一种机器人关节连接结构的制作方法

1.本实用新型属机器人技术领域，具体涉及一种机器人关节连接结构。


背景技术：

2.传统机器人关节连接结构中，关节模组之间或关节模组与机械臂之间的连接安装往往是通过多个螺钉实现的。在安装过程中，一方面，由于使用的螺钉数目较多，有时多达十多个甚至数十个，使得安装及拆卸过程极为繁琐，并消耗大量的装配及维修作业时间，不利于企业生产效率的提高；另一方面，关节模组之间或关节模组与机械臂相互连接时，通常采用关节模组的法兰盘沿轴向嵌入到预先加工好的另一关节模组或机械臂的安装沉孔中，再沿法兰盘的径向均布式地旋入若干个螺钉，实现两者之间的连接。当两个关节模组与机械臂相连时，一个关节模组可作为输出端模组，另一关节模组可作为固定端模组，两个关节模组分别安装于机械臂的两端，具体地，机械臂的一端与输出端模组的输出端法兰盘相连，另一端与固定端模组的固定端法兰盘相连。此时，两个关节模组轴心之间的距离称为连杆长度，但目前的安装方案不能消除两个关节模组或关节模组与机械臂在接触面处的间隙，这将使得机器人的理论连杆长度与实际连杆长度之间存在较大的装配误差，从而使得机器人难以实现较高的控制精度。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种机器人关节连接结构，消除了第一法兰盘与第二法兰盘的接触面的间隙，有利于减小机器人的理论连杆长度与实际连杆长度之间的误差，使得机器人得以实现较高的控制精度，并且减少了安装时所需的螺钉数量，从而提高机器人关节模组或关节模组与机械臂之间的装拆速度，以满足快速维修更换的要求。
4.本实用新型是通过以下技术方案实现的：
5.一种机器人关节连接结构，包括第一关节模组、第二关节模组和抱卡；所述第一关节模组包括第一法兰盘，所述第一法兰盘的端面为圆形，所述第一法兰盘的外周面向外凸起形成若干第一法兰限位部，所述第一法兰限位部设置有第一法兰限位斜面，且所述第一法兰限位斜面背向所述第一法兰盘的端面设置；
6.所述第二关节模组包括第二法兰盘；所述第二法兰盘的端面为圆形，所述第二法兰盘的外周面向外凸起形成若干第二法兰限位部，所述第二法兰限位部设置有第二法兰限位斜面，且所述第二法兰限位斜面背向所述第二法兰盘的端面设置；
7.所述抱卡呈环状；所述抱卡的内侧开设有限位凹槽，所述限位凹槽包括相对设置的第一抱卡限位斜面以及第二抱卡限位斜面，且所述第一抱卡限位斜面和所述第二抱卡限位斜面分别与所述限位凹槽的底壁所形成的夹角朝向欧食宿限位凹槽外设置；所述限位凹槽的深度大于所述第一法兰限位部和所述第二法兰限位部的凸起高度；
8.所述第一法兰盘的端面与所述第二法兰盘的端面抵接，所述第一法兰限位部与所
述第二法兰限位部均嵌入于所述限位凹槽内，且所述第一法兰限位斜面与所述第一抱卡限位斜面抵接，所述第二法兰限位斜面与所述第二抱卡限位斜面抵接。
9.本实用新型提供一种机器人关节连接结构，当所述第一法兰限位部与所述第二法兰限位部均嵌入于所述限位凹槽内，即所述抱卡固定于所述第一法兰盘和所述第二法兰盘抵接处的外侧时，由于所述限位凹槽的深度大于所述第一法兰限位部和所述第二法兰限位部的凸起高度，所以所述抱卡向内挤压所述第一法兰限位部和第二限位部时，挤压力分别沿所述第一抱卡限位斜面和第二抱卡限位斜面传递至所述第一法兰盘和第二法兰盘，从而使所述第一法兰盘与所述第二法兰盘紧密贴合，消除了第一法兰盘与第二法兰盘的接触面的间隙，有利于减小机器人的理论连杆长度与实际连杆长度之间的误差，使得机器人得以实现较高的控制精度；此外，由于使用所述抱卡使所述第一法兰盘与所述第二法兰盘紧密贴合，减少了安装时用于使所述第一法兰盘与所述第二法兰盘固定连接的螺钉数量，从而提高机器人关节连接结构的装拆速度，以满足快速维修更换的要求。
10.进一步，所述限位凹槽呈环状设置；所述第一法兰限位部和第二法兰限位部均呈环形。所述第一法兰限位部和第二法兰限位部沿周向设置，并卡合于所述限位凹槽中，使所述第一法兰盘和第二法兰盘紧密贴合。
11.进一步，所述第一法兰盘的外周面或所述第一法兰限位部的边缘处沿径向方向开设有若干第一卡位槽；所述第一卡位槽包括两个相对设置的第一楔入斜面，两个所述第一楔入斜面所形成的夹角朝向所述第一卡位槽外设置；
12.所述第二法兰盘的外周面或所述第二法兰限位部的边缘处沿径向方向开设有若干第二卡位槽；所述第二卡位槽包括两个相对设置的第二楔入斜面，两个所述第二楔入斜面所形成的夹角朝向所述第二卡位槽外设置；
13.所述第一卡位槽的位置与所述第二卡位槽的位置相对应，两个所述第一楔入斜面分别与两个所述第二楔入斜面对应位于同一平面；
14.当所述第一法兰盘的端面与所述第二法兰盘的端面抵接时，每一所述第一卡位槽对应与一所述第二卡位槽对应拼合形成一定位槽；
15.所述抱卡外侧沿径向开设有若干安装槽，所述安装槽与所述限位凹槽连通；所述安装槽的位置与所述定位槽的位置相对应；
16.所述机器人关节连接结构还包括若干定位楔；所述定位楔对应穿过所述安装槽和所述限位凹槽，并嵌入所述定位槽中，所述定位楔包括相对设置的第一定位斜面和第二定位斜面，所述第一定位斜面与所述第一楔入斜面和第二楔入斜面抵接，所述第二定位斜面与所述第一楔入斜面和第二楔入斜面抵接。
17.当所述第一法兰限位部与所述第二法兰限位部均嵌入于所述限位凹槽内，所述抱卡固定于所述第一法兰盘和所述第二法兰盘抵接处的外侧，使所述第一法兰盘与第二法兰盘紧密贴合时，由于所述第一法兰盘与所述第二法兰盘在周向上仍可转动，此时将所述定位楔穿过所述安装槽，并置于所述定位槽中，所述定位楔与所述第一楔入斜面和第二楔入斜面抵接，第一法兰盘和第二法兰盘可迅速自动对齐。
18.进一步，所述定位楔包括楔入端和手持端；所述楔入端嵌入所述定位槽中，相对设置的第一定位斜面和第二定位斜面均位于楔入端上；所述定位槽的深度大于所述楔入端的长度；
19.所述手持端与所述楔入端固定连接，且所述楔入端嵌入所述定位槽中时，所述手持端容置于所述安装槽内。
20.所述楔入端嵌入所述定位槽内，由于所述定位槽的深度大于所述楔入端的长度，因此仅有所述第一定位斜面和第二定位斜面与所述定位槽接触，所述第一定位斜面和第二定位斜面挤压所述第一法兰盘和第二法兰盘，使所述第一法兰盘和述第二法兰盘迅速对齐，并防止所述第一法兰盘和第二法兰盘在周向上发生相对滑动；所述手持端用于方便取放所述定位楔。
21.进一步，所述定位楔还包括连接部，所述连接部具有与所述安装槽相匹配的形状，所述连接部容置于所述安装槽，其一端与所述楔入端固定连接，另一端与所述手持端固定连接。所述连接部置于所述安装槽中以增加所述楔入端与所述第一法兰盘和第二法兰盘连接的稳定性。
22.进一步，所述抱卡包括第一半环和第二半环，所述第一半环和所述第二半环可拆卸式固定连接形成环状的抱卡。所述第一半环和所述第二半环固定连接形成环状的抱卡，可根据具体需求调整所述第一半环和第二半环的连接，以适应所述第一关节模组和第二关节模组的尺寸。
23.进一步，所述抱卡还包括若干固定件；所述第一半环的两个端部均沿平行于所述第一半环对称轴的方向贯穿开设有螺纹孔；所述第二半环的两个端部均沿平行于所述第二半环对称轴的方向开设有安装孔，所述安装孔均与所述螺纹孔对应；所述固定件穿过所述安装孔并固定于所述螺纹孔内。此为一种具体实施方式，将所述固定件固定于所述抱卡，提供对所述第一法兰限位部和第二法兰限位部的挤压力，使所述第一法兰盘和所述第二法兰盘紧密贴合。
24.进一步，所述抱卡还包括弹性垫片，所述弹性垫片位于所述第一半环和所述第二半环之间；所述固定件穿过所述第二半环的安装孔以及所述弹性垫片，并固定于所述第一半环的螺纹孔内。所述弹性垫片用于防止较大尺寸的异物侵入所述第一半环和所述第二半环的连接处。
25.进一步，所述机器人关节连接结构还包括密封圈；所述第一法兰盘的端面和/或所述第二法兰盘的端面开设有密封槽，所述密封槽为环形，其圆心与所述第一法兰盘或所述第二法兰盘的圆心重叠；所述密封圈固定于所述密封槽内。所述密封圈用于防尘及防水。
26.为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。
附图说明
27.图1是实施例1的机器人关节连接结构的局部剖视图。
28.图2是实施例1的第一法兰盘和第二法兰盘的结构示意图。
29.图3是实施例1的第一法兰盘的主视图。
30.图4是实施例1的第二法兰盘的主视图。
31.图5是实施例1的抱卡的结构示意图。
32.图6是实施例1的抱卡的内部示意图。
33.图7是实施例1的抱卡的剖视图。
34.图8是实施例1的机器人关节连接结构的连接示意图。
35.图9是图8中ⅰ处的放大图。
36.图10是实施例1的定位楔的安装示意图。
37.图11是实施例1的定位楔的结构示意图。
38.图12是实施例1的第一半环的示意图。
39.图13是实施例1的第二半环的示意图。
40.图14是实施例1的抱卡的作用原理图。
41.图15是实施例1的定位楔安装结构示意图。
42.图16是实施例1的定位楔作用原理图。
具体实施方式
43.下面结合附图和实施例对本实用新型实施例作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型实施例，而非对本实用新型实施例的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型实施例相关的部分而非全部结构。
44.此外，在说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等仅用于区别相同技术特征的描述目的，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，也不一定描述次序或时间顺序。在合适的情况下术语是可以互换的。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。
45.类似地，在说明书和权利要求书中同样使用术语“固定”、“连接”，不应理解为限于直接的连接。因此，表达“装置a与装置b连接”不应该限于装置或系统中装置a直接连接到装置b，其意思是装置a与装置b之间具有路径，这可以是包括其他装置或工具的路径。
46.实施例1
47.本实施例1提供一种机器人关节连接结构，图1为实施例1的机器人关节连接结构的局部剖视图，如图1所示，包括第一关节模组1、第二关节模组2和抱卡4；
48.图2是实施例1的第一法兰盘和第二法兰盘的结构示意图，图3是实施例1的第一法兰盘的主视图，如图2和图3所示，第一关节模组1包括第一法兰盘12；第一法兰盘12的端面为圆形，第一法兰盘12的外周面向外凸起形成若干第一法兰限位部124，第一法兰限位部124设置有第一法兰限位斜面1241，且第一法兰限位斜面1241背向第一法兰盘12的端面设置；
49.图4是实施例1的第二法兰盘的主视图，如图2和图4所示，第二关节模组2包括第二法兰盘24；第二法兰盘24的端面为圆形，第二法兰盘24的外周面向外凸起形成若干第二法兰限位部241，第二法兰限位部241设置有第二法兰限位斜面2411，且第二法兰限位斜面2411背向第二法兰盘24的端面设置；
50.抱卡4呈环状；图5是实施例1的抱卡的结构示意图，图6是实施例1的抱卡的内部示意图，图7是实施例1的抱卡的剖视图，如图5、图6和图7所示，抱卡4的内侧开设有限位凹槽43，限位凹槽43包括相对设置的第一抱卡限位斜面431以及第二抱卡限位斜面432，且第一抱卡限位斜面431以及第二抱卡限位斜面432所形成的夹角朝向限位凹槽43外设置；限位凹槽43的深度大于第一法兰限位部124与第二法兰限位部241的凸起高度；
51.图8是实施例1的机器人关节连接结构的连接示意图，图9为图8中ⅰ处的放大图，如
图8和图9所示，第一法兰盘12的端面与第二法兰盘24的端面抵接，第一法兰限位部124与第二法兰限位部241均嵌入于限位凹槽43，且第一法兰限位斜面1241与第一抱卡限位斜面431抵接，第二法兰限位斜面2411与第二抱卡限位斜面432抵接。
52.本实施例1提供了一种机器人关节连接结构，当第一法兰限位部124与第二法兰限位部241均穿设于限位凹槽43内，即抱卡4固定于第一法兰盘12和第二法兰盘24贴合处的外侧时，由于限位凹槽43的深度大于第一法兰限位部124与第二法兰限位部241的凸起高度，所以抱卡4向内挤压第一法兰限位部124与第二法兰限位部241时，挤压力分别沿第一抱卡限位斜面1241和第二抱卡限位斜面2411传递至第一法兰盘12和第二法兰盘24，从而使第一法兰盘12与第二法兰盘24紧密贴合，消除了第一法兰盘12与第二法兰盘24的接触面的间隙，有利于减小机器人的理论连杆长度与实际连杆长度之间的误差，使得机器人得以实现较高的控制精度；此外，由于抱卡4使第一法兰盘12与第二法兰盘24紧密贴合，减少了安装时用于使第一法兰盘12与第二法兰盘24固定连接的螺钉数量，从而提高机器人关节连接结构的装拆速度，以满足快速维修更换的要求。
53.在一个具体的实施例中，第一关节模组1还包括输出法兰盘和减速器，所述输出法兰盘与所述减速器的输出端连接；第一关节模组1用于输出；
54.第二关节模组2还包括固定法兰盘，所述机器人关节结构还包括壳体，所述固定法兰盘固定于所述壳体。第二关节模组2用于固定，其中，所述壳体可为机械臂。
55.优选地，限位凹槽43呈环状设置；第一法兰限位部124和第二法兰限位部241均呈环形。第一法兰限位部124与第二法兰限位部241卡合于限位凹槽43中，使第一法兰盘12和第二法兰盘24紧密贴合。
56.在一个具体的实施例中，如图2所示，第一法兰盘12呈环形，且沿轴向的截面为直角梯形，该直角梯形的腰即为第一法兰限位斜面1241，且第一法兰限位斜面1241背向第一法兰盘12的端面设置；第二法兰盘24呈环形，且沿轴向的截面为直角梯形，该直角梯形的腰即为第二法兰限位斜面1241，背向第二法兰盘24的端面设置；第一法兰限位部124与第二法兰限位部241均穿设于限位凹槽43内，即抱卡4固定于第一法兰盘12和第二法兰盘24贴合处的外侧时并未完全贴合，仅有第一抱卡限位斜面1241和第二抱卡限位斜面2411与限位凹槽43的第一抱卡限位斜面431以及第二抱卡限位斜面432贴合。
57.优选地，如图2和图3所示，第一法兰盘12的外周面或第一法兰限位部124的边缘处沿径向方向开设有若干第一卡位槽121；第一卡位槽121包括两个相对设置的第一楔入斜面1211，两个第一楔入斜面1211所形成的夹角朝向第一卡位槽121外设置；
58.如图2和图4所示，第二法兰盘24的外周面或第二法兰限位部241的边缘处沿径向方向开设有若干第二卡位槽242；第二卡位槽242包括两个相对设置的第二楔入斜面2422，两个第二楔入斜面2422所形成的夹角朝向第二卡位槽242外设置；
59.第一卡位槽121的位置与第二卡位槽242的位置相对应，两个第一楔入斜面1211分别与两个第二楔入斜面2422对应位于同一平面；
60.当第一法兰盘12的端面与第二法兰盘24的端面抵接时，每一第一卡位槽121对应与一第二卡位槽242对应拼合形成一定位槽123；
61.如图6所示，抱卡4外侧沿径向开设有若干安装槽44，安装槽44与限位凹槽43连通；安装槽44的位置与定位槽123的位置相对应；
62.所述机器人关节连接结构还包括若干定位楔5；图10是实施例1的定位楔的安装示意图，如图10所示，定位楔5对应穿过安装槽44和限位凹槽43，并嵌入定位槽123中，定位楔5包括相对设置的第一定位斜面511和第二定位斜面513，第一定位斜面511与第一楔入斜面1211和第二楔入斜面2422抵接，第二定位斜面513与第一楔入斜面1211和第二楔入斜面2422抵接。
63.当第一法兰限位部124与第二法兰限位部241均嵌入于限位凹槽43内，抱卡4固定于第一法兰盘12及第二法兰盘24抵接处的外侧，使第一法兰盘12与第二法兰盘24紧密贴合时，由于第一法兰盘12与第二法兰盘24在周向上仍可转动，此时将定位楔5穿过安装槽44，并置于定位槽123中，第一法兰盘12和第二法兰盘24可迅速自动对齐。
64.更优地，图11是实施例1的定位楔的结构示意图，如图11所示，定位楔5包括楔入端51和手持端52；楔入端51嵌入定位槽123中，相对设置的第一定位斜面511和第二定位斜面513均位于楔入端51上；定位槽123的深度大于所述楔入端51的长度；
65.手持端52与楔入端51固定连接，且楔入端51嵌入定位槽123时，手持端51容置于安装槽44内。
66.楔入端51嵌入定位槽123内，由于定位槽123的深度大于所述楔入端51的长度，因此仅有第一定位斜面511和第二定位斜面513与定位槽123接触，第一定位斜面511和第二定位斜面513挤压第一法兰盘12和第二法兰盘24，使第一法兰盘12和第二法兰盘24迅速对齐，并防止第一法兰盘12和第二法兰盘24在周向上发生相对滑动；手持端51用于方便取放定位楔5。
67.更优地，定位楔5还包括连接部53，连接部具有与安装槽44相匹配的形状，连接部容置于安装槽44，其一端与楔入端51固定连接，另一端与手持端52固定连接。连接部53置于安装槽44中以增加楔入端51与第一法兰盘12和第二法兰盘24连接的稳定性；手持端52位于抱卡4外侧，用于方便取放定位楔5。
68.在一个具体的实施例中，第一卡位槽121和第二卡位槽242均呈等腰梯形状，第一楔入斜面1211即为等腰梯形状的第一卡位槽121的两条腰，第二楔入斜面2411即为等腰梯形状的第二卡位槽242的两条腰；定位槽123呈等腰梯形状，由于定位槽123的深度大于所述楔入端51的长度，楔入端51的端面与定位槽123的顶壁存在空隙，并未完全贴合，仅有第一定位斜面511和第二定位斜面513与第一楔入斜面1211和第二楔入斜面2422贴合。
69.在一个具体的实施例中，定位楔5的数量大于一个，且定位楔5沿第一法兰盘12或第二法兰盘24的圆心呈对称分布；第一卡位槽121、第二卡位槽242以及安装槽54的数量与定位楔5相同。设置多个定位楔5，以从周向上精准定位第一法兰盘12和第二法兰盘24。
70.优选地，如图5所示，抱卡4包括第一半环41和第二半环42，第一半环41和第二半环42固定连接形成环状的抱卡4。第一半环41和第二半环42固定连接形成环状的抱卡4，可根据具体需求调整第一半环41和第二半环42的连接，以适应第一关节模组1和第二关节模组2的尺寸。
71.更优地，抱卡4还包括若干固定件(图未示)；
72.图12是实施例1的第一半环的示意图，如图5和图12所示，第一半环41的两个端部均沿平行于第一半环41对称轴的方向贯穿开设有螺纹孔411；图13是实施例1的第二半环的示意图，如图5和图13所示，第二半环42的两个端部均沿平行于第二半环42对称轴的方向贯
穿开设有安装孔422，安装孔422均与螺纹孔411对应；固定件穿过安装孔422并固定于螺纹孔411内。此为一种具体实施方式，将固定件固定于把抱卡4，提供对第一法兰限位部124和第二法兰限位部241的挤压力，使第一法兰盘12和第二法兰盘24紧密贴合。
73.更优地，抱卡4还包括弹性垫片(图未示)，所示弹性垫片位于第一半环41和第二半环42之间；所述固定件穿过第二半环42的安装孔422以及所述弹性垫片，并固定于第一半环41的螺纹孔411内。所述弹性垫片用于防止较大尺寸的异物侵入第一半环41和第二半环42之间。
74.更优地，所述机器人关节连接结构还包括密封圈(图未示)；
75.如图3所示，第一法兰盘12的端面和/或第二法兰盘24的端面开设有密封槽13，密封槽13为环形，其圆心与第一法兰盘12或第二法兰盘24的圆心重叠，所述密封圈固定于密封槽13内。所述密封圈用于防尘及防水。
76.本实施例1提供的机器人关节连接结构的工作原理如下：
77.图14是实施例1的抱卡的作用原理图，当固定件例如螺钉锁紧从而将第一半环41和第二半环42固定连接后，螺钉对抱卡4的两个侧面产生的拉力f0和f0’传递到第一法兰盘12和第二法兰盘24上，由于螺钉锁紧后仅有第一法兰限位斜面1241和第二法兰限位斜面2411与限位凹槽43的第一抱卡限位斜面431以及第二抱卡限位斜面432相接触，因抱卡4对第一法兰盘12的作用力可分解为沿第一法兰限位斜面1241方向延伸的作用力f1，以及垂直于第一法兰限位斜面1241的作用力f2；同理，抱卡4对第二法兰盘24的作用力可分解为沿第二法兰限位斜面2411延伸的作用力f1’，以及垂直于第二法兰限位斜面2411的作用力f2’。其中，f1和f1’分别与其对应的第一法兰限位斜面1241和第二法兰限位斜面2411的摩擦力相平衡，而f2和f2’使第一法兰盘12和第二法兰盘24紧密贴合，从而消除第一法兰盘12和第二法兰盘24接触面的间隙。
78.类似地，图15是实施例1的定位楔安装结构示意图，图16是实施例1的定位楔作用原理图，如图15和图16所示，将定位楔5插入定位槽123时，当固定件例如螺钉锁紧从而将第一半环41和第二半环42固定连接后，螺钉对定位楔5的第一定位斜面511和第二定位斜面513分别产生拉力f3和f3’，并传递至第一法兰盘12和第二法兰盘24，由于楔入端51仅有第一定位斜面511和第二定位斜面513与定位槽123接触，因此作用在第一定位斜面511上的f3可分解为沿第一定位斜面511延伸的作用力f4，以及垂直于第一定位斜面511的作用力f5；同理，作用在第二定位斜面513上的f3’可分解为沿在第二定位斜面513延伸的作用力f4’，以及垂直于第二定位斜面513的作用力f5’。其中，f4和f4’分别与其对应的接触面上的摩擦力相平衡，而f5和f5’沿各自的作用力方向对第一法兰盘12和第二法兰盘24产生挤压，使第一法兰盘12和第二法兰盘24在周向上迅速对齐。
79.本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对本实用新型的各种改动或变形不脱离本实用新型的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形。