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CN102085667B - 机器人臂部件 - Google Patents

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Abstract

一种机器人臂部件，包括第一空心臂部、第二空心臂部及连接第一空心臂部与第二空心臂部的连接关节，该连接关节包括具有一输出轴的驱动器、谐波减速机构以及带传动机构。该谐波减速机构包括波发生器、设于波发生器外部的柔轮以及设于柔轮外并与柔轮相啮合的刚轮。该柔轮与第一空心臂部相对固定，该刚轮与第二空心臂部相对固定。该带传动机构包括主动带轮、从动带轮及传动带，该主动带轮与驱动器的输出轴固定连接，该从动带轮与波发生器相对固定以带动波发生器绕一旋转轴线转动。上述机器人臂部件可获得较大的减速比，且结构紧凑、便于安装。

Description

机器人臂部件
技术领域
本发明涉及一种机器人臂部件。
背景技术
机器人一般包括基座及依次连接的多个臂部件，各个臂部件可分别绕一旋转轴线转动以使机器人获得所需的自由度。当机器人的臂部件，尤其是靠近基座的臂部件转动时，其转动惯量一般较大，其过载能力及耐冲击能力都受到制约，所以要求转动速度不能过高。因此，使用电机进行驱动时，需采用减速比较大的减速装置进行减速，为达到减速比要求，若采用普通减速器则需要通过多级减速才能实现，致使结构复杂，体积庞大，且不便于安装。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种可获得较大的减速比，且体积较小、便于安装的机器人臂部件。
一种机器人臂部件，包括第一空心臂部、第二空心臂部及连接第一空心臂部与第二空心臂部的连接关节。该连接关节包括具有一输出轴的驱动器、谐波减速机构以及带传动机构。该谐波减速机构包括波发生器、设于波发生器外部的柔轮以及设于柔轮外并与柔轮相啮合的刚轮。该柔轮与第一空心臂部相对固定，该刚轮与第二空心臂部相对固定。该带传动机构包括主动带轮、从动带轮及传动带，该主动带轮与驱动器的输出轴固定连接，该从动带轮与波发生器相对固定以带动波发生器绕一旋转轴线转动，该从动带轮开设有第一过线孔，该波发生器开设有第二过线孔，该第一过线孔与该第二过线孔相连通形成过线通道，该连接关节还包括一个软质材料制成的过线筒，该过线筒包括一个筒部以及形成于该筒部一端的凸缘，该过线筒穿设于该过线通道并通过该凸缘与该第二空心臂部固定连接，该机器人臂部件还包括固定设置于该第一空心臂部内的支撑座，该支撑座内设有轴承，该过线筒远离该凸缘的一端伸出该过线通道并由该轴承滚动支承。
由于谐波减速机构可依靠波发生器及柔轮产生弹性机械波来传递动力和运动，其单级传动比较大，且具有体积小、重量轻、无冲击、传动平稳等优点。通过带传动机构与谐波减速机构的组合可以获得较大的减速比，其结构紧凑，便于安装。
附图说明
图1是本发明实施方式机器人臂部件的立体组装示意图。
图2是图1所示机器人臂部件的剖示图。
图3是图2所示机器人臂部件的剖示图的局部放大图。
图4是图1所示机器人臂部件的局部结构的立体组装图。
图5是图4所示机器人臂部件的局部结构的分解图。
图6是图4所示机器人臂部件的局部结构的底视图。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施方式对本发明的机器人臂部件作进一步的详细说明。
请参阅图1和图2，本发明实施方式的机器人臂部件100包括第一空心臂部11、第二空心臂部12及连接第一空心臂部11与第二空心臂部12的连接关节13。第二空心臂部12相对于第一空心臂部11绕旋转轴线101可转动。本实施方式的机器人臂部件100可应用于六轴机器人靠近其基座部分的转动结构中。
第一空心臂部11、第二空心臂部12均大致呈柱型壳体，并分别具有第一中空部112及第二中空部121。第一空心臂部11包括第一安装壁113，第二空心臂部12包括与第一安装壁113相邻设置的第二安装壁123。第一安装壁113及第二安装壁123分别开设有同轴设置的第一安装孔1131及第二安装孔1231。
连接关节13连接第一安装壁113与第二安装壁123，并驱动第二空心臂部12绕旋转轴线101转动。连接关节13包括谐波减速机构131、驱动器132以及带传动机构134。
请同时参阅图3至图5，谐波减速机构131包括波发生器1311、设于波发生器1311外部的柔轮1312以及设于柔轮1312外并与柔轮1312相啮合的刚轮1314。
波发生器1311大致呈杆状，其外周缘部装有由滚动轴承构成的滚轮1311a。
柔轮1312包括圆筒形的齿部1312a及由齿部1312a边缘沿径向延伸的凸缘1312b。齿部1312a为可产生较大弹性变形的薄壁齿轮，其内孔直径略小于波发生器1311的轴向总长。齿部1312a外周面形成有若干外齿（图未示）。
刚轮1314的内周面形成有与柔轮1312的外齿啮合的若干内齿（图未示），外齿的齿数比内齿多。
当波发生器1311装入柔轮1312后，滚轮1311a与柔轮1312的齿部1312a的内壁相互压紧，迫使齿部1312a的剖面由原先的圆形变成椭圆形，齿部1312a长轴两端附近的轮齿与刚轮1314的轮齿完全啮合，而短轴两端附近的轮齿则与刚轮1314完全脱开，齿部1312a周向上其他区段的轮齿处于啮合和脱离的过渡状态。当波发生器1311连续转动时，柔轮1312的变形不断改变，使柔轮1312与刚轮1314的啮合状态也不断改变，从而使柔轮1312相对于刚轮1314旋转，并获得较大的减速比。谐波减速机构131依靠柔轮1312产生弹性机械波来传递动力和运动，与普通齿轮相比具有体积小、结构紧凑、重量轻、无冲击、传动平稳等优点，其单级传动比较大，一般可达到60至500。
波发生器1311的一端可转动地设于第二安装孔1231内，相对的另一端延伸至第一安装孔1131内，并由分别设于第一安装孔1131及第二安装孔1231内的滚动轴承1132、1232支承。刚轮1314的端面与第二安装壁123固定连接，柔轮1312的凸缘1312b与第一安装壁113固定连接。柔轮1312与刚轮1314之间还设置交叉滚子轴承1134。交叉滚子轴承1134的外圈与柔轮1312的凸缘1312b固定连接，交叉滚子轴承1134的内圈与刚轮1314固定连接，从而使刚轮1314相对于柔轮1312可顺畅地旋转。上述固定连接方式可为螺纹连接等。
请同时参阅图6，驱动器132包括一输出轴1321。本实施方式中，驱动器132为伺服电机。第一空心臂部11的第一中空部112内还固定安装有一个连接法兰1122。连接法兰1122开设一个安装孔1122a，供驱动器132的输出轴1321穿设。驱动器132靠近输出轴1321的一侧通过紧固件1322与连接法兰1122固定连接。连接法兰1122开设条状的滑槽1122b，紧固件1322穿设于滑槽1122b，并可沿滑槽1122b滑动，从而紧固件1322及驱动器132沿滑槽1122b的位置可调整。
带传动机构134包括主动带轮1341、从动带轮1342及传动带1343。主动带轮1341与驱动器132的输出轴1321固定连接，从动带轮1342与波发生器1311固定连接以带动波发生器1311绕旋转轴线101转动。其中，从动带轮1342与波发生器1311通过螺纹件1345固定连接。从动带轮1342与波发生器1311相连接端分别开设沿旋转轴线101方向的连接孔（图未标），螺纹件1345穿设从动带轮1342的连接孔与波发生器1311的连接孔螺接，将从动带轮1342与波发生器1311固定。主动带轮1341与输出轴1321可通过键连接。为获得较为精确的传动比，优选的，带传动机构134采用同步带传动。带传动机构134对驱动器132的输出转速进行第一级减速，谐波减速机构131进行第二级减速，可获得较大减速比。
因紧固件1322沿滑槽1122b的位置可调整，在安装驱动器132时，可通过一个拉力计20测量传动带1343的松紧程度，然后通过锁紧紧固件1322将驱动器132定位。即将拉力计20的输入端，如设有挂钩的端部与驱动器132相连接并施加拉力，拉动拉力计20则驱动器132相对于滑槽1122b移动，拉力计20显示传动带1343的张紧力数值，当显示的张紧力数值达到预设值时，锁紧紧固件1322。因此，带传动机构134的传动带1343的张紧力可较为方便地进行调整，可提高传动的精度以及平稳性。
请再次参见图2，从动带轮1342开设有第一过线孔1342c，波发生器1311开设有第二过线孔1311c，第一过线孔1342c与第二过线孔1311c相连通形成连通第一空心臂部11的第一中空部112与第二空心臂部12的第二中空部121的过线通道14。连接线缆，如从第一空心臂部11穿设至第二空心臂部12的电源线、控制信号线等可从过线通道14穿过，从而方便过线，且可避免连接线缆因第二空心臂部12的旋转而缠绕、反复扭转等，起到保护电缆的作用。本实施方式中，过线通道14沿旋转轴线101方向直线延伸，且过线通道14的轴线与旋转轴线101基本重合。
更进一步，过线通道14内还设置一个过线筒141。过线筒141包括一个筒部1412以及形成于筒部1412一端的凸缘1413。筒部1412穿设于过线通道14，凸缘1413与第二安装壁123通过螺纹件固定连接。第一空心臂部11内还固定设有支撑座114，支撑座114内设有滚动轴承（图未标）。过线筒141远离凸缘1413的一端伸出过线通道14并由支撑座114内的滚动轴承支承。在本实施方式中，过线筒141由软质材料制成，如橡胶材料，并具有光滑的内表面，从而连接线缆穿设过线筒141时，不易被磨损。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内作其它变化，当然，这些依据本发明精神所作的变化，都包含在本发明要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种机器人臂部件，包括第一空心臂部、第二空心臂部及连接第一空心臂部与第二空心臂部的连接关节，该连接关节包括具有输出轴的驱动器，其特征在于：连接关节还包括谐波减速机构以及带传动机构，该谐波减速机构包括波发生器、设于波发生器外部的柔轮以及设于柔轮外并与柔轮相啮合的刚轮，该柔轮与第一空心臂部相对固定，该刚轮与第二空心臂部相对固定；该带传动机构包括主动带轮、从动带轮及传动带，该主动带轮与该驱动器的输出轴相对固定，该从动带轮与波发生器相对固定以带动波发生器绕一旋转轴线转动，该从动带轮开设有第一过线孔，该波发生器开设有第二过线孔，该第一过线孔与该第二过线孔相连通形成过线通道，该连接关节还包括一个软质材料制成的过线筒，该过线筒包括一个筒部以及形成于该筒部一端的凸缘，该过线筒穿设于该过线通道并通过该凸缘与该第二空心臂部固定连接，该机器人臂部件还包括固定设置于该第一空心臂部内的支撑座，该支撑座内设有轴承，该过线筒远离该凸缘的一端伸出该过线通道并由该轴承滚动支承。
2.如权利要求1所述的机器人臂部件，其特征在于：该过线通道沿该旋转轴线方向延伸。
3.如权利要求1所述的机器人臂部件，其特征在于：该带传动机构为同步带传动机构。
4.如权利要求1所述的机器人臂部件，其特征在于：该机器人臂部件还包括与第一空心臂部固定连接的连接法兰，该驱动器固定于连接法兰，且驱动器的输出轴穿设该法兰并与主动带轮固定连接。
5.如权利要求4所述的机器人臂部件，其特征在于：该连接法兰开设滑槽，该机器人臂部件还包括固定连接该连接法兰与驱动器的紧固件，该紧固件可活动地穿设于该滑槽并与驱动器固定连接以调整该传动带的松紧程度。
6.如权利要求1所述的机器人臂部件，其特征在于：该从动带轮与波发生器相连接端在沿旋转轴线方向分别开设有连接孔，该机器人臂部件还包括将从动带轮与波发生器固定连接的螺纹件，该螺纹件穿设连接孔将从动带轮与波发生器固定。
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