一种机器人末端内空关节结构的制作方法

1.本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种机器人末端内空关节结构。


背景技术：

2.近年来原材料及劳动力的成本持续上升，加之疫情冲击，催生了更多行业对生产自动化的新需求。因而，作为工业自动化主体的机器人需要更强的适应能力、更强大的功能和性能。其中高温、高尘、洁净、防爆等复杂环境即是机器人需要面临挑战之一；另外，工业机器人关节的锥齿轮传动受限于加工、装配能力，噪声、精度和寿命等方面不易控制。因此，急需一种可以减轻装配、加工的复杂性，具有自适应精度补偿、适应复杂的非结构环境的末端内空关节结构。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种机器人末端内空关节结构，该结构可以降低加工、装配复杂性，具有自适应精度补偿、适应复杂的非结构环境的特点。
4.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种机器人末端内空关节结构，包括手臂、t轴减速机、末端法兰、b轴减速机、关节结构件、b轴传动组件及t轴传动组件，其中b轴传动组件和t轴传动组件分别设置于手臂的左右两侧；b轴减速机设置于b轴传动组件的前端，b轴减速机的输入端与b轴传动组件连接，b轴减速机的输出端与关节结构件连接，关节结构件绕b轴线转动地设置于手臂的前端；t轴减速机设置于关节结构件上，t轴减速机的输入端与t轴传动组件连接，t轴减速机的输出端与末端法兰连接，t轴减速机驱动末端法兰绕与b轴线垂直的t轴线旋转。
5.所述关节结构件上设有中心筒ⅰ和中心筒ⅱ，中心筒ⅰ的中心轴线为与b轴线重合的c轴线，中心筒ⅱ的中心轴线与t轴线重合；所述t轴传动组件设置于中心筒ⅰ的外侧；所述t轴减速机套装在中心筒ⅱ的外侧。
6.所述t轴传动组件包括带传动机构ⅰ、锥齿轮ⅰ和锥齿轮ⅱ及密封罩，其中锥齿轮ⅰ套装在所述中心筒ⅰ的外侧，且锥齿轮ⅰ与所述中心筒ⅰ之间留有间隙；锥齿轮ⅰ的齿轮轴通过轴承ⅰ和轴承ⅱ与所述手臂转动连接；带传动机构ⅰ设置于所述手臂的一侧，且带传动机构ⅰ与锥齿轮ⅰ的齿轮轴传动连接；锥齿轮ⅱ设置于所述t轴减速机的输入端，锥齿轮ⅱ与锥齿轮ⅰ啮合；密封罩罩设于锥齿轮ⅰ和锥齿轮ⅱ的外侧，且密封罩的两端均与所述关节结构件密封连接。
7.所述轴承ⅰ位于所述轴承ⅱ的外侧，且所述轴承ⅰ的外圈通过压盖轴向限位；所述轴承ⅰ的内圈与所述锥齿轮ⅰ之间设有弹簧。
8.所述带传动机构ⅰ包括电机ⅰ、同步带ⅰ、带轮ⅰ及带轮ⅱ，其中电机ⅰ设置于所述手臂内，且电机ⅰ的输出端与带轮ⅰ连接；带轮ⅱ设置于所述锥齿轮ⅰ的齿轮轴末端，带轮ⅱ通
过同步带ⅰ与带轮ⅰ传动连接；所述带轮ⅱ与所述中心筒ⅰ的外侧端部之间设有密封圈ⅱ。
9.所述手臂上设有与所述中心筒ⅰ同轴的座套，所述轴承ⅰ和所述轴承ⅱ均位于所述锥齿轮ⅰ和座套之间；所述关节结构件通过轴承ⅲ安装在座套的外侧。
10.所述座套与所述手臂之间设有密封垫ⅱ；所述座套与所述锥齿轮ⅰ之间通过密封圈ⅰ密封连接；所述座套与所述关节结构件之间设有密封圈
ⅷ
；所述关节结构件与所述中心筒ⅰ的内侧端部之间设有密封圈ⅲ；所述关节结构件与所述中心筒ⅱ的内侧端部之间设有密封圈
ⅹ
，所述中心筒ⅱ的外侧端部与所述末端法兰之间设有密封圈ⅵ；所述密封罩的两端与所述关节结构件的连接处分别设有密封圈ⅳ和密封圈
ⅴ
；所述关节结构件与所述t轴减速机之间设有密封圈
ⅸ
。
11.所述b轴传动组件和所述t轴传动组件的外侧均设有侧盖，侧盖与所述手臂之间设有密封垫ⅰ。
12.所述中心筒ⅰ内设有分流棒，分流棒的侧壁上布设有多个气孔；分流棒通过接头与进气管连接；进气管容置于所述侧盖内。
13.所述b轴传动组件包括电机ⅱ、带轮ⅲ、同步带ⅱ及带轮ⅳ，其中电机ⅱ设置于所述手臂内，且电机ⅱ的输出端与带轮ⅲ连接，带轮ⅳ设置于所述b轴减速机的输入端，带轮ⅳ通过同步带ⅱ与带轮ⅲ传动连接。
14.本发明的优点及有益效果是：本发明提供的一种机器人末端内空关节结构，工具线缆内置，可适应复杂环境，相比末端工具线缆外置结构，可有效减少机器人运动相同轨迹时形成的扫略空间，可实现更狭小空间作业，提高线缆防护性，节省线缆使用长度。
15.本发明提供的一种机器人末端内空关节结构，通过齿轮副柔性连接结构，可进行自适应精度补偿，降低装配、加工复杂性，提高生产经济性，降低噪声、提高传动平稳性。
16.本发明提供的一种机器人末端内空关节结构，通过密封隔离设计，可有效降低高温、腐蚀性气体、强电磁干扰等恶劣环境的干扰，同时也可有效降低对洁净、真空、恒温等外部环境的破坏。
附图说明
17.图1为本发明一种机器人末端内空关节结构的轴测图；图2为本发明一种机器人末端内空关节结构的俯视图；图3为本发明一种机器人末端内空关节结构的局部剖视图；图中：1为电机ⅰ；2为同步带ⅰ；3为带轮ⅰ；4为电机ⅱ；5为带轮ⅲ；6为同步带ⅱ；7为手臂；8为带轮ⅱ；9为锥齿轮ⅰ；10为轴承ⅰ；11为轴承ⅱ；12为锥齿轮ⅱ；13为t轴减速机；14为末端法兰；15为b轴减速机；16为座套；17为轴承ⅲ；18为压盖；19为弹簧；20为侧盖；21为密封垫ⅰ；22为密封垫ⅱ；23为密封罩；24为关节结构件；25为密封圈ⅳ；26为密封圈
ⅴ
；27为中心筒ⅱ；28为密封圈ⅵ；29为密封圈ⅶ；30为分流棒；31为进气管；32为接头；33为密封圈
ⅷ
；34为密封圈ⅰ；35为中心筒ⅰ；36为密封圈ⅲ；37为密封圈
ⅹ
；38为密封圈
ⅸ
；39为密封圈ⅱ；40为b轴传动组件；41为t轴传动组件；42为带轮ⅳ。
具体实施方式
18.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
19.如图1所示，本发明提供的一种机器人末端内空关节结构，包括手臂7、t轴减速机13、末端法兰14、b轴减速机15、关节结构件24、b轴传动组件40及t轴传动组件41，其中b轴传动组件40和t轴传动组件41分别设置于手臂7的左右两侧；b轴减速机15设置于b轴传动组件40的前端，b轴减速机15的输入端与b轴传动组件40连接，b轴减速机15的输出端与关节结构件24连接，关节结构件24绕b轴线转动地设置于手臂7的前端； t轴减速机13设置于关节结构件24上，t轴减速机13的输入端与t轴传动组件41连接，t轴减速机13的输出端与末端法兰14连接，t轴减速机13驱动末端法兰14绕与b轴线垂直的t轴线旋转。
20.如图3所示，本发明的实施例中，关节结构件24上设有中心筒ⅰ35和中心筒ⅱ27，中心筒ⅰ35和中心筒ⅱ27的轴线垂直正交并固装在关节结构件24上。具体地，中心筒ⅰ35的中心轴线为与b轴线重合的c轴线，中心筒ⅱ27的中心轴线与t轴线重合；t轴传动组件41设置于中心筒ⅰ35的外侧；t轴减速机13套装在中心筒ⅱ27的外侧。
21.本发明的实施例中，t轴传动组件41包括带传动机构ⅰ、锥齿轮ⅰ9和锥齿轮ⅱ12及密封罩23，其中锥齿轮ⅰ9套装在中心筒ⅰ35的外侧，且锥齿轮ⅰ9与中心筒ⅰ35之间留有间隙；锥齿轮ⅰ9的齿轮轴通过轴承ⅰ10和轴承ⅱ11与手臂7转动连接；带传动机构ⅰ设置于手臂7的一侧，且带传动机构ⅰ与锥齿轮ⅰ9的齿轮轴传动连接；锥齿轮ⅱ12设置于t轴减速机13的输入端，锥齿轮ⅱ12与锥齿轮ⅰ9啮合；密封罩23罩设于锥齿轮ⅰ9和锥齿轮ⅱ12的外侧，且密封罩23的两端均与关节结构件24密封连接。
22.进一步地，轴承ⅰ10位于轴承ⅱ11的外侧，且轴承ⅰ10的外圈通过压盖18轴向限位；轴承ⅰ10的内圈与锥齿轮ⅰ9之间设有带预压的弹簧19。
23.如图2-3所示，本发明的实施例中，带传动机构ⅰ包括电机ⅰ1、同步带ⅰ2、带轮ⅰ3及带轮ⅱ8，其中电机ⅰ1设置于手臂7内，且电机ⅰ1的输出端与带轮ⅰ3连接；带轮ⅱ8设置于锥齿轮ⅰ9的齿轮轴末端，带轮ⅱ8通过同步带ⅰ2与带轮ⅰ3传动连接；带轮ⅱ8与中心筒ⅰ35的外侧端部之间设有密封圈ⅱ39。
24.t轴传动组件41由电机ⅰ1驱动带轮ⅰ3转动，带轮ⅰ3通过同步带ⅰ2将动力传至带轮ⅱ8，因带轮ⅱ8设置于锥齿轮ⅰ9上，带轮ⅱ8和锥齿轮ⅰ9绕b轴线转动。锥齿轮ⅰ9带动锥齿轮ⅱ12转动，锥齿轮ⅱ12与t轴减速机13的输入法兰固连，通过t轴减速机13将转动传递至末端法兰14，实现末端法兰14绕t轴线旋转，t轴线与b轴线垂直正交。
25.具体地，弹簧19推动轴承ⅰ10，给轴承ⅰ10施加预压，一方面消除了轴承ⅰ10的游隙，提高了轴承ⅰ10的旋转精度；另一方面抵消了同步带张力和锥齿轮径向力所产生的弯矩，保证c轴线与b轴线的共线，保证齿轮良好的啮合状态，可降低齿轮运行噪声和磨损不均匀情况，保证良好传动精度。
26.如图3所示，本发明的实施例中，手臂7上设有与中心筒ⅰ35同轴的座套16，轴承ⅰ10和轴承ⅱ11均位于锥齿轮ⅰ9和座套16之间；关节结构件24通过轴承ⅲ17安装在座套16的外侧。轴承ⅰ10外侧的压盖18与座套16固定连接，轴承ⅰ10的外圈通过座套16的台阶面和压盖18进行轴向限位。
27.进一步地，座套16与手臂7之间设有密封垫ⅱ22；座套16与锥齿轮ⅰ9之间通过密封
圈ⅰ34密封连接；座套16与关节结构件24之间设有密封圈
ⅷ
33；关节结构件24与中心筒ⅰ35的内侧端部之间设有密封圈ⅲ36；关节结构件24与中心筒ⅱ27的内侧端部之间设有密封圈
ⅹ
37，中心筒ⅱ27的外侧端部与末端法兰14之间设有密封圈ⅵ28；密封罩23的两端与关节结构件24的连接处分别设有密封圈ⅳ25和密封圈
ⅴ
26；关节结构件24与t轴减速机13之间设有密封圈
ⅸ
38。末端法兰14和用户工具之间可通过密封圈ⅶ29密封，通过上述系列密封可保证t轴侧的管线回路与外界的密封隔离。锥齿轮ⅰ9和锥齿轮ⅱ12所在腔体同为密封结构，保证腔体内润滑剂不泄露，即通过上述轴孔和端面密封保证锥齿轮腔体的密封。
28.如图3所示，本发明的实施例中，b轴传动组件40和t轴传动组件41的外侧均设有侧盖20，侧盖20与手臂7连接，且侧盖20与手臂7之间设有密封垫ⅰ21。
29.进一步地，中心筒ⅰ35内设有分流棒30，分流棒30的侧壁上布设有多个气孔；分流棒30通过接头32与进气管31连接；进气管31容置于侧盖20内。针对高温和防爆环境，冷空气由进气管31进入分流棒30内，再由分流棒30上的气孔充入t轴密封内腔（由中心筒ⅰ35、密封罩23和中心筒ⅱ27形成），冷空气被内腔加热后由中心筒ⅰ35的外侧端口流出，向手臂7的后端流动，经出气管排出，从而带走多余热量。需建立正压时，进气管31可加装溢流阀，保持手臂内压力恒定。
30.如图2-3所示，本发明的实施例中，b轴传动组件40包括电机ⅱ4、带轮ⅲ5、同步带ⅱ6及带轮ⅳ42，其中电机ⅱ4设置于手臂7内，且电机ⅱ4的输出端与带轮ⅲ5连接，带轮ⅳ42设置于b轴减速机15的输入端，带轮ⅳ42通过同步带ⅱ6与带轮ⅲ5传动连接。
31.b轴传动组件40的动力由电机ⅱ4输出，电机ⅱ4通过同步带ⅱ6将动力传至b轴减速机15的输入端，经b轴减速机15将动力传递给与b轴减速机15的输出端固接的关节结构件24，实现关节结构件24绕b轴线转动。
32.本发明的实施例中，轴承ⅰ10和轴承ⅱ11的内圈与锥齿轮ⅰ9的齿轮轴部均为微过渡配合；弹簧19的一端推动锥齿轮ⅰ9沿c轴线向锥齿轮ⅰ9的小端方向运动，使运动锥齿轮ⅰ9与锥齿轮ⅱ12接触为止，锥齿轮ⅱ12作为锥齿轮ⅰ9的轴向限位；弹簧19的另一端推动轴承ⅰ10的内圈，轴承ⅰ10的外圈通过座套16与压盖18固定，在弹簧19的弹簧力作用下将轴承ⅰ10的内圈、滚珠及外圈之间压紧，消除轴承ⅰ10的游隙。也就是说，弹簧19推动锥齿轮ⅰ9向小端方向运动，一方面可消除锥齿轮ⅰ9与锥齿轮ⅱ12之间的啮合间隙，提高机器人关节传动精度、消除齿轮正反向运转时的齿隙误差；另一方面锥齿轮副由锥齿轮、轴承、结构件等多个零件配合形成，如需要保证高精度，需要每个配合零件都具备很高的加工精度，实际中非常难实现，即使通过提高精度实现价格也将非常昂贵；采用弹簧19使得锥齿轮副变为柔性连接，锥齿轮ⅰ9可沿轴向进行微小运动，使b轴在任意角度时，都可以实现t轴任意转动的零背隙，大大降低了对零件的制造和装配难度。
33.本实施例中，在手臂7的内部传动及走线，实现与外部隔离，避免手臂7内部与外界环境间的相互扰动。t轴侧的中心筒ⅰ35和中心筒ⅱ27内可用于末端工具的线缆穿过，保护线缆不受外界高温、腐蚀性气体、强电磁干扰等恶劣环境的干扰，同时，线缆内置减少了手臂7的整体运动包络空间，避免洁净环境中由于线缆摩擦产生的粉尘。
34.以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。