CN218670486U - 一种机械臂关节及具有其的机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种机械臂关节及具有其的机器人，涉及机器人技术领域，为解决现有机械臂关节尺寸和质量较大的问题而设计。该机械臂关节包括谐波减速器、转轴和第一滚动轴承，转轴穿设谐波减速器，其中，谐波减速器的波发生器与转轴转动连接，谐波减速器的柔轮与转轴固定连接，谐波减速器的刚轮与第一滚动轴承的轴承外圈固定连接，第一滚动轴承的轴承内圈与转轴固定连接。本实用新型能够有效减少机械臂关节的尺寸和质量。

Description

一种机械臂关节及具有其的机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种机械臂关节及具有其的机器人。

背景技术

机器人的机械臂通常设置有机械臂关节，谐波减速器以其承载能力高、传动比大、体积小、传动平稳等特点，被广泛应用在机械臂关节中。因此，谐波减速器的选择是机械臂关节设计中的一个重点。

目前，一种较为常用的方案是，使用标准的组合式谐波减速器，将其直接安装在机械臂关节的内部，该方案可以减小生产工作量，但是，需要根据标准谐波减速器的接口选择或设计其他结构，致使整个机械臂关节的尺寸与质量会因谐波减速器的限制而过大。

实用新型内容

本实用新型的第一个目的在于提供一种机械臂关节，以解决现有机械臂关节尺寸和质量较大的技术问题。

本实用新型提供的机械臂关节，包括谐波减速器、转轴和第一滚动轴承，所述转轴穿设所述谐波减速器，其中，所述谐波减速器的波发生器与所述转轴转动连接，所述谐波减速器的柔轮与所述转轴固定连接，所述谐波减速器的刚轮与所述第一滚动轴承的轴承外圈固定连接，所述第一滚动轴承的轴承内圈与所述转轴固定连接。

进一步地，所述机械臂关节还包括力矩传感器，所述力矩传感器设置在所述转轴的输出端，所述转轴、所述柔轮、所述力矩传感器和所述轴承内圈四者固定连接。

进一步地，所述力矩传感器开设有中心孔，所述转轴的外周设置有连接凸缘，所述柔轮的非啮合部夹设于所述力矩传感器与所述连接凸缘之间；所述机械臂关节还包括第一螺栓，所述力矩传感器开设有第一通孔，所述柔轮的非啮合部开设有与所述第一通孔相对的固定通孔，所述连接凸缘开设有与所述固定通孔相对的第一螺孔，所述第一螺栓依次穿过所述第一通孔、所述固定通孔，并旋接于所述第一螺孔。

进一步地，所述机械臂关节还包括第二螺栓，所述力矩传感器还开设有第二通孔，所述轴承内圈的端面开设有与所述第二通孔相对的第二螺孔，所述第二螺栓穿过所述第二通孔并旋接于所述第二螺孔。

进一步地，所述第二通孔的数量为多个，多个所述第二通孔沿所述中心孔的周向分散排布，所述第二螺栓的数量与所述第二通孔的数量相同，多个所述第二螺栓分别一一对应地穿过多个所述第二通孔并旋接于相应的所述第二螺孔。

进一步地，所述轴承外圈与所述轴承内圈之间设置有油封，所述油封位于所述第一滚动轴承朝向所述力矩传感器的端面。

进一步地，所述第一滚动轴承为交叉滚子轴承。

进一步地，所述转轴为中空轴。

进一步地，所述波发生器通过第二滚动轴承与所述转轴转动连接。

本实用新型机械臂关节带来的有益效果是：

通过设置主要由谐波减速器、转轴和第一滚动轴承组成的机械臂关节，当需要该机械臂关节的转轴输出动力时，可以使波发生器转动，在波发生器转动的过程中，使柔轮的变形不断改变，以使柔轮与刚轮的啮合状态不断改变。由于刚轮与第一滚动轴承的轴承外圈固定设置，故波发生器工作将带动柔轮转动，从而将转动作用力经力矩传感器输出，而转轴又与第一滚动轴承的轴承内圈固定连接，故在转轴输出转动力的同时，第一滚动轴承的内圈将相对于其轴承外圈转动，实现轴承内圈与轴承外圈之间的转动分离。

该机械臂关节通过将谐波减速器的刚轮设置为与第一滚动轴承的轴承外圈固定连接，而使第一滚动轴承的轴承内圈更加靠近位于中间位置的转轴，利用机械臂关节的多余内部空间对第一滚动轴承进行容纳，即：利用第一滚动轴承填充谐波减速器周围空间，一方面，使得第一滚动轴承的径向尺寸减小，而且，由于第一滚动轴承的尺寸减小，使得其重量也相应减少，从而达到减小机械臂关节尺寸和质量的目的，另一方面，通过对机械臂关节多余内部空间进行合理利用，还便于润滑脂在机械臂关节内部进行循环，提升了润滑脂的循环效果，保证了机械臂关节的使用寿命。

本实用新型的第二个目的在于提供一种机器人，以解决现有机械臂关节尺寸和质量较大的技术问题。

本实用新型提供的机器人，包括上述机械臂关节。

本实用新型机器人带来的有益效果是：

通过在机器人中设置上述机械臂关节，相应地，该机器人具有上述机械臂关节的所有优势，在此不再一一赘述。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的机械臂关节的局部结构剖视图；

图2为本实用新型实施例提供的机械臂关节的局部结构剖视图。

附图标记说明：

100’-谐波减速器；110’-波发生器；120’-柔轮；130’-刚轮；200’-转轴；300’-滚动轴承；310’-轴承外圈；320’-轴承内圈；

100-谐波减速器；200-转轴；300-第一滚动轴承；400-力矩传感器；500-第二滚动轴承；

110-波发生器；120-柔轮；121-非啮合部；130-刚轮；

210-连接凸缘；

310-轴承外圈；320-轴承内圈；330-油封；

510-第一螺栓；520-第二螺栓。

具体实施方式

图1为现有技术提供的机械臂关节的局部结构剖视图。如图1所示，这种机械臂关节包括谐波减速器100’、转轴200’和滚动轴承300’，具体地，谐波减速器100’的刚轮130’固定安装在滚动轴承300’的轴承内圈320’；谐波减速器100’的柔轮120’与转轴200’固定连接，且转轴200’还与滚动轴承300’的轴承外圈310’固定连接；谐波减速器100’的波发生器110’与转轴200’转动连接。当谐波减速器100’的波发生器110’转动时，将使柔轮120’的变形不断改变，以使柔轮120’与刚轮130’的啮合状态不断改变，由于刚轮130’为固定设置，故波发生器110’工作将带动柔轮120’转动，从而将转动作用力经力矩传感器输出，同时使滚动轴承300’的轴承外圈310’产生相对于其内圈的转动。

这种机械臂关节虽然能够实现机械臂关节的旋转动力输出，但是，滚动轴承300’的外径尺寸较大，导致整个机械臂关节的径向尺寸增大，重量增加。而且，这种谐波组合方案还会使机械臂关节内部的空间增大，不利于润滑脂循环，进而对减速器寿命带来不利影响。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图2为本实施例提供的机械臂关节的局部结构剖视图。如图2所示，本实施例提供了一种机械臂关节，包括谐波减速器100、转轴200和第一滚动轴承300，具体地，转轴200穿设谐波减速器100，谐波减速器100的波发生器110与转轴200转动连接，谐波减速器100的柔轮120与转轴200固定连接，谐波减速器100的刚轮130与第一滚动轴承300的轴承外圈310固定连接，第一滚动轴承300的轴承内圈320与转轴200固定连接。

当需要该机械臂关节的力矩传感器400输出动力时，可以使波发生器110转动，在波发生器110转动的过程中，使柔轮120的变形不断改变，以使柔轮120与刚轮130的啮合状态不断改变。由于刚轮130与第一滚动轴承300的轴承外圈310固定设置，故波发生器110工作将带动柔轮120转动，从而将转动作用力经力矩传感器400输出，而转轴200又与第一滚动轴承300的轴承内圈320固定连接，故在输出转动力的同时，第一滚动轴承300的内圈将相对于其轴承外圈310转动，实现轴承内圈320与轴承外圈310之间的转动分离。

该机械臂关节通过将谐波减速器100的刚轮130设置为与第一滚动轴承300的轴承外圈310固定连接，而使第一滚动轴承300的轴承内圈320更加靠近位于中间位置的转轴200，利用机械臂关节的多余内部空间对第一滚动轴承300进行容纳，即：利用第一滚动轴承300填充谐波减速器100周围空间，一方面，使得第一滚动轴承300的径向尺寸减小，而且，由于第一滚动轴承300的尺寸减小，使得其重量也相应减少，从而达到减小机械臂关节尺寸和质量的目的，另一方面，通过对机械臂关节多余内部空间进行合理利用，还便于润滑脂在机械臂关节内部进行循环，提升了润滑脂的循环效果，保证了机械臂关节的使用寿命。

本实施例中，第一滚动轴承300为交叉滚子轴承。该设置使得第一滚动轴承300能够承受较大的轴向和径向负荷，使得本实施例机械臂关节具有较好的轴向和径向负载能力，另外，还能够大幅节省安装空间，能够进一步减小机械臂关节的尺寸。

请继续参照图2，本实施例中，该机械臂关节还可以包括力矩传感器400，具体地，力矩传感器400设置在转轴200的输出端，转轴200、柔轮120、力矩传感器400和轴承内圈320四者固定连接。

通过设置上述力矩传感器400，能够实现对输出力矩的实时检测，以便在机械臂关节承受较大转矩时进行提醒。

请继续参照图2，本实施例中，力矩传感器400开设有中心孔，转轴200的外周设置有连接凸缘210，柔轮120的非啮合部121夹设于力矩传感器400与连接凸缘210之间；机械臂关节还包括第一螺栓510，力矩传感器400开设有第一通孔，柔轮120的非啮合部121开设有与第一通孔相对的固定通孔，连接凸缘210开设有与固定通孔相对的第一螺孔，第一螺栓510依次穿过第一通孔、固定通孔，并旋接于第一螺孔。

在进行该机械臂关节的装配时，使转轴200穿设在谐波减速器100中，并使柔轮120的非啮合部121与转轴200的连接凸缘210抵接，之后，使转轴200从力矩传感器400的中心孔中穿过，利用力矩传感器400将柔轮120的非啮合部121压抵于连接凸缘210，并将第一螺栓510从力矩传感器400的第一通孔、非啮合部121的固定通孔依次穿过，最终旋拧于第一螺孔中，实现力矩传感器400、柔轮120与转轴200三者的装配连接。

这种对力矩传感器400、柔轮120和转轴200三者进行固定连接的方式，结构简单，成本低廉，连接可靠性高。

本实施例中，力矩传感器400开设有多个第一通孔，多个第一通孔环绕中心孔分散排布，相应地，固定通孔和第一螺孔的数量也均为多个，且位置与第一通孔的位置对应，第一螺栓510的数量同样为多个，多个第一螺栓510分别穿过多个第一通孔及相应的固定通孔，并旋接于相应的第一螺孔。该设置能够增加力矩传感器400、柔轮120和转轴200三者连接的可靠性。

请继续参照图2，本实施例中，机械臂关节还包括第二螺栓520，力矩传感器400还开设有第二通孔，轴承内圈320的端面开设有与第二通孔相对的第二螺孔，第二螺栓520穿过第二通孔并旋接于第二螺孔。

在将力矩传感器400通过其中心孔套设于转轴200后，开设于力矩传感器400的第二通孔将与开设于轴承内圈320的第二螺孔相对，此时，便可使第二螺栓520穿过第二通孔并旋接于第二螺孔，从而实现力矩传感器400与轴承内圈320的固定连接。

这种对力矩传感器400和轴承内圈320进行连接的方式，结构简单，成本低廉，连接可靠性高。

本实施例中，第二通孔的数量为多个，多个第二通孔沿中心孔的周向分散排布，第二螺栓520的数量与第二通孔的数量相同，多个第二螺栓520分别一一对应地穿过多个第二通孔并旋接于相应的第二螺孔。

该设置使得力矩传感器400在多个位置与轴承内圈320固定连接，连接可靠，同时也避免了因其中某一位置的第二螺栓520连接失效而导致力矩传感器400与轴承内圈320松脱的情形。

请继续参照图2，本实施例中，轴承外圈310与轴承内圈320之间设置有油封330，具体地，油封330位于第一滚动轴承300朝向力矩传感器400的端面。

通过将油封330设置于该位置，能够对机械臂关节周围的空间进行合理利用，减少了对机械臂关节内部空间的占用，有利于润滑脂在机械臂关节内部的循环。

请继续参照图2，本实施例中，转轴200为中空轴。

这种转轴200的结构形式，不仅刚度较高，而且，还能够有效降低转轴200的重量，有利于机械臂关节的轻量化设计。

请继续参照图2，本实施例中，波发生器110通过第二滚动轴承500与转轴200转动连接。该设置能够有效实现波发生器110与转轴200的旋转分离，从而使得转轴200顺利输出动力。

本实施例中，第二滚动轴承500为深沟球轴承。

需要说明的是，波发生器110由电机(图中未显示)驱动转动，波发生器110的工作原理以及其如何带动柔轮120转动，均为本领域技术人员可以根据现有技术获得的，本实施例并未对此进行改进，故不再赘述。

此外，本实施例还提供了一种机器人，包括上述机械臂关节。

通过在机器人中设置上述机械臂关节，相应地，该机器人具有上述机械臂关节的所有优势，在此不再一一赘述。

综上所述，本申请通过对谐波减速器100与交叉滚子轴承的组合形式进行改进，在保证机械臂关节性能的前提下，能够尽量减小机械臂关节的尺寸与质量，从而显著提升机械臂关节的性能。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

上述实施例中，诸如“内”、“外”、“侧”等方位的描述，均基于附图所示。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种机械臂关节，其特征在于，包括谐波减速器(100)、转轴(200)和第一滚动轴承(300)，所述转轴(200)穿设所述谐波减速器(100)，其中，所述谐波减速器(100)的波发生器(110)与所述转轴(200)转动连接，所述谐波减速器(100)的柔轮(120)与所述转轴(200)固定连接，所述谐波减速器(100)的刚轮(130)与所述第一滚动轴承(300)的轴承外圈(310)固定连接，所述第一滚动轴承(300)的轴承内圈(320)与所述转轴(200)固定连接。

2.根据权利要求1所述的机械臂关节，其特征在于，所述机械臂关节还包括力矩传感器(400)，所述力矩传感器(400)设置在所述转轴(200)的输出端，所述转轴(200)、所述柔轮(120)、所述力矩传感器(400)和所述轴承内圈(320)四者固定连接。

3.根据权利要求2所述的机械臂关节，其特征在于，所述力矩传感器(400)开设有中心孔，所述转轴(200)的外周设置有连接凸缘(210)，所述柔轮(120)的非啮合部(121)夹设于所述力矩传感器(400)与所述连接凸缘(210)之间；所述机械臂关节还包括第一螺栓(510)，所述力矩传感器(400)开设有第一通孔，所述柔轮(120)的非啮合部(121)开设有与所述第一通孔相对的固定通孔，所述连接凸缘(210)开设有与所述固定通孔相对的第一螺孔，所述第一螺栓(510)依次穿过所述第一通孔、所述固定通孔，并旋接于所述第一螺孔。

4.根据权利要求3所述的机械臂关节，其特征在于，所述机械臂关节还包括第二螺栓(520)，所述力矩传感器(400)还开设有第二通孔，所述轴承内圈(320)的端面开设有与所述第二通孔相对的第二螺孔，所述第二螺栓(520)穿过所述第二通孔并旋接于所述第二螺孔。

5.根据权利要求4所述的机械臂关节，其特征在于，所述第二通孔的数量为多个，多个所述第二通孔沿所述中心孔的周向分散排布，所述第二螺栓(520)的数量与所述第二通孔的数量相同，多个所述第二螺栓(520)分别一一对应地穿过多个所述第二通孔并旋接于相应的所述第二螺孔。

6.根据权利要求2所述的机械臂关节，其特征在于，所述轴承外圈(310)与所述轴承内圈(320)之间设置有油封(330)，所述油封(330)位于所述第一滚动轴承(300)朝向所述力矩传感器(400)的端面。

7.根据权利要求1所述的机械臂关节，其特征在于，所述第一滚动轴承(300)为交叉滚子轴承。

8.根据权利要求1所述的机械臂关节，其特征在于，所述转轴(200)为中空轴。

9.根据权利要求1所述的机械臂关节，其特征在于，所述波发生器(110)通过第二滚动轴承(500)与所述转轴(200)转动连接。

10.一种机器人，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的机械臂关节。

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