CN217967078U - 工业机器人三轴传动机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了工业机器人三轴传动机构，其将工业机器人末端三个伺服电机集成起来，通过齿轮或带轮与三个同心轴将旋转运动传递到机器人末端三个旋转关节，以此形成一个动力模块，便于拆装维护，同时伺服电机远离末端，实现末端轻量化，降低整体成本。其包括：一固定板；三个伺服电机，分别为第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机；第一中心传动轴；第二空心传动轴；以及第三空心传动轴；所述第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机的电机本体均固装于所述固定板，所述第一伺服电机的输出轴端直接或间接连接第一中心传动轴的输入端，所述第一中心传动轴长度方向的末端为输出端，所述第一中心传动轴的输出端设置有输出连接结构。

Description

工业机器人三轴传动机构

技术领域

本实用新型涉及机器人机构的技术领域，具体为工业机器人三轴传动机构，本实用新型还提供了该三轴传动机构的应用。

背景技术

工业机器人的应用目前已经深入到工业生产中的各个行业，成为代替原始人工作业的首选。随着国内核心部件如精密减速器、伺服电机的发展，国产工业机器人已经成为企业的首选，而国产工业机器人的产能也飞速提升。随着工业机器人的不断应用，人们对工业机器人的要求不断提高，轻量化、模块化、低成本便成为其中最迫切的需求。

目前的工业机器人产品多为垂直六轴，伺服电机大多布局在工业机器人旋转轴的附近，这样的话结构相对简单，装配相对容易，设计难度较低。但是这样的布局会使机器人末端重量提升，提高了整体成本；同时，伺服电机位置的后移使线缆增长提高了磨线的风险，提升了机器人故障率；最后，分散布局提高了检修难度，降低了机器人整体防护等级，限制了使用场景。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提供了工业机器人三轴传动机构，其将工业机器人末端三个伺服电机集成起来，通过齿轮或带轮与三个同心轴将旋转运动传递到机器人末端三个旋转关节，以此形成一个动力模块，便于拆装维护，同时伺服电机远离末端，实现末端轻量化，降低整体成本。

工业机器人三轴传动机构，其特征在于，其包括：

一固定板；

三个伺服电机，分别为第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机；

第一中心传动轴；

第二空心传动轴；

以及第三空心传动轴；

所述第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机的电机本体均固装于所述固定板，所述第一伺服电机的输出轴端直接或间接连接第一中心传动轴的输入端，所述第一中心传动轴长度方向的末端为输出端，所述第一中心传动轴的输出端设置有输出连接结构，所述第一中心传动轴的外环周通过轴承环布有所述第二空心传动轴，所述第二空心传动轴的外环周通过轴承环布有所述第三空心传动轴，所述第一中心传动轴、第二空心传动轴、第三空心传动轴同轴设置；

所述第二伺服电机通过动力传动组件将动力传输至所述第二空心传动轴的动力输入端，所述第三伺服电机通过动力传动组件将动力传输至所述第三空心传动轴的动力输入端，所述第二空心传动轴长度方向的末端为输出端，所述第二空心传动轴的输出端设置有输出连接结构；

所述第一中心传动轴、第二空心传动轴、第三空心传动轴的动力输入端为长度方向的同端位置，所述第一中心传动轴、第二空心传动轴、第三空心传动轴的输出端为长度方向的同端位置。

其进一步特征在于：

所述第一中心传动轴为实心轴或空心轴；

所述第一伺服电机的输出轴端直接通过机械连接固定连接所述第一中心传动轴的输入端、形成同轴连接；

所述动力传动组件为齿轮组件或传送带轮组件；

所述输出连接结构为花键槽结构；

其还包括有肘部外壳、臂筒外壳，所述肘部外壳内固设有所述固定板、并设置有电机安装腔，对应的伺服电机设置于所述电机安装腔内，所述肘部外壳的朝向传动轴的一端固接有所述臂筒外壳的轴向内端，所述臂筒外壳环套于所述第三空心转轴的外环周，所述臂筒结构的轴向外端的内环壁通过轴承套装于所述第三空心转轴的外环周对应位置。

一种带有腕部的工业机器人三轴传动机构，其特征在于，其包括：

工业机器人三轴传动机构；

以及腕部机构；

所述腕部机构包括腕部壳体、第一输入端、第二输出端，所述第二输出端垂直于所述第一输入端布置，所述第一输入端内包括有第一输入轴、第二输入轴、第三输入轴，所述第一输入轴、第二输入轴、第三输入轴径向自内而外通过轴承同轴布置，所述第二输出端内包括有第一输出轴、第二输出轴、第三输出轴，所述第一输出轴、第二输出轴、第三输出轴径向自内而外通过轴承同轴布置，所述第一输入轴的输入端连接所述第一中心传动轴的对应的输出连接结构，所述第二输入轴的输入端连接所述第二空心传动轴的对应的输出连接结构，所述第三输入轴的输入端连接所述第三空心传动轴的对应的输出连接结构，所述第一输入轴的输出端通过第一锥齿轮组件啮合连接第一输出轴的输入端，所述第一输出轴的输出端外凸于腕部壳体并设置有传动输出结构，所述第二输入轴的输出端通过第二锥齿轮组件啮合连接第二输出轴的输入端，所述第二输出轴的输出端外凸于腕部壳体并设置有传动输出结构，所述第三输入轴的输出端通过第三锥齿轮组件啮合连接第三输出轴的输入端，所述第三输出轴的输出端固接第一谐波减速器的输入端，所述第一谐波减速器的输出端外接两同轴传动组件的外壳体。

其进一步特征在于：

所述第一输入轴的输入端、第二输入轴的输入端、第三输入轴的输入端均为侧凸的花键轴结构，对应的花键结构插装啮合连接对应的花键槽结构；

所述两同轴传动组件包括两组通过锥齿轮连接的同轴的传动输入轴、传动输出轴，具体为第一传动输入轴、第二传动输入轴、第一传动输出轴、第二传动输出轴，所述第一传动输入轴和第二传动输入轴同轴布置，且第二传动输入轴通过轴承套装于所述第一传动输入轴的外周，所述第一传动输出轴和第二传动输出轴同轴布置，且第二传动输出轴通过轴承套装于所述第一传动输出轴的外周，所述第一传动输入轴垂直于所述第一传动输出轴布置、两者通过锥齿轮啮合连接，所述第二传动输入轴垂直于所述第二传动输出轴布置、两者通过锥齿轮啮合连接，

所述第一传动输出轴的输出端外凸于述两同轴传动组件并设置有传动输出结构，所述第二传动输出轴的输出端固接第二谐波减速器的输入端，所述第二谐波减速器的输出端外接单轴传动组件的外壳体；

所述单轴传动组件内置有互相垂直且通过锥齿轮啮合连接的单轴输入轴、单轴输出轴，所述第一传动输出轴通过传动输出结构连接所述单轴输入轴的输入端，所述单轴输出轴的输出端固接第三谐波减速器的输入端，所述第三谐波减速器的输出端外接机器人末端设备；

所述第一谐波减速器、第二谐波减速器、第三谐波减速器所对应的中心转轴互相垂直布置、形成XYZ三轴坐标系。

一种长臂工业机器人的手臂结构，其特征在于，其包括：

工业机器人三轴传动机构；

以及腕部机构；

以及中间臂筒，所述中间臂筒包括第二臂筒外壳、第一中心连接传动轴、第二连接传动轴、第三连接传动轴；

所述第一中心连接传动轴、第二连接传动轴、第三连接传动轴径向自内而外通过轴承同轴布置，工业机器人三轴传动机构的臂筒外壳的输出端固接所述第二臂筒外壳的输入端面，所述第二臂筒外壳的输出端面固接所述腕部壳体的输入端面，所述第一中心连接传动轴传动连接第一中心传动轴和第一输入轴，所述第二连接传动轴传动连接第二空心传动轴和第二输入轴，所述第三连接传动轴传动连接第三空心传动轴和第三输入轴；

所述中间臂筒确保在机械手臂长度大时，将臂长拆分成至少两部分，使得方便对接工业机器人三轴传动机构和腕部机构，中间臂筒是个模块化的臂筒，可以很便捷的安装到工业机器人的上级小臂从而达到增加整体小臂臂展的作用，同时轻量化、集成化的设计不仅可以减轻整体小臂末端的重量，而且在增长小臂臂展的同时保证各关节的运动，便于拆装维护。

其进一步特征在于：

所述中间臂筒的第一中心连接传动轴、第二连接传动轴、第三连接传动轴的输入端分别设置有侧凸的对应花键轴结构，所述第一中心连接传动轴、第二连接传动轴、第三连接传动轴的输出端分别设置有内凹的花键槽结构；

所述中间臂筒的第二臂筒外壳的长度方向两端分别通过法兰结构固接臂筒外壳的输出端、腕部壳体的输入端面，确保连接稳固可靠。

采用本实用新型后，将工业机器人末端三个伺服电机集成起来，通过齿轮或带轮与三个同轴布置的传动轴将旋转运动传递到机器人末端三个旋转关节，以此形成一个动力模块，其便于拆装维护，同时伺服电机远离机器人末端，实现末端轻量化，降低整体成本。

附图说明

图1为本实用新型的工业机器人三轴传动机构的立体图结构示意图；

图2为图1的剖视图结构示意图；

图3为本实用新型的带有腕部的工业机器人三轴传动机构的爆炸立体图；

图4为图3中腕部机构的剖视图；

图5为本实用新型的长臂工业机器人的手臂结构的爆炸立体图；

图6为图5的中间臂筒的剖视图；

图中序号所对应的名称如下：

工业机器人三轴传动机构100、固定板10、第一伺服电机20、第二伺服电机30、第三伺服电机40、第一中心传动轴50、第二空心传动轴60、以及第三空心传动轴70、臂筒外壳80、肘部外壳90、电机安装腔91、腕部机构 200、腕部壳体201、第一输入端202、第二输出端203、检修盖板204、第一输入轴210、第二输入轴220、第三输入轴230、第一输出轴240、第二输出轴250、第三输出轴260、中间臂筒300、第二臂筒外壳301、第一中心连接传动轴310、第二连接传动轴320、第三连接传动轴330、第一谐波减速器400、两同轴传动组件500、第一传动输入轴510、第二传动输入轴520、第二谐波减速器600、单轴传动组件700、第三谐波减速器800。

具体实施方式

工业机器人三轴传动机构100，见图1-图6，其包括固定板10、第一伺服电机20、第二伺服电机30、第三伺服电机40、第一中心传动轴50、第二空心传动轴60、以及第三空心传动轴70；

第一伺服电机20、第二伺服电机30、第三伺服电机40的电机本体均固装于固定板10，第一伺服电机20的输出轴端直接或间接连接第一中心传动轴 50的输入端，第一中心传动轴50长度方向的末端为输出端，第一中心传动轴 50的输出端设置有输出连接结构，第一中心传动轴50的外环周通过轴承环布有第二空心传动轴60，第二空心传动轴60的外环周通过轴承环布有第三空心传动轴70，第一中心传动轴50、第二空心传动轴60、第三空心传动轴70同轴设置；

第二伺服电机30通过动力传动组件将动力传输至第二空心传动轴60的动力输入端，第三伺服电机40通过动力传动组件将动力传输至第三空心传动轴70的动力输入端，第二空心传动轴60长度方向的末端为输出端，第二空心传动轴60的输出端设置有输出连接结构；第三空心传动轴70长度方向的末端为输出端，第三空心传动轴70的输出端设置有输出连接结构；

第一中心传动轴50、第二空心传动轴60、第三空心传动轴70的动力输入端为长度方向的同端位置，第一中心传动轴50、第二空心传动轴60、第三空心传动轴70的输出端为长度方向的同端位置。

具体实施时，第一中心传动轴50为空心轴，减重设置、节约材料；

第一伺服电机20的输出轴端直接通过机械结构固接第一中心传动轴50 的输入端、形成同轴连接；

动力传动组件为齿轮组件或传送带轮组件；

输出连接结构为花键槽结构；

其还包括有肘部外壳90、臂筒外壳80，肘部外壳90内固设有固定板10、并设置有电机安装腔91，对应的伺服电机设置于电机安装腔91内，肘部外壳 90的朝向传动轴的一端固接有臂筒外壳80的轴向内端，臂筒外壳80环套于第三空心转轴70的外环周，臂筒外壳80的轴向外端的内环壁通过轴承套装于第三空心转轴70的外环周对应位置。

一种带有腕部的工业机器人三轴传动机构，见图1-图4，其包括工业机器人三轴传动机构100、以及腕部机构200；

腕部机构200包括腕部壳体201、第一输入端202、第二输出端203，第二输出端203垂直于第一输入端202布置，第一输入端202内包括有第一输入轴210、第二输入轴220、第三输入轴230，第一输入轴210、第二输入轴 220、第三输入轴230径向自内而外通过轴承同轴布置，第二输出端203内包括有第一输出轴240、第二输出轴250、第三输出轴260，第一输出轴240、第二输出轴250、第三输出轴260径向自内而外通过轴承同轴布置，第一输入轴210的输入端连接第一中心传动轴50的对应的输出连接结构，第二输入轴 220的输入端连接第二空心传动轴60的对应的输出连接结构，第三输入轴230 的输入端连接第三空心传动轴70的对应的输出连接结构，第一输入轴210的输出端通过第一锥齿轮组件啮合连接第一输出轴240的输入端，第一输出轴 240的输出端外凸于腕部壳体201并设置有花键轴，第二输入轴220的输出端通过第二锥齿轮组件啮合连接第二输出轴250的输入端，第二输出轴250的输出端外凸于腕部壳体并设置有花键轴，第三输入轴230的输出端通过第三锥齿轮组件啮合连接第三输出轴260的输入端，第三输出轴260的输出端固接第一谐波减速器400的输入端，第一谐波减速器400的输出端外接两同轴传动组件500的外壳体。

具体实施时，第一输入轴210的输入端、第二输入轴220的输入端、第三输入轴230的输入端均为侧凸的花键轴结构，对应的花键结构插装啮合连接工业机器人三轴传动机构100对应轴的花键槽结构；

两同轴传动组件500包括两组通过锥齿轮连接的同轴的传动输入轴、传动输出轴，具体为第一传动输入轴510、第二传动输入轴520、第一传动输出轴(被遮挡、属于现有成熟传动机构)、第二传动输出轴(被遮挡、属于现有成熟传动机构)，第一传动输入轴510和第二传动输入轴520同轴布置，且第二传动输入轴520通过轴承套装于第一传动输入轴510的外周，第一传动输出轴和第二传动输出轴同轴布置，且第二传动输出轴通过轴承套装于第一传动输出轴的外周，第一传动输入轴510垂直于第一传动输出轴布置、两者通过锥齿轮啮合连接，第二传动输入轴520垂直于第二传动输出轴布置、两者通过锥齿轮啮合连接，

第一传动输出轴的输出端外凸于述两同轴传动组件500并设置有传动输出结构，第二传动输出轴的输出端固接第二谐波减速器600的输入端，第二谐波减速器600的输出端外接单轴传动组件700的外壳体；

单轴传动组件700内置有互相垂直且通过锥齿轮啮合连接的单轴输入轴 (被遮挡、属于现有成熟传动机构)、单轴输出轴(被遮挡、属于现有成熟传动机构)，第一传动输出轴通过传动输出结构连接单轴输入轴的输入端，单轴输出轴的输出端固接第三谐波减速器800的输入端，第三谐波减速器800的输出端外接机器人末端设备；

具体实施时，腕部壳体201、两同轴传动组件500的外壳体、单轴传动组件700的外壳体对应于锥齿轮的传动端面外侧均设置有检修盖板204，检修盖板204方便进行检修和组装作业。

第一谐波减速器400、第二谐波减速器600、第三谐波减速器800所对应的中心转轴互相垂直布置、形成XYZ三轴坐标系。

一种长臂工业机器人的手臂结构，见图1-图6，其包括：工业机器人三轴传动机构100、腕部机构200、以及中间臂筒300；

中间臂筒300包括第二臂筒外壳301、第一中心连接传动轴310、第二连接传动轴320、第三连接传动轴330；

第一中心连接传动轴310、第二连接传动轴320、第三连接传动轴330径向自内而外通过轴承同轴布置，工业机器人三轴传动机构100的臂筒外壳80 的输出端固接第二臂筒外壳301的输入端面，第二臂筒外壳301的输出端面固接腕部壳体201的输入端面，第一中心连接传动轴310传动连接第一中心传动轴50和第一输入轴210，第二连接传动轴320传动连接第二空心传动轴 60和第二输入轴220，第三连接传动轴传动连接第三空心传动轴70和第三输入轴230；

中间臂筒300确保在机械手臂长度大时，将臂长拆分成至少两部分，使得方便对接工业机器人三轴传动机构100和腕部机构200，中间臂筒300是个模块化的臂筒，可以很便捷的安装到工业机器人的上级小臂从而达到增加整体小臂臂展的作用，同时轻量化、集成化的设计不仅可以减轻整体小臂末端的重量，而且在增长小臂臂展的同时保证各关节的运动，便于拆装维护。

具体实施时，中间臂筒300的第一中心连接传动轴310、第二连接传动轴 320、第三连接传动轴330的输入端分别设置有侧凸的对应花键轴结构，第一中心连接传动轴310、第二连接传动轴320、第三连接传动轴330的输出端分别设置有内凹的花键槽结构，中间臂筒300的输入端的对应花键轴结构分别对插于工业机器人三轴传动机构100的对应花键槽结构内，腕部机构200的第一输入轴210的输入端、第二输入轴220的输入端、第三输入轴230的输入端的花键轴结构分别对插于中间臂筒300的输出端的对应轴的花键槽结构内；中间臂筒300的第二臂筒外壳301的长度方向两端分别通过法兰结构固接臂筒外壳80的输出端、腕部壳体201的输入端面，确保连接稳固可靠。

其工作原理如下：将工业机器人末端三个伺服电机集成起来，通过齿轮或带轮与三个同轴布置的传动轴将旋转运动传递到机器人末端三个旋转关节，以此形成一个动力模块，其便于拆装维护，同时伺服电机远离机器人末端，实现末端轻量化，降低整体成本；同时中间臂筒是个模块化的臂筒，可以很便捷的安装到工业机器人的上级小臂从而达到增加整体小臂臂展的作用，同时轻量化、集成化的设计不仅可以减轻整体小臂末端的重量，而且在增长小臂臂展的同时保证各关节的运动，便于拆装维护。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.工业机器人三轴传动机构，其特征在于，其包括：

一固定板；

三个伺服电机，分别为第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机；

第一中心传动轴；

第二空心传动轴；

以及第三空心传动轴；

所述第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机的电机本体均固装于所述固定板，所述第一伺服电机的输出轴端直接或间接连接第一中心传动轴的输入端，所述第一中心传动轴长度方向的末端为输出端，所述第一中心传动轴的输出端设置有输出连接结构，所述第一中心传动轴的外环周通过轴承环布有所述第二空心传动轴，所述第二空心传动轴的外环周通过轴承环布有所述第三空心传动轴，所述第一中心传动轴、第二空心传动轴、第三空心传动轴同轴设置；

所述第二伺服电机通过动力传动组件将动力传输至所述第二空心传动轴的动力输入端，所述第三伺服电机通过动力传动组件将动力传输至所述第三空心传动轴的动力输入端，所述第二空心传动轴长度方向的末端为输出端，所述第二空心传动轴的输出端设置有输出连接结构；

所述第一中心传动轴、第二空心传动轴、第三空心传动轴的动力输入端为长度方向的同端位置，所述第一中心传动轴、第二空心传动轴、第三空心传动轴的输出端为长度方向的同端位置。

2.如权利要求1所述的工业机器人三轴传动机构，其特征在于：所述第一伺服电机的输出轴端直接通过机械连接固定连接所述第一中心传动轴的输入端、形成同轴连接。

3.如权利要求1所述的工业机器人三轴传动机构，其特征在于：所述动力传动组件为齿轮组件或传送带轮组件。

4.如权利要求1所述的工业机器人三轴传动机构，其特征在于：所述输出连接结构为花键槽结构。

5.如权利要求1所述的工业机器人三轴传动机构，其特征在于：其还包括有肘部外壳、臂筒外壳，所述肘部外壳内固设有所述固定板、并设置有电机安装腔，对应的伺服电机设置于所述电机安装腔内，所述肘部外壳的朝向传动轴的一端固接有所述臂筒外壳的轴向内端，所述臂筒外壳环套于所述第三空心转轴的外环周，所述臂筒结构的轴向外端的内环壁通过轴承套装于所述第三空心转轴的外环周对应位置。

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