机器人关节及机器人的制作方法

1.本实用新型涉及机器人关节技术领域，特别是涉及机器人关节及机器人。


背景技术：

2.机器人关节能够允许机器人本体各零件之间发生相对运动，例如相对转动、相对移动等。为了实现零件之间的相对转动，在机器人关节的外壳内一般会安装谐波减速器作为传动机构。谐波减速器包括波发生器、柔性齿轮、以及刚性齿轮等，柔性齿轮啮合在刚性齿轮的内侧，使用时，波发生器动作使柔性齿轮产生可控弹性变形，并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力。而对于谐波减速器与外壳的固定，可以利用螺钉等紧固件贯穿刚性齿轮的端面，并旋入外壳上来实现。然而，该固定方式中，刚性齿轮的端面尺寸需要设置得较大，以供螺钉拧入，以及预留供螺钉装配操作的空间，这使得配套的柔性齿轮的内径受到限制，无法设置得较大，从而影响了机器人关节上装载的谐波减速器的承载能力，导致机器人关节的传动效率较低。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对现有的机器人关节和机器人传动能力较差导致机器人关节的传动效率较低的技术问题，提供一种传动效率较高的机器人关节及机器人。
4.本技术实施例第一方面提供一种机器人关节，包括：关节壳体、以及设于关节壳体上的谐波减速器和定位件；
5.关节壳体上设有安装口，谐波减速器包括柔性齿轮和啮合在柔性齿轮周向外侧的刚性齿轮，刚性齿轮位于安装口内侧，且与界定形成安装口的安装壁螺纹连接；
6.定位件贯穿安装壁并抵压于刚性齿轮的外周面，用于配合所述螺纹连接将所述刚性齿轮与所述安装壁固定。
7.在其中一个实施例中，安装壁上设有由外向内贯穿安装壁的定位通孔，定位件螺纹连接在定位通孔。
8.在其中一个实施例中，定位件包括位于定位通孔中的紧固件和垫块，垫块位于紧固件和刚性齿轮之间，紧固件螺纹连接在定位通孔中，并借助于垫块而抵压在刚性齿轮的外周面上。
9.在其中一个实施例中，安装壁的内侧面上设有内螺纹，刚性齿轮的外周面上设有与内螺纹相配合的外螺纹；
10.垫块的朝向刚性齿轮一侧的端面上设有螺纹结构，螺纹结构能够与外螺纹相配合。
11.在其中一个实施例中，垫块的与定位通孔的孔壁相接触的表面为光滑的、连续的表面。
12.在其中一个实施例中，垫块与定位通孔的孔壁相接触的表面被构造为圆柱面。
13.在其中一个实施例中，定位件的背离刚性齿轮的端面位于定位通孔内。
14.在其中一个实施例中，定位通孔和定位件的数量均为多个，且多个定位通孔在安装口的周向均匀布置，定位件与定位通孔一一对应设置。
15.在其中一个实施例中，安装壁的内侧面上突出设置有支撑部，定位件抵压在刚性齿轮的外周面外侧上时，刚性齿轮的一个端面支撑在支撑部上。
16.本技术实施例第二方面提供一种机器人，包括第一连接臂、第二连接臂以及上述的机器人关节，第一连接臂与机器人关节中的柔性齿轮连接，第二连接臂与机器人关节中的壳体相对固定；以在柔性齿轮相对于刚性齿轮转动时，使第一连接臂相对于第二连接臂转动。
17.上述的机器人关节及机器人的有益效果：
18.通过使刚性齿轮位于安装口内侧，且安装壁的内侧面与刚性齿轮的外周面螺纹配合，这样可以由安装壁初步限制刚性齿轮沿自身径向的移动。另外，定位件贯穿安装壁，并且顶紧在刚性齿轮上，这限制了刚性齿轮和安装壁的相对转动，即限制了刚性齿轮沿其轴向的移动，从而实现了刚性齿轮和关节壳体的相对固定。由于安装壁围绕在刚性齿轮周侧，因此定位件是在刚性齿轮的外周抵压刚性齿轮，并没有占用刚性齿轮的径向空间，因此不会影响到刚性齿轮和柔性齿轮的径向尺寸的选择，机器人关节可以根据传动的需要设置适合尺寸的刚性齿轮和柔性齿轮，使机器人关节具有较高的传动效率。
附图说明
19.图1为本技术实施例提供的机器人关节的剖视图；
20.图2为图1的a处的局部放大图；
21.图3为现有技术中机器人关节的剖视图；
22.图4为本技术实施例提供的机器人关节中垫块的结构示意图；
23.图5为图4的垫块的主视图；
24.图6为本技术实施例提供的机器人的结构示意图。
25.附图标号说明：
26.100、100'、机器人关节；10、10'、关节壳体；11、安装口；12、安装壁；121、定位通孔；122、支撑部；20、谐波减速器；21、21'、柔性齿轮、22、22'、刚性齿轮；221、外螺纹；23、波发生器；24、转轴；30、定位件；31、紧固件；32、垫块；321、螺纹结构；40、螺钉；41、固定部；
27.200、机器人；210、第一连接臂；220、第二连接臂。
具体实施方式
28.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
29.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
30.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。在本实用新型的描述中，“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。
31.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
33.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
34.下面结合附图说明本技术实施例的机器人关节和机器人。
35.图1为本技术实施例提供的机器人关节的剖视图，图2为图1的a处的局部放大图。
36.参照图1、图2所示，本实施例的机器人关节100包括：关节壳体10、以及设于关节壳体10上的谐波减速器20和定位件30。
37.关节壳体10上设有安装口11，且关节壳体10包括位于安装口11的开口边缘的安装壁12；换言之，安装壁12界定形成了安装口11。谐波减速器20包括柔性齿轮21和啮合在柔性齿轮21周向外侧的刚性齿轮22，刚性齿轮22位于安装口11内，且与安装壁12螺纹连接。具体的，安装壁12围绕在刚性齿轮22的外周面外侧，且安装壁12的内侧面与刚性齿轮22的外周面螺纹配合，定位件30可以贯穿安装壁12并抵压于刚性齿轮22的外周面，用于配合螺纹连接将刚性齿轮22与安装壁12固定。
38.在上述方案中，刚性齿轮22位于安装口11内侧，且安装壁12的内侧面与刚性齿轮22的外周面螺纹配合，由安装壁12限制刚性齿轮22沿自身径向的移动。另外，定位件30贯穿安装壁12，并且抵压在刚性齿轮22上，这限制了刚性齿轮22和安装壁12的相对转动，即限制了刚性齿轮22沿其轴向的移动，从而实现了刚性齿轮22和关节壳体10的放松和安全连接的作用。
39.由于安装壁12围绕在刚性齿轮22周侧，因此定位件30是在刚性齿轮22的外周顶紧刚性齿轮22，并没有占用刚性齿轮22的径向空间，因此不会影响到刚性齿轮22和柔性齿轮
21的径向尺寸的选择，机器人关节100可以根据传动的需要设置适合尺寸的刚性齿轮22和柔性齿轮21，使机器人关节100具有较高的传动效率。
40.另外，由于与现有技术相比，可以减小刚性齿轮22的径向尺寸，在达到相同传动能力的情况下，可以减小刚性齿轮22的径向尺寸，使整个机器人关节的结构较为紧凑。
41.其中，谐波减速器20是一种利用波发生器23使柔性齿轮21产生可控弹性变形，并与刚性齿轮22相啮合来传递运动和动力的齿轮传动机构。
42.具体的，上述的机器人关节100可以连接在机器人的两个连接臂之间。另外，如前所述，谐波减速器20包括柔性齿轮21和啮合在柔性齿轮21周向外侧的刚性齿轮22，柔性齿轮21可以与机器人的一个连接臂连接，刚性齿轮22可以与另一个连接臂相对固定。这里需要说明的是，实际使用过程中，柔性齿轮21和刚性齿轮22在轴向位置大致对齐，此处为了便于观察，将柔性齿轮21向远离刚性齿轮22的方向延伸一定距离。
43.谐波减速器20还包括与转轴24连接的波发生器23，转轴24可以是关节的驱动电机的驱动轴，也可以是驱动电机的驱动轴固定连接的轴，波发生器23设置在转轴24外周侧，柔性齿轮21设置在波发生器23外周侧，波发生器23和柔性齿轮21可以与转轴24联动转动。具体工作时，使波发生器23启动，并使驱动电机驱动转轴24带动波发生器23和柔性齿轮21转动，与柔性齿轮21啮合的刚性齿轮22也随之转动，从而将驱动电机的输出进行减速。
44.另外，如前所述，关节壳体10内部可以中空，并且关节壳体10上可以设有供谐波减速器20安装的安装口11，关节壳体10还包括位于安装口11的开口边缘的安装壁12。示例性的，安装壁12是关节壳体10上紧邻着安装口11的开口边缘的环状部分。
45.具体的，刚性齿轮22位于安装口11内侧，是指刚性齿轮22位于安装口11的开口边缘的内周侧；安装壁12围绕在刚性齿轮22的外周面外侧，是指安装壁12罩设在刚性齿轮22的轮面外侧。安装壁12的内侧面和刚性齿轮22的外周面螺纹配合，例如可以是安装壁12的内侧面上设有内螺纹(未图示)，刚性齿轮22的外周面上设有外螺纹221，通过上述内螺纹和外螺纹221的相互配合实现安装壁12和刚性齿轮22的螺纹连接。
46.本技术实施例中，定位件30贯穿安装壁12并抵压在刚性齿轮22的外周面上，这样可以利用定位件30将刚性齿轮22顶紧。
47.可以理解的是，定位件30的数量可以为一个或多个，在定位件30的数量为一个时，定位件30可以将刚性齿轮22顶紧在安装壁12的内侧面上；在定位件30的数量为多个时，例如为偶数个时，可以考虑将每两个定位件30成组相对设置在安装壁12上，这样可以利用成组设置的定位件30将刚性齿轮22更好地顶紧在安装壁12的内侧面上。
48.另外，若将多个定位件30在安装口11的开口周向均匀布置，对刚性齿轮22的固定效果更佳。
49.参照图1、图2，对于定位件30贯穿安装壁12的结构，示例性的，安装壁12上可以设有定位通孔121，定位通孔121朝向刚性齿轮22的外周面延伸，由外向内贯穿安装壁12，换言之，定位通孔121沿刚性齿轮22的径向贯穿安装壁12。这是指定位通孔121沿着安装口11的开口径向内侧延伸，而定位件30可以通过螺纹连接而设置在定位通孔121中。这样可以实现定位件30和安装壁12的相对定位。
50.可以理解的是，具体实现时，定位通孔121的延伸方向可以平行于刚性齿轮22的径向，这样对刚性齿轮22的顶紧效果更佳。
51.图3为现有技术中机器人关节的剖视图，参照图3，现有技术中，关节壳体10'的内侧凸出设有固定部41，利用螺钉40将刚性齿轮22'固定在固定部41上，会导致刚性齿轮22'的轴向尺寸变大，并且刚性齿轮22'的内边缘内径较小。参照图1，与图3区别较为明显地，定位件30朝着刚性齿轮22的周向外侧面顶紧到刚性齿轮22外轮面上，从而刚性齿轮22的轴向厚度可以设置得较小，利于其轻量化。并且，由于未设置螺钉，刚性齿轮22的内周边缘内径也可以设置得较小，在刚性齿轮22的外径相同的情况下，图1中的柔性齿轮21的直径明显大于图3中的柔性齿轮21'的直径，这使得谐波减速器20的传动效率较高。
52.当然，为了避免定位件30凸出于到关节壳体10外侧而影响美观，可以考虑使定位件30的背离刚性齿轮22一侧的端面位于定位通孔121内。例如，可以使定位件30的背离刚性齿轮22一侧的端面与定位通孔121的孔口边缘齐平。
53.继续参照图2，在一些实施例中，定位件30可以包括位于定位通孔121中的紧固件31和垫块32，垫块32被夹持在紧固件31和刚性齿轮22之间，紧固件31螺纹连接在定位通孔121中，并借助于垫块32而抵压在刚性齿轮22的外周面上。像上述这样使紧固件31隔着垫块32抵压在刚性齿轮22上的结构，便于定位件的维护和更换，也便于加工。
54.另外，本实施例中，为了更好地对刚性齿轮22进行定位，可以考虑在垫块32上设置螺纹结构321。具体的，如前所述，安装壁12的内侧面上设有内螺纹，刚性齿轮22的外周面上设有与内螺纹相配合的外螺纹221，可以在垫块32的朝向刚性齿轮22的端面上设置螺纹结构321，螺纹结构321能够与外螺纹221相配合。这里，垫块32上的螺纹结构321与外螺纹221相配合，并且安装壁12的内侧面上的内螺纹也与该外螺纹221相配合，实际上，垫块32上的螺纹结构321要与安装壁12的内侧面上的内螺纹能够相互匹配，即垫块32上的螺纹结构321要与安装壁12的内侧面上的内螺纹能够接续，共同形成整体连续的内螺纹。
55.这样，在垫块32加工时，可以先将未加工的垫块胚料插接到定位通孔121中，并保持垫块胚料的内表面与安装壁的内侧面齐平，在对安装壁的内侧面攻螺纹的过程中，可以同时将垫块胚料的端面上一起加工出螺纹结构321，使得加工过程较简单易行。
56.示例性的，垫块32可以与定位通孔121的形状相适配而设置成圆柱形，即，垫块32与定位通孔121的孔壁相接触的表面被构造为圆柱面。当然，本技术实施例的垫块32包括但不限于为圆柱形，还可以为其它形状。
57.另外，还可以将垫块32上与定位通孔121的孔壁相接触的表面设为光滑的、连续的表面，这样便于垫块32在定位通孔121中沿孔深方向上下移动时，不会发生转动，避免影响到螺纹结构321和刚性齿轮22上外螺纹221的配合。
58.本技术实施例中，如前所述，定位件30的数量可以为多个，与之对应地，定位通孔121的数量也可以为多个，定位件30与所述定位通孔121一一对应设置，其中，多个定位通孔121可以在安装口11的周向均匀布置，以便于各定位件30对刚性齿轮22的抵压力较为均衡。
59.继续参照图2，可以理解的是，为了进一步防止刚性齿轮22在轴向的窜动，可以考虑在安装壁12的内侧面上突出设置支撑部122，支撑部122可以位于刚性齿轮22的靠内一侧，定位件30抵压在刚性齿轮22的外周面外侧上时，刚性齿轮22的一个端面可以支撑在支撑部122上。
60.图6为本技术实施例提供的机器人的结构示意图。
61.参照图2、图6，本技术实施例还提供一种机器人200，该机器人200包括第一连接臂
210、第二连接臂220以及上述的机器人关节100，其中，机器人关节100可以连接在第一连接臂210和第二连接臂220之间。
62.需要注意的是，机器人关节100的具体结构、功能、工作原理等已经在前面进行过详细的说明，此处不再赘述。
63.其中，第一连接臂210与机器人关节100中的柔性齿轮21连接，第二连接臂220与机器人关节100中的关节壳体10相对固定，由于刚性齿轮22固定安装在关节壳体10上，使得第二连接臂220与刚性齿轮22相对固定，这样在柔性齿轮21相对于刚性齿轮22转动时，第一连接臂210可以相对于第二连接臂220转动。可以理解的是，这里仅例示出了第一连接臂210和第二连接臂220之间通过机器人关节100连接的情况，对于机器人中还包括其它数量的连接臂的情况，只要两个连接臂之间通过上述的机器人关节100连接，就可以通过上述的机器人关节100实现两个连接臂的相互转动。
64.本实施例中的机器人可以是具有多个自由度的工业机器人或者其他类型的机器人，只要能够应用本技术的机器人关节100即可，本技术对此不作限制。
65.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
66.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。