一种机械臂关节及机械臂的制作方法

本发明涉及机械臂技术领域，尤其涉及一种机械臂关节及机械臂。

背景技术：

随着机电一体化技术的进步以及人工智能浪潮大力发展，工业产品朝着智能化、系统化、微型化、模块化与人机协作的方向发展。而在自动化生产线上，制件的组装与传递都是通过机械臂完成的。机械臂有着高精化、模块化、轻量化和多自由度化的发展趋势。机械臂通常包括多个依次相连的机械臂关节，其末端的机械臂关节上可装设夹具、切削工具及探测器等以执行各种动作。机械臂关节设有与驱动装置连接的减速机构，而现有技术中，减速机构被分装到相邻的两个机械臂关节内，再将二者进行装配。这就使得在生产工序上不易操作，且容易产生减速机构装配错误的情况，且装配效率低。

针对上述问题，需要开发一种机械臂关节及机械臂，以解决减速机构部件分装导致的容易产生装配错误及装配效率低的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种机械臂关节及机械臂，通过将减速机构全部设置在一个机械臂关节上以避免装配错误及提高装配效率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种机械臂关节，包括：

本体，所述本体上设置有安装槽；

端盖，所述端盖设置于所述安装槽的开口处，所述端盖与所述安装槽围成安装腔，所述端盖设置有通孔；

减速机构，所述减速机构设置于所述安装腔内，所述减速机构的输出端与所述本体连接，所述减速机构的输入轴由所述通孔伸出所述安装腔外。

优选地，所述减速机构为谐波减速器，所述谐波减速器包括所述输入轴、设置于所述输入轴上的波发生器、套设于所述波发生器外的柔轮以及能与所述柔轮啮合的钢轮，所述钢轮分别与所述本体和所述端盖固定。

优选地，所述端盖包括盖板以及环绕所述盖板边缘设置的环形的凸缘，所述凸缘的内侧表面为第一定位面，所述第一定位面与所述钢轮的外周面抵接，所述盖板与所述钢轮的端面抵接。

优选地，所述端盖与所述钢轮过盈配合。

优选地，还包括导向组件，所述导向组件包括：

第一轴承，所述第一轴承设置于所述安装槽的底面上；

第二轴承，所述第二轴承设置于所述通孔内；

所述输入轴的伸入所述安装腔内的一端通过所述第一轴承与所述本体转动连接，所述输入轴通过所述第二轴承与所述端盖转动连接。

优选地，还包括定位组件，所述定位组件包括：

第一轴承盖，设置于所述输入轴的伸入所述安装腔的一侧端面，所述第一轴承盖与所述第一轴承的内圈抵接；

第二轴承盖，套设于所述输入轴外，并与所述端盖连接，所述第二轴承位于所述第二轴承盖和所述端盖之间；

所述波发生器分别与所述第一轴承和所述第二轴承的内圈抵接。

优选地，所述通孔的侧壁为第二定位面，所述第二轴承的外圈侧壁与所述第二定位面抵接。

优选地，所述钢轮的端面与所述安装槽的底面之间设置有第一密封圈，所述端盖与所述钢轮之间设置有第二密封圈。

优选地，所述输入轴与所述端盖之间设置有油封。

一种机械臂，包括所述的机械臂关节。

优选地，所述机械臂包括依次连接的至少两个所述机械臂关节，所述端盖的外侧凸设有环形的凸台，所述凸台的侧壁为第三定位面，相邻的两个所述机械臂关节中，一个所述机械臂关节中的所述本体扣设于另一个所述机械臂关节的所述凸台上，并与所述第三定位面抵接。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种机械臂关节及机械臂。该机械臂关节中，减速机构设置于本体的安装槽中，并通过端盖将减速机构内的部件进行固定，使得整个机械臂关节能够在装配完成后再与另一个机械臂关节进行装配，避免将减速机构分工位进行装配，产生减速机构装配错误的情况。同时机械臂关节实现模块化装配，极大地提高了生产效率。

附图说明

图1是本发明提供的机械臂的结构示意图；

图2是本发明提供的机械臂关节的正视图；

图3是本发明图2中a-a处的剖视图；

图4是本发明提供的本体及减速机构的结构示意图；

图5是本发明提供的端盖的剖视图。

1、本体；2、端盖；3、减速机构；4、导向组件；5、定位组件；6、轴套；7、油封；8、机械臂；

21、通孔；22、第一定位面；23、第二密封圈；24、第二定位面；25、第三定位面；31、钢轮；32、波发生器；33、输入轴；41、第一轴承；42、第二轴承；51、第一轴承盖；52、第二轴承盖；81、底座；82、第一机械臂关节；83、第二机械臂关节；84、第三机械臂关节；85、第四机械臂关节。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，本实施例提供了一种机械臂8，其包括依次连接的多个机械臂关节，机械臂8的末端用于连接执行机构，相邻两个机械臂关节传动连接，以实现机械臂8末端的多自由度运动。

具体地，机械臂8包括底座81，第一机械臂关节82、第二机械臂关节83、第三机械臂关节84及第四机械臂关节85，底座81上的第一机械臂关节82能绕z轴转动，第一机械臂关节82能驱动第二机械臂关节83绕x轴转动，第二机械臂关节83能驱动第三机械臂关节84绕x轴转动，第三机械臂关节84能驱动第四机械臂关节85绕z轴转动。

相邻两机械臂关节中，被驱动的机械臂关节通过减速机构3的输入轴33与相邻另一机械臂关节的输出端传动连接，减速机构3可以为谐波减速器或行星轮减速器。

由于谐波减速器具有减速比高、精度高的优点，能够提高机械臂关节转动的精度，且谐波减速器能够以较小的体积实现很高的减速比，能够大幅降低机械臂关节占用的空间，故本实施例中机械臂关节内使用的是谐波减速器。

为方便机械臂8装配，本实施例中将减速机构3集成于被驱动的机械臂关节内，使得每个机械臂关节的模块化程度高，可以将机械臂关节组装后，再装配相邻两个机械臂关节，以解决减速机构3部件分装在两个机械臂关节中导致的容易产生装配错误及装配效率低的问题。本实施例中，以第三机械臂关节84为例进行介绍。

如图2和图3所示，该机械臂关节包括本体1、端盖2及减速机构3。本体1设置有安装槽，端盖2设置于安装槽的开口处并与本体1相对固定，端盖2与安装槽围成安装腔，端盖2设置有通孔21，减速机构3设置于安装腔内，减速机构3的输出端与本体1连接，减速机构3的输入轴33由通孔21伸出安装腔外。

该机械臂8通过端盖2将减速机构3的所有部件均安装在第三机械臂关节84上，这就使得第三机械臂关节84和第二机械臂关节83进行装配时，不需要先将减速机构3进行拆分，分别安装到两个机械臂关节中再将二者进行装配，而是可以将减速机构3完全装配在第三机械臂关节84上，再将第二机械臂关节83整体装配在输入轴33上。这样的好处在于仅需要将两个机械臂关节上相互配合的结构进行装配，再将驱动件与减速机构3的输入轴33传动连接即可。相比通过减速机构3的部件将两个机械臂关节连接，这样模块化的装配大大降低了发生装配错误的情况，且提高了生产效率。而且由于机械臂关节较重，装配结构越复杂，装配精度越不容易把握，导致机械臂8精度不高，无法胜任精细化的工作。该机械臂8更便于更换维护减速机构3。

通过设置端盖2，可以提高第三机械臂关节84的模块化程度，相互配合的两个机械臂关节可以单独进行装配后，再进行组装，有利于装配产线的合理划分，从而提高装配效率。

此外，机械臂关节的模块化设计，能够有利于机械臂关节标准化生产，使得该关节的结构能够用于多种机械臂的连接上，大大提高了零件的适用性，能够实现规模化生产，降低生产成本。

优选地，减速机构3为谐波减速器，包括输入轴33、设置于输入轴33上的波发生器32、套设于波发生器32外的柔轮以及能与柔轮啮合的钢轮31，钢轮31分别与本体1和端盖2固定。输入轴33在转动时带动波发生器32转动产生周期性弹性变形波使柔轮变形，柔轮伸长的部分与钢轮31的内圈啮合，其余部分与钢轮31脱开，柔轮与钢轮31的齿距相等，而齿数较少，使得柔轮与钢轮31存在相对转动，当其中一个被固定，另一个则作为输出端输出扭矩与转速。在本实施例中，钢轮31作为固定件与第三机械臂关节84的本体1固定连接，通过钢轮31的转动，实现机械臂关节的转动。

需要说明的是，谐波减速机可以采用本领域中任一种结构，本实施例中不再具体介绍谐波减速机的具体结构以及各部件之间的连接关系。

可以理解的是，端盖2也可以直接与本体1固定连接。

优选地，端盖2包括盖板以及环绕盖板边缘设置的环形的凸缘，凸缘的内侧表面为第一定位面22，第一定位面22与钢轮31的外周面抵接，盖板与钢轮31的端面抵接。通过第一定位面22与钢轮31的外周面的配合，既能够提高第三机械臂关节84的精度，使输入轴33在转动时更加平稳，又降低了端盖2在装配过程中的难度，大大提高了工作效率。

优选地，端盖2与钢轮31过盈配合，能够消除端盖2与钢轮31之间的装配间隙。在减速机构3运转过程中，不会因输入轴33的高速转动带来的振动导致端盖2安装松动，从而提高机械臂8的轨迹运行精度，同时减小噪声。传动系统运行噪声的减小可以提高机械臂8产品的竞争力。

进一步地，钢轮31包括大径段和小径段，大径段靠近本体1内侧，小径段与端盖2过盈配合。钢轮31能够通过螺栓与本体1固定连接，螺栓由大径段与小径段连接处形成的台阶面旋入，并与本体1螺纹连接。

优选地，该第三机械臂关节84还包括导向组件4，包括第一轴承41及第二轴承42。第一轴承41设置于安装槽的底面上，第二轴承42设置于通孔21内，输入轴33的伸入安装腔内的一端通过第一轴承41与本体1转动连接，输入轴33通过第二轴承42与端盖2转动连接。利用轴承降低输入轴33转动时受到的摩擦，降低传动过程中的损耗，提高传动效率。

优选地，该第三机械臂关节84还包括定位组件5，包括第一轴承盖51及第二轴承盖52。第一轴承盖51设置于输入轴33的伸入安装腔的一侧端面，第一轴承盖51与第一轴承41的内圈抵接，第二轴承盖52套设于输入轴33外，并与端盖2连接，第二轴承42位于第二轴承盖52和端盖2之间，波发生器32分别与第一轴承41和第二轴承42的内圈抵接。

第二轴承盖52与端盖2共同将第二轴承42固定，而波发生器32与第一轴承41和第二轴承42的内圈抵接，三者共同随着输入轴33转动，并通过第一轴承盖51实现整个结构的轴向定位。

在其他实施例中，该第三机械臂关节84还包括轴套6，轴套6设置于第一齿轮与波发生器32以及第二齿轮与波发生器32之间。轴套6与第一齿轮的内圈、波发生器32及第二齿轮的内圈均抵接且与输入轴33同步转动，各个部件均稳定固定。

为了防止输入轴33与波发生器32之间发生相对滑动导致传动效率降低，本实施例中，输入轴33上设置有平键，平键的一部分嵌入输入轴33，另一部分嵌入波发生器32，保证了二者的同步转动。

其中，钢轮31的端面与安装槽的底面之间设置有第一密封圈，端盖2与钢轮31之间设置有第二密封圈23。端盖2、钢轮31及本体1共同围成的空间被波发生器32分隔成两个油腔，两个油腔内均填充有润滑油脂，用于对第一轴承41及第二轴承42进行润滑，降低磨损。

本实施例中，通过设置端盖2实现第三机械臂关节84的模块化设计，能够保证第三机械臂关节84在与配合的另一机械臂拆卸时，第三机械臂关节84内的油腔始终保持密封状态，避免润滑油脂泄漏。

进一步地，为了在对两个机械臂关节进行拆除维护时防止油脂漏出，输入轴33与端盖2之间设置有油封7。

优选地，端盖2的通孔21的侧壁为第二定位面24，第二轴承42的外圈侧壁与第二定位面24抵接。第二定位面24用于对第二轴承42轴承以及油封7的位置提供精度保证，使输入轴33在转动时减小晃动，提高精度。其中，第二定位面24可呈台阶状设置两段，用于分别与第二轴承42和油封7的外圈抵接。

优选地，端盖2的外侧凸设有环形的凸台，凸台的侧壁为第三定位面25，相邻的两个机械臂关节中，第二机械臂关节83的本体1扣设于第三机械臂关节84的凸台上，并与第三定位面25抵接。第三定位面25能够降低操作人员装配机械臂8时的难度，为操作人员的装配提供了基准，大大提高了装配的效率，且装配精度得以保证。

在机械臂关节的装配过程中，其装配步骤为：

s1：将谐波减速器的钢轮31通过螺钉安装在第三机械臂关节84的本体1上；

s2：将输入轴33穿过第二轴承42，并将第二轴承42装入端盖2的通孔21内，使第二轴承42的外表面与第二定位面24抵接；

s3：利用螺钉将第二轴承盖52安装在端盖2上用于固定第二轴承42的外圈；

s4：依次将波发生器32及第一轴承41安装于输入轴33上，并分别在第二轴承42与波发生器32和波发生器32与第一轴承41之间各安装一个轴套6；

s5：在第一轴承41一端的输入轴33上利用螺钉安装第一轴承盖51，并使第一轴承41、波发生器32、第二轴承42与两个轴套6在输入轴33的轴向上抵紧；

s6：将端盖2扣合在钢轮31上并通过螺钉固定，同时使第一轴承41固定于本体1的底面上；

s7：在输入轴33与端盖2的第二定位面24之间安装油封7。

在第三机械臂关节84的装配过程中，除钢轮31外，减速机构3的其他结构均与端盖2装配后在装入本体1内，方便安装、拆换和维护。

在一些实施例中，钢轮31也可以先与减速机构3中的其他结构一同安装于端盖2上，再将端盖2和减速机构3安装与本体1内，因钢轮31的台阶面外露于端盖2外，可以由台阶面旋入螺栓，以将钢轮31与本体1通过螺钉固定。

可以理解的是，该机械臂8对输入轴33的旋转精度要求较高，在装配过程中，端盖2上的第一定位面22、第二定位面24及第三定位面25能够很好地保证精度，降低装配难度。而该端盖2的三个定位面均为圆周面，且同轴设置，利用车床即可加工，操作简便，且较容易保证三个面共轴的精度，为后续装配的高精度提供了保障。而且此处的同轴度会有助于降低机械臂8运行过程中轴系高速运动带来的振动和噪声，减小传动系统的振动可降低机器人末端的抖动情况，从而提高机器人的轨迹运行精度。传动系统运行噪声的减小可以提高机器人产品的竞争力。

优选地，第二机械臂关节83还设置有旋转电机，旋转电机的输出轴能够驱动输入轴33转动。利用旋转电机驱动输入轴33转动，通过减速机构3将转速降低，即可带动第三机械臂关节84相对于第二机械臂关节83进行转动，通过旋转电机的转速以及减速机构3的减速比即可计算出两个机械臂关节相对转过的角度。

优选地，旋转电机可以通过齿轮组驱动输入轴33转动，也可通过在输出轴与输入轴33上张紧皮带实现对输入轴33的驱动。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。