用于关节型工业机器人的摇杆及关节型工业机器人

摘要

本发明提供了一种用于关节型工业机器人的摇杆，具有与RV减速机连接的第一侧、与所述第一侧相对的用以与伺服电机配合连接的第二侧，所述摇杆还具有位于前部且用以固联所述伺服电机和所述RV减速机的前横柱、与所述前横柱相对的位于后部的后横柱、位于所述前横柱和所述后横柱之间的中立柱、设于所述摇杆第一侧的筋板加强型定限位；所述筋板加强型定限位于所述摇杆的第一侧向背离所述第二侧的方向向外凸伸。本发明的筋板加强型定限位于所述摇杆的第一侧向背离所述第二侧的方向向外凸伸，在满足功能性设计的基础上，采用筋板增强型结构，增强其强度和刚度性能，同时提高该摇杆的铸造和加工工艺性能。

说明书

技术领域

本发明涉及关节型工业机器人制造领域，尤其涉及一种刚度、强度等力学性能优异且加工工艺简单的用于关节型工业机器人的摇杆（或称腰部件），及其具有该摇杆的关节型工业机器人。

背景技术

现今，信息化时代的全球合作与交流更趋紧密，生产力水平与科学技术不断进步，新的智能制造生产方式呼之欲出；工业机器人凭借其灵活、高效、高精度的智能化作业方式，为世界制造业所瞩目。在当前的冶金、汽车、物流等工业环节中，重载型工业机器人（或称关节型工业机器人）应用愈趋广泛。然而，重载型工业机器人必须具备有更好的负载能力和运动稳定性，即更佳的速度、加速度特性以及相当高的位姿准确度，所以这对于重载型工业机器人的本体结构而言，随着应用层次的深入和应用范围的拓宽，对重载型机器人的整体刚性要求越发提高。

其中，连接机器人第一关节和第二关节的摇杆（或称腰部件）是机器人本体结构中受力情况最为复杂、本体集成功能颇多的关键零部件，摇杆部件的结构设计是否合理关乎关节型机器人的整机性能。在满足刚度、强度以及功能性要求的同时，铸造和加工的工艺性是否良好也关乎到是否能够有效控制机器人的模具、刀具、工装治具等加工制造成本的问题。

第CN102029607A中国专利申请涉及一种具有重力平衡系统的工业机器人，其中机器人的摇杆设计紧凑精巧，具备可靠的重力平衡装置支承结构。然而，该摇杆大部分表面为曲面，定限位等凸台特征采用内部型芯成形或者直接实心铸件，摇杆整体的轮廓特征呈内部大，开口收敛的设计，外表面连贯。一方面，摇杆整体设计上采用非开放式的外包络结构，增加了铸造工艺的难度，即增加了内部砂芯的设计难度和成本，同时也增加了脱模的难度，影响生产效率。另一方面，定限位凸台位于摇杆与大臂连接一侧的上下两处，凸台突兀出的体积较大，采用外包络设计或者实心块设计，同样增加内部成形砂芯设计难度，另外，实心块会降低此处局部的铸件性能，厚度变化较大，易造成缩孔、疏松等铸造缺陷；此处是摇杆部件受力的关键区域，铸造性能的缺陷会削弱摇杆的强度和刚度性能。

有鉴于此，有必要提供一种用于关节型工业机器人的摇杆及具有该摇杆的关节型工业机器人以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于一种刚度、强度等力学性能优异且加工工艺简单的用于关节型工业机器人的摇杆（或称腰部件），及具有该摇杆的关节型工业机器人。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种用于关节型工业机器人的摇杆，具有与RV减速机连接的第一侧、与所述第一侧相对的用以与伺服电机配合连接的第二侧，所述摇杆还具有位于前部且用以固联所述伺服电机和所述RV减速机的前横柱、与所述前横柱相对的位于后部的后横柱、位于所述前横柱和所述后横柱之间的中立柱、设于所述摇杆第一侧的筋板加强型定限位；所述筋板加强型定限位于所述摇杆的第一侧向背离所述第二侧的方向向外凸伸。

作为本发明的进一步改进，所述前横柱包括中空的安装法兰、从所述安装法兰的周缘同时向第一侧和第二侧均凸伸形成从周缘包覆所述安装法兰的第一筋板增强结构，所述前横柱通过所述第一筋板增强结构与所述中立柱连接。

作为本发明的进一步改进，所述第一筋板增强结构呈具有一个缺口的圆形，所述缺口位于所述前横柱上靠近所述中立柱的一侧；所述筋板加强型定限位包括与所述缺口的上端连接的呈>型的第一筋板加强型定限位、与所述第一筋板增强结构的缺口的下端连接的呈>型的第二筋板加强型定限位，所述第一筋板加强型定限位和第二筋板加强型定限位成上下间隔设置。

作为本发明的进一步改进，所述筋板加强型定限位的壁板自所述摇杆的第一侧向外逐渐减薄。

作为本发明的进一步改进，所述中立柱包括向上开放的上腔，所述上腔呈变异圆柱体结构，前半部分的截面弯曲半径小于后半部分的截面弯曲半径；所述上腔的前半部分与所述前横柱和所述筋板加强型定限位相连。

作为本发明的进一步改进，所述中立柱还包括位于所述上腔下方的下腔，所述下腔为由位于上部的盖体、位于下部的固定法兰、连接所述盖体与所述固定法兰的侧壁围成的向下开放的圆柱体，所述盖体的中间部位具有连通所述上腔与所述下腔的中孔，且所述盖体上设有实现下腔中的润滑脂的注入和排出的注/排脂孔。

作为本发明的进一步改进，所述摇杆还具有位于所述中立柱后侧的后腔，所述后腔与所述中立柱之间的壁板自下向上逐渐变薄；形成所述后腔的结构体支撑所述后横柱，所述后横柱为自所述第二侧向所述第一侧贯通的中空柱。

作为本发明的进一步改进，所述后横柱自所述第一侧向背离所述第二侧的方向向外凸伸，且所述后横柱在所述后腔内呈分段式布置，靠近所述第一侧的柱体的长度为另一段靠近所述第二侧的柱体长度的5~6倍。

作为本发明的进一步改进，所述摇杆还包括设置于所述摇杆外侧面上的若干多用筋板、若干所述定位凸台、分列于所述中立柱第一侧和第二侧的一对管线包布置窗口、分列于所述中立柱第一侧和第二侧的翼板。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种关节型工业机器人，包括底座、连接所述关节型工业机器人的第一关节和第二关节的上述摇杆、连杆、位于连杆上的操作手。

本发明的有益效果是：本发明优化了关节型工业机器人的摇杆，筋板加强型定限位于所述摇杆的第一侧向背离所述第二侧的方向向外凸伸，在满足功能性设计的基础上，采用筋板增强型结构，增强其强度和刚度性能，继而提升其适用的关节型工业机器人的整机性能；同时提高该摇杆的铸造和加工工艺性能，便于模具和型芯的制造，降低制造成本。

附图说明

图1是本发明的关节型工业机器人的结构示意图。

图2是图1所示的关节型工业机器人于另一角度的结构示意图。

图3是图1所示的关节型工业机器人的摇杆的立体结构示意图。

图4是图3所示的摇杆于另一角度的立体结构示意图。

图5是图3所示的摇杆的第二侧的结构示意图。

图6是图5所示的摇杆于A视角的结构示意图。

图7是图5所示的摇杆的俯视图。

图8是图5所示的摇杆的左视图。

图9是图8所示的摇杆沿B-B方向的剖视图。

图10是图8所示的摇杆沿C-C方向的剖视图。

图11是图5所示的摇杆的后视图，也即摇杆的第一侧的结构示意图。

图12是图11所示的摇杆沿D-D方向的局部剖视图。

图13是图11所示的摇杆沿E-E方向的局部剖视图。

图14是图11所示的摇杆沿F-F方向的局部剖视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1~图2所示，关节型工业机器人100包括底座1、连接所述关节型工业机器人100的第一关节和第二关节的摇杆2（或称腰部件）、连杆3（或称大臂）、位于连杆3上的操作手4等结构。为清楚地表达本申请内所描述的位置与方向，以关节型工业机器人100作为参照，上臂上设有操作手4的一端为前，相对另一端为后端；且上臂位于底座1的上部。

关节型工业机器人100的本体结构摇杆2的一侧需要连接伺服电机5，另一侧需要连接RV减速机6和连杆3；其中伺服电机5用以第二关节的动力输入，驱动大臂以上部件及负载；RV减速机6用以传递伺服电机5输入的动力，起到减速增矩的作用。

请参阅图3~图14所示，本发明的摇杆2具有用以与所述RV减速机6配合连接的第一侧、与所述第一侧相对的用以与伺服电机5配合连接的第二侧、位于前部且用以固联所述伺服电机5和所述RV减速机6的前横柱21、与所述前横柱21相对的位于后部的后横柱22、位于所述前横柱21和所述后横柱22之间的中立柱23、设于所述摇杆2第一侧的筋板加强型定限位24。

所述前横柱21的主体为中空的安装法兰211，在所述前横柱21的第一侧与RV减速机6和连杆3连接形成关节型工业机器人100的第二关节，在相对的第二侧与伺服电机5连接实现第二关节的伺服驱动。

具体地，所述安装法兰211具有位于中间且沿所述安装法兰211轴向贯通的中通孔2111、分布于所述中通孔2111周围的若干小直径的第一固定孔2112、介于若干所述第一固定孔2112与所述中通孔2111之间的若干大直径的第二固定孔2113。

所述中通孔2111自所述第一侧向所述第二侧贯通，从而使得所述伺服电机5的输出轴穿过所述中通孔2111与所述RV减速机6连接；进一步地，所述输出轴上装配有齿轮轴，所述输出轴通过所述齿轮轴与所述RV减速机6的行星齿轮组配合连接。

所述第一固定孔2112的直径小于所述第二固定孔2113的直径，且若干所述第一固定孔2112均分为若干组，若干组所述第一固定孔2112间隔设置于同一个圆上；相应地，若干所述第二固定孔2113也均分为若干组，若干组所述第二固定孔2113间隔设置于同一个圆上；若干所述第二固定孔2113的分组数与若干所述第一固定孔2112的分组数相同，且每一组所述第二固定孔2113位于相应地一组所述第一固定孔2112内侧。

本实施例中，所述安装法兰211上设有21个所述第一固定孔2112、6个所述第二固定孔2113，从而实现所述RV减速机6与所述摇杆2的固联。21个所述第一固定孔2112平均分为3组，且三组所述第一固定孔2112均匀地排设于同一个圆上；6个所述第二固定孔2113也平均分为3组，每一组第二固定孔2113位于相应的一组第一固定孔2112的内侧，且三组所述第二固定孔2113均匀地排设于同一个圆上。

进一步地，所述前横柱21还具有从周缘包覆所述安装法兰211的第一筋板增强结构212。具体地，请参图10所示，第一筋板增强结构212从所述安装法兰211的周缘同时向第一侧和第二侧均凸伸，采用开放性结构，改进力学性能的同时具有良好的铸造和加工工艺性。本领域技术人员可以理解的是，沿所述前横柱21轴向，所述第一筋板增强结构212的宽度大于所述安装法兰211的宽度。

所述前横柱21采用所述第一筋板增强结构212与中立柱23等其他结构过渡连接，既增强了关键受力区域的刚性，同时其开放性结构具有良好的铸造和加工工艺性，在铸造过程中不必采用砂芯成型，降低模具制造难度，提高成型效率，在加工过程中开放性空间便于刀具轨迹规划。

具体地，所述第一筋板增强结构212呈具有一个朝后开放的缺口的圆形，从前向后包覆所述安装法兰211使得所述缺口位于靠近所述中立柱23的一侧；所述缺口的两端上下间隔地连接于所述中立柱23的前半部分。

所述中立柱23的主体分为呈上下分布且连通的上腔231和下腔232。

所述上腔231向上开放，用作关节型工业机器人100第一关节伺服电机5的安装舱，同时也是关节型工业机器人100电气管线系统接入底座1的接口。

具体地，所述上腔231呈变异圆柱体结构，前半部分的截面弯曲半径小于后半部分的截面弯曲半径。所述上腔231的前半部分与所述前横柱21和所述筋板加强型定限位24相连。

另外，请对比图7和图10，或参阅图9所示，所述上腔231的顶端设有自形成所述上腔231的腔壁向内凸伸的第二筋板增强结构233，该第二筋板增强结构233也采用开放性结构，工艺简单。

所述下腔232为向下开放的圆柱体，由位于上部的盖体2321、位于下部的固定法兰2322、连接所述盖体2321与所述固定法兰2322的侧壁2323围成；具体地所述盖体2321的中间部位具有连通所述上腔231与所述下腔232的中孔2324，所述固定法兰2322自所述侧壁2323底部向内凸伸。

所述下腔232与RV减速机6和关节型工业机器人100的底座1连接形成关节型工业机器人100第一关节，并在所述固定法兰2322的安装面以上形成第一关节的润滑密闭腔。进一步地，所述盖体2321上设有连通所述密闭腔的注/排脂孔2325，以实现下腔232中的润滑脂的注入和排出。

进一步地，请参阅图6、图9、图10和图12所示，所述摇杆2还具有位于所述中立柱23后侧的后腔25，所述后腔25具有向后下方开放的开口，可提供足够大的容积用于集成电气设备，同时形成所述后腔25的结构体支撑所述后横柱22，提高结构强度和平衡配重装置的装配刚度。本实施例中，所述后腔25位于所述上腔231的后侧且与所述上腔231的后半部分连接。

请参阅图9所示，所述后腔25与所述中立柱23之间的壁板自下向上逐渐变薄，也即所述后腔25与所述上腔231之间的壁板自下向上逐渐变薄，这种沿拔模方向渐变的壁板，具有隔离后腔25使其形成独立防尘空间的作用，同时壁板呈肋板状支撑所述关节型工业机器人100的摇杆2的中后部，增强结构件整体刚度的同时保障了所述后横柱22的最小形变量，也保证关节型工业机器人100平衡系统的装配刚性。

所述后横柱22位于所述后腔25内，用以安装与关节型工业机器人100平衡装置后端铰接的销轴。具体地，所述后横柱22的轴线与所述前横柱21的轴线平行，且在竖直方向上，所述后横柱22的轴线低于所述前横柱21的轴线；于本实施例中，所述后横柱22的轴线比所述前横柱21的轴线向下偏置50mm~80mm。

所述后横柱22为自所述第二侧向所述第一侧贯通的中空柱，且所述后横柱22自所述第一侧向背离所述第二侧的方向向外凸伸；可以理解的是，所述后横柱22的中空部分与所述后腔25连通。

进一步地，所述后横柱22在所述后腔25内呈分段式布置，靠近所述第一侧的柱体的长度为另一段靠近所述第二侧的柱体长度的5~6倍；分段式结构有利于销轴的快速装配，使应力分布合理。

所述筋板加强型定限位24同时与所述前横柱21、所述上腔231相连接，且于所述摇杆2的第一侧向背离所述第二侧的方向向外凸伸；所述筋板加强型定限位24的作用是与关节型工业机器人100的连杆3上固联的动限位配合，物理性限制关节型工业机器人100的连杆3的动作范围，保护关节型工业机器人100；同时还可以提高所述摇杆2的刚度。

具体地，所述筋板加强型定限位24包括分开设置的两部分，其一为与所述第一筋板增强结构212的缺口的上端2121连接的呈>型的第一筋板加强型定限位241，包括与所述第二筋板增强结构共面的第一上壁板、自所述第一筋板增强结构212的缺口的上端2121向后向下延伸的第一下壁板。第一上壁板和第一下壁板之间具有间隙，且第一筋板增强结构212的缺口的上端2121与第一上壁板和第一下壁板的连接处相连接。另外，所述第一筋板加强型定限位241自所述上腔231位于第一侧的部分向外凸伸。

其二为与所述第一筋板增强结构212的缺口的下端2122连接的也呈>型的第二筋板加强型定限位242，包括向上向后延伸至所述管线包布置窗口的第二上壁板、自所述第一筋板增强结构212的缺口的上端向后向下延伸的第二下壁板。第二上壁板和第二下壁板之间具有间隙，且第一筋板增强结构212的缺口的下端2122与第二上壁板和第二下壁板的连接处相连接。另外，所述第二筋板加强型定限位242的部分结构自所述上腔231位于第一侧的部分向外凸伸，另部分自所述前横柱21位于第一侧的部分向外凸伸；具体地，所述第二上壁板的后部分自所述上腔231位于第一侧的部分向外凸伸，所述第二上壁板的前部分和所述第二下壁板自所述前横柱21位于第一侧的部分向外凸伸，且所述第二下壁板的末端向后向下延伸至与所述下腔232的盖体2321相连接。

所述第一上壁板、所述第一下壁板、所述第二上壁板、所述第二下壁板四个壁板的壁厚均过渡变化，可以优化铸件性能，避免实体限位块结构易导致的铸造过程中壁厚突变引起的疏松、缩孔等铸造缺陷。本实施例中，所述第一上壁板、所述第一下壁板、所述第二上壁板、所述第二下壁板自所述中立柱23的外壁面向外逐渐减薄。

请参图11、图13和图14所示，所述筋板加强型定限位24与相连结构形成稳固的工字型结构，既增强此部分本体结构的力学性能，使所述关节型工业机器人100摇杆2的承载能力和刚性提高，继而提升关节型工业机器人100的整体刚度性能；同时又避免铸件厚度突变导致铸件局部性能缺陷。

进一步地，所述摇杆2还具有分列于所述中立柱23第一侧和第二侧的一对管线包布置窗口26，所述管线包布置窗口26大致呈梯形，共两个并对称地分列在所述中立柱23的所述上腔231的两侧。所述管线包布置窗口26内侧具有自所述上腔231的内壁向内凸伸形成的厚度介于30mm~40mm的加强筋，以增强强度。

进一步地，所述摇杆2还具有分列于所述中立柱23第一侧和第二侧的翼板27，所述翼板27位于所述中立柱23的上腔231和下腔232交界平面处，共4块且呈两侧对称布置，分列在所述中立柱23的上腔231两侧；所述翼板27厚度为30mm，且分别向外延伸120mm~150mm。

进一步地，所述摇杆2还具有设于所述摇杆2外侧面上的多用筋板28，所述多用筋板28呈多处分散式布置，包括：位于所述前横柱21下部与所述下腔232交接处（也即所述摇杆2下颚）的第一筋板281，起到提高所述摇杆2应力集中处刚性，改善承载性能的作用；布置在所述前横柱21的正上方的第二筋板282，是吊环安装的留置位置；布置在所述后横柱22上表面铸体偏前位置的第三筋板283，也是吊环安装留置位置；布置在所述后腔25与铸件壁体交界线外的两侧的第四筋板284，起到附件安装的作用。另外，所述第三筋板283和两个所述第四筋板284都位于铸造坯体受力集中且壁厚发生变化处，起到增强刚性，缓解壁厚变化改善铸造工艺性的作用。

进一步地，所述摇杆2还具有设于所述摇杆2外侧面上的若干定位凸台29，所述定位凸台29的结构特征为三角形带圆角，布置在所述前横柱21法兰体前端偏下45°的位置处和所述下腔232圆柱体的下端面后部，所述定位凸台29的作用是标定关节型工业机器人100本体第一关节和第二关节的零点位置，在物理定位的同时，可以留置传感器的安装位置，便于精确标定软限位。

综上所述，本发明优化了关节型工业机器人100的摇杆2，所述摇杆2在满足功能性设计的基础上，采用筋板增强型结构，增强其强度和刚度性能，继而提升其适用的关节型工业机器人100的整机性能；采用增强加强筋开放性结构，提高该摇杆2的铸造和加工工艺性能，便于模具和型芯的制造，降低制造成本。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

本说明书中任何相关的“本实施例”，意味着与实施例有关的一个特定的功能、结构、或特性描述包含本发明的至少一个实施例。这些出现在说明书各个地方的短语不一定指相同的实施例。进一步地，与任一实施例相关的特定的功能、结构、或细节描述，则认为是在本技术领域范围内与其他实施例相关的功能、结构或特性。