机器人关节装置及生产方法

技术领域

本发明涉机器人技术领域，尤其涉及一种机器人关节装置及生产方法。

背景技术

工业机器人是现代制造业中的一种重要的自动化装备，已经被广泛应用在CNC(Computerized Numerical Control，计算机数控技术)上下料、手机壳打磨、金属打磨等应用领域，以工业机器人为核心的制造装备的需求日益加大。在多关节机器人本体研发过程中，机器人关节装置方案的设计是一个至关重要的环节，是整个机器人机械部分研发的技术核心之一。现有的机器人关节装置一般都会包括驱动电机、减速机以及摇臂，减速机对驱动电机的转动进行减速后驱使摇臂动作。但是，受限于目前机器人关节装置的具体结构，驱动电机和减速机装配后的同轴度较低，减速机容易出现噪音和振动。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种机器人关节装置及生产方法，旨在解决目前机器人关节装置中驱动电机和减速机装配后同轴度较低的技术问题。

为实现上述目的，本发明实施例提出一种机器人关节装置，所述机器人关节装置包括：

驱动电机；

波发生器，所述驱动电机与所述波发生器驱动连接；

刚柔轮，包括转动连接的刚轮及柔轮；

法兰盘，与所述驱动电机连接且为一体式结构，于所述刚轮和所述柔轮中，择一与所述法兰盘连接，择另一与所述波发生器连接；以及

定位凸台，沿所述法兰盘的周向设置，且与所述驱动电机的输出轴同心，所述刚柔轮设有与所述定位凸台配合的定位凹部。

可选地，在本发明一实施例中，所述波发生器套设在所述驱动电机的输出轴的外周面，所述驱动电机的输出轴上设有沿其轴向延伸的平键，所述波发生器设有与所述平键对应的键槽，所述平键卡入所述键槽以实现所述驱动电机的输出轴与所述波发生器的同轴连接。

可选地，在本发明一实施例中，所述机器人关节装置还包括连接块，与所述驱动电机的输出轴连接，且设于所述波发生器背离所述法兰盘的一侧，所述波发生器设于所述连接块与所述法兰盘之间。

可选地，在本发明一实施例中，所述波发生器具有内孔，所述驱动电机的输出轴伸入所述内孔中，所述波发生器背离所述法兰盘的一侧设有安装槽，所述安装槽环绕所述内孔设置，所述连接块可拆卸的设于所述安装槽内。

可选地，在本发明一实施例中，所述机器人关节装置还包括臂体，所述臂体与所述刚柔轮可拆卸连接。

可选地，在本发明一实施例中，所述臂体设有容腔，所述刚柔轮设于所述容腔内。

可选地，在本发明一实施例中，所述机器人关节装置还包括底座，所述底座设有安装腔，所述驱动电机设于所述安装腔内，所述法兰盘与所述底座可拆卸连接。

可选地，在本发明一实施例中，所述底座设有与所述安装腔连通的凹槽，所述凹槽的槽口朝向所述刚柔轮，所述法兰盘可拆卸的设于所述凹槽内。

可选地，在本发明一实施例中，所述法兰盘与所述底座通过螺栓连接，所述螺栓依次穿过所述柔轮和所述刚轮中的一个、所述法兰盘并锁紧于所述底座。

为实现上述目的，本发明实施例提出一种机器人关节装置的生产方法，包括以下步骤：

在法兰盘上粗加工定位凸台；

将所述法兰盘装配在驱动电机；

以所述驱动电机的输出轴为基准，精加工所述定位凸台，使得所述定位凸台与所述驱动电机的输出轴同心；

将所述定位凸台卡入设置在刚柔轮上的定位凹部内。

相对于现有技术，本发明提出的一个技术方案中，将法兰盘集成在驱动电机上，与目前工业机器人驱动关节结构相比，取消了驱动电机和刚柔轮之间电机法兰的使用，减少了零部件的使用数量，降低了波发生器、刚柔轮以及驱动电机之间的安装误差，提高波发生器及刚柔轮与驱动电机的输出轴的同轴精度，从而降低波发生器和刚柔轮运行时的噪音和振动，延长使用寿命。而且，通过设置的与驱动电机的输出轴同心的定位凸台以及刚柔轮的柔轮上设置的定位凹部之间的配合，能够在安装刚柔轮时起定位作用，进一步提高波发生器及刚柔轮与驱动电机的输出轴的同轴精度。另外，本发明提出的一个技术方案，将法兰盘集成在驱动电机之后，需要再次对法兰盘上的定位凸台进行精加工，用车床夹住驱动电机的输出轴，以驱动电机的输出轴为基准，对法兰盘上的定位凸台进行二次精加工，提高定位凸台与驱动电机的输出轴的同心度，进而提高波发生器及刚柔轮与驱动电机的输出轴的同轴精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明机器人关节装置实施例的结构示意图；

图2为本发明机器人关节装置实施例的爆炸结构示意图；

图3为图2中A部分的局部放大结构示意图；

图4为本发明机器人关节装置实施例的部分结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明实施例中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。在本发明实施例的描述中，“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。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”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发明实施例中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明实施例要求的保护范围之内。

目前工业机器人驱动关节结构由伺服电机、安装法兰、谐波减速机或RV减速机、制动器等组成，由于标准伺服电机的方形法兰安装接口与减速机的圆法兰接口无法直接配合，需要在伺服电机与减速机之间增加电机法兰进行连接。因工业机器人对驱动关节结构的安装精度要求较高，减速机与标准伺服电机之间增加电机法兰后，安装误差增大，使得减速机与伺服电机的输出轴的同轴度精度下降。

有鉴于此，本发明实施例通过提供一种机器人关节装置，将法兰盘集成在驱动电机上，与目前工业机器人驱动关节结构相比，取消了驱动电机和刚柔轮之间电机法兰的使用，将刚柔轮直接与驱动电机上的法兰盘进行连接，减少了零部件的使用数量，降低了波发生器、刚柔轮以及驱动电机之间的安装误差，提高波发生器及刚柔轮与驱动电机的输出轴的同轴精度，从而降低波发生器和刚柔轮运行时的噪音和振动，延长使用寿命。

为了更好的理解上述技术方案，下面结合附图对上述技术方案进行详细的说明。

如图1、图2及图4所示，本发明实施例提出一种机器人关节装置，机器人关节装置包括：

驱动电机10；

波发生器20，驱动电机10与波发生器20驱动连接；

刚柔轮30，包括转动连接的刚轮及柔轮；

法兰盘40，与驱动电机10连接且为一体式结构，于刚轮和柔轮中，择一与法兰盘40连接，择另一与波发生器20连接；以及

定位凸台41，沿法兰盘40的周向设置，且与驱动电机10的输出轴同心，刚柔轮30设有与定位凸台41配合的定位凹部。

在该实施例采用的技术方案中，将法兰盘40集成在驱动电机10上，与目前工业机器人驱动关节结构相比，取消了驱动电机10和刚柔轮30之间法兰的使用，减少了零部件的使用数量，降低了波发生器20、刚柔轮30以及驱动电机10之间的安装误差，提高波发生器20及刚柔轮30与驱动电机10的输出轴的同轴精度，从而降低波发生器20和刚柔轮30运行时的噪音和振动，延长使用寿命。而且，通过设置的与驱动电机10的输出轴同心的定位凸台41以及刚柔轮30的柔轮上设置的定位凹部之间的配合，能够在安装刚柔轮30时起定位作用，进一步提高波发生器20及刚柔轮30与驱动电机10的输出轴的同轴精度。另外，本发明提出的一个技术方案，将法兰盘40集成在驱动电机10之后，需要再次对法兰盘40上的定位凸台41进行精加工，用车床夹住驱动电机10的输出轴，以驱动电机10的输出轴为基准，对法兰盘40上的定位凸台41进行二次精加工，提高定位凸台41与驱动电机10的输出轴的同心度，进而提高波发生器20及刚柔轮30与驱动电机10的输出轴的同轴精度。

具体的，本实施例中机器人关节装置包括驱动电机10、波发生器20、刚柔轮30以及法兰盘40。其中，驱动电机10用于为机器人关节装置提供转动动力，可以为伺服电机，通过导线与外部电源电连接。波发生器20和刚柔轮30构成减速机，可以对驱动电机10的转速进行降速，防止转速过高而影响机器人关节装置的动作精度。波发生器20与驱动电机10的输出轴连接，通过驱动电机10驱使波发生器20器旋转运动。而刚柔轮30包括转动连接的刚轮和柔轮，波发生器20驱动刚柔轮30中的刚轮或柔轮的一个进行旋转运动，从而实现驱动电机10的转动减速。为了方便刚柔轮30与驱动电机10的安装，在驱动电机10上集成了法兰盘40，通过法兰盘40连接刚柔轮30中刚轮和柔轮的另一个，提高刚柔轮30在运动时的稳定性。而且，利用一体设置的法兰盘40和驱动电机10，方便的解决了标准伺服电机的方形法兰安装接口与减速机的圆法兰接口无法直接配合的问题，取代了电机法兰的设置，减少了零部件的使用数量，降低了零部件之间的安装误差，提高刚柔轮30与驱动电机10的输出轴的同轴精度，降低波发生器20和刚柔轮30的运行噪音和振动幅度，延长使用寿命，保障机器人关节装置的正常工作。另一方面，因取消了电机法兰的使用，可以减少空间的占用，提高结构紧凑性，降低机器人关节装置的结构复杂度，还提高了装配效率，节省了物料成本和管理成本，更有利于推广使用。另外，为了进一步提高驱动电机10与刚柔轮30装配时的安装精度，在法兰盘40上设置了定位凸台41，定位凸台41朝靠近刚柔轮30的方向凸出，定位凸台41呈环状且与驱动电机10的输出轴同心。同时，在刚柔轮30上设置了与定位凸台41配合的定位凹部。也就是说，在装配驱动电机10和刚柔轮30的时候，先利用定位凸台41和定位凹部进行定位，即定位凸台41可卡入定位凹部中，然后再通过法兰盘40固定刚柔轮30，如此提高刚柔轮30与驱动电机10的输出轴的同轴精度，降低波发生器20和刚柔轮30运行时的噪音和振动。

需要特别指出的是，波发生器20包括礼帽型波发生器和杯型波发生器，在与刚柔轮30、法兰盘40连接的时候，可以分为以下两种情况：

(一)波发生器20为杯型波发生器

刚柔轮30中的柔轮套在刚轮的外部，波发生器20设置在刚轮内，法兰盘40与柔轮固定连接。

(二)波发生器20为礼帽型波发生器

刚柔轮30中的刚轮套在柔轮的外部，波发生器20设置在柔轮内，法兰盘40与刚轮固定连接。

进一步的，在本发明一实施例中，波发生器20套设在驱动电机10的输出轴的外周面，驱动电机10的输出轴上设有沿其轴向延伸的平键，波发生器20设有与平键对应的键槽，平键卡入键槽以实现驱动电机10的输出轴与波发生器20的同轴连接。

在本实施例中，为方便波发生器20与驱动电机10的输出轴的连接，在驱动电机10的输出轴上设置了平键。可以理解的是，平键是沿驱动电机10的输出轴的轴向延伸的，且凸出于驱动电机10的输出轴。同时，波发生器20的内孔的孔壁上设置了键槽。在装配时，将平键卡入键槽中，通过平键与键槽的配合，可以保障波发生器20与驱动电机10的输出轴同步转动，提高波发生器20与驱动电机10的输出轴转动的同步性。在一实施例中，平键可以沿着驱动电机10的输出轴的周向间隔设置两个，两个平键可以设置在驱动电机10的输出轴的相对两侧，如此可以在驱动电机10的输出轴的两侧同时提供作用力，提高波发生器20受力的均匀性，也能够进一步提高波发生器20与驱动电机10的输出轴转动的同步性。在另一实施例中，平键也可以设置三个或以上，三个或以上的平键沿着驱动电机10的输出轴的周向呈圆周阵列设置，如此能够进一步提高波发生器20受力的均匀性，进而提高波发生器20与驱动电机10的输出轴转动的同步性。

进一步的，参照图2，在本发明一实施例中，机器人关节装置还包括连接块50，与驱动电机10的输出轴连接，且设于波发生器20背离法兰盘40的一侧，波发生器20设于连接块50与法兰盘40之间。在本实施例中，为了限制波发生器20沿驱动电机10的输出轴的轴向移动，设置了连接块50。可以理解的是，连接块50设置在波发生器20背离法兰盘40的一侧，且与驱动电机10的输出轴可拆卸连接。也就是说，连接块50和法兰盘40夹在波发生器20的两侧，从而防止波发生器20沿驱动电机10的输出轴的轴向移动。优选的，连接块50为圆形块，可以通过螺栓与驱动电机10的输出轴连接。当然，在其他实施例中，连接块50也可以与驱动电机10的输出轴卡接，在此不做限定。

进一步的，参照图3，在本发明一实施例中，波发生器20具有内孔，驱动电机10的输出轴伸入内孔中，波发生器20背离法兰盘40的一侧设有安装槽21，安装槽21环绕内孔设置，连接块50可拆卸的设于安装槽21内。在本实施例中，在波发生器20上设置的安装槽21，将连接块50设置在安装槽21内，可以利用安装槽21的内壁对连接块50进行阻挡，防止连接块50发生移位，提高连接块50与驱动电机10的输出轴的可靠连接。优选的，连接块50与安装槽21的底面通过螺栓连接。

进一步的，参照图1和图2，在本发明一实施例中，机器人关节装置还包括臂体60，臂体60与刚柔轮30可拆卸连接。在本实施例中，臂体60与刚柔轮30中的刚轮或柔轮可拆卸连接，从而可以驱使臂体60转动，实现减速后的旋转运动。优选的，臂体60与刚柔轮30通过螺栓连接。具体的，当波发生器20为杯型波发生器时，臂体60与刚轮连接；而当波发生器20为礼帽型波发生器时，臂体60与柔轮连接。

进一步的，在本发明一实施例中，臂体60设有容腔，刚柔轮30设于容腔内。在本实施例中，设置在臂体60上的容腔，可以用于收纳刚柔轮30，实现刚柔轮30的隐藏，提高整体结构的外观整洁性。另外，还可以对刚柔轮30进行保护，防止受到外部撞击或碰撞。

进一步的，参照图1和图2，在本发明一实施例中，机器人关节装置还包括底座70，底座70设有安装腔，驱动电机10设于安装腔内，法兰盘40与底座70可拆卸连接。在本实施例中，底座70可以提供安装位置，方便驱动电机10的安装。可以理解的是，驱动电机10的外壳部分位于底座70的安装腔内，而驱动电机10的输出轴伸出安装腔而朝靠近臂体60的方向延伸，以方便刚柔轮30的安装。优选的，法兰盘40与底座70通过螺栓连接。

进一步的，参照图2，在本发明一实施例中，底座70设有与安装腔连通的凹槽71，凹槽71的槽口朝向刚柔轮30，法兰盘40可拆卸的设于凹槽71内。在本实施例中，在底座70上设置凹槽71，一方面可以对法兰盘40进行定位，提高法兰盘40与底座70的固定可靠性；另一方面可以降低整体结构的高度，从而减少占用空间。

进一步的，在本发明一实施例中，法兰盘40与底座70通过螺栓连接，螺栓依次穿过柔轮或刚轮、法兰盘40并锁紧于底座70。在本实施例，法兰盘40及刚柔轮30中的柔轮或刚轮通过同一个螺栓锁紧在底座70上，实现法兰盘40、刚柔轮30与底座70的固定连接，减少了螺栓的使用数量，使得组装工序更加简单，有效提高装配效率。具体的，当波发生器20为杯型波发生器时，螺栓穿过柔轮、法兰盘40，并锁紧在底座70；当波发生器20为礼帽型波发生器时，螺栓穿过刚轮、法兰盘40，并锁紧在底座70。

为实现上述目的，本发明实施例提出一种机器人关节装置的生产方法，包括以下步骤：

在法兰盘40上粗加工定位凸台41；

将法兰盘40装配在驱动电机10；

以驱动电机10的输出轴为基准，精加工定位凸台41，使得定位凸台41与驱动电机10的输出轴同心；

将定位凸台41卡入设置在刚柔轮30上的定位凹部内。

具体的，利用车床在法兰盘40上车出定位凸台41，然后将法兰盘40安装在驱动电机10上而形成一整体结构。由于装配误差的存在，定位凸台41与驱动电机10的输出轴的同轴精度可能会降低。为此，将法兰盘40安装在驱动电机10之后，用车床夹住驱动电机10的输出轴，以驱动电机10的输出轴为基准，对法兰盘40上的定位凸台41进行二次精加工，从而提高驱动电机10的输出轴与定位凸台41的同轴度精度，进而提高驱动电机10的输出轴与刚柔轮30安装后的同轴度精度。如此以降低波发生器20和刚柔轮30运行的噪音和振动，提高使用寿命。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明实施例的专利范围，凡是在本发明实施例的发明构思下，利用本发明实施例说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明实施例的专利保护范围内。