一种工业机器人的关节驱动装置的制作方法

1.本发明涉及工业机器人技术领域，尤其涉及一种工业机器人的关节驱动装置。


背景技术：

2.随着工业自动化进程的推进，越来越多的工业机器人被应用于产线，工业机器人一般由机器人关节部分、肢体部分和相应的抓取、夹持、吸附等组件配合形成，而对于机器人的关节和肢体部分，其作为机器人的核心，而又由于工业机器人在实际操作中，需要较大的载荷，这就对关节部分的驱动提出很高的要求。
3.经检索，中国专利公开号为cn201856250u的专利，公开了一种机器人的关节驱动装置，包括括气动人工肌肉驱动部，直流伺服电机驱动部，机器人关节部，机器人关节转角测量部，第一肢体和第二肢体，特征是气动人工肌肉驱动部通过固定件固定于第二肢体上，直流伺服电机驱动部通过固紧套固定于第二肢体上，机器人关节部通过螺钉固定于第一肢体的后端，通过转动轴铰接于第二肢体的前端，机器人关节转角测量部通过支撑板用螺钉固定于机器人关节部，第一肢体绕机器人关节部做旋转运。
4.上述专利中存在以下不足：其关节主要部分采用启动和电机驱动，首先，气动驱动很难对肢体部分的动作速度进行控制，而电机驱动配合电机的调速器，虽然可以完成调速动作，但是即使电机调速的形式众多，其根本还是通过改变电路电流实现，对于低速高负荷运动的机器人状态，通过电机实现低速运转，电路电流较低，从而产生的驱动力矩随之降低，综上可知，其存在较大的调速与驱动力矩之间的协调性问题，所以，还有待进一步改进。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种工业机器人的关节驱动装置。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种工业机器人的关节驱动装置，包括设置于机器人底座上的结构组件，所述结构组件包括两个第一肢体、一个旋转环、过渡臂和第二肢体，两个所述第一肢体的外壁均设置有滑动凸起，旋转环的两侧内壁均开设有与滑动凸起配合滑动的滑槽，两个所述第一肢体与旋转环内设置有一组驱动组件，所述驱动组件包括驱动电机、蜗轮一、行星轮和蜗杆一，所述蜗杆一的两侧均通过支撑板与第一肢体转动连接，所述蜗杆一的外壁通过键连接有锥齿轮二，锥齿轮二的一侧外壁啮合有锥齿轮一，锥齿轮一通过轴一转动连接于第一肢体的外壁上，蜗轮一与行星轮的内壁均通过键连接有轴二，轴二与第一肢体转动连接，且所述轴一的顶部与蜗杆一啮合，行星轮的底部与旋转环的内圈啮合，驱动电机通过螺栓固定于其中一个所述第一肢体的外壁上，驱动电机的输出轴通过联轴器与轴一连接。
8.优选地：所述轴一、轴二与第一肢体的连接处均设置有机械密封合件，所述机械密封合件包括静环和动环，所述动环的另一侧外壁设置有弹性体。
9.进一步地：所述静环的一侧设置有密封凸起，动环的内壁开设有与密封凸起配合
的密封凹槽。
10.在前述方案的基础上：所述密封凸起与密封凹槽的截面均为梯形。
11.在前述方案中更佳的方案是：其中一个所述第一肢体的内壁开设有润滑口。
12.作为本发明进一步的方案：所述润滑口的内壁通过螺纹连接有堵盖，且螺纹连接处缠绕有生胶带。
13.同时，所述旋转环与过渡臂焊接固定，过渡臂与第一肢体相对一侧设置有位移反馈组件。
14.作为本发明的一种优选的：所述位移反馈组件包括气压传感器和双杆气缸，所述双杆气缸的两个活塞杆通过两个铰接轴分别转动连接于第一肢体和过渡臂的外壁上，所述双杆气缸的缸体外壁焊接有与其内腔连通的连通管，所述气压传感器与连通管固定连接。
15.同时，所述过渡臂与第二肢体通过旋转组件连接，所述旋转组件包括旋转电机和l型支架，所述旋转电机通过螺栓固定于l型支架的顶部外壁，旋转电机的输出轴通过联轴器连接有蜗杆二，蜗杆二的外壁啮合有蜗轮二，蜗轮二的内壁通过键连接有轴三，第二肢体通过轴三与l型支架转动连接。
16.本发明的有益效果为：
17.1.该工业机器人的关节驱动装置，通过设置有相互啮合的蜗轮一和蜗杆一以及驱动电机，首先，对于功率固定的情况下，扭矩和转速成反比，而驱动电机的转速首先经过蜗杆一和蜗轮一的一级减速，随后将转速传递至行星轮上，再经过行星轮与旋转环的啮合，实现行星齿轮组式的二级减速，从而保证旋转环转动的载荷较大，转速较低，并且整个传动件巧妙的设置于旋转环和第一肢体的内部，保证空间的占有率较低，其实用性更强。
18.2.该工业机器人的关节驱动装置，通过设置有蜗轮一和蜗杆一，由于工业机器人在搬运过程中，其姿态的相对锁定较为重要，而蜗轮一与蜗杆一的啮合形式，一方面其能起到减速作用，另一方面其还具有反向自锁效应，使得驱动电机在关闭时，旋转环能保持原有姿态，可节省锁止件的设计，成本大大降低。
19.3.该工业机器人的关节驱动装置，通过设置有机械密封合件，机械密封合件通过静环与动环的配合，能实现轴一、轴二与第一肢体的处的密封，并且，由于密封凸起与密封凹槽的设计，配合弹性体的弹性，能使得静环与动环在配合磨损时，能通过弹性体的弹力进行补偿，保证可靠的密封性。
20.4.该工业机器人的关节驱动装置，通过将整个机器人关节重要组件设置为两个第一肢体配合旋转环，并且在轴一、轴二与第一肢体的转动连接处采用全密封的形式，保证整个旋转环的内腔为一个密封空间，而主要传动部件全处于旋转环的内腔中，使用时，可通过润滑口想旋转环的内腔注入润滑油，保证各个传动处均有较好的润滑效果，从而降低磨损。
21.5.该工业机器人的关节驱动装置，当过渡臂转动时，其会带动双杆气缸伸缩，从而改变双杆气缸的缸内气压，并且双杆气缸内的缸内气压能通过气压传感器读取，通过气压传感器的读数即可确定过渡臂所处的位置，从而对驱动电机的驱动进行修正或调整，提高了精确度。
附图说明
22.图1为本发明提出的一种工业机器人的关节驱动装置的整体结构示意图；
23.图2为本发明提出的一种工业机器人的关节驱动装置的旋转环与第一肢体的分离结构示意图；
24.图3为本发明提出的一种工业机器人的关节驱动装置的驱动组件结构示意图；
25.图4为本发明提出的一种工业机器人的关节驱动装置的机械密封合件结构示意图；
26.图5为本发明提出的一种工业机器人的关节驱动装置的局部结构示意图；
27.图6为本发明提出的一种工业机器人的关节驱动装置的旋转组件结构示意图。
28.图中：1-机器人底座、2-结构组件、3-旋转环、4-第一肢体、5-过渡臂、6-旋转组件、7-第二肢体、8-位移反馈组件、9-驱动电机、10-堵盖、11-滑槽、12-滑动凸起、13-锥齿轮一、14-轴一、15-支撑板、16-锥齿轮二、17-蜗轮一、18-轴二、19-行星轮、20-蜗杆一、21-机械密封合件、22-静环、23-动环、24-弹性体、25-连通管、26-气压传感器、27-双杆气缸、28-铰接轴、29-旋转电机、30-蜗杆二、31-l型支架、32-轴三、33-蜗轮二。
具体实施方式
29.下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
30.下面详细描述本专利的实施例，所述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，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。
31.在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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专利和简化描述，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专利的限制。
32.在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。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专利中的具体含义。
33.一种工业机器人的关节驱动装置，如图1所示，包括设置于机器人底座1上的结构组件2，所述结构组件2包括两个第一肢体4、一个旋转环3、过渡臂5和第二肢体7，两个所述第一肢体4的外壁均设置有滑动凸起12，旋转环3的两侧内壁均开设有与滑动凸起12配合滑动的滑槽11，两个所述第一肢体4与旋转环3内设置有一组驱动组件，所述驱动组件包括驱动电机9、蜗轮一17、行星轮19和蜗杆一20，所述蜗杆一20的两侧均通过支撑板15与第一肢体4转动连接，所述蜗杆一20的外壁通过键连接有锥齿轮二16，锥齿轮二16的一侧外壁啮合有锥齿轮一13，锥齿轮一13通过轴一14转动连接于第一肢体4的外壁上，蜗轮一17与行星轮19的内壁均通过键连接有轴二18，轴二18与第一肢体4转动连接，且所述轴一14的顶部与蜗杆一20啮合，行星轮19的底部与旋转环3的内圈啮合，驱动电机9通过螺栓固定于其中一个所述第一肢体4的外壁上，驱动电机9的输出轴通过联轴器与轴一14连接，本装置在使用时，当驱动电机9启动时，其通过轴一14带动锥齿轮一13转动，从而通过锥齿轮二16带动蜗杆一20转动，随后通过蜗轮一17带动轴二18以及行星轮19转动，最后实现旋转环3的转动，并且，本装置通过设置有相互啮合的蜗轮一17和蜗杆一20以及驱动电机9，首先，对于功率固定的
情况下，扭矩和转速成反比，而驱动电机9的转速首先经过蜗杆一20和蜗轮一17的一级减速，随后将转速传递至行星轮19上，再经过行星轮19与旋转环3的啮合，实现行星齿轮组式的二级减速，从而保证旋转环3转动的载荷较大，转速较低，并且整个传动件巧妙的设置于旋转环3和第一肢体4的内部，保证空间的占有率较低，其实用性更强，另外，本装置通过设置有蜗轮一17和蜗杆一20，由于工业机器人在搬运过程中，其姿态的相对锁定较为重要，而蜗轮一17与蜗杆一20的啮合形式，一方面其能起到减速作用，另一方面其还具有反向自锁效应，使得驱动电机9在关闭时，旋转环3能保持原有姿态，可节省锁止件的设计，成本大大降低。
34.为了解决密封问题；如图3、4所示，所述轴一14、轴二18与第一肢体4的连接处均设置有机械密封合件21，所述机械密封合件21包括静环22和动环23，所述静环22的一侧设置有密封凸起，动环23的内壁开设有与密封凸起配合的密封凹槽，所述密封凸起与密封凹槽的截面均为梯形，所述动环23的另一侧外壁设置有弹性体24；本装置，通过设置有机械密封合件21，机械密封合件21通过静环22与动环23的配合，能实现轴一14、轴二18与第一肢体4的处的密封，并且，由于密封凸起与密封凹槽的设计，配合弹性体24的弹性，能使得静环22与动环23在配合磨损时，能通过弹性体24的弹力进行补偿，保证可靠的密封性。
35.为了解决润滑和传动磨损问题；如图2所示，其中一个所述第一肢体4的内壁开设有润滑口，润滑口的内壁通过螺纹连接有堵盖10，且螺纹连接处缠绕有生胶带；本装置，通过将整个机器人关节重要组件设置为两个第一肢体4配合旋转环3，并且在轴一14、轴二18与第一肢体4的转动连接处采用全密封的形式，保证整个旋转环3的内腔为一个密封空间，而主要传动部件全处于旋转环3的内腔中，使用时，可通过润滑口想旋转环3的内腔注入润滑油，保证各个传动处均有较好的润滑效果，从而降低磨损。
36.为了解决角度反馈问题；如图1、5所示，所述旋转环3与过渡臂5焊接固定，过渡臂5与第一肢体4相对一侧设置有位移反馈组件8，所述位移反馈组件8包括气压传感器26和双杆气缸27，所述双杆气缸27的两个活塞杆通过两个铰接轴28分别转动连接于第一肢体4和过渡臂5的外壁上，所述双杆气缸27的缸体外壁焊接有与其内腔连通的连通管25，所述气压传感器26与连通管25固定连接；当过渡臂5转动时，其会带动双杆气缸27伸缩，从而改变双杆气缸27的缸内气压，并且双杆气缸27内的缸内气压能通过气压传感器26读取，通过气压传感器26的读数即可确定过渡臂5所处的位置，从而对驱动电机9的驱动进行修正或调整，提高了精确度。
37.为了解决第二向旋转问题；如图1、6所示，所述过渡臂5与第二肢体7通过旋转组件6连接，所述旋转组件6包括旋转电机29和l型支架31，所述旋转电机29通过螺栓固定于l型支架31的顶部外壁，旋转电机29的输出轴通过联轴器连接有蜗杆二30，蜗杆二30的外壁啮合有蜗轮二33，蜗轮二33的内壁通过键连接有轴三32，第二肢体7通过轴三32与l型支架31转动连接；当旋转电机29启动时，其能通过蜗杆二30与蜗轮二33带动轴三32转动，从而带动第二肢体7第二方向的旋转。
38.本实施例在使用时，当驱动电机9启动时，其通过轴一14带动锥齿轮一13转动，从而通过锥齿轮二16带动蜗杆一20转动，随后通过蜗轮一17带动轴二18以及行星轮19转动，最后实现旋转环3的转动，从而带动过渡臂5转动，当过渡臂5转动时，其会带动双杆气缸27伸缩，从而改变双杆气缸27的缸内气压，并且双杆气缸27内的缸内气压能通过气压传感器
26读取，通过气压传感器26的读数即可确定过渡臂5所处的位置，从而对驱动电机9的驱动进行修正或调整，当旋转电机29启动时，其能通过蜗杆二30与蜗轮二33带动轴三32转动，从而带动第二肢体7第二方向的旋转。
39.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。