机器人关节输出总成、机器人关节模组及机器人的制作方法

1.本技术涉及机器人技术领域，特别涉及一种机器人关节输出总成、机器人关节模组及机器人。


背景技术：

2.现阶段，随着机器人技术的日趋进步和完善，协作机器人作为一种与传统工业机器人在设计及应用理念上完全不同的机器人类型，凭借其所具备的人机安全性，广泛应用于汽车零部件、金属加工以及医疗器械、消费餐饮、科研教育等诸多领域，提高了劳动作业效率，改善了消费生活模式。
3.现有市面的协作机器人关节绝大部分为谐波减速器传动，通过谐波减速后将运动和动力传递给输出件。一般在机器人关节应用中，谐波减速器内部会涂抹适当的润滑脂，达到一个润滑、散热的目的。机器人关节运转时，谐波减速器内的油脂易被甩出导致谐波减速器内啮合处油脂量降低，从而影响其润滑、散热的效果。


技术实现要素：

4.本技术提供一种机器人关节输出总成、机器人关节模组及机器人。
5.第一方面，本技术提供一种机器人关节输出总成，包括输出轴、输入轴以及输出组件，输出轴可转动地穿设于输入轴，输出组件套设于输出轴。输出组件包括输出件、谐波减速器、交叉滚子轴承以及油封，输出件套设于输出轴并与输出轴止转连接。谐波减速器连接于所述输出件，谐波减速器包括钢轮、柔轮以及波发生器，柔轮可转动地穿设于钢轮，柔轮连接于输出轴以及输出件，波发生器设置于柔轮内，并连接于输入轴；交叉滚子轴承连接于钢轮和输出件之间，油封设置于输出件和柔轮之间。
6.第二方面，本技术还提供一种机器人关节模组，包括关节主体以及上述的机器人关节输出总成，机器人关节输出总成连接于关节主体。
7.第三方面，本技术还提供一种机器人，包括机体以及机器人关节模组，机器人关节模组连接于机体。
8.相对于现有技术，本技术提供的机器人关节输出总成中，输出件套设于输出轴并与输出轴止转连接，柔轮连接于输出轴及输出件，油封设置于输出件和柔轮之间，油封用于将油脂限制在谐波减速器处，减小油脂储存的空间，防止运动过程中油脂甩出导致谐波减速器处油脂量降低。油封对输出轴与谐波减速器连接处进行油脂密封，以保证谐波减速器内润滑、散热的效果，提高了机器人关节输出总成的密封性能。
附图说明
9.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
10.图1是本技术一实施例提供的机器人的模块框图。
11.图2是本技术一实施例提供的机器人关节模组的简化示意图。
12.图3是本技术一实施例提供的机器人关节输出总成的剖面示意图。
13.图4是图2中a部分的放大结构示意图。
14.图5是图3中b部分的放大结构示意图。
具体实施方式
15.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
16.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“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技术和简化描述，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技术的限制。
17.在本技术的描述中，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”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
18.请参阅图1，本技术实施例提供一种机器人关节模组200以及配置有机器人关节模组200的机器人300。
19.本说明书对机器人300的具体类型不作限制，例如，机器人300可以为工业机器人，也可以为协作机器人，在本实施例中，机器人300为协作机器人。机器人300包括机体301、执行端303以及机器人关节模组200。机器人关节模组200连接于执行端303和机体301之间，其用于驱使执行端303相对于机体301运动。在一些实施例中，机器人300可以包括多个执行端303，相应地，机器人300也可以包括与多个执行端303一一对应的机器人关节模组200，每个执行端303均通过对应的机器人关节模组200连接于机体301。
20.请参阅图2，机器人关节模组200包括关节主体20和机器人关节输出总成100。机器人关节输出总成100包括转轴10，关节主体20以及机器人关节输出总成100沿转轴10的轴向o并列设置。
21.关节主体20连接于机器人关节输出总成100的一侧，本说明书对关节主体20的具体结构不作限制，例如关节主体20可以包括制动组件21、电机22、编码器组件23以及驱控组件25中的至少一者。在本实施例中，关节主体20包括制动组件21、电机22、编码器组件23以及驱控组件25，制动组件21、编码器组件23以及驱控组件25沿转轴10的轴向o依次并列设置。
22.在本实施例中，电机22包括电机壳224、转子221及定子223，定子223设置于电机壳224内，转子221可转动地容置于定子223内。转轴10穿设于转子221且与转子221止转连接，
也即，转子221转动时，能够带动转轴10的至少部分结构同步转动。
23.在一些实施例中，制动组件21可以包括固定壳212和连接于固定壳212的主体214。主体214套设于转轴10，固定壳212连接于主体214。本说明书对制动组件21的具体结构不作限制，例如，制动组件21可以为电磁式抱闸机构，则主体214可以包括制动电磁铁和闸瓦制动器。制动组件21也可以为无励磁制动器，固定壳212为刹车固定壳，主体214包括制动器定子、制动器转子和摩擦片（图中均未示出），制动器定子固定安装于固定壳212。
24.在本实施例中，转轴10包括输入轴12和输出轴14。输入轴12穿设于转子221且与转子221止转连接。其中，输入轴12与转子221之间的“止转连接”应理解为，输入轴12与转子221之间相对固定，输入轴12可随转子221的转动而转动。本说明书对输入轴12和转子221之间的连接方式不作限制，例如，输入轴12和转子221之间可以通过花键连接。
25.输出轴14用于驱使执行端303相对于机体301（如图1所示）运动。输出轴14可以通过减速机构或者其他传动机构连接于输入轴12，以间接地连接于电机22，从而在电机22的驱动下转动，实现机器人300部分关节的运动。在本实施例中，输出轴14同轴穿设于输入轴12，且输入轴12和输出轴14可转动地连接，例如，二者之间可以通过减速器或/及轴承等结构连接。输出轴14的一端突伸至输入轴12外形成安装部145，安装部145用于安装机器人关节输出总成100的部分结构。
26.请同时参阅图2和图3，机器人关节输出总成100还包括输出组件30，输出组件30设置于电机22背离制动组件21的一侧，其用于与转轴10配合以驱使执行端303相对于机体301运动。
27.输出组件30包括安装座31、输出件32、交叉滚子轴承33以及谐波减速器34。安装座31连接于电机壳224，且可转动地套设于输入轴12之外。在一些实施例中，安装座31也可以是电机壳224的一部分。输出件32套设于输出轴14的安装部145，且与输出轴14止转连接。其中，“输出件32和输出轴14之间的止转连接”应理解为，输出件32与输出轴14之间相对固定，输出件32可随输出轴14的转动而转动。
28.本说明书对输出件32和安装部145之间的具体连接方式不作限制，例如，输出件32可以一体成型于安装部145，或者二者之间也可以为分体式连接，如输出件32通过紧固件连接于安装部145。在本实施例中，输出件32包括本体部325以及第一连接部323，本体部325以及第一连接部323沿输出轴14的轴向o相接续。输出件32设有供输出轴14穿过的中心孔，中心孔沿轴向o贯穿本体部325和第一连接部323。本体部325通过中心孔套设于输出轴14，本体部325远离输出轴14的一侧连接于交叉滚子轴承33的外圈332。第一连接部323一体成型于本体部325，其用于连接谐波减速器34以及输出轴14。第一连接部323沿轴向o相对于本体部325朝向电机22的一侧凸出，第一连接部323的外径小于本体部325外径。
29.本说明书对输出件32的具体类型不作限制，例如，输出件32可以为输出法兰，例如为金属法兰盘，满足大部分不要求较高力控精度的机器人关节输出总成100。又如，输出件32也可以集成有扭矩传感器或者为扭矩传感器本身，其用于满足要求较高力控精度的机器人关节输出总成100。
30.在本实施例中，输出件32与输出轴14为分体式连接，具体地，输出轴14可以包括主轴体146以及凸缘147，主轴体146穿设于输入轴12内，安装部145为主轴体146相对输入轴12凸伸的部分（例如一个端部）。凸缘147连接于安装部145的外周，并沿主轴体146的径向相对
于安装部145凸伸。凸缘147位于第一连接部323背离本体部325的一侧且与第一连接部323沿轴向o相对设置。在本实施例中，输出组件30还可以包括第一紧固件321，第一紧固件321沿轴向o穿设于凸缘147、第一连接部323以及本体部325，以将输出件32固定于输出轴14的安装部145。
31.为了提高输出件32和输出轴14的连接强度，输出组件30还可以包括摩擦垫圈38。摩擦垫圈38连接于第一连接部323和安装部145之间。在本实施例中，摩擦垫圈38为封闭环状的弹性件（例如o型圈）。摩擦垫圈38提高了第一连接部323的摩擦系数，增大第一紧固件321的连接强度。
32.请参阅图3，输出件32和安装座31沿转轴10的轴向o相对间隔设置，以为交叉滚子轴承33和谐波减速器34的安装预留空间。交叉滚子轴承33是一种内圈分割、外圈旋转的特殊型号轴承。在本实施例中，交叉滚子轴承33包括内圈331、外圈332以及滚柱334。内圈331设置于外圈332内且可转动地连接于外圈332，滚柱334设置于内圈331和外圈332之间。交叉滚子轴承33连接于安装座31和输出件32之间，其中，内圈331通过第一连接件3412连接于钢轮341，外圈332通过第二连接件3252连接于输出件32的本体部325。
33.在本技术的上述实施例中，第一连接件3412和第二连接件3252均采用螺钉，内圈331和外圈332均设有安装孔，便于第一连接件3412和第二连接件3252的安装固定，无需设置其他辅助固定件，大大优化了零件数量，节约成本。交叉滚子轴承33的内圈331、外圈332直接与各自邻近的零件连接，不需要增加额外的压板、固定座等限位结构来进行约束，减小了机器人关节输出总成100的零件数量，从而降低成本。输出件32通过第一紧固件321连接于输出轴14，通过第二连接件3252连接于交叉滚子轴承33，第一紧固件321和第二连接件3252均为螺钉，便于拆装。本技术的机器人关节输出总成100的输出件32的类型可更换，能够根据实际需求选择金属法兰或者是扭矩传感器，而对于机器人关节输出总成100本身，仅仅只需要拆装第一紧固件321和第二连接件3252，对研发设计及生产均较为便利。
34.谐波减速器34位于安装座31和输出件32之间，且设置于交叉滚子轴承33和输入轴12之间。在本实施例中，谐波减速器34选用“杯型”的谐波减速器34。具体地，谐波减速器34包括钢轮341以及柔轮343。钢轮341呈环状，其套设于输入轴12外。钢轮341设置于安装座31和内圈331之间，并通过第一连接件3412连接于安装座31和内圈331。柔轮343可转动地连接于钢轮341内并通过第一紧固件321连接于输出件32。
35.在本实施例中，上述“杯型”理解为柔轮343的形状为“杯型”，具体地，柔轮343包括筒部3436和内翻部3438。筒部3436呈筒状，其一端可转动地连接于钢轮341，筒部3436环绕于转轴10外，且位于安装座31和输出件32之间。内翻部3438连接于筒部3436远离钢轮341的一端，并沿筒部3436的径向向筒部3436的中心凸伸，形成“杯型”的谐波减速器34的杯底，内翻部3438与筒部3436形成“杯型”构件。内翻部3438和第一连接部323套设于主轴体146并与凸缘147连接。内翻部3438与本体部325相对间隔设置，且叠置于凸缘147和第一连接部323之间，并通过第一紧固件321连接于凸缘147和输出件32。
36.在本实施例中，输出组件30还包括油封36，油封36设置于输出件32和柔轮343之间，其用于将油脂限制在谐波减速器34内，减小油脂储存的空间，防止运动过程中油脂甩出后谐波减速器34内的油脂量降低。具体地，油封36套设于第一连接部323外，且位于本体部325和内翻部3438之间。油封36对谐波减速器34进行油脂密封，以保证谐波减速器34内润
滑、散热的效果，提高了机器人关节输出总成100的密封性能。
37.油封36密封具有一定的要求，尤其是与油封36的唇口接触的第一连接部323的外表面，外表面的材料硬度需要大于或等于30hrc（洛氏硬度）。在本实施例中，输出组件30还包括衬套361，衬套361采用钢制衬套361，可以满足油封36的唇口接触面的硬度要求。衬套361套设于第一连接部323外且位于第一连接部323和油封36之间，衬套361的外周壁与油封36的唇口相接触。本说明书对衬套361与第一连接部323之间的具体连接方式不作限制，例如，衬套361可以通过胶粘的方式连接于第一连接部323，也可以与第一连接部323过盈配合连接、螺纹配合连接。衬套361一方面在输出组件30运动时对输出件32的第一连接部323提供保护，另一方面便于加工以满足油封36的唇口的需求。
38.请同时参阅图3和图4，为了便于安装油封36，输出组件30还包括油封支架37。油封支架37连接于交叉滚子轴承33的内圈331，且可转动地设置于本体部325和柔轮343之间。油封支架37包括本体371和配合部373。本体371沿轴向o延伸，其具有第一端372以及第二端374。第一端372开设有第一内孔3721，第一内孔3721沿轴向o贯穿油封支架37。第二端374开设有第二内孔3741，第二内孔3741与第一内孔3721同轴且相互连通，第二内孔3741的内径大于第一内孔3721的内径。油封支架37通过第一内孔3721套设于油封36外，柔轮343背离钢轮341的一端容置于第二内孔3741，柔轮343与第二内孔3741的内壁间隔设置。第二端374的至少部分结构容置于内圈331和筒部3436之间。
39.配合部373固定套设于本体371第二端374的外周壁，且沿第二内孔3741的径向凸出于第二端374的外周壁。配合部373连接于交叉滚子轴承33的内圈331。油封支架37设置于柔轮343和交叉滚子轴承33之间，进一步提高了机器人关节输出总成100的密封性能。
40.在本实施例中，谐波减速器34还包括波发生器345，波发生器345是一种使柔轮343按一定变形规律产生周期性弹性变形波的构件。波发生器345设置于筒部3436和输入轴12之间，波发生器345的部分结构环绕在安装部145外，波发生器345通过轴承可转动地连接于筒部3436的内壁，且止转连接于输入轴12。其中“波发生器345止转连接于输入轴12”应理解为，波发生器345与输入轴12之间相对固定，波发生器345可随输入轴12的转动而转动。
41.本说明书对波发生器345和输入轴12之间的连接结构不作限制，在本实施例中，波发生器345远离内翻部3438的一端的端面开设有容纳槽3454，输入轴12靠近安装部145的端部容置于容纳槽3454内，以使容纳槽3454的槽壁环绕于输入轴12靠近安装部145的端部的外周。波发生器345通过第二紧固件3453连接于输入轴12靠近安装部145的端部。第二紧固件3453沿轴向o穿设于波发生器345，第二紧固件3453的一端伸入容纳槽3454内且连接于输入轴12的端部。在本实施例中，第二紧固件3453采用螺钉。
42.请同时参阅图3和图5，为了防止谐波减速器34内侧的油脂泄漏至输入轴12和输出轴14之间，在本实施例中，谐波减速器34还包括密封件346。密封件346连接于安装部145，密封件346与波发生器345嵌套设置以形成迷宫密封结构35。
43.密封件346包括固定部3461、第二连接部3462以及凸出部3463。固定部3461呈圆板状，固定部3461套设于主轴体146的安装部145外且通过第一紧固件321连接于凸缘147，固定部3461位于凸缘147背离内翻部3438的一侧。在本实施例中，第一紧固件321采用螺钉。第一紧固件321沿主轴体146的轴向依次穿设于固定部3461、凸缘147、内翻部3438以及输出件32，固定部3461、凸缘147、内翻部3438以及输出件32紧固连接。
44.第二连接部3462呈两端贯通的筒状，第二连接部3462环绕于安装部145外，且其一端固定于固定部3461朝向波发生器345的一端的外周，固定部3461覆盖第二连接部3462一端的开口。凸出部3463连接于第二连接部3462朝向波发生器345的一端，凸出部3463相对于第二连接部3462的端面沿主轴体146的轴向凸伸。在本实施例中，凸出部3463为环形凸台，凸出部3463设置有两个，两个凸出部3463同心设置。波发生器345朝向密封件346的一端开设有密封槽3452，内侧的凸出部3463嵌入密封槽3452内，外侧的凸出部3463环绕于波发生器345的外周壁，凸出部3463和密封槽3452共同形成上述的迷宫密封结构35。迷宫密封结构35有效地减小了谐波减速器34内油脂泄漏至输入轴12和输出轴14之间的可能性，而且迷宫密封结构35为一种非接触密封，不影响传动效率。
45.本技术实施例提供的机器人关节输出总成100中，输出件32通过第一紧固件321连接于输出轴14，通过第二连接件3252连接于交叉滚子轴承33，第一紧固件321和第二连接件3252均为螺钉，便于拆装。本技术的机器人关节输出总成100的输出件32的类型可更换，能够根据实际需求选择金属件或者是扭矩传感器，而对于机器人关节输出总成100本身，仅仅只需要拆装第一紧固件321和第二连接件3252，对研发设计及生产均较为便利。输出轴14的安装部145处采用油封36密封，简单高效，输入轴12处波发生器345采用迷宫密封结构35，发热小，传动效率高，安装简单。本技术的机器人关节输出总成100结构形式简单，适用性高，密封性高，便于实现低成本以及便捷安装的效果。
46.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
47.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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
48.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。