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CN118438477A - 一种精密型线性关节 - Google Patents

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徐志根
廖小华
张武
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Abstract

一种精密型线性关节，行星滚柱丝杠螺母的双向轴向力通过两个角接触球轴承来承担，因此轴向刚度较大，可以承受较大的轴向负载，减少变形量。轴承挡圈紧贴两个角接触球轴承的外圈，通过调整轴承挡圈的厚度来调节两个角接触球轴承的预紧力阈值，从而提高了两个角接触球轴承的刚度，减小了轴向背隙，最终实现了很高的轴向直线运动的精度。两个角接触球轴承不仅可以承受较大的轴向负载，还可以承受较大的径向负载，从而大大提高了行星滚柱丝缸的综合负载能力。此外，两个角接触球轴承不需要锁紧螺母预紧，相较于传统方案较少了零部件的数量，降低了重量和成本。

Description

一种精密型线性关节
技术领域
本发明涉及人形机器人的技术领域，尤其涉及一种精密型线性关节。
背景技术
人形机器人的线性关节用于实现机器人的运动和动作控制。线性关节的核心部件包括：电机、滚柱丝杠、力传感器、编码器、轴承。
对于高精度的应用场景，传统的线性关节轴向串动较大且轴向刚度较低，受力后会产生较大的轴向变形，影响位置精度。轴向背隙较大，会产生较大的轴向串动，对于精密行程的使用场景会造成较大的力和位置波动误差，且会影响行星滚柱丝杠螺母的运转稳定性和精度。而且主要承受轴向力的轴承需要锁紧螺母锁紧，不仅增加了零部件的数量，还增大了整机重量和体积。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种精密型线性关节，其轴向刚度较大，可以承受较大的轴向负载，减少变形量，轴向背隙较小，且可以适应不同的轴向力大小的使用场景，减少了零部件的数量，降低了整机重量。
本发明的技术方案是：这种精密型线性关节，其包括：行星滚柱丝杠轴(24)、行星滚柱丝杠滚子(22)、力传感器(12)、编码器、电机、轴承；
行星滚柱丝杠滚子套在行星滚柱丝杠轴的左侧，行星滚柱丝杠螺母(10)套在行星滚柱丝杠滚子上，且行星滚柱丝杠螺母外部套装电机，电机包括电机转子(23)、电机定子(1)，在行星滚柱丝杠轴的左端设置编码器，编码器包括编码器定子(4)、编码器转子(7)、编码器螺钉(8)、编码器基座(3)；
电机定子和线性关节套筒(2)通过胶水紧固，且通过编码器基座压紧电机定子，以防止电机定子轴向串动；编码器定子固定到编码器基座的中轴线处，编码器基座的外圈端部通过线性关节端盖(5)压紧，并通过紧固螺钉(6)锁紧在线性关节套筒的端面上，编码器转子(7)通过编码器螺钉紧固在转子旋转基座(9)上，转子旋转基座和行星滚柱丝杠螺母的端面紧配合安装，且通过胶水粘接防松动，编码器基座的另一端中空孔处固定深沟球轴承(11)的外圈，深沟球轴承的内圈与行星滚柱丝杠螺母连接来承受行星滚柱丝杠螺母的径向力，线性关节端盖通过紧固螺钉连接力传感器，力传感器与轴承支座(14)通过紧固螺钉固接，轴承支座内部嵌套轴承件(15)，行星滚柱丝杠轴的右端连接轴承基座(25)，轴承基座内部嵌套轴承件(15)，行星滚柱丝杠滚子外包络圈和行星滚柱丝杠螺母接触，行星滚柱丝杠滚子内包络圈与行星滚柱丝杠轴外圈接触，电机转子带动行星滚柱丝杠螺母旋转，行星滚柱丝杠螺母带动行星滚柱丝杠滚子运转，行星滚柱丝杠滚子再驱动行星滚柱丝杠轴沿着轴向做直线运动；
行星滚柱丝杠螺母的双向轴向力通过两个角接触球轴承(16)来承担，行星滚柱丝杠螺母的右侧设有凸台(17)，该凸台在两个角接触球轴承的中间，且紧贴两个角接触球轴承的内圈，两个角接触球轴承的中间还设有厚度可调的轴承挡圈(18)，轴承挡圈紧贴两个角接触球轴承的外圈，通过调整轴承挡圈的厚度来调节两个角接触球轴承的预紧力阈值。
本发明的行星滚柱丝杠螺母的双向轴向力通过两个角接触球轴承来承担，因此轴向刚度较大，可以承受较大的轴向负载，减少变形量。轴承挡圈紧贴两个角接触球轴承的外圈，通过调整轴承挡圈的厚度来调节两个角接触球轴承的预紧力阈值，从而提高了两个角接触球轴承的刚度，减小了轴向背隙。两个角接触球轴承不仅可以承受较大的轴向负载，还可以承受较大的径向负载，从而大大提高了行星滚柱丝缸的综合负载能力。此外，两个角接触球轴承不需要锁紧螺母预紧，相较于传统方案较少了零部件的数量，降低了重量。
附图说明
图1是根据本发明的精密型线性关节的整体结构示意图。
图2是根据本发明的Y形嵌套密封圈、X型密封圈的放大的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。
如图1所示，这种精密型线性关节，其包括：行星滚柱丝杠轴24、行星滚柱丝杠滚子22、力传感器12(其上具有通信线束26)、编码器、电机、轴承；
行星滚柱丝杠滚子套在行星滚柱丝杠轴的左侧，行星滚柱丝杠螺母10套在行星滚柱丝杠滚子上，且行星滚柱丝杠螺母外部套装电机，电机包括电机转子23、电机定子1，在行星滚柱丝杠轴的左端设置编码器，编码器包括编码器定子4、编码器转子7、编码器螺钉8、编码器基座3；
电机定子和线性关节套筒2通过胶水紧固，且通过编码器基座压紧电机定子，以防止电机定子轴向串动；编码器定子固定到编码器基座的中轴线处，编码器基座的外圈端部通过线性关节端盖5压紧，并通过紧固螺钉6锁紧在线性关节套筒的端面上，编码器转子7通过编码器螺钉紧固在转子旋转基座9上，转子旋转基座和行星滚柱丝杠螺母的端面紧配合安装，且通过胶水粘接防松动，编码器基座的另一端中空孔处固定深沟球轴承11的外圈，深沟球轴承的内圈与行星滚柱丝杠螺母连接来承受行星滚柱丝杠螺母的径向力，线性关节端盖通过紧固螺钉连接力传感器，力传感器与轴承支座14通过紧固螺钉固接，轴承支座内部嵌套轴承件15，行星滚柱丝杠轴的右端连接轴承基座25，轴承基座内部嵌套轴承件15，行星滚柱丝杠滚子外包络圈和行星滚柱丝杠螺母接触，行星滚柱丝杠滚子内包络圈与行星滚柱丝杠轴外圈接触，电机转子带动行星滚柱丝杠螺母旋转，行星滚柱丝杠螺母带动行星滚柱丝杠滚子运转，行星滚柱丝杠滚子再驱动行星滚柱丝杠轴沿着轴向做直线运动；
行星滚柱丝杠螺母的双向轴向力通过两个角接触球轴承16来承担，行星滚柱丝杠螺母的右侧设有凸台17，该凸台在两个角接触球轴承的中间，且紧贴两个角接触球轴承的内圈，两个角接触球轴承的中间还设有厚度可调的轴承挡圈18，轴承挡圈紧贴两个角接触球轴承的外圈，通过调整轴承挡圈的厚度来调节两个角接触球轴承的预紧力阈值。
本发明的行星滚柱丝杠螺母的双向轴向力通过两个角接触球轴承来承担，因此轴向刚度较大，可以承受较大的轴向负载，减少变形量。轴承挡圈紧贴两个角接触球轴承的外圈，通过调整轴承挡圈的厚度来调节两个角接触球轴承的预紧力阈值，从而提高了两个角接触球轴承的刚度，减小了轴向背隙。两个角接触球轴承不仅可以承受较大的轴向负载，还可以承受较大的径向负载，从而大大提高了行星滚柱丝缸的综合负载能力。此外，两个角接触球轴承不需要锁紧螺母预紧，相较于传统方案较少了零部件的数量，降低了重量。两个角接触球轴承可承受的极限转速远高于传统的四点接触球轴承，可承受较高的极限转速，大幅提高行星滚柱丝缸螺母的转速，从而提高线性关节的行星滚柱丝缸轴的直线运动速度，扩宽了直线关节的高速应用场景。此外角接触球轴承可以通过预紧的方式消除背隙，从而实现很高的精度等级，且可以大幅降低轴承的背隙大小，提高线性关节的整体定位精度。
优选地，所述轴承端盖的中间放置Y形嵌套密封圈20，Y形嵌套密封圈的两个分支对行星滚柱丝杠轴进行动密封，在Y形嵌套密封圈的两个分支的内部嵌套X型密封圈21，通过X型密封圈使Y形嵌套密封圈的两个叉形分支具有弹性和预紧力，动态密封效果更好。Y形嵌套密封圈通过密封圈盖板21固定并通过紧固螺钉6锁紧。
更进一步地，所述力传感器为拉压力传感器，拉压力传感器通过紧固螺钉6锁紧到线性关节端盖的左侧面。
更进一步地，在紧固螺钉和拉压力传感器、紧固螺钉和线性关节端盖、紧固螺钉和编码器基座、紧固螺钉和轴承端盖之间均设有防松垫片13。
更进一步地，在所述凸台附近加设角接触轴承，这样轴向承载力会更大。
优选地，所述力传感器为拉压力传感器或多维力传感器。
优选地，所述轴承端盖的中间放置密封件。
优选地，所述密封件为Y形嵌套密封圈、骨架油封或O形密封圈。
优选地，所述轴承件为关节球轴承。关节球轴承可承受各个方向的力。
本发明的有益效果如下：
1.轴向刚度较大，可以承受较大的轴向负载，减少变形量。
2.轴向背隙较小，采用两个角接触球轴承，通过轴承端盖预紧的方式来降低轴承的背隙以及挤压产生的弹性变形，从而降低行星滚柱丝缸螺母的轴向串动，且可以通过调整预紧力的大小来适应不同的轴向力大小的使用场景。
3.主要承受轴向力的轴承不需要锁紧螺母锁紧，减少了零部件的数量，且降低了整机重量和体积。
4.行星滚柱丝缸轴有Y型嵌套密封圈(内部嵌套了X型密封圈)，动密封效果好，防止丝缸轴内部的润滑油脂溢出，且可以预防外部的灰尘和液体进入行星滚柱丝缸内部。
5.本发明承受轴向负载的轴承为两个角接触球轴承，可承受较高的极限转速，大幅提高行星滚柱丝缸螺母的极限转速，从而提高线性关节的行星滚柱丝缸轴的直线运动速度，扩宽了直线关节的高速应用场景。
6.本发明采用了拉压力传感器，可以检测不同方向的力大小变化，可以更好的识别线性关节的受力情况，更加精确地估算出线性关节的出力大小，从而提高整机的力位混合控制精度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种精密型线性关节，其特征在于：其包括：行星滚柱丝杠轴(24)、行星滚柱丝杠滚子(22)、力传感器(12)、编码器、电机、轴承；行星滚柱丝杠滚子套在行星滚柱丝杠轴的左侧，行星滚柱丝杠螺母(10)套在行星滚柱丝杠滚子上，且行星滚柱丝杠螺母外部套装电机，电机包括电机转子(23)、电机定子(1)，在行星滚柱丝杠轴的左端设置编码器，编码器包括编码器定子(4)、编码器转子(7)、编码器螺钉(8)、编码器基座(3)；
电机定子和线性关节套筒(2)通过胶水紧固，且通过编码器基座压紧电机定子，以防止电机定子轴向串动；编码器定子固定到编码器基座的中轴线处，编码器基座的外圈端部通过线性关节端盖(5)压紧，并通过紧固螺钉(6)锁紧在线性关节套筒的端面上，编码器转子(7)通过编码器螺钉紧固在转子旋转基座(9)上，转子旋转基座和行星滚柱丝杠螺母的端面紧配合安装，且通过胶水粘接防松动，编码器基座的另一端中空孔处固定深沟球轴承(11)的外圈，深沟球轴承的内圈与行星滚柱丝杠螺母连接来承受行星滚柱丝杠螺母的径向力，线性关节端盖通过紧固螺钉连接力传感器，力传感器与轴承支座(14)通过紧固螺钉固接，轴承支座内部嵌套轴承件(15)，行星滚柱丝杠轴的右端连接轴承基座(25)，轴承基座内部嵌套轴承件(15)，行星滚柱丝杠滚子外包络圈和行星滚柱丝杠螺母接触，行星滚柱丝杠滚子内包络圈与行星滚柱丝杠轴外圈接触，电机转子带动行星滚柱丝杠螺母旋转，行星滚柱丝杠螺母带动行星滚柱丝杠滚子运转，行星滚柱丝杠滚子再驱动行星滚柱丝杠轴沿着轴向做直线运动；
行星滚柱丝杠螺母的双向轴向力通过两个角接触球轴承(16)来承担，行星滚柱丝杠螺母的右侧设有凸台(17)，该凸台在两个角接触球轴承的中间，且紧贴两个角接触球轴承的内圈，两个角接触球轴承的中间还设有厚度可调的轴承挡圈(18)，轴承挡圈紧贴两个角接触球轴承的外圈，通过调整轴承挡圈的厚度来调节两个角接触球轴承的预紧力阈值。
2.根据权利要求1所述的精密型线性关节，其特征在于：所述轴承端盖的中间放置Y形嵌套密封圈(20)，Y形嵌套密封圈的两个分支对行星滚柱丝杠轴进行动密封，在Y形嵌套密封圈的两个分支的内部嵌套X型密封圈(21)，通过X型密封圈使Y形嵌套密封圈的两个分支具有弹性和预紧力，Y形嵌套密封圈通过密封圈盖板(21)固定并通过紧固螺钉(6)锁紧。
3.根据权利要求2所述的精密型线性关节，其特征在于：所述力传感器为拉压力传感器，拉压力传感器通过紧固螺钉(6)锁紧到线性关节端盖的左侧面。
4.根据权利要求3所述的精密型线性关节，其特征在于：在紧固螺钉和拉压力传感器、紧固螺钉和线性关节端盖、紧固螺钉和编码器基座、紧固螺钉和轴承端盖之间均设有防松垫片(13)。
5.根据权利要求4所述的精密型线性关节，其特征在于：在所述凸台的两端各布置1个角接触球轴承。
6.根据权利要求1所述的精密型线性关节，其特征在于：所述力传感器为拉压力传感器。
7.根据权利要求1所述的精密型线性关节，其特征在于：所述轴承端盖的中间放置密封件。
8.根据权利要求7所述的精密型线性关节，其特征在于：所述密封件为Y形嵌套密封圈、骨架油封或O形密封圈。
9.根据权利要求1所述的精密型线性关节，其特征在于：所述轴承件为关节球轴承。
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