关节结构及具有其的机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，具体而言，涉及一种机器人的关节结构的改进。

背景技术：

机器人的关节结构通常具有较复杂的传动机构，传动机构能够驱动关节结构的关节臂摆动以及旋转，为了使得关节臂能够相对于关节结构的壳体顺畅地转动，关节臂通常需要通过轴承支撑安装在壳体上。

关节臂作为机器人的主要受力部位，通常会受到沿其轴向的拉力或压力，关节臂在拉力或压力的作用下会产生轴向运动位移，而安装在关节臂上的轴承无法有效地缓冲该轴向位移，也无法为关节臂提供轴向预紧力，这样，便会导致关节臂带动用于驱动其转动的传动机构的齿轮的运动幅度较大，影响了传动机构的齿轮啮合精度，从而降低了传动机构的传动效率，进而降低了机器人的动作精准性。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种关节结构及具有其的机器人，以解决现有技术中的机器人的关节结构的关节臂所受到的轴向拉力或压力无法被有效地抵消，而导致驱动关节臂转动的传动机构的齿轮啮合精度低，影响传动机构的传动效率，造成机器人的动作精准性差的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种关节结构，包括：壳体；安装筒，安装筒设置在壳体内；关节臂，关节臂沿安装筒的径向穿过安装筒设置；从动驱动齿轮，从动驱动齿轮套设在关节臂上，以带动关节臂绕其轴线转动；其中，从动驱动齿轮的轴向两端均通过缓冲支撑组件与安装筒的内壁面连接，以对关节臂受到的轴向力进行缓冲。

进一步地，从动驱动齿轮的轴向上表面与安装筒的内壁面之间设置有第一缓冲支撑组件，从动驱动齿轮的轴向下表面与安装筒的内壁面之间设置有第二缓冲支撑组件。

进一步地，第一缓冲支撑组件包括轴套、第一碟簧和第一推力轴承，其中，轴套套设在关节臂的外周侧，轴套的下端与从动驱动齿轮的轴向上表面抵接，轴套的上端通过第一碟簧与第一推力轴承连接，且第一推力轴承与安装筒连接；第二缓冲支撑组件包括第二碟簧和第二推力轴承，其中，从动驱动齿轮的轴向下表面通过第二碟簧与第二推力轴承连接。

进一步地，安装筒上形成有第一避让孔和第二避让孔，关节臂穿过第一避让孔和第二避让孔设置，关节臂通过滚针轴承与第一避让孔和第二避让孔的孔壁连接。

进一步地，关节臂的外壁面与第一避让孔的孔壁之间设置有第一滚针轴承，从动驱动齿轮与关节臂过盈配合，且从动驱动齿轮的一部分伸入第二避让孔内，第二避让孔的孔壁与从动驱动齿轮之间设置有第二滚针轴承。

进一步地，壳体具有容纳腔，安装筒绕其轴线可转动地设置在容纳腔内，关节结构还包括传动组件，传动组件设置在容纳腔内，且传动组件包括由安装筒的轴向端口伸入安装筒内并与从动驱动齿轮啮合的主动驱动齿轮。

进一步地，传动组件还包括从动传动齿轮，从动传动齿轮套设在主动驱动齿轮上并与其过盈配合，且从动传动齿轮的轴向第一端面与安装筒的轴向端口处的环形端面之间设置有第三推力轴承，从动传动齿轮的轴向第二端面与容纳腔的内壁面之间设置有第四推力轴承。

进一步地，主动驱动齿轮通过第一圆锥滚子轴承与安装筒的位于轴向端口处的内壁面支撑连接。

进一步地，壳体具有与容纳腔连通的第一让位孔，从动传动齿轮的一部分伸入至第一让位孔内，且从动传动齿轮通过第二圆锥滚子轴承与第一让位孔的孔壁支撑连接。

进一步地，传动组件还包括驱动部与驱动部连接的主动传动齿轮，其中，主动传动齿轮与从动传动齿轮啮合。

进一步地，主动传动齿轮和从动传动齿轮均为准双曲面齿轮。

进一步地，主动驱动齿轮和从动驱动齿轮均为弧齿锥齿轮。

进一步地，壳体还具有与容纳腔连通的第二让位孔，关节臂的受力端通过第二让位孔伸出容纳腔，且关节臂的受力端形成有法兰盘。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种机器人，包括上述的关节结构。

应用本实用新型的技术方案，由于关节结构包括缓冲支撑组件，从动驱动齿轮的轴向两端均通过缓冲支撑组件与安装筒的内壁面连接，以对关节臂受到的轴向力进行缓冲。这样，无论关节臂受到轴向压力还是轴向拉力，都能够借助缓冲支撑组件对关节臂以及从动驱动齿轮的受力进行缓冲，且能够对两者提供预压力，避免关节臂和从动驱动齿轮的轴向运动位移过大，能够可靠地控制从动驱动齿轮的啮合精度，保证了关节臂能够在从动驱动齿轮的带动下稳定地绕其轴线转动，提升了机器人的动作精准性；同时能够有效地防止从动驱动齿轮和关节臂与其他结构元件发生刚性碰撞，起到对两者的保护作用。

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示出了根据本实用新型的一种可选实施例的关节结构的结构示意图；

图2示出了图1中的关节结构主视图；

图3示出了图2中的关节结构的A-A处的左视剖视图；

图4示出了图2中的关节结构的平行于A-A处的另一张左视剖视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、壳体；11、容纳腔；12、第一让位孔；13、第二让位孔；100、缓冲支撑组件；110、第一缓冲支撑组件；111、轴套；112、第一碟簧；113、第一推力轴承；120、第二缓冲支撑组件；121、第二碟簧；122、第二推力轴承；20、安装筒；21、第一避让孔；22、第二避让孔；23、轴向端口；231、环形端面；30、关节臂；40、从动驱动齿轮；50、第三推力轴承；60、第四推力轴承；70、第一圆锥滚子轴承；80、第二圆锥滚子轴承；90、法兰盘；200、滚针轴承；210、第一滚针轴承；220、第二滚针轴承；300、传动组件；310、主动驱动齿轮；320、从动传动齿轮；330、主动传动齿轮。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了解决现有技术中的机器人的关节结构的关节臂所受到的轴向拉力或压力无法被有效地抵消，而导致驱动关节臂转动的传动机构的齿轮啮合精度低，影响传动机构的传动效率，造成机器人的动作精准性差的问题，本实用新型提供了一种关节结构和机器人，其中，机器人包括上述和下述的关节结构。

如图1至图4所示，关节结构包括壳体10、安装筒20、关节臂30和从动驱动齿轮40，安装筒20设置在壳体10内，关节臂30沿安装筒20的径向穿过安装筒20设置，从动驱动齿轮40套设在关节臂30上，以带动关节臂30绕其轴线转动，其中，从动驱动齿轮40的轴向两端均通过缓冲支撑组件100与安装筒20的内壁面连接，以对关节臂30受到的轴向力进行缓冲。

由于关节结构包括缓冲支撑组件100，从动驱动齿轮40的轴向两端均通过缓冲支撑组件100与安装筒20的内壁面连接，以对关节臂30受到的轴向力进行缓冲。这样，无论关节臂30受到轴向压力还是轴向拉力，都能够借助缓冲支撑组件100对关节臂30以及从动驱动齿轮40的受力进行缓冲，且能够对两者提供预压力，避免关节臂30和从动驱动齿轮40的轴向运动位移过大，能够可靠地控制从动驱动齿轮40的啮合精度，保证了关节臂30能够在从动驱动齿轮40的带动下稳定地绕其轴线转动，提升了机器人的动作精准性；同时能够有效地防止从动驱动齿轮40和关节臂30与其他结构元件发生刚性碰撞，起到对两者的保护作用。

如图3所示，缓冲支撑组件100包括第一缓冲支撑组件110和第二缓冲支撑组件120，从动驱动齿轮40的轴向上表面与安装筒20的内壁面之间设置有第一缓冲支撑组件110，从动驱动齿轮40的轴向下表面与安装筒20的内壁面之间设置有第二缓冲支撑组件120。这样，当关节臂30的受力端受到轴向拉力的作用时，第一缓冲支撑组件110起到对该拉力的缓冲作用，当关节臂30的受力端受到轴向压力的作用时，第二缓冲支撑组件120起到对该压力的缓冲作用。

在本实施例中，具体而言，如图3所示，第一缓冲支撑组件110包括轴套111、第一碟簧112和第一推力轴承113，其中，轴套111套设在关节臂30的外周侧，轴套111的下端与从动驱动齿轮40的轴向上表面抵接，轴套111的上端通过第一碟簧112与第一推力轴承113连接，且第一推力轴承113与安装筒20连接；第二缓冲支撑组件120包括第二碟簧121和第二推力轴承122，其中，从动驱动齿轮40的轴向下表面通过第二碟簧121与第二推力轴承122连接。

这样，轴套111起到了对第一碟簧112和第一推力轴承113的支撑作用，且轴套111不会影响关节臂30绕其自身轴线转动，第一碟簧112则具有吸收力的功能而起到对关节臂30和从动驱动齿轮40受到上拉力时的缓冲作用，第一推力轴承113在安装筒20与关节臂30之间起到对关节臂30转动时的支撑作用；此外，第二碟簧121也同样具有吸收力的功能而起到对关节臂30和从动驱动齿轮40受到下压力时的缓冲作用，第二推力轴承122在安装筒20与从动驱动齿轮40之间起到对关节臂30和从动驱动齿轮40同步转动时的支撑作用。

此外，由于采用第一碟簧112和第二碟簧121对关节臂30轴向预压方式，可以使得从动驱动齿轮40和与其配合的齿轮零间隙运转，传动精度高，整体质量稳定、可靠，一致性好。由于对关节臂30采用双向碟簧布置结构(第一碟簧112和第二碟簧121分别吸收拉力和压力)，且由于第一碟簧112和第二碟簧121的预压力的存在，使得从动驱动齿轮40正向旋转和反向旋转均能够避免齿侧间隙减小的风险，这样可以使得机器人的运转方向没有限制。相比传统方式种通过垫片的方法来调节齿侧间隙，该方法效率高，一致性好，同时单独的垫片方法无法克服从动驱动齿轮40双向运转时齿侧间隙变大的问题。

如图3所示，安装筒20上形成有第一避让孔21和第二避让孔22，关节臂30穿过第一避让孔21和第二避让孔22设置，关节臂30通过滚针轴承200与第一避让孔21和第二避让孔22的孔壁连接。滚针轴承200的设置避免了关节臂30转动时，关节臂30或从动驱动齿轮40与安装筒20发生摩擦，从而确保了关节臂30和从动驱动齿轮40的转动稳定性。由于滚针轴承200的使用，在负载能力一样的情况下，使得整个机器人关节结构紧凑，体积小、质量轻。

在本申请中，滚针轴承200包括第一滚针轴承210和第二滚针轴承220，关节臂30的外壁面与第一避让孔21的孔壁之间设置有第一滚针轴承210，从动驱动齿轮40与关节臂30过盈配合，且从动驱动齿轮40的一部分伸入第二避让孔22内，第二避让孔22的孔壁与从动驱动齿轮40之间设置有第二滚针轴承220。从动驱动齿轮40与关节臂30过盈配合不仅能够确保从动驱动齿轮40能够带动关节臂30稳定的转动，而且使得从动驱动齿轮40能够随关节臂30在其轴向运动。该处传递扭矩采用过盈配合方式，相比以往采用键传递扭矩的方式，该方式有结构紧凑、传动精度高等优点，同时当从动驱动齿轮40反转时因轴向已硬限位，所以没有间隙减少的情况发生。

如图1至图3所示，壳体10具有容纳腔11，安装筒20绕其轴线可转动地设置在容纳腔11内，关节结构还包括传动组件300，传动组件300设置在容纳腔11内，且传动组件300包括由安装筒20的轴向端口23伸入安装筒20内并与从动驱动齿轮40啮合的主动驱动齿轮310。安装筒20相对于壳体10转动能够带动关节臂30转动，而主动驱动齿轮310与从动驱动齿轮40啮合带动关节臂30绕起轴线自转。

需要说明的是，本申请的关节结构具有驱动机构，其中，从动驱动齿轮40和传动组件300均作为驱动机构的一部分，驱动机构用于驱动关节臂30绕其轴线转动，也能够驱动安装筒20带动关节臂30共同转动(驱动机构的该部分图未示出)。

如图3和图4所示，传动组件300还包括从动传动齿轮320，从动传动齿轮320套设在主动驱动齿轮310上并与其过盈配合，且从动传动齿轮320的轴向第一端面与安装筒20的轴向端口23处的环形端面231之间设置有第三推力轴承50，从动传动齿轮320的轴向第二端面与容纳腔11的内壁面之间设置有第四推力轴承60。第三推力轴承50和第四推力轴承60的配合能够起到对从动传动齿轮320的转动支撑作用。从动传动齿轮320套设在主动驱动齿轮310上并与其过盈配合，能够稳定地带动主动驱动齿轮310随从动传动齿轮320同步转动。

如图3所示，主动驱动齿轮310通过第一圆锥滚子轴承70与安装筒20的位于轴向端口23处的内壁面支撑连接。在主动驱动齿轮310转动时，第一圆锥滚子轴承70能够起到对主动驱动齿轮310的转动支撑作用，避免其发生晃动，提升了其与从动驱动齿轮40的传动稳定性，使得扭矩能够稳定地输出。

如图3所示，壳体10具有与容纳腔11连通的第一让位孔12，从动传动齿轮320的一部分伸入至第一让位孔12内，且从动传动齿轮320通过第二圆锥滚子轴承80与第一让位孔12的孔壁支撑连接。在从动传动齿轮320转动时，第二圆锥滚子轴承80能够起到对从动传动齿轮320的转动支撑作用，避免其发生晃动，使得扭矩能够稳定地输出。

如图4所示，传动组件300还包括驱动部与驱动部连接的主动传动齿轮330，其中，主动传动齿轮330与从动传动齿轮320啮合。这样，驱动部提供动力源驱动主动传动齿轮330转动而达到带动从动传动齿轮320转动的作用。

在本实施例中，可选的，主动传动齿轮330和从动传动齿轮320均为准双曲面齿轮。

在本实施例中，可选的，主动驱动齿轮310和从动驱动齿轮40均为弧齿锥齿轮。

如图1至图4所示，为了便于关节臂30与外部结构元件连接，壳体10还具有与容纳腔11连通的第二让位孔13，关节臂30的受力端通过第二让位孔13伸出容纳腔11，且关节臂30的受力端形成有法兰盘90。

在本申请中，通过将主动传动齿轮330和从动传动齿轮320采用准双曲面齿轮输入动力，主动驱动齿轮310选用弧齿锥齿轮与选用准双曲面齿轮的从动传动齿轮320过盈配合，通过一对圆锥滚子轴承即第一圆锥滚子轴承70和第二圆锥滚子轴承80对主动驱动齿轮310和从动驱动齿轮40进行支撑。

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、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

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。