CN220719322U - 机械臂关节连接结构和机械臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种机械臂关节连接结构和机械臂。其中，机械臂关节连接结构包括：位于第一关节上的第一连接段、位于第二关节上的第二连接段和紧固件。第一连接段和第二连接段上设置有相互配合的花键结构，第一连接段和第二连接段对接时通过花键结构连接；紧固件套设在第一连接段和第二连接段的外周侧，并锁紧第一连接段和第二连接段。本实用新型解决了现有技术中的关节连接结构的结构复杂的问题。

Description

机械臂关节连接结构和机械臂

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连接结构和机械臂。

背景技术

为了便于安装、维修和更换，越来越多的机器人开始采用模块化设计，而机器人关节与关节或关节与臂管的连接结构设计，需要考虑尺寸、连接强度、拆装便捷性和外观等诸多因素。现有技术中关节的连接方式有：葫芦孔连接结构和抱箍式连接结构。对于现有的葫芦孔连接结构和抱箍式连接结构而言，其均存在结构复杂，不易加工，且零部件较多，安装麻烦，且保持架容易损坏，不便于维修和更换等问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种机械臂关节连接结构和机械臂，以解决现有技术中的关节连接结构的结构复杂的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种机械臂关节连接结构，包括：位于第一关节上的第一连接段、位于第二关节上的第二连接段和紧固件。第一连接段和第二连接段上设置有相互配合的花键结构，第一连接段和第二连接段对接时通过花键结构连接；紧固件套设在第一连接段和第二连接段的外周侧，并锁紧第一连接段和第二连接段。

进一步地，花键结构包括凸起和凹部，凸起和凹部中的一者位于第一连接段上，凸起和凹部中的另一者位于第二连接段上，第一连接段和第二连接段对接时，凸起位于凹部内。

进一步地，凸起和凹部均具有相互配合的梯形结构，并且沿凸起伸入凹部的方向，梯形结构的两斜边之间的距离逐渐减小。

进一步地，凸起位于所在连接段的外周侧面处，设置有凹部的连接段具有中空结构，凹部位于中空结构的内周侧面处。

进一步地，凸起和/或凹部为多个，凸起和/或凹部沿所在连接段的周向依次间隔设置。

进一步地，第一连接段和/或第二连接段具有翻边结构，紧固件的内圈具有凹槽，紧固件套设在第一连接段和第二连接段的外周侧时，翻边结构位于凹槽内。

进一步地，第一连接段和第二连接段均具有翻边结构，且翻边结构沿第一连接段或第二连接段的径向延伸。

进一步地，翻边结构沿第一连接段或第二连接段的周向连续设置形成环形结构，凹槽沿紧固件的轴向形成与环形结构相匹配的环槽。

进一步地，紧固件包括第一子部件和第二子部件，第一子部件和第二子部件呈弧形，并且二者拼接形成环形的紧固件。

进一步地，根据本实用新型的另一个方面，提供了一种机械臂，包括前述的机械臂关节连接结构。

应用本实用新型的技术方案，通过在位于第一关节上的第一连接段和位于第二关节上的第二连接段上设置可以相互配合的花键结构，可以实现通过第一连接段和第二连接段上花键结构的配合来连接第一关节和第二关节，然后通过紧固件来实现连接的固定，两个关节的相对位置也被锁定。在这种连接方式下，此种关节连接结构可以实现在两个关节之间建立运动学和动力学上的相关关系，具体而言，两个关节之间可以实现扭矩的传递等。本实施例提供的这种关节连接结构使用了简单的花键连接作为连接结构，相对于现有技术，省去了保持架，在实现预期连接效果的同时减少了复杂的机械结构的使用，降低了关节连接结构的复杂度，便于安装、维修或更换，在降低了制造成本的同时，减少了关节连接结构的期望故障率。同时关节的密闭性更好，具有更好的防护效果。

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机械臂关节连接结构的爆炸图；

图2示出了图1中的机械臂关节连接结构另一个视角的结构示意图；

图3示出了图1中的机械臂关节连接结构在第一关节和第二关节对接后第一关节与紧固件配合的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、第一连接段；11、翻边结构；20、第二连接段；30、紧固件；31、凹槽；32、第一子部件；33、第二子部件；41、凸起；42、凹部。

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。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本实用新型。

为了解决现有技术中的关节连接结构的结构复杂的问题，本实用新型提供了一种机械臂关节连接结构和机械臂。其中，机械臂具有下述的机械臂关节连接结构。

如图1至图3所示的一种机械臂关节连接结构，包括：位于第一关节上的第一连接段10、位于第二关节上的第二连接段20和紧固件30。第一连接段10和第二连接段20上设置有相互配合的花键结构，第一连接段10和第二连接段20对接时通过花键结构连接；紧固件30套设在第一连接段10和第二连接段20的外周侧，并锁紧第一连接段10和第二连接段20。

在本实施例中，通过在位于第一关节上的第一连接段10和位于第二关节上的第二连接段20上设置可以相互配合的花键结构，可以实现通过第一连接段10和第二连接段20上花键结构的配合来连接第一关节和第二关节，然后通过紧固件30来实现连接的固定，两个关节的相对位置也被锁定。在这种连接方式下，此种关节连接结构可以实现在两个关节之间建立运动学和动力学上的相关关系，具体而言，两个关节之间可以实现扭矩的传递等。本实施例提供的这种关节连接结构使用了简单的花键连接作为连接结构，相对于现有技术，省去了保持架，在实现预期连接效果的同时减少了复杂的机械结构的使用，降低了关节连接结构的复杂度，便于安装、维修或更换，在降低了制造成本的同时，减少了关节连接结构的期望故障率。同时关节的密闭性更好，具有更好的防护效果。

在本实施例中，第一关节和第二关节在需要进行连接的方向上都具有近似圆形面，第一关节的第一连接段10与第二关节的第二连接段20分别设置在第一关节和第二关节的近似圆形面上。第一连接段10与第二连接段20都是围绕第一关节与第二关节中轴线为中心，以第一关节与第二关节的近似圆形面为基准按照一定轴向预设距离进行设置的。第一连接段10与第二连接段20中的一者为突出其所在关节近似圆形面的矮圆柱，第一连接段10与第二连接段20中的另一者为凹入所在关节近似圆形面的上端开口并且下端与关节连接的中空矮圆柱，其中中空矮圆柱的内径大小大于矮圆柱的外径大小，从而使得矮圆柱能够伸入到中空矮圆柱内实现配合。

在本实施例中，机械臂关节连接结构中的花键结构包括凸起41和凹部42，花键结构的凸起41和凹部42中的一者位于第一连接段10上，凸起41和凹部42中的另一者位于第二连接段20上，在第一关节上的第一连接段10与第二关节上的第二连接段20相互连接配合时，花键结构的凸起41进入花键结构的凹部42。本实施例将凸起41设置在第一连接段10上，而凹部42设置在第二连接段20上，当然，也可以将二者互换设置。凹部42与凸起41的配合，使两个关节的轴线方向相一致并垂直于两个关节之间相互接触的连接面。以其中第一关节作为参考件，凹部42与凸起41的配合，使得第二关节丧失了相较于第一关节的轴线垂直的两个方向平移运动的自由度，同时丧失了第二关节三个旋转自由度。同样的，以其中第二关节作为参考件，凹部42与凸起41的配合，使得第一关节丧失了相较于第二关节的轴线垂直的两个方向平移运动的自由度，同时也丧失了三个旋转自由度。也就是说，通过凹部42与凸起41之间的配合，使得第一连接段10和第二连接段20之间对接后二者之间只有沿轴向的直线相对运动，二者之间其他方向的直线运动、转动等均被限制。而二者之间沿轴向的相对运动则被紧固件30限制，这样，凸起41与凹部42，加上紧固件30之间共同作用，实现第一连接段10和第二连接段20连接后为同步运动的整体部件。

在本实施例中，花键结构包括多个凸起41和多个凹部42，二者数量相等且一一对应配合，凸起41位于所在连接段的外周侧面处，按照预设的与关节中轴线中心距离进行设置。设置有凹部42的连接段具有中空结构，即前述的中空矮圆柱的中空部分，凹部42位于中空结构的内周侧面处，同样的，按照预设的与关节中轴线中心距离进行设置。就位置而言，凸起41和凹部42分别沿所在连接段的周向依次间隔设置，更具体地说，凸起41和凹部42沿着第一连接段10和第二连接段20的周向均匀排列，二者距离关节中轴线中心具有大致相同的距离，如图3所示可见三个凸起41沿第一连接段10的周向等间隔设置。这样，通过多个凸起41和凹部42的配合能够与保证第一连接段10和第二连接段20之间连接配合的可靠性，保证其中一者绕自身轴线转动时通过凸起41和凹部42之间传递扭矩的可靠性，即扭矩通过多个凸起41和凹部42进行传递，可靠性更高，同时可以避免扭矩过大对凸起41和凹部42产生损伤的情况，延长使用寿命。当然，也可以根据需要调整凸起41和凹部42的数量，例如可以将凸起41沿第一连接段10的周向设置多个，而凹部42则沿第二连接段20的周向连续设置形成环形，多个凸起41同时伸入到一个凹部42内实现配合。

如图1和图2所示，在本实施例中，花键结构的凸起41和凹部42均具有相互配合的梯形结构，即凸起41为梯形凸起41，凹部42为梯形凹部42，且二者形状基本相同。沿凸起41伸入凹部42的方向，梯形结构的两斜边之间的距离逐渐减小。也就是说，当第一连接段10和第二连接段20未对接时，凸起41的两个斜面沿靠近凹部42的方向逐渐靠近，而凹部42的两个斜面沿靠近凸起41的方向逐渐远离。这样，当凸起41和凹部42对接时，梯形的斜边能够对二者的对接起到一定的导向作用，使得二者之间不必准确对齐也可以在斜边作用下自动校正，便于进行连接操作。当然，凸起41和凹部42也可以设置成矩形结构等其他结构形式。

本实施例中凸起41突出其所在连接段的距离与凹部42下陷其所在连接段的距离相等，凹部42的形状与尺寸与凸起41的形状与尺寸基本相同，从而使得凸起41和凹部42之间能够相适配，避免产生较大缝隙等情况导致配合后产生晃动等。

在本实施例中，第一连接段10和第二连接段20具有圆形的翻边结构11，翻边结构11沿着第一连接段10和第二连接段20的外周径向延展，在第一连接段10与第二连接段20配合连接时，第一连接段10上的翻边结构11与第二连接段20上的翻边结构11抵接在一起，并且两个连接段上的翻边结构11的外周侧相重合。同时紧固件30的内圈有凹槽31，凹槽31与两个翻边结构11相互配合。即在两个翻边结构11抵接在一起后，紧固件30套设在第一连接段10和第二连接段20的外周侧，此时翻边结构11位于凹槽31内，凹槽31对翻边结构11之间相互分离的运动进行限位，从而使得第一连接段10和第二连接段20之间轴向相对移动的自由度被紧固件30限制，即第二关节除了丧失了相较于第一关节的轴线垂直的两个方向平移运动的自由度和所有旋转自由度外，还丧失了第二关节在第一关节与第二关节重合中轴线方向上平移运动的自由度，同样的，第一关节除了丧失了相较于第二关节的轴线垂直的两个方向平移运动的自由度和所有旋转自由度外，还丧失了第一关节在第一关节与第二关节重合中轴线方向上平移运动的自由度。这样，配合前述的凸起41与凹部42对两个连接段自由度的限制，使得第一连接段10和第二连接段20之间所有相对运动的自由度均被限制，使得第一连接段10和第二连接段20之间可靠的连接在一起，成为一个部件。

本实施例在第一连接段10和第二连接段20上均设置有翻边结构11，当然，也可以仅在其中一个部件上设置翻边结构11，另一个部件与紧固件30之间可以采用其他配合方式，例如通过在紧固件30和连接段上设置径向的安装筒，通过销轴穿设在安装孔内实现紧固件30与连接段之间的连接，进而实现紧固件30将两个连接段连接在一起的效果等。

优选地，具有凸起41的连接段的翻边结构11在此连接段远离凸起41和凹部42的配合处的远端，具有凹部42的连接段的翻边结构11在此连接段靠近凸起41和凹部42的配合处的近端，也就是说，第一连接段10上的翻边结构11与端面之间有一定的距离，而第二连接段20上的翻边结构11位于端面处。之所以这样设置，是考虑到凸起41与凹部42之间对接时凸起41会有一部分伸入到凹部42内，因而若将第一连接段10上的翻边结构11设置在端面上会导致两个翻边结构11之间出现干涉的情况，因而将第一连接段10的翻边结构11向远离端面处移动一小段距离，从而保证凸起41与凹部42之间的配合。当然，除了对第一连接段10上的翻边结构11进行调整的方式外，也可以对第二连接段20上的翻边结构11的位置进行调整，只要保证凸起41与凹部42配合时，两个翻边结构11之间不会相互干涉即可。

在本实施例中，翻边结构11沿第一连接段10或第二连接段20的周向连续设置形成环形结构，也就是说，翻边结构11为整体式结构，相应地，凹槽31沿紧固件30的轴向形成与环形结构相匹配的环槽。这样，环形的翻边结构11与环形的环槽相配合，安装时不需要考虑翻边结构11与凹槽31之间周向的位置关系，直接安装即可，同时翻边结构11的结构强度更高，也更便于加工。当然，也可以将翻边结构11设置成多段，各段分别沿第一连接段10或第二连接段20的周向间隔设置，此时，凹槽31可以采用与多段翻边结构11相对应的多段结构，也可以依旧采用环形的结构。

如图1至图3所示，在本实施例中，紧固件30采用类似卡箍的结构形式，其具体包括第一子部件32和第二子部件33两个子部件，当然，也可以设置更多个子部件，第一子部件32和第二子部件33呈弧形，并且二者拼接形成环形的紧固件30。由于本实施例将紧固件30采用分体的设置方式，因而凹槽31自然地分为两段，即第一子部件32和第二子部件33内侧均具有沿着两个子部件自身弧形结构延展的凹槽31节段，凹槽31的宽度等于或略大于两个翻边结构11对接在一起时的整体厚度。两个子部件对接在一起后，两段凹槽31节段也就对接在一起形成完整的环槽。安装时，在第一连接段10与第二连接段20相配合，第一关节与第二关节连接的前提下，将第一子部件32和第二子部件33的开口朝向翻边结构11，并将第一子部件32和第二子部件33相互靠近，直到翻边结构11位于凹槽31内，第一子部件32和第二子部件33之间抵接，然后通过螺栓等部件将二者锁紧在一起，从而实现紧固件30将第一连接段10和第二连接段20轴向锁定在一起的效果。

本实施例的机械臂关节连接结构的具体连接过程如下：

在进行第一关节与第二关节的连接时，首先将第一关节与第二关节需要连接的两个面相靠近，第一连接段10与第二连接段20通过花键结构配合，具体配合方式为，凸起41所在连接段上的多个凸起41与凹部42所在连接段上的多个凹部42一一对应配合并限制两个关节之间发生相对转动。在花键结构得到配合的前提下，第一连接段10和第二连接段20的翻边结构11抵接在一起形成具有一定厚度的环形结构。

然后将第一子部件32和第二子部件33安装在环形结构上，具体安转方式为，第一子部件32和第二子部件33套设在第一连接段10和第二连接段20的外周侧，两个翻边结构11形成的具有一定厚度的环形结构位于紧固件30的凹槽31内，弧形的第一子部件32的两个弧形延展方向的截止面与同为弧形的第二子部件33的两个弧形延展方向的截止面分别对接在一起，两个弧形的子部件共同构成一个环形的紧固件30，然后通过螺栓将两个子部件连接紧固在一起。至此，两个关节连接在一起，并建立了运动学和动力学上的相关关系，两个关节之间可以实现扭矩的传递等。通过这种设置方式，使得关节连接结构更简洁、密封性更好，分散了连接结构处的受力，延长了部件寿命，降低了成本和故障率。

需要说明的是，上述实施例中的多个指的是至少两个。

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：

1、解决了现有技术中的关节连接结构的结构复杂的问题；

2、连接结构零件较少，便于安装、维修或更换；

3、连接结构装配更紧密，密闭性更好，具有更好的防护效果；

4、在降低了制造成本的同时，分散连接结构处的受力，延长部件寿命。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

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)

1.一种机械臂关节连接结构，其特征在于，包括：

位于第一关节上的第一连接段(10)；

位于第二关节上的第二连接段(20)，所述第一连接段(10)和所述第二连接段(20)上设置有相互配合的花键结构，所述第一连接段(10)和所述第二连接段(20)对接时通过所述花键结构连接；

紧固件(30)，所述紧固件(30)套设在所述第一连接段(10)和所述第二连接段(20)的外周侧，并锁紧所述第一连接段(10)和所述第二连接段(20)。

2.根据权利要求1所述的机械臂关节连接结构，其特征在于，所述花键结构包括凸起(41)和凹部(42)，所述凸起(41)和所述凹部(42)中的一者位于所述第一连接段(10)上，所述凸起(41)和所述凹部(42)中的另一者位于所述第二连接段(20)上，所述第一连接段(10)和所述第二连接段(20)对接时，所述凸起(41)位于所述凹部(42)内。

3.根据权利要求2所述的机械臂关节连接结构，其特征在于，所述凸起(41)和所述凹部(42)均具有相互配合的梯形结构，并且沿所述凸起(41)伸入所述凹部(42)的方向，所述梯形结构的两斜边之间的距离逐渐减小。

4.根据权利要求2所述的机械臂关节连接结构，其特征在于，所述凸起(41)位于所在连接段的外周侧面处，设置有所述凹部(42)的连接段具有中空结构，所述凹部(42)位于所述中空结构的内周侧面处。

5.根据权利要求2所述的机械臂关节连接结构，其特征在于，所述凸起(41)和/或所述凹部(42)为多个，所述凸起(41)和/或所述凹部(42)沿所在连接段的周向依次间隔设置。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的机械臂关节连接结构，其特征在于，所述第一连接段(10)和/或所述第二连接段(20)具有翻边结构(11)，所述紧固件(30)的内圈具有凹槽(31)，所述紧固件(30)套设在所述第一连接段(10)和所述第二连接段(20)的外周侧时，所述翻边结构(11)位于所述凹槽(31)内。

7.根据权利要求6所述的机械臂关节连接结构，其特征在于，所述第一连接段(10)和所述第二连接段(20)均具有所述翻边结构(11)，且所述翻边结构(11)沿所述第一连接段(10)或所述第二连接段(20)的径向延伸。

8.根据权利要求6所述的机械臂关节连接结构，其特征在于，所述翻边结构(11)沿所述第一连接段(10)或所述第二连接段(20)的周向连续设置形成环形结构，所述凹槽(31)沿所述紧固件(30)的轴向形成与所述环形结构相匹配的环槽。

9.根据权利要求6所述的机械臂关节连接结构，其特征在于，所述紧固件(30)包括第一子部件(32)和第二子部件(33)，所述第一子部件(32)和所述第二子部件(33)呈弧形，并且二者拼接形成环形的所述紧固件(30)。

10.一种机械臂，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的机械臂关节连接结构。