机械臂旋转关节及其机械臂的制作方法

本实用新型属于机械臂技术领域，尤其涉及机械臂旋转关节及其机械臂。

背景技术：

目前，机械臂的应用非常广泛。一般来说，机械臂上的旋转关节用于工作位置的调整，中国专利局公开的文献CN 102941578 B中公开了一种回转机械臂关节模块，该模块用于搭建机械臂回转运动及定位，它包括框架及与框架中部转动连接的具有轴孔的阶梯轴，还有外壳与框架固定连接的封闭的一体式驱动器，其外壳内安装有同轴行星齿轮减速器、直流无刷电机和霍尔传感器；所述同轴行星齿轮减速器的输出轴连接一个小锥齿轮，输入轴与直流无刷电机传动轴连接；小锥齿轮与安装在阶梯轴上的大锥齿轮啮合构成锥齿轮传动副。为使该驱动模块满足结构刚度需求，传动机构外加入了多个支撑结构，导致自重偏大，而较大的自重对该驱动控制要求更高，也意味着更高的安全风险，同时也导致了产品整个空间结构的增加和成本的提高。

此外，也有机械臂将减速器与驱动电机集成在一起作为驱动模块。这种配置方式可以有效的减小驱动模块的尺寸，提高机械臂的负载-自重比。但是此类模块的集成度偏高，多与机械臂的结构集成在一起，只能作为特定机械臂的关节，其通用性较差。一般也是驱动端单侧直接输出，关节刚度与稳定性对结构的要求比较高，增加了研发制造成本。此类配置方式的机械臂主要有Universal Robots(机器人制造商：优傲机器人)、Schunk(机器人制造商：德国雄克公司)等多种特定型号的机械臂，其关节模块集成度高，通用性差，成本高。

对于大多数工业机械臂，如ABB(制造商名)、KUKA(制造商名)等多种型号的机械臂，一般采用电机与减速器单体配合使用作为驱动模块，但机械臂均有其特有的结构，各关节均不相同，这些特殊性导致了目前机械臂的设计制造成本、维护成本均比较高。此外采用驱动轴端单侧直接输出的形式，为了保证机械臂的结构刚度，支撑结构自重都比较大，而较大的自重对驱动控制的要求更高，制约着机械臂的使用性能。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了机械臂旋转关节及其机械臂，其轻质、刚度大、空间结构紧凑、稳定性好，设计制造成本低，并且通用性好，能够满足多种情形的使用需求。

本实用新型是这样实现的：机械臂旋转关节，包括驱动件，还包括，

第一连接件：连接于所述驱动件的输出端上，可由该输出端带动转动、且用于外接第一连接臂；

第二连接件：设置于所述驱动件本体上，可通过所述第一连接臂与所述第一连接件构成桥式连接、且可在所述第一连接件及所述第一连接臂带动下相对所述驱动件本体转动；

于所述驱动件本体上，还设置有可供外接的第二连接臂可调节固定在所述驱动件本体上的连接结构，所述第二连接臂在该连接结构上的位置相对所述第一连接臂的位置偏置。

作为本实用新型的一种选择，所述连接结构包括设置在所述驱动件本体上的多个安装孔，使所述第二连接臂可通过紧固件连接在所述驱动件本体上。

作为本实用新型的一种选择，所述驱动件本体上还设置有用于调节所述第二连接件在所述驱动件本体上位置的调节结构。

进一步地，所述调节结构包括多个间隔设置在所述驱动件本体上的调节孔。

作为本实用新型的一种选择，所述连接结构包括设置在所述驱动件本体上的多个安装孔，所述调节结构包括多个间隔设置在所述驱动件本体上的调节孔，所述调节孔与所述安装孔共用。

作为本实用新型的一种选择，所述第二连接件包括固定连接件、支撑轴承和支撑座，所述固定连接件上设置有用于与所述调节结构配合锁紧的定位件，所述支撑轴承的内圈与所述固定连接件配合连接，所述支撑轴承的外圈与所述支撑座配合连接，所述第一连接臂连接于所述支撑座上。

本实用新型还提供了一种机械臂，包括第一连接臂、第二连接臂，以及上述所述的机械臂旋转关节，所述机械臂旋转关节中，所述第一连接件和所述第二连接件与所述的第一连接臂连接，所述的第二连接臂连接在所述驱动件本体上。

作为本实用新型机械臂旋转关节的另一种设计模式，可在所述第一连接件和所述第二连接件上共同连接有输出件，所述第一连接臂连接在所述输出件上。

本实用新型还提供了另一种机械臂，包括第一连接臂、第二连接臂，以及上述所述的另一种设计模式的机械臂旋转关节，所述的机械臂旋转关节中的所述输出件与所述的第一连接臂连接，所述的第二连接臂连接在所述驱动件本体上。

本实用新型提供的机械臂旋转关节以及机械臂，通过将第一连接件设置在旋转的驱动件的输出端上，而将第二连接件直接设置在驱动件本体上，并通过将外接的第一连接臂或用于与将外接的第一连接臂连接的输出件带动第二连接件转动。这样，一方面，可将驱动件自身作为旋转关节支撑连接结构的一部分，无需额外设置其他的结构来提高旋转关节及机械臂的支撑强度，减轻了整个机械臂的自重，在驱动件不变的情况下提高了机械臂的最大负载能力；另一方面，还可使旋转关节由驱动件本体和输出端共同支撑(双支撑)，增加了机械臂关节及机械臂整体的结构刚度和运动的稳定性。同时，将同时连接在第一连接件和第二连接件上的第一连接臂与连接在驱动件上的第二连接臂两者间采用相偏置的方式连接，可使旋转关节实现圆周运动，运动范围大，而且结构紧凑，组成机械臂后其运动空间不受限制，收拢后机械臂所占的空间小，进而提高了本实用新型的应用范围。

本实用新型的上述结构，还为进一步设计提供了空间，其第二连接件在驱动件本体上位置采用可调节结构设计，外接的第二连接臂在所述驱动件本体上的连接位置也可以调节。这样，还可以改变连接接口，调节旋转关节的臂长，实现不同的关节连接和受力，进一步提高了关节模块和机械臂的适应性和通用性。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的机械臂旋转关节的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的机械臂结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。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。

以下结合具体实施例对本实用新型的具体实现进行详细描述：

参见图1和图2，本实用新型所提供的机械臂旋转关节1，用于与机械臂的其它构件相连而组合形成机械臂，并能够对工作的位置与姿态进行调整。该旋转关节1包括驱动件11，其用于提供驱动力而使旋转关节1能够转动，进行工作位置的调整。本实用新型机械臂旋转关节1还包括第一连接件13和第二连接件14，其中，第一连接件13连接在驱动件11的输出端上，由该输出端带动而能够转动，并且用于与第一连接臂2外接；而第二连接件14直接设置在驱动件本体111上，且可采用可调节连接方式，亦可与第一连接臂2相连接，即将第一连接臂2同时连接在第一连接件13和第二连接件14上，使第二连接件14与第一连接件13形成桥式连接。连接后，第二连接件14可在第一连接臂2的作用下，通过驱动件11的输出端带动，随第一连接件13相对驱动件本体111同步旋转，并在获得驱动件11提供的旋转驱动力而进行机械臂关节位置、姿态和速度等调整。此种设置方式，使第一连接件13和第二连接件14共同连接在第一连接臂2相同的一端上，便可通过第一连接件13和第二连接件14来共同对第一连接臂2进行支撑。上述采用桥式结构来进行支撑的双支撑方式，是将驱动件11自身作为旋转关节支撑连接结构的一部分，无需额外设置其他的结构来提高旋转关节及机械臂的支撑强度，减轻了整个机械臂的自重，在驱动件不变的情况下提高了机械臂的最大负载能力，进而降低设计和制造的成本，实用性好，且这种双支撑方式具有更高的结构刚度与运动稳定性。同时，对第一连接臂2还可起辅助支撑的作用，也便于对第一连接臂2的调整和更换；进一步还可以通过增加驱动件11自身的强度，以获得更高的支撑性能。

进一步参见图1和图2，在实际应用当中，需要通过该机械臂旋转关节1以及与其相连的第一连接臂2和第二连接臂3共同组合而形成完整的机械臂转动关节(参见图2)。因此，在本实用新型机械臂旋转关节1还包括连接结构，可供外接的第二连接臂3可调节地固定在驱动件本体111上，连接结构的设置应使第二连接臂3与第一连接臂2呈间距设置，即第二连接臂3在该连接结构上的位置应相对第一连接臂2的位置偏置。此种设置方式，不仅满足了第二连接臂3的连接需求，而且还实现了使连接在驱动件本体111上的第二连接臂3与同时连接在第一连接件13和第二连接件14上的第一连接臂2的位置相邻不共线，所形成偏置的结构可使第一连接臂2和第二连接臂3能够相对运动，不会产生干涉，能够获得最大的运动空间。

本实用新型机械臂旋转关节1通过采用在驱动件11的输出端连接第一连接件13，在驱动件本体111上连接有能够转动的第二连接件14，并使第一连接臂2同时连接在第一连接件13和第二连接件14上，从而不仅满足第一连接臂2连接的需求，而且还能够为第一连接臂2提供双支撑，并且该第二连接件13在获得由第一连接件14传递的驱动力而能够相对驱动件本体111转动，且可在与第一连接件1的同步转动下实现对第一连接臂2的工作位置与姿态进行调整，同时，第一连接臂2和第二连接臂3的偏置可保证机械臂上下两端相对运动不产生干涉，能够获得最大的运动空间；同时采用此种关节设计，机械臂的收容空间更紧凑，方便摆放或者应用于空间狭窄的场景，所占空间小，克服了现有机械臂采用单边侧输出而存在的结构不稳定或结构过重的缺陷。本实用新型旋转关节1的设置，不仅提高了整体结构支撑的稳定性，而且也提高了机械臂的最大负载能力，应用范围得到提高。

本实用新型采用的驱动件11可以是电机，也可以是集成驱动器等结构件，其中电机可以是舵机、步进电机、直流无刷电机、永磁同步电机、空心杯电机等，驱动件11也可以采用电机或驱动器与减速器集成的组合构件。驱动件11的输出端可以是驱动件11的输出轴，也可以是减速器17的输出轴，还可以是上述两者输出轴上设置的输出法兰。参见图1和图2，图示所示的减速器17与驱动件11连接，减速器17的输出端设置有连接法兰(未图示)，然后将第一连接件13固定在连接法兰上，以提高第一连接件13连接的方便性和稳定性，从而通过该第一连接件13来传递由驱动件11输出的驱动力，带动第一连接臂2做旋转运动。这样，在该减速器17的调节控制下，能够根据使用要求来输出符合要求的转速和转矩，满足不同情况下的使用要求。在本实用新型实施例中，减速器17可以是行星减速器、摆线针减速器、谐波减速器等，并可根据不同的使用要求，可以选择不同输出扭矩的电机、驱动器和不同减速比的减速器，然后与电机或驱动器集成组合而形成整个旋转关节1的驱动单元。

基于上述的结构设计，本实用新型设置在驱动件本体111上连接结构可以是多种方式，如焊接结构、安装孔结构或卡扣结构等，只需确保第二连接臂3能够连接在驱动件本体111上即可。在本实用新型图1和图2所示的实施例中，其连接结构包括设置在驱动件本体111上的多个安装孔15，第二连接臂3可通过紧固件(图中未示出)连接在驱动件本体111上，紧固件穿设在安装孔15内。该安装孔15可以是螺纹孔，而该紧固件可以是螺栓或螺钉，从而通过两者间的螺纹配合连接，第二连接臂3固定连接在驱动件本体111上的使用要求，结构简单，连接稳定性好，而且拆装方便，不仅满足了连接的需求，也降低了结构的复杂度。当然，可以理解地，也可以将该安装孔15设置为内壁光洁的孔，该紧固件为铆钉或销钉等，通过两者间的铆接或过盈配合而实现连接，同样能够满足稳定连接的使用需求。

进一步地，多个安装孔15的设置也为第二连接臂3在驱动件本体111上的连接提供了不同位置，可改变第二连接臂3与驱动件本体111之间的连接点位置，进而改变了第一连接臂2和第二连接臂3之间的偏置距离，从而可得到更为广泛的应用范围。同时，多个安装孔15的设置还可以用来连接其他结构件，方便实用。

继续参见图1和图2，实际使用中，根据不同的使用情况，第一连接臂2的宽度也不同相同，因而用于与第一连接件13和第二连接件14相连接的位置也不相同。因此，为了满足不同情况下第一连接臂2能够接入连接的使用需求。在本实用新型实施例中，在驱动件11上，设置有用于可调节第二连接件14在驱动件本体111上位置的调节结构(图中未标示)。这样，可根据实际的连接情况，在该调节结构的导向调节下，能够对第二连接件14在驱动件本体111上的连接位置进行调整，进而使第一连接件13和第二连接件14之间能够用于供第一连接臂2接入的位置宽度能够实现调整，从而能够满足不同连接方案的使用需求，以能够适应不同结构形式的第一连接臂2，使该机械臂旋转关节1具有更好的可适应性与通用性。同时，第二连接件14在驱动件本体111的位置调整也可以调整，可保证第一连接件13和第二连接件14偏置的距离处于合适的范围，以使机械臂具有更大的空间运动范围。

具体地，如图1所示，该调节结构包括多个间隔设置在驱动件本体111上的调节孔16，调节孔16可以与安装孔15共用，也可以是单独设置。本实用新型实施例中，作为调节结构最优选的实施方式，可将调节结构设置成为与安装孔15共用的盲孔，即在驱动件本体111上间隔排列设置有多个安装孔15，共用该安装孔15来作为第二连接件14的调节结构，这样可避免在驱动件本体111上设置其他的结构，降低了设计的复杂度，制造成本得到降低，也有利于设计周期的缩减。本实用新型实施例中，通过不同位置的调节孔16与第二连接件14进行配合连接，便可实现第二连接件14连接在驱动件本体111上位置的调节，调节方便。而且，该多个调节孔16可以采用间隔并排设置在一条直线上的方式，还可以将各调节孔16采用设置有多排的方式，以提高第二连接件14位置的稳定性。

作为上述调节结构的另一种实现方式，还可将该调节结构设置成螺纹调节的形式，即在驱动件本体111和第二连接件14上分别设置有螺纹，然后通过两者间螺纹配合的方式来进行第二连接件14位置的调整，不仅调节方便，而且能够实现位置的精确调整，实用性好。

如图1和图2所示，在本实用新型实施例中，该第二连接件14包括固定连接件141、支撑轴承142和支撑座143，固定连接件141上设置用于与调节结构配合锁紧的定位件(图中未示出)，支撑轴承142的内圈与固定连接件141配合连接，支撑轴承142的外圈与支撑座143配合连接，第一连接臂2连接于支撑座143上，通过支撑轴承142使支撑座143转动。通过这样的连接，可使固定连接件141通过定位件的锁紧而固定在驱动件本体111上，用于固定支撑轴承142的位置，而固定连接件141在驱动件本体111上的位置的变动可导致支撑座143的位置变动，从而实现第二连接件14位置的调整。本实用新型实施例中，支撑轴承142可以是转台轴承、交叉滚子轴承等，并可根据不同的需求来选择不同的型号。同时，该定位件可以是螺栓，也可以是弹性卡珠，通过其螺纹连接或弹性卡设在相应的定位孔内，便可以实现位置的限定，位置调节方便，可靠性好。

具体的，如图1和图2所示，为了方便第一连接臂2与第一连接件13和第二连接件14的连接，可在第一连接件13和第二连接件14上共同连接有输出件18，然后将第一连接臂2连接在输出件18上。该输出件18上设置有能够与第一连接件13和第二连接件14连接的结构，如螺纹结构、轴与轴孔相配合的结构等，而且连接的位置能够调整。并且可以通过改变输出件18的结构形状，便可以适用不同的连接方案，提高了整个旋转关节1的适应性和通用性。

基于上述的机械臂旋转关节1结构，本实用新型还提供了两种不同设计方式的机械臂，其一种模式是：将机械臂旋转关节中的第一连接件13和第二连接件14直接与第一连接臂2连接，第二连接臂3与驱动件本体111连接。第二种模式是：机械臂旋转关节中的第一连接件13和第二连接件14共同连接一中间件‐‐‐‐输出件18，由该输出件18与第一连接臂2连接，第二连接臂3与驱动件本体111连接。

采用上述具有旋转关节1的机械臂，由于旋转关节1具有双支撑，稳定性好，而且自重轻，负载能力强。同时旋转关节1为偏置结构，从而可以实现圆周运动、运动范围大，提高了机械臂整体结构的紧凑性，组成机械臂后的运动空间不受限制，收拢后占用的空间小，并且偏置的距离可以调节，从而该旋转关节1具有较强的适应性与通用性，可满足不同类型机械臂的使用要求。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。