一种多轴机器人关节间连接装置的制作方法

本实用新型涉及机器人关节技术领域，特别涉及一种多轴机器人关节间连接装置。

背景技术：

多轴机器人正朝着高精度、人机协作、柔性制造的趋势发展。除了提高机器人关节自身系统精度之外，还可以通过标定来校准优化机器人控制方案来提高多轴机器人系统精度。而要保证机器人控制方案依据标定结果进行准确计算，准确的各轴轴长和连接角度数据是前提条件。这就要求多轴机器人关节间确保零间隙连接才能获得准确的轴长和连接角度数据。传统的多轴机器人关节间采用轴孔对接的方式将待连接机器人关节对接端的孔结构套住相邻关节的连接端的轴结构，使对接端孔结构空腔的内端面顶到相邻关节的连接端轴结构的端面，然后用紧固螺丝穿过待连接机器人关节对接端孔结构侧壁上多组中心对称的通孔，连接到相邻关节连接端轴结构侧面的螺纹孔中。这样连接结构简单牢固、安装也相对容易，同时又可将负载和前端轴的重量分散到多组紧固件的连接当中，以此来保证连接结构稳定。但由于螺纹连接的精密程度有限，在实际安装过程中，往往会出现因拧紧螺丝的扭力致使待连接机器人关节对接端孔结构空腔的内端面与相邻关节的连接端轴结构端面发生局部脱离接触或整体脱离接触的情况而形成间隙，这就使得多轴机器人各轴的实际长度和连接角度与设计值产生偏差。由于这种连接误差难以预测，也难以测量，往往会在校准优化控制方案中被忽略掉，这就导致通过标定数据进行机器人控制方案校准优化难以有效提高多轴机器人系统精度。因此，为了提高多轴机器人的系统精度，开发一种结构简单、安装方便、且能保证零间隙连接的多轴机器人关节间连接装置就具有重要的意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、安装方便、且能实现相邻关节之间零间隙连接的多轴机器人关节间连接装置。

本实用新型的技术方案为：一种多轴机器人关节间连接装置，包括机器人关节基座、对接环、连接轴和紧固件，对接环通过紧固件安装于机器人关节基座的底面，对接环的空腔内端面与机器人关节基座的底面平行，连接轴通过紧固件安装于机器人关节基座的输出端，连接轴的对接端端面与机器人关节基座的输出端端面平行。多轴机器人进行关节间连接时，将待连接机器人关节的对接环套住相邻关节的连接轴，使待连接机器人关节的对接环的空腔内端面顶住相邻关节的连接轴的对接端端面，然后将两者固定连接即可。

所述连接轴凸出于机器人关节基座的部分为连接轴的对接端，对接端的圆柱侧面上设有v型槽。

所述对接环的圆柱侧面上分布有若干侧面螺纹孔，各侧面螺纹孔处分别通过紧定螺钉与连接轴锁紧固定。

安装时，通过多组均匀分布的紧定螺钉穿过待连接机器人关节的对接环侧面螺纹孔，以线性接触的方式顶住相邻关节连接轴对接端圆柱侧面上的v型槽，使其靠近待连接机器人关节的对接环空腔内端面的一侧槽面，并在恒扭矩拧紧紧定螺钉时推动待连接机器人关节的对接环空腔内端面自动与相邻关节连接轴的对接端端面紧贴，消除间隙，并保证受力均匀，高同心精度完成安装。

所述各侧面螺纹孔中心所处的平面到对接环空腔内端面的距离小于v型槽中心到连接轴对接端端面的距离，使得在拧紧紧定螺钉进行固定的过程中，紧定螺钉顶住相邻关节连接轴对接端v型槽靠近待连接机器人关节对接环空腔内端面的一侧槽面，自动推动待连接机器人关节对接环空腔内端面整体紧贴相邻关节连接轴对接端端面而消除相邻两个机器人关节之间间隙；紧定螺钉的尖端角度与连接轴上对接端圆柱侧面的v型槽角度相等，可保证用紧定螺钉连接待连接机器人关节对接环和相邻关节连接轴时，紧定螺钉与连接轴对接端v型槽靠近待连接机器人关节对接环空腔内端面的一侧槽面有较大的接触区域，以便牢固连接保持连接结构的稳定。紧定螺钉长度大于待连接机器人关节对接环空腔内侧面到相邻关节连接轴对接端v型槽中心的距离，小于待连接机器人关节对接环外侧面到相邻关节连接轴对接端v型槽中心的距离，以此保证紧定螺钉穿过待连接机器人关节对接环侧面螺纹孔顶住相邻关节连接轴对接端v型槽靠近待连接机器人关节对接环空腔内端面的一侧槽面时，可以固定连接待连接机器人关节对接环和相邻关节连接轴对接端，同时紧定螺钉又不会凸出到待连接机器人关节对接环外侧面而形成机器人关节运转时的不安全因素。紧定螺钉与顶住相邻关节连接轴对接端v型槽靠近待连接机器人关节对接环空腔内端面的一侧槽面时是线性接触，在使用相同扭力拧紧相对对接环轴心环形均匀分布的紧定螺钉时，紧定螺钉顶住相邻关节连接轴对接端v型槽靠近待连接机器人关节对接环空腔内端面的一侧槽面，推动待连接机器人关节对接环空腔内端面自动整体紧贴相邻关节连接轴对接端端面，同时又可保证相邻关节连接轴受力均匀，确保这两个相邻的机器人关节的高同心精度安装和连接结构的稳定。

所述连接轴嵌入机器人关节基座的部分为连接轴的连接端。

所述对接环为环形结构，便于机器人安装时穿过各种管线；对接环的一端为空腔内端面，对接环的另一端为圆柱形空腔；空腔内端面上设有若干个端面螺纹孔。对接环通过紧固件与机器人关节基座固定连接，紧固件连接到对接环空腔内端面上的端面螺纹孔时，不能凸出于对接环空腔内端面外，以免影响相邻两个关节之间的连接安装。

所述对接环上，圆柱形空腔的直径大于连接轴的直径，一般以圆柱形空腔的直径略大于连接轴的直径为宜，以便在安装时与相邻关节连接轴对接端形成精密轴孔配合，保证高同心精度安装这两个相邻的机器人关节；圆柱形空腔的深度小于或等于连接轴对接端的长度，以此保证安装时对接环的空腔外缘不会凸出顶到相邻关节输出端以外的结构部分，以防阻碍关节运动。

对接环的空腔侧面有多个(两个或两个以上)相对对接环轴心呈环形均匀分布的侧面螺纹孔，各侧面螺纹孔中心所处的平面与对接环的空腔内端面平行，各侧面螺纹孔中心所处的平面到对接环的空腔内端面的距离略小于连接轴对接端侧面v型槽中心到连接轴对接端端面的距离，以此保证通过紧定螺钉穿过待连接机器人关节对接环的侧面螺纹孔固定待连接机器人关节对接环与相邻关节输出端连接轴时，既可在拧紧紧定螺钉时使紧定螺钉顶住连接轴对接端的v型槽靠近待连接机器人关节对接环空腔内端面的一侧槽面，推动待连接机器人关节对接环空腔内端面自动整体紧贴相邻关节连接轴对接端端面，同时又可保证在使用相同扭力拧紧紧定螺钉时，相邻关节连接轴受力均匀，确保这两个相邻的机器人关节的高同心精度安装和连接结构的稳定。

所述连接轴为中空的二级圆柱结构，便于机器人安装时穿过各种管线；二级圆柱结构的两个端面相平行。

所述二级圆柱结构中，直径较小的第一级圆柱结构为连接轴的连接端，嵌入于机器人关节基座内，直径较大的第二级圆柱结构为连接轴的对接端，凸出于机器人关节基座外。这样保证相邻关节连接后有较大的接触面，确保关节连接后结构稳定。

所述连接轴的对接端端面分布有若干沉头孔，各沉头孔贯穿整个连接轴。连接轴对接端具有多数个(两个或两个以上)相对连接轴轴心中心对称的沉头孔，连接轴对接端沉头孔贯穿连接轴，连接轴通过紧固件穿过连接轴对接端沉头孔将连接轴连接端与机器人关节输出端固定连接。连接轴连接端长度保证连接轴与机器人关节输出端连接后，连接轴对接端不会与机器人关节输出端以外的结构部分产生干涉，以防阻碍关节运动。连接轴对接端的圆柱侧面有一条环形v型槽。连接轴对接端v型槽中心所在的平面与连接轴对接端端面平行。连接轴对接端v型槽中心到连接轴对接端端面距离略大于对接环侧面螺纹孔中心所处的平面到对接环空腔内端面的距离。连接轴对接端v型槽边缘到连接轴对接端端面距离小于对接环空腔侧面螺纹孔朝内侧边缘所处的平面到对接环空腔内端面的距离。这样保证紧定螺钉可以顺利顶到连接轴对接端v型槽靠近待连接机器人关节对接环空腔内端面的一侧槽面，并在拧紧紧定螺钉进行固定的过程中自动推动待连接机器人关节对接环空腔内端面整体紧贴相邻关节连接轴对接端端面，从而消除相邻两个机器人关节之间的间隙。

利用上述多轴机器人关节间连接装置对相邻两个机器人关节进行连接时，其原理是：相邻的两个机器人关节相垂直设置，其中一个关节的对接环与另一个关节的连接轴进行连接，将连接轴嵌入对接环之后，对接环的空腔内端面顶住连接轴的对接端端面，对接环的侧面与连接轴的侧面之间通过紧定螺钉锁紧连接，连接轴的侧面开设v型槽，紧定螺钉沿v型槽靠近对接环空腔内端面一侧的槽面，以线性接触的方式顶住该槽面，使连接轴的对接端端面与对接环的空腔内端面紧贴消除间隙，从而保证受力均匀，实现高同心精度安装。

本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果：

本多轴机器人关节间连接装置中，对接环的空腔内端面与关节基座底面平行，连接轴的对接端端面与关节输出端端面平行，这可以保证待连接机器人关节对接环和相邻机器人关节连接轴连接时，相邻的这两个关节之间保持设计的角度关系不变。通过对接环和连接轴精密轴孔配合可以高同轴精度连接相邻的这两个关节，以防出现位置偏移而产生额外的力矩误差、从而影响多轴机器人系统精度的情况，以此保证获得准确的各轴轴长和连接角度数据，带入到机器人控制方案依据标定结果进行的计算优化当中。

本多轴机器人关节间连接装置中，利用对接环的侧面螺纹孔中心所处的平面到对接环空腔内端面的距离略小于连接轴对接端圆柱侧面的v型槽中心到连接轴对接端端面的距离，使得在拧紧紧定螺钉进行固定的过程中，紧定螺钉顶住v型槽靠近对接环空腔内端面一侧的槽面，自动推动待连接机器人关节对接环空腔内端面整体紧贴相邻关节连接轴对接端端面而消除相邻两个机器人关节之间间隙。同时对接环空腔侧面设置多数个(两个或两个以上)相对对接环轴心环形均匀分布的螺纹孔，紧定螺钉与顶住相邻关节连接轴对接端v型槽靠近待连接机器人关节对接环空腔内端面一侧的槽面时是线性接触，同时紧定螺钉的尖端角度与连接轴对接端v型槽角度相等以此增大紧定螺钉与连接轴对接端v型槽靠近待连接机器人关节对接环空腔内端面一侧的槽面的接触区域，这些可保证在使用相同扭力拧紧紧定螺钉时，相邻关节连接轴受力均匀，确保这两个相邻的机器人关节的高同心精度安装和连接结构的稳定。同时这样关节连接装置结构简单，安装方便。

附图说明

图1为本多轴机器人关节间连接装置的整体结构示意图。

图2为图1的剖视图。

图3为对接环的整体结构示意图。

图4为对接环的剖视图。

图5为连接轴的整体结构示意图。

图6为连接轴的剖视图。

图7为相邻两个关节连接时的整体结构示意图。

图8为相邻两个关节连接时连接处的剖视图。

图9为图8中紧固螺钉安装位置的结构示意图。

上述各图中，各附图标记所示部件如下：1为对接环，1-1为空腔内端面，1-2为侧面螺纹孔，1-3为端面螺纹孔；2为连接轴，2-1为连接端，2-2为对接端，2-3为v型槽，2-4为沉头孔；3为紧固件，4为紧定螺钉，5为机器人关节基座，6为机器人关节的输出端。

具体实施方式

下面结合实施例，对本实用新型作进一步的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

本实施例一种多轴机器人关节间连接装置，如图1或图2所示，包括机器人关节基座5、对接环1、连接轴2和紧固件3，对接环通过紧固件安装于机器人关节基座的底面，对接环的空腔内端面1-1与机器人关节基座的底面平行，连接轴通过紧固件安装于机器人关节基座的输出端6，连接轴的对接端端面与机器人关节基座的输出端端面平行。多轴机器人进行关节间连接时，将待连接机器人关节的对接环套住相邻关节的连接轴，使待连接机器人关节的对接环的空腔内端面顶住相邻关节的连接轴的对接端端面，然后将两者固定连接即可。

如图5或图6所示，连接轴为中空的二级圆柱结构，便于机器人安装时穿过各种管线；二级圆柱结构的两个端面相平行。二级圆柱结构中，直径较小的第一级圆柱结构为连接轴的连接端，嵌入于机器人关节基座内，直径较大的第二级圆柱结构为连接轴的对接端，凸出于机器人关节基座外。这样保证相邻关节连接后有较大的接触面，确保关节连接后结构稳定。即：连接轴嵌入机器人关节基座的部分为连接轴的连接端2-1。连接轴凸出于机器人关节基座的部分为连接轴的对接端2-2，对接端的圆柱侧面上设有v型槽2-3。连接轴的对接端端面分布有若干沉头孔2-4，各沉头孔贯穿整个连接轴。连接轴对接端具有多数个(两个或两个以上)相对连接轴轴心中心对称的沉头孔，连接轴对接端沉头孔贯穿连接轴，连接轴通过紧固件穿过连接轴对接端沉头孔将连接轴连接端与机器人关节输出端固定连接。连接轴连接端长度保证连接轴与机器人关节输出端连接后，连接轴对接端不会与机器人关节输出端以外的结构部分产生干涉，以防阻碍关节运动。连接轴对接端的圆柱侧面有一条环形v型槽。连接轴对接端v型槽中心所在的平面与连接轴对接端端面平行。连接轴对接端v型槽中心到连接轴对接端端面距离略大于对接环侧面螺纹孔中心所处的平面到对接环空腔内端面的距离。连接轴对接端v型槽边缘到连接轴对接端端面距离小于对接环空腔侧面螺纹孔朝内侧边缘所处的平面到对接环空腔内端面的距离。这样保证紧定螺钉可以顺利顶到连接轴对接端v型槽靠近待连接机器人关节对接环空腔内端面的一侧槽面，并在拧紧紧定螺钉进行固定的过程中自动推动待连接机器人关节对接环空腔内端面整体紧贴相邻关节连接轴对接端端面，从而消除相邻两个机器人关节之间的间隙。安装时，通过多组均匀分布的紧定螺钉穿过待连接机器人关节的对接环侧面螺纹孔，以线性接触的方式顶住相邻关节连接轴对接端圆柱侧面上的v型槽，使其靠近待连接机器人关节的对接环空腔内端面的一侧槽面，并在恒扭矩拧紧紧定螺钉时推动待连接机器人关节的对接环空腔内端面自动与相邻关节连接轴的对接端端面紧贴，消除间隙，并保证受力均匀，高同心精度完成安装。各侧面螺纹孔中心所处的平面到对接环空腔内端面的距离小于v型槽中心到连接轴对接端端面的距离，使得在拧紧紧定螺钉进行固定的过程中，紧定螺钉顶住相邻关节连接轴对接端v型槽靠近待连接机器人关节对接环空腔内端面的一侧槽面，自动推动待连接机器人关节对接环空腔内端面整体紧贴相邻关节连接轴对接端端面而消除相邻两个机器人关节之间间隙；紧定螺钉的尖端角度与连接轴上对接端圆柱侧面的v型槽角度相等，可保证用紧定螺钉连接待连接机器人关节对接环和相邻关节连接轴时，紧定螺钉与连接轴对接端v型槽靠近待连接机器人关节对接环空腔内端面的一侧槽面有较大的接触区域，以便牢固连接保持连接结构的稳定。紧定螺钉长度大于待连接机器人关节对接环空腔内侧面到相邻关节连接轴对接端v型槽中心的距离，小于待连接机器人关节对接环外侧面到相邻关节连接轴对接端v型槽中心的距离，以此保证紧定螺钉穿过待连接机器人关节对接环侧面螺纹孔顶住相邻关节连接轴对接端v型槽靠近待连接机器人关节对接环空腔内端面的一侧槽面时，可以固定连接待连接机器人关节对接环和相邻关节连接轴对接端，同时紧定螺钉又不会凸出到待连接机器人关节对接环外侧面而形成机器人关节运转时的不安全因素。紧定螺钉与顶住相邻关节连接轴对接端v型槽靠近待连接机器人关节对接环空腔内端面的一侧槽面时是线性接触，在使用相同扭力拧紧相对对接环轴心环形均匀分布的紧定螺钉时，紧定螺钉顶住相邻关节连接轴对接端v型槽靠近待连接机器人关节对接环空腔内端面的一侧槽面，推动待连接机器人关节对接环空腔内端面自动整体紧贴相邻关节连接轴对接端端面，同时又可保证相邻关节连接轴受力均匀，确保这两个相邻的机器人关节的高同心精度安装和连接结构的稳定。

如图3或图4所示，对接环的圆柱侧面上分布有若干侧面螺纹孔1-2，各侧面螺纹孔处分别通过紧定螺钉与连接轴锁紧固定。对接环为环形结构，便于机器人安装时穿过各种管线；对接环的一端为对空腔内端面1-1，对接环的另一端为圆柱形空腔；空腔内端面上设有若干个端面螺纹孔1-3。对接环通过紧固件与机器人关节基座固定连接，紧固件连接到对接环空腔内端面上的端面螺纹孔时，不能凸出于对接环空腔内端面外，以免影响相邻两个关节之间的连接安装。对接环上，圆柱形空腔的直径大于连接轴的直径，一般以圆柱形空腔的直径略大于连接轴的直径为宜，以便在安装时与相邻关节连接轴对接端形成精密轴孔配合，保证高同心精度安装这两个相邻的机器人关节；圆柱形空腔的深度小于或等于连接轴对接端的长度，以此保证安装时对接环的空腔外缘不会凸出顶到相邻关节输出端以外的结构部分，以防阻碍关节运动。对接环的空腔侧面有多个(两个或两个以上)相对对接环轴心呈环形均匀分布的侧面螺纹孔，各侧面螺纹孔中心所处的平面与对接环的空腔内端面平行，各侧面螺纹孔中心所处的平面到对接环的空腔内端面的距离略小于连接轴对接端侧面v型槽中心到连接轴对接端端面的距离，以此保证通过紧定螺钉穿过待连接机器人关节对接环的侧面螺纹孔固定待连接机器人关节对接环与相邻关节输出端连接轴时，既可在拧紧紧定螺钉时使紧定螺钉顶住连接轴对接端的v型槽靠近待连接机器人关节对接环空腔内端面的一侧槽面，推动待连接机器人关节对接环空腔内端面自动整体紧贴相邻关节连接轴对接端端面，同时又可保证在使用相同扭力拧紧紧定螺钉时，相邻关节连接轴受力均匀，确保这两个相邻的机器人关节的高同心精度安装和连接结构的稳定。

利用上述多轴机器人关节间连接装置对相邻两个机器人关节进行连接时，如图7或图8所示，其原理是：相邻的两个机器人关节相垂直设置，其中一个关节的对接环与另一个关节的连接轴进行连接，将连接轴嵌入对接环之后，对接环的空腔内端面顶住连接轴的对接端端面，对接环的侧面与连接轴的侧面之间通过紧定螺钉4锁紧连接，连接轴的侧面开设v型槽，紧定螺钉沿v型槽靠近对接环空腔内端面一侧的槽面(如图9所示)，以线性接触的方式顶住该槽面，使连接轴的对接端端面与对接环的空腔内端面紧贴消除间隙，从而保证受力均匀，实现高同心精度安装。

如上所述，便可较好地实现本实用新型，上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围；即凡依本实用新型内容所作的均等变化与修饰，都为本实用新型权利要求所要求保护的范围所涵盖。

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