的有效作业长度。

作为可选地实施方式，参见图1、图2所示驱动装置包括第二驱动装置，关节结构还包括有第二主动齿轮51，第二传动轴32的背离第一传动轴31的端部连接有第二从动齿轮52，其中：第二驱动装置与第二主动齿轮51驱动连接，第二主动齿轮51与第二从动齿轮52相啮合，第二驱动装置转动时能通过第二主动齿轮51与第二从动齿轮52的配合结构带动第二传动轴32转动。

其中，第二传动轴32通过轴承与第二关节臂2转动连接。作为第二驱动装置的电机(图中省略了电机)转动时，带动第二主动齿轮51转动，第二从动齿轮52随第二主动齿轮51同步转动，由于第二传动轴32与第二从动齿轮52连接，第二传动轴32转动，从而带动第一传动轴31和第一关节臂1绕第二传动轴32的轴线转动。

作为可选地实施方式，参见图1和图2，第二关节臂2包括第二容纳部21和与另一机械臂固定连接的第二法兰部22，其中：第二容纳部21与第二法兰部22固定连接，且两者之间相互垂直设置，第二容纳部21内为腔体结构，第二主动齿轮51和第二从动齿轮52均转动连接于第二容纳部21内。

第二主动齿轮51和第二从动齿轮52隐藏在第二容纳部21中，防止第二主动齿轮51、第二从动齿轮52的运动与机械臂的运动相干涉，且保证关节结构的稳定运行。作为第二驱动装置的电机可设置于第二关节臂2内，也可固定于第二关节臂2外，在此不做赘述。

第二容纳部21与第二法兰部22相互垂直设置，这样，当第二传动轴32或第一传动轴31转动时，便于第一关节臂1和第二关节臂2能转动至：第二法兰部22的中心与第一法兰部12的中心位于同一直线上，且该直线与第一传动轴31和第二传动轴32所在的平面垂直设置，进而延长相邻机械臂的总臂长，扩展机械臂组件的有效作业长度。

作为可选地实施方式，参见图1-图3所示，第一传动轴31与第二传动轴32之间设置有刚性连接结构33，第一传动轴31的背离第一关节臂1的端部、第二传动轴32的背离第二关节臂2的端部均与同一刚性连接结构33固定连接。

上述刚性连接结构33还可与另一关节臂或者其余部件连接，如，其余部件上设置有弧形凹槽，该刚性连接结构33限位于上述弧形凹槽内(此时刚性连接结构33为球体结构，如图3所示)，并能在外力作用下位于弧形凹槽内转动，提高了结构的灵活性。

本实施例的关节结构，参见图2所示，第一传动轴31转动时，第二关节臂2、第二传动轴32能够绕第一传动轴31的轴线在X0Z平面内转动；第二传动轴32转动时，第一关节臂1、第一传动轴31能够绕第二传动轴32的轴线在Y0Z平面内转动。该关节结构具有两个自由度，能够实现两个关节臂在相互垂直的平面内转动，且能够转动至第一法兰部12的中心和第二法兰部22的中心所在直线与第一传动轴31和第二传动轴32所在的平面相垂直的状态，延长相邻机械臂的总臂长，扩展机械臂组件的有效作业长度。

实施例二

本实施例提供了一种机械臂组件，包括至少两个机械臂和上述关节结构，第一关节臂1与其中一机械臂连接，第二关节臂2与另一关节臂连接。

本实施例的机械臂组件，包括相邻设置的第一关节臂1和第二关节臂2，其中，第一关节臂1与机械臂组件中的其中一机械臂连接，第二关节臂2与另一机械臂连接，由于第一传动轴31转动时能带动第二传动轴32和第二关节臂2以第一传动轴31为轴心转动；第二传动轴32转动时能带动第一传动轴31和第一关节臂1以第二传动轴32为轴心转动，故能够实现第二机械臂能相对于第一机械臂转动，第一机械臂能相对于第二机械臂转动，第一机械臂与第二机械臂之间具有至少两个自由度，提高了机械臂组件的运动灵活性。

本实施例的机械臂组件可应用于工业机器人、工业小车上使用。

在本说明书的描述，具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本说明书的描述中，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、结构、材料或者特点包含于本实用新型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、结构、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。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种关节结构，其特征在于，包括第一关节臂(1)、第二关节臂(2)和传动轴，其中：

所述传动轴至少包括与所述第一关节臂(1)转动连接的第一传动轴(31)和与所述第二关节臂(2)转动连接的第二传动轴(32)，所述第一传动轴(31)与所述第二传动轴(32)固定连接，所述第一传动轴(31)转动时能带动所述第二传动轴(32)和所述第二关节臂(2)以所述第一传动轴(31)为轴心转动，所述第二传动轴(32)转动时能带动所述第一传动轴(31)和所述第一关节臂(1)以所述第二传动轴(32)为轴心转动。

2.根据权利要求1所述的关节结构，其特征在于，所述第一传动轴(31)的轴线与所述第二传动轴(32)的轴线之间相互垂直设置。

3.根据权利要求1或2所述的关节结构，其特征在于，所述第一关节臂(1)上存在有与其中一机械臂固定连接的第一法兰部(12)，所述第二关节臂(2)上存在有与另一机械臂固定连接的第二法兰部(22)，所述第一关节臂(1)和/或所述第二关节臂(2)能转动至以下状态：

所述第一法兰部(12)的中心和所述第二法兰部(22)的中心所在直线与所述第一传动轴(31)和所述第二传动轴(32)所在的平面相垂直。

4.根据权利要求1所述的关节结构，其特征在于，所述第一传动轴(31)和所述第二传动轴(32)均传动连接有驱动装置，所述驱动装置用于带动所述第一传动轴(31)和所述第二传动轴(32)分别绕自身轴线转动。

5.根据权利要求4所述的关节结构，其特征在于，所述驱动装置包括第一驱动装置，所述关节结构还包括有第一主动齿轮(41)，所述第一传动轴(31)的背离所述第二传动轴(32)的端部连接有第一从动齿轮(42)，其中：

所述第一驱动装置与所述第一主动齿轮(41)驱动连接，所述第一主动齿轮(41)与所述第一从动齿轮(42)相啮合，所述第一驱动装置转动时能通过所述第一主动齿轮(41)与所述第一从动齿轮(42)的配合结构带动所述第一传动轴(31)转动。

6.根据权利要求5所述的关节结构，其特征在于，所述第一关节臂(1)包括第一容纳部(11)和与其中一机械臂固定连接的第一法兰部(12)，其中：

所述第一容纳部(11)与所述第一法兰部(12)固定连接，且两者之间相互垂直设置，所述第一容纳部(11)内为腔体结构，所述第一主动齿轮(41)和所述第一从动齿轮(42)均转动连接于所述第一容纳部(11)内。

7.根据权利要求4所述的关节结构，其特征在于，所述驱动装置包括第二驱动装置，所述关节结构还包括有第二主动齿轮(51)，所述第二传动轴(32)的背离所述第一传动轴(31)的端部连接有第二从动齿轮(52)，其中：

所述第二驱动装置与所述第二主动齿轮(51)驱动连接，所述第二主动齿轮(51)与所述第二从动齿轮(52)相啮合，所述第二驱动装置转动时能通过所述第二主动齿轮(51)与所述第二从动齿轮(52)的配合结构带动所述第二传动轴(32)转动。

8.根据权利要求7所述的关节结构，其特征在于，所述第二关节臂(2)包括第二容纳部(21)和与另一机械臂固定连接的第二法兰部(22)，其中：

所述第二容纳部(21)与所述第二法兰部(22)固定连接，且两者之间相互垂直设置，所述第二容纳部(21)内为腔体结构，所述第二主动齿轮(51)和所述第二从动齿轮(52)均转动连接于所述第二容纳部(21)内。

9.根据权利要求1或2所述的关节结构，其特征在于，所述第一传动轴(31)与所述第二传动轴(32)之间设置有刚性连接结构(33)，所述第一传动轴(31)的背离所述第一关节臂(1)的端部、所述第二传动轴(32)的背离所述第二关节臂(2)的端部均与同一所述刚性连接结构(33)固定连接。

10.一种机械臂组件，其特征在于，包括至少两个机械臂和权利要求1-9任一所述的关节结构，所述第一关节臂(1)与其中一所述机械臂连接，所述第二关节臂(2)与另一所述关节臂连接。

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