密封组件和机器人的制作方法

1.本公开的实施例总体上涉及机器人，并且更具体地涉及用于机器人的密封组件。


背景技术：

2.密封布置或密封件是用于防止流体或固体颗粒在相邻结合表面之间泄漏并且防止诸如灰尘和湿气等外部杂质侵入设备的部件或措施。密封件可以分为静态密封件和动态密封件。静态密封件针对彼此之间没有相对运动的配合表面起作用。取决于压缩方向，静态密封可以分为轴向或径向。当表面之间存在运动时，存在动态密封。典型的运动包括往复、摆动和旋转。
3.例如，对于机器人的关节，关节的部件之间存在相对旋转，部件之间的传统径向密封结构可以为正常的工业过程提供稳定的密封解决方案。随着工业的发展，越来越多的机器人被应用于诸如食品、医药、健康服务等新领域。这些行业要求机器人满足严格的标准，以确保食品和药品安全。在应用于食品药品领域时，机器人的密封件、尤其是机器人关节的密封件通常是为了满足各种标准的要求而专门设计的。
4.wo2014087615a1涉及一种用于机器人的关节密封结构，其应用于机器人的关节，其中第二构件被插入到第一构件的圆柱形端部中并且包括设置在这些构件之间的间隙中的密封构件。
5.cn10228083a涉及一种旋转密封结构，其设置在自密封谐波减速器与机械臂之间以用于机械臂的旋转密封。
6.cn202480101u提供了一种用于机器人手腕的密封结构。手腕端盖的内腔设置有套设在前端法兰上的旋转密封环；轴承垫圈是“凸”形垫圈。
7.然而，上述密封结构存在各种问题，例如，不能提供组件之间的平滑或无缝过渡，并且从而不能满足食品和药品领域的各种要求。


技术实现要素：

8.本公开的实施例提供了一种密封组件和一种机器人以至少部分解决上述和其他潜在问题。
9.在第一方面，提供了一种密封组件。密封组件包括：壳体，该壳体适于布置在机器人的第一部件的端部上并且覆盖该端部并且包括周向耦合部段；法兰，该法兰适于布置在机器人的第二部件的端部上并且覆盖该端部，该第二部件相对于第一部件同轴可旋转，使得至少壳体的周向耦合部段同轴地邻接和环绕法兰；以及弹性密封环，该弹性密封环包括：耦合到周向耦合部段的耦合部分；以及通过过盈配合布置在壳体与法兰之间的密封部分，密封部分的形状与壳体的形状和法兰的形状匹配以实现从壳体到法兰的无缝过渡。
10.通过该密封组件，机器人的关节可以更容易清洁并且具有更高的耐腐蚀性。以这种方式，机器人可以用于对密封性能和卫生防护性能要求较高的食品和药品领域。
11.在一些实施例中，周向耦合部段包括具有第一端部和第二端部的周向台阶，第一
端部比第二端部更靠近第一部件，第一端部的内径大于第二端部的内径。以这种方式，弹性密封环可以更牢固地安装在壳体上。
12.在一些实施例中，密封组件还包括布置在第一部件与弹性密封环的耦合部分之间的辅助密封环，辅助密封环弹性可变形以施加弹力以朝向周向耦合部段按压耦合部分。以这种方式，即使弹性密封环的制造精度不高，也能实现壳体与弹性密封环之间的高度密封，从而降低弹性密封环的制造成本。
13.在一些实施例中，密封部分的远离第一部件的端面在径向向内方向上向外倾斜或弯曲。这种布置可以促进从壳体到法兰的平滑过渡。
14.在一些实施例中，弹性密封环的靠近第二部件的内边缘是圆形的。这种布置可以减少密封部分与法兰的接触面积，从而减少驱动关节旋转时的功率损失。
15.在一些实施例中，壳体还包括形成在周向耦合部段的远离第一部件的轴向端部处的辅周向台阶，并且其中所述弹性密封环还包括与辅周向台阶接合的辅耦合部分。结果，弹性密封环103与壳体的耦合可以进一步增强。
16.在一些实施例中，弹性密封环利用自润滑和/或耐腐蚀材料一体地形成。以这种方式，在降低功率损耗的同时，可以进一步提高密封组件的耐腐蚀性能。
17.在一些实施例中，法兰集成在第二部件上。这种布置可以在提高机器人的集成度的同时提高密封性能和卫生防护性能。
18.在一些实施例中，壳体和法兰中的至少一项被成形为适合第一部件和第二部件中的相应一者的形状。这促进具有密封组件的关节具有更光滑的外表面。
19.在第二方面，提供了一种机器人。机器人包括由第一方面中提到的密封组件密封的至少一个关节。
20.应当理解，本“发明内容”并非旨在确定本公开的实施例的关键或基本特征，也不旨在用于限制本公开的范围。通过下面的描述，本公开的其他特征将变得容易理解。
附图说明
21.本公开的上述和其他目的、特征和优点将通过结合附图对本公开的示例性实施例的更详细的描述而变得更加清楚，其中在本公开的示例性实施例中，相同的附图标记通常表示相同的部件。
22.图1示出了根据本公开的实施例的机器人的关节的分解图；
23.图2示出了根据本公开的实施例的机器人的关节的侧视截面图；
24.图3示出了图2所示的机器人的关节的左侧的放大图；以及
25.图4示出了根据本公开的另一实施例的机器人的关节的局部截面图。
26.在整个附图中，相同或相似的附图标记用于指示相同或相似的元素。
具体实施方式
27.现在将参考若干示例实施例来讨论本公开。应当理解，讨论这些实施例仅仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解并且因此实现本公开，而不是暗示对主题范围的任何限制。
28.如本文中使用的，术语“包括”及其变体将被理解为表示“包括但不限于”的开放术
语。术语“基于”应当理解为“至少部分基于”。术语“一个实施例”和“实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应当理解为“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同或相同对象。下面可以包括其他定义(明确的和隐含的)。除非上下文另有明确说明，否则术语的定义在整个描述中是一致的。
29.为了确保食品药品安全，很多标准被用来限制设备，诸如食品药品领域使用的机器人。例如，欧洲卫生工程与设计组(ehedg)发布了一个名为卫生设计原则(doc.8)的标准。卫生设计原则中的一篇要求诸如食品药品领域使用的机器人等卫生设备的密封面需要光滑或无缝并且易于清洁，防止细菌或病毒残留在上面。各个国家或地区有很多类似的标准，以确保食品和药品的安全。例如，标准en1672-2要求诸如密封在腔体中的润滑脂等流体不得泄漏以污染正在加工的食品或药品。nsf 51规定了密封件的防腐蚀要求。
30.用于传统常规工业领域的机器人通常不能满足这些要求。具体地，虽然一些关节采用径向密封件203以获取高密封水平，但是关节的外表面上存在难以清洁的间隙或凹槽。例如，如wo2014087615a1中公开的关节密封结构提供了在部件之间具有间隙的密封布置。进入这些间隙的灰尘或杂物难以清理，导致机器人因清理困难而无法在食品和药品领域使用。一些密封结构存在泄漏密封在其中的有害介质的风险。
31.为了至少部分解决上述和其他潜在问题，本公开的实施例提供了一种密封组件100和机器人200。通过密封组件100，机器人200、尤其是使用密封组件100的机器人的关节变得易于清洁，而没有污染诸如待处理的食品或药品等产品的风险。此外，密封组件100耐腐蚀，从而满足诸如ehedg doc 8、en1672-2、nsf 51等标准所要求的各种要求。
32.图1示出了使用密封组件的机器人200的示例关节的分解图。如图1所示，关节包括相对于彼此同轴可旋转的两个部件，即，第一部件201和第二部件。这种关节是机器人中常用的一种关节。关节之外可以布置有致动器或臂，致动器或臂可以通过关节执行各种动作。
33.应当理解，如图1所示的关节仅是旨在示出密封组件100相对于关节的布置的示例，而不暗示对本公开的范围的任何限制。实际上，第一部件201或第二部件202的结构或形状可以是任何合适的结构或形状。例如，在一些实施例中，第一部件201或第二部件202可以具有与机器人的其他部分或者臂或致动器的集成部分匹配的形状。
34.图2示出了具有密封组件100的关节的截面图，并且图3示出了图2所示的关节的左侧部分的局部放大截面图。如图所示，根据本公开的实施例的密封组件100通常包括壳体101、法兰102和弹性密封环103。壳体101可以布置在第一部件201的端部上以覆盖该端部。类似地，法兰102可以布置在第二部件202的与第一部件201的上述端部相同的端部上，以覆盖第二部件202的端部。
35.如图1所示，壳体101典型地为环形以覆盖布置在第二部件202的径向外侧的第一部件201。壳体101包括用于将弹性密封环103耦合到其上的周向耦合部段1011。相应地，弹性密封环103包括可以耦合到周向耦合部段1011的耦合部分1031。通过彼此耦合的耦合部分1031和周向耦合部段1011，弹性密封环103可以更稳定地安装在壳体101上。
36.此外，周向耦合部段1011可以促进弹性密封环103相对于壳体101的定位，从而降低密封组件101的组装难度。例如，在组装密封组件101时，弹性密封环103可以容易地安装在壳体101上而无需特殊对准。在一些实施例中，可以使用诸如粘合剂等促进耦合部分1031和周向耦合部段1011的耦合的一些手段。
37.为了实现上述耦合部分1031和周向耦合部段1011的耦合结构，在一些实施例中，周向耦合部段1011可以包括如图2和图3所示的周向台阶。周向台阶具有两个端部，即，第一端部和第二端部。相对于第二端部，第一端部更靠近第一部件201。第一端部的内径大于第二端部的内径，从而形成周向台阶。也就是说，靠近第二端部的周向台阶的一部分相对于靠近第一端部的部分径向向内突出。
38.弹性密封环103具有对应的周向台阶，该周向台阶可以与壳体101的周向台阶配合，如图3所示。通过壳体101的周向台阶与弹性密封环103的配合，可以限制弹性密封环103在至少两个方向上的自由度，使得弹性密封环103更牢固地安装在壳体101上。此外，这种布置允许弹性密封环103与壳体101之间的相对旋转，而不会破坏密封性能。
39.应当理解，上述周向耦合部段1011包括周向台阶的实施例仅用于说明性目的，并不暗示对本公开的范围的任何限制。耦合部分1031和周向耦合部段1011的任何合适的耦合布置或结构都是可能的。
40.例如，在一些备选实施例中，周向耦合部段1011可以包括锥形结构。具体地，锥形结构的靠近第一部件201的第一端部的内径大于远离第一部件201的第二端部的内径。也就是说，锥形结构的内径从第一端部到第二端部逐渐减小。类似地，弹性密封环103的耦合部分1031也可以是与周向耦合部段1011的锥形结构相反的对应锥形结构。以这种方式，弹性密封环103可以以自动居中方式安装在壳体101上。
41.在一些实施例中，为了进一步增强弹性密封环103和壳体101的耦合，可以设置辅周向台阶1012，如图4所示。如图所示，辅周向台阶1012形成在周向耦合部段1011的轴向端部处，即，如上所述的第二端部处。弹性密封环103还包括适于与辅周向台阶1012接合的对应辅耦合部分1034。以这种方式，弹性密封环103与壳体101的耦合可以进一步增强。
42.如图2和图3所示，在将密封组件100组装在关节上之后，至少壳体的周向耦合部段1011邻接和环绕法兰102。这种布置为弹性密封环103布置在壳体101与法兰102之间提供了空间。具体地，弹性密封环103还包括通过过盈配合布置在壳体101与法兰102之间的密封部分1032。也就是说，弹性密封环103的密封部分1032紧密配合在壳体101与法兰102之间。采用上述布置方式，无论关节内部是否有附加的密封手段，诸如径向密封件203，关节都可以满足高密封要求，例如食品行业要求的ip69k。
43.此外，密封部分1032的形状与壳体101的形状和法兰102的形状匹配，以实现从壳体到法兰102的无缝或平滑过渡。无缝或平滑过渡表示部件之间没有间隙或者间隙足够小或足够浅以防止灰尘进入并且因此不影响清洁。也就是说，假想有一条线从壳体101的外表面经由弹性密封环103延伸到法兰102的外表面，该假想的线是平滑的并且没有中断。以这种方式，使用密封组件100的关节易于清洁，从而使得与密封组件100的关节能够满足食品和药品领域的相关标准的要求。
44.此外，密封组件100可以用于现有的机器人关节中，以提高现有关节的密封水平和卫生防护水平。结果，在现有关节上装配密封组件100之后，就可以在食品和药品领域使用该关节。在一些实施例中，壳体101和法兰102中的至少一项可以成形为适合关节的第一部件201和第二部件202中的相应一者的形状。这促进与密封组件100的关节具有更光滑的外表面。
45.为了进一步提高与密封组件100的关节的密封水平，在一些实施例中，密封组件
100还包括辅助密封环104，如图2-图4所示。辅助密封环104布置在第一部件201与弹性密封环103的耦合部分1031之间。辅助密封环104能够弹性可变形以施加弹力以朝向周向耦合部段1011按压耦合部分1031。以这种方式，即使弹性密封环103的制造精度不高，壳体101与弹性密封环103之间也能实现高水平的密封，从而降低弹性密封环103的制造成本。
46.此外，为了进一步促进从壳体101到法兰102的平滑过渡，在一些实施例中，部件之间的过渡，诸如法兰102与弹性密封环103之间以及弹性密封环103与壳体101之间的过渡的角度大于90
°
。例如，密封部分1032的远离第一部件201的端面在径向向内方向上向外倾斜或弯曲，如图3和图4所示。这进一步促进从壳体101的外表面到弹性密封环103的外表面的平滑过渡。以这种方式，关节的外表面将更容易清洁，从而进一步提高了卫生防护等级。
47.关于从弹性密封环103到壳体101的过渡，如图3所示，在一些实施例中，弹性密封环103的外表面可以与壳体101的外表面齐平。在一些备选实施例中，如图4所示，在壳体101的外表面与弹性密封环103的外表面之间存在高度差的情况下，弹性密封环103的从壳体101轴向突出的部分可以被倒角处理，以实现从弹性密封环103到壳体101的平滑过渡，反之亦然。
48.密封部分1032的倾斜或弯曲的端面可以通过模制来形成。在一些备选实施例中，密封部分1032的倾斜或弯曲的端面可以通过将弹性密封环103组装在法兰102上来形成。例如，当组装环绕法兰102的弹性密封环103时，弹性密封环103可以与由壳体101施加的径向向内的力一起被向下按压以形成如上所述的倾斜或弯曲的端面。
49.应当理解，关于从壳体101到法兰102的无缝或平滑过渡的上述实施例仅用于说明性目的，并不暗示对本公开的范围的任何限制。取决于布置有密封组件100的关节，任何合适的布置或结构都是可能的。例如，在一些实施例中，弹性密封环103的外表面可以与壳体101和法兰102的外表面两者齐平。
50.在组装密封组件100时，在一些实施例中，法兰102可以首先经由合适的紧固方式安装在第二部件202上，诸如使用紧固件或螺栓等。然后弹性密封环103可以通过将耦合部分1031耦合到周向耦合部段1011而安装在壳体101上。形成壳体101和弹性密封环103的组合的这个过程可以防止弹性密封环103被损坏。然后壳体101和弹性密封环103的组合可以通过壳体101与法兰102之间的密封部分1032的过盈配合而安装到第一部件201。此外，如果在一些实施例中使用辅助密封环104，则辅助密封环104可以在将壳体101和弹性密封环103的组合安装在第一部件201上之前布置就位。
51.此外，为了减少由法兰102与弹性密封环103之间的相对运动引起的功率损失，密封部分1032与法兰102的接触面积可以通过将弹性密封环103的内边缘1033倒圆而减小，如图3和图4所示。通过倒圆后的内边缘1033和弹性密封环103的倾斜或弯曲的端面，可以显著减小密封部分1032与法兰102的接触面积，从而减少由于法兰102与弹性密封环103之间的摩擦引起的功率损失。
52.在一些实施例中，弹性密封环103可以利用自润滑材料和/或耐腐蚀材料一体地形成。自润滑材料的使用可以减少功率损耗，同时延长密封组件100的寿命。例如，在一些实施例中，聚四氟乙烯(ptfe)材料可以用于形成弹性密封环103。在一些备选实施例中、硅胶和橡胶材料也是可能的，只要这些材料耐用、无毒和/或具有自润滑和/或耐腐蚀性能。
53.在一些实施例中，壳体101和法兰102可以由刚性材料制成，诸如不锈钢材料或硬
塑料材料等。此外，壳体101和法兰102可以以任何合适的方式分别布置在第一部件201和第二部件202上，例如通过螺纹连接、粘合剂、焊接等。在一些备选实施例中，法兰102可以集成在第二部件202上。也就是说，法兰102可以是第二部件202的集成部分。
54.根据本公开的另一方面，提供了一种机器人200。机器人200包括由上述密封组件100密封的至少一个关节。通过密封组件100，关节可以更容易清洁并且具有更高的耐腐蚀性。以这种方式，机器人200可以用于对密封性能和卫生防护性能要求较高的食品和药品领域。此外，具有密封组件100的关节可以用诸如高压水清洁等任何合适的清洁方式清洁。
55.应当理解，本公开的上述详细实施例仅用于举例说明或解释本公开的原理，而并不用于限制本公开。因此，在本公开的精神和范围内所作的任何修改、等同替换和改进等均应当被包括在本公开的保护范围内。同时，本公开的所附权利要求旨在涵盖落入权利要求的范围和边界内或者该范围和边界的等同物内的所有变化和修改。