CN218984860U - 关节单元及机械臂 - Google Patents

Abstract

关节单元包括，机壳、主轴、电机组件和谐波减速器。机壳包括腔体。腔体在机壳上形成腔口。主轴延其轴线可转动的设置于腔体中且一端位于腔口。电机组件的定子固定于腔体内且绕主轴的外周向设置。定子能够驱动转子绕主轴的外周向转动。谐波减速器包括波发生器、钢轮和柔轮。本实用新型中关节单元整体结构紧凑、体积小且重量小，结构强度高，结构简单，成本低廉。同时可有效保证主轴和柔轮之间的连接强度且法兰便于外部结构连接。

Description

关节单元及机械臂

技术领域

本实用新型涉及关节单元，其可以用于机器人、自动加工装置、加工系统、工业生产和加工领域，其可以为机械臂、加工臂或关节提供动力，以满足机械臂的驱动要求。本实用新型还涉及具有上述关节单元的机械臂。

背景技术

机器人关节模组多采用独立的谐波减速器减速，由于谐波减速器独立于机器人关节件，其整体结构复杂、不够简化且体积和重量大，结构强度低，无法保证长期且稳定的使用，制造成本高，不利于批量生产，因此现有结构不适用于机械臂的应用场合。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种关节单元，其整体结构紧凑、体积小且重量小，可有效提升机器人关节模组的结构强度，且结构简单，成本低廉。

本实用新型的另目的是提供一种机械臂，其结构强度高，利于装配、结构简单且便于应用。

本实用新型的一个方面，提供了关节单元，包括，机壳、主轴、电机组件、谐波减速器。其中，机壳包括腔体。腔体在机壳上形成腔口。主轴延其轴线可转动的设置于腔体中且一端位于腔口。

电机组件设置于腔体中。电机组件中的转子能够输出绕主轴转动的转矩。

谐波减速器包括，波发生器、钢轮和柔轮。波发生器连接于转子且随转子绕主轴的外周向转动。钢轮固定于腔体且同轴于主轴装配且具有朝向主轴的内驱孔。内驱孔的内壁绕其轴心设置啮合齿。柔轮固定连接于主轴且外部面均布轮齿。柔轮同轴装配于波发生器的外周向且能够在波发生器的带动下，使其同一径向两端的轮齿能够与啮合齿啮合，以使柔轮转速低于波发生器的转速。

输出法兰通过其法兰孔装配主轴位于腔口的一端。输出法兰朝向腔体的一端连接柔轮。

本实用新型关节组件的另一种实施方式中，输出法兰形成法兰孔的一端包括外法兰面。外法兰面的延伸方向平行于主轴的轴线。外法兰面与腔体相对的腔壁上间隔开设多个与轴承外圈宽度相应的外轴承槽。外法兰面通过球轴承装配于腔体内。球轴承的外圈固定于外轴承槽中，两个球轴承沿外法兰面的延伸方向设置。

本实用新型关节组件的又一种实施方式中，还包括，套轴，其固定连接于波发生器。套轴与主轴同轴设置且设置于主轴的径向。套轴的外周向连接转子，以使波发生器通过套轴连接于转子。

主轴与套轴间通过第一滚动连接件可转动连接，以使套轴能够沿主轴的外周向面转动。主轴远离腔口的一端与机壳通过第二滚动连接件连接。

本实用新型关节组件的再一种实施方式中，还包括，制动板、电磁件、限位销和弹性件。制动板具有回转轴线且回转轴线垂直于制动板的板面。绕回转轴线在制动板的板面上开设多个制动缺口。制动板与套轴同轴设置。电磁件固定于机壳。

限位销沿滑动方向可滑动的设置于机壳。滑动方向垂直于制动板的板面且能够位于制动缺口的位置上。限位销与电磁件根据设定间距设置且能够在电磁件通电时从制动位置移动初始位置。当限位销位于制动位置时，限位销遮挡于制动缺口中，以使制动板所连接的套轴制动。弹性件连接于限位销，且向限位销持续施加使其位于制动位置的弹性力。

本实用新型关节组件的再一种实施方式中，电磁件具有延伸方向且沿延伸方向开设内孔。限位销的一端可滑动的设置于内孔中。关节单元还包括：端盖，其覆盖于背离制动板一端的内孔上。沿限位销的延伸方向在限位销上形成弹簧孔。弹簧孔的孔口朝向电磁件的设置方向。弹性件的一端设置于弹簧孔中，弹性件的另一端连接于端盖上。

本实用新型关节组件的再一种实施方式中，还包括光电编码器。光电编码器包括：码盘和解码件。码盘同轴装配于套轴且在盘面上形成光栅孔。解码件设置于主轴且具有能够位于光栅孔延伸方向上的光敏读头。解码件能够通过光敏读头所读取的光栅孔的数量信息获取其转子的转角信息。

本实用新型关节组件的再一种实施方式中，关节单元还包括：磁编码盘和磁读头。磁编码盘外周向均匀设置磁感应件。磁编码盘固定于外法兰面且位于两个球轴承之间。磁读头固定于腔体的内壁且位于朝向磁编码盘外周向的方向上且能够采集磁编码盘的转动角度信息。

本实用新型关节组件的再一种实施方式中，电机组件包括：定子、转子和电机驱动件。定子固定于腔体内且绕主轴的外周向设置。转子位于定子与主轴之间且与定子同轴设置。定子能够驱动转子绕主轴的外周向转动。电机驱动件能驱动转子转动。

本实用新型关节组件的再一种实施方式中，还包括，总控板。总控板设置于内凹腔内且具有一个总控制器。总控制器具有输入端和输出端。

输出端连接电磁件的驱动端，且能够在设定条件下驱动电磁件的驱动端失电，以使限位销位于制动位置。和/或输出端连接解码件的驱动端，以使解码件获取转子的转角信息。输入端连接解码件的采集端且能够从解码件的采集端得到转子的转角信息。

和/或输出端连接磁读头的驱动端，以使磁读头获取磁编码盘的转动角度信息。输入端连接磁读头的采集端且能够从磁读头的采集端得到磁编码盘的转动角度信息。输出端连接电机驱动件的驱动端，且能够在获取到电机驱动信息时向电机驱动件的驱动端输出电机驱动信息，以使电机的转子转动。

本实用新型的另一个方面，还提供了一种机械臂。机械臂包括，关节件和本实用新型中的关节单元。关节单元连接于关节件的主轴。

附图说明

图1是用于说明关节单元的结构示意图。

图2是用于说明关节单元一个局部结构的示意图。

图3是用于说明关节单元中限位销局部结构处于初始位置时的结构示意图。

图3a是用于说明关节单元中限位销局部结构处于制动位置时的结构示意图。

图4是用于说明关节单元中制动片部分的结构示意图。

图5是用于说明关节单元在另一实施方式中的结构示意图。

图6是用于说明关节单元中部分结构的仰视结构示意图。

具体实施方式

为了对实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本示例性实施方式相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构及真实比例。

本实用新型的一个方面，如图1所示，提供了关节单元，包括，机壳10、主轴20、电机组件、谐波减速器。其中，机壳10包括腔体11。腔体11在机壳10上形成腔口12。主轴20延其轴线21可转动的设置于腔体11中且一端位于腔口12。

如图1所示，电机组件设置于腔体11中。电机组件中的转子32能够输出绕主轴20转动的转矩。

如图1、图2所示，谐波减速器包括，波发生器41、钢轮42和柔轮43。波发生器41连接于转子32且随转子32绕主轴20的外周向转动。钢轮42固定于腔体11且同轴于主轴20装配且具有朝向主轴20的内驱孔44。内驱孔44的内壁绕其轴心设置啮合齿。柔轮43固定连接于主轴20且外部面均布轮齿。柔轮43同轴装配于波发生器41的外周向且能够在波发生器41的带动下，使其同一径向两端的轮齿能够与啮合齿啮合，以使柔轮43转速低于波发生器41的转速。

如图1、图2所示，输出法兰24通过其法兰孔装配于主轴20位于腔口12的一端。输出法兰24朝向腔体11的一端连接柔轮43，以使柔轮43通过输出法兰24固定连接于主轴20。

从而，本实用新型的关节单元其将电机定转子和谐波减速器集成于腔体中，通过转子带动波发生器转动且柔轮通过主轴输出降速后转矩。通过输出法兰在机壳内部支撑柔轮和主轴。其结构紧凑、体积小、重量轻且集成性高，解决现有关节件整体结构松散、体积、重量大且结构强度低的问题。同时可有效保证主轴和柔轮之间的连接强度且法兰便于外部结构连接。

如图5所示，本实用新型关节组件的再一种实施方式中，输出法兰24形成法兰孔的一端包括外法兰面27。外法兰面27的延伸方向平行于主轴20的轴线。外法兰面27与腔体11相对的腔壁上间隔开设多个与轴承外圈宽度相应的外轴承槽16。外法兰面27通过球轴承装配于腔体11内。

如图5所示，球轴承的外圈固定于外轴承槽16中，两个球轴承沿外法兰面27的延伸方向设置。其球轴承可优选深沟球轴承，从而一方面便于轴承本身的固定。另一方面，便于轴承的装配。外法兰面27通过两个球轴承25、26装配于腔体11内。两个球轴承沿外法兰面27的延伸方向设置。从而可更好的固定法兰，使主轴的转动更平稳。

如图1所示，本实用新型关节组件的又一种实施方式中，还包括，套轴21，其固定连接于波发生器41。套轴21与主轴20同轴设置且设置于主轴20的径向。套轴21的外周向连接转子32，以使波发生器41通过套轴21连接于转子32。从而使转子传动给波发生器的转矩更为平稳。转子输出的连接的套轴21和主轴20同轴设置，且主轴位于套轴21内部，在保证主轴的传动强度的同时结构紧凑。

如图1所示，主轴20与套轴21间通过第一滚动连接件22可转动连接，以使套轴21能够沿主轴20的外周向面转动。第一滚动连接件22可以沿主轴20的延伸方向设置于主轴20的两端，即设置为两个，以使对主轴20的支撑更为平稳。当主轴20的轴向长度较长时，根据实际的支撑需求，其第一滚动连接件22可以设置为多个。

主轴20远离腔口12的一端与机壳10通过第二滚动连接件23连接。从而保证主轴20的支撑强度。

如图3、如图3a所示，本实用新型关节组件的再一种实施方式中，还包括，制动板51、电磁件52、限位销53和弹性件54。制动板51具有回转轴线且回转轴线垂直于制动板51的板面。绕回转轴线在制动板51的板面上开设多个制动缺口55。制动板51与套轴21同轴设置。电磁件52固定于机壳10。

如图3、如图3a、如图4所示，限位销53沿滑动方向A1可滑动的设置于机壳10。滑动方向A1垂直于制动板51的板面且能够位于制动缺口55的位置上。限位销53与电磁件52根据设定间距设置且能够在电磁件52通电时从制动位置移动初始位置(如图3所示)。当限位销53位于制动位置时(如图3a所示)，限位销53遮挡于制动缺口55中，以使制动板51所连接的套轴制动。弹性件54连接于限位销53，且向限位销53持续施加使其位于制动位置的弹性力。从而通过制动板制动套轴，以对套轴起到制动作用，控制关节单元的输出转矩。

如图3、4所示，本实用新型关节组件的再一种实施方式中，电磁件52具有延伸方向且沿延伸方向开设内孔56。限位销53的一端可滑动的设置于内孔56中。

如图3、4所示，关节单元还包括：端盖13，其覆盖于背离制动板51一端的内孔56上。沿限位销53的延伸方向在限位销53上形成弹簧孔。弹簧孔的孔口朝向电磁件52的设置方向。弹性件54的一端设置于弹簧孔中，弹性件54的另一端连接于端盖13上。从而便于通过端盖对制动件更换同时节约其腔体内的空间。

如图5所示，本实用新型关节组件的再一种实施方式中，还包括光电编码器。光电编码器包括：码盘61和解码件62。码盘61同轴装配于套轴21且在盘面上形成光栅孔。解码件62设置于主轴20且具有能够位于光栅孔延伸方向上的光敏读头。解码件62能够通过光敏读头所读取的光栅孔的数量信息获取其转子32的转角信息。从而可获取套轴21，即转子的转速。

如图5所示，关节单元还包括：磁编码盘71和磁读头72。磁编码盘71外周向均匀设置磁感应件。磁编码盘71固定于外法兰面27且位于两个球轴承之间。磁读头72固定于腔体11的内壁且位于朝向磁编码盘71外周向的方向上且能够采集磁编码盘71的转动角度信息。在磁编码盘71的外周向面上均匀布置多个磁性件或区域，当法兰24在主轴的带动下转动时，磁编码盘71随之转动，其磁读头72感应磁编码盘71外圆周上的磁性件或区域，从而获取主轴的转动角度即速度。

如图1所示，本实用新型关节组件的再一种实施方式中，机壳10具有机壳延伸方向B1。腔体11沿机壳延伸方向B1设置。机壳10在其机壳延伸方向B1上具有第一端14和第二端15。第一端14开设腔口12。

如图5所示，关节单元还包括，外封盖81，其具有内凹腔82。外封盖81能覆盖于第二端15且内凹腔82能朝向第二端15。

在本实用新型的一种实施方式中，电机组件包括：定子31、转子32和电机驱动件。定子31固定于腔体11内且绕主轴20的外周向设置。转子32位于定子31与主轴20之间且与定子31同轴设置。定子31能够驱动转子32绕主轴20的外周向转动。电机驱动件能驱动转子32转动。从而使整体结构更为紧凑。

如图5所示，本实用新型关节组件的再一种实施方式中，还包括，总控板91。总控板91设置于内凹腔82内且具有一个总控制器。总控制器具有输入端和输出端。

输出端连接电磁件52的驱动端，且能够在设定条件下驱动电磁件52的驱动端失电，以使限位销53位于制动位置。和/或输出端连接解码件62的驱动端，以使解码件62获取转子32的转角信息。输入端连接解码件62的采集端且能够从解码件62的采集端得到转子32的转角信息。

和/或输出端连接磁读头72的驱动端，以使磁读头72获取磁编码盘71的转动角度信息。输入端连接磁读头72的采集端且能够从磁读头72的采集端得到磁编码盘71的转动角度信息。输出端连接电机驱动件的驱动端，且能够在获取到电机驱动信息时向电机驱动件的驱动端输出电机驱动信息，以使电机的转子32转动。

如图6所示，本实用新型的另一个方面，还提供了一种机械臂。机械臂包括，关节件92和本实用新型中的关节单元93。关节单元93通过法兰24连接于关节件的主轴20。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施方式描述的，但并非每个实施方式仅包含独立的技术方案，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整体，各实施方式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。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.关节单元，其特征在于包括，

机壳，其包括腔体；所述腔体在所述机壳上形成腔口；

主轴，所述主轴延其轴线可转动的设置于所述腔体中且一端位于所述腔口；

电机组件，其设置于所述腔体中；所述电机组件中的转子能够输出绕所述主轴转动的转矩；谐波减速器，其包括：

波发生器，其连接于所述转子且随所述转子绕所述主轴的外周向转动；

钢轮，其固定于所述腔体且同轴于所述主轴装配且具有朝向所述主轴的内驱孔；所述内驱孔的内壁绕其轴心设置啮合齿；和

柔轮，所述柔轮固定连接于所述主轴且外部面均布轮齿；所述柔轮同轴装配于所述波发生器的外周向且能够在所述波发生器的带动下，使其同一径向两端的轮齿能够与所述啮合齿啮合，以使所述柔轮转速低于所述波发生器的转速；

输出法兰，所述输出法兰通过其法兰孔装配所述主轴位于所述腔口的一端；所述输出法兰朝向所述腔体的一端连接所述柔轮。

2.如权利要求1所述的关节单元，其中，

所述输出法兰形成所述法兰孔的一端包括外法兰面；所述外法兰面的延伸方向平行于所述主轴的轴线；所述外法兰面与所述腔体相对的腔壁上间隔开设多个与轴承外圈宽度相应的外轴承槽；

所述外法兰面通过球轴承装配于所述腔体内；所述球轴承的外圈固定于所述外轴承槽中，所述两个球轴承沿所述外法兰面的延伸方向设置。

3.如权利要求2所述的关节单元，其中还包括，

套轴，其固定连接于所述波发生器；所述套轴与所述主轴同轴设置且设置于所述主轴的径向；所述套轴的外周向连接所述转子，以使所述波发生器通过所述套轴连接于所述转子；

所述主轴与所述套轴间通过第一滚动连接件可转动连接，以使所述套轴能够沿所述主轴的外周向面转动；

所述主轴远离所述腔口的一端与所述机壳通过第二滚动连接件连接。

4.如权利要求3所述的关节单元，其中还包括，

制动板，其具有回转轴线且所述回转轴线垂直于所述制动板的板面；绕所述回转轴线在所述制动板的板面上开设多个制动缺口；所述制动板与所述套轴同轴设置；

电磁件，其固定于所述机壳；

限位销，其沿滑动方向可滑动的设置于所述机壳；所述滑动方向垂直于所述制动板的板面且能够位于所述制动缺口的位置上；所述限位销与所述电磁件根据设定间距设置且能够在所述电磁件通电时从制动位置移动初始位置；当所述限位销位于所述制动位置时，所述限位销遮挡于所述制动缺口中，以使所述制动板所连接的套轴制动；

弹性件，其连接于所述限位销，且向所述限位销持续施加使其位于所述制动位置的弹性力。

5.如权利要求4所述的关节单元，其中，电磁件具有延伸方向且沿所述延伸方向开设内孔；所述限位销的一端可滑动的设置于所述内孔中；

所述关节单元，还包括：端盖，其覆盖于背离所述制动板一端的内孔上；

沿所述限位销的延伸方向在所述限位销上形成弹簧孔；所述弹簧孔的孔口朝向所述电磁件的设置方向；所述弹性件的一端设置于所述弹簧孔中，所述弹性件的另一端连接于所述端盖上。

6.如权利要求4所述的关节单元，其中还包括，

光电编码器，其包括：

码盘，其同轴装配于所述套轴且在盘面上形成光栅孔；和

解码件，其设置于所述主轴且具有能够位于所述光栅孔延伸方向上的光敏读头；所述解码件能够通过所述光敏读头所读取的所述光栅孔的数量信息获取其所述转子的转角信息。

7.如权利要求6所述的关节单元，其中，其还包括：

磁编码盘，其外周向均匀设置磁感应件；所述磁编码盘固定于所述外法兰面且位于所述两个球轴承之间；和

磁读头，其固定于所述腔体的内壁且位于朝向所述磁编码盘外周向的方向上且能够采集所述磁编码盘的转动角度信息。

8.如权利要求7所述的关节单元，其中，所述电机组件包括，

定子，其固定于所述腔体内且绕所述主轴的外周向设置；和

所述转子，其位于所述定子与所述主轴之间且与所述定子同轴设置；所述定子能够驱动所述输出绕所述主轴转动的转矩；

电机驱动件，其连接于所述定子且能够通过所述定子驱动所述转子转动。

9.如权利要求8所述的关节单元，其中还包括，

总控板，设置于内凹腔内且具有一个总控制器；所述总控制器具有输入端和输出端；

所述输出端连接所述电磁件的驱动端，且能够在设定条件下驱动所述电磁件的驱动端失电，以使所述限位销位于所述制动位置；和/或

所述输出端连接所述解码件的驱动端，以使所述解码件获取所述转子的转角信息；所述输入端连接所述解码件的采集端且能够从所述解码件的采集端得到所述转子的转角信息；和/或

所述输出端连接所述磁读头的驱动端，以使所述磁读头获取所述磁编码盘的转动角度信息；所述输入端连接所述磁读头的采集端且能够从所述磁读头的采集端得到所述磁编码盘的转动角度信息；

所述输出端连接所述电机驱动件的驱动端，且能够在获取到电机驱动信息时向所述电机驱动件的驱动端输出电机驱动信息，以使所述电机的转子转动。

10.一种机械臂，其特征在于，其包括，

关节件；和

包括如权利要求1至9中任一项所述的关节单元；所述关节单元连接于所述关节件的主轴。

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