CN209812366U - 一种二轴关节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种二轴关节装置，包括：安装构件；横向驱动组，安装在安装构件上，动力输出端连接有可转动的横轴；以及纵向驱动组，其动力输出端连接有可转动的旋转头；其中，横向驱动组可带动旋转头可围绕横轴转动轴线公转。本转动装置设置有横向驱动组和纵向驱动组，两个驱动组分别对应新增的加工轴数，实现同一结构上进行运动集成。在本申请中利用横向驱动组带动横轴转动的同时能带动旋转头进行公转，实现第一轴传动；利用旋转头自转实现整个传动装置的第二轴传动；整个传动结构传动简单可靠，集成了两个方向上的动力传动。

Description

一种二轴关节装置

技术领域

本实用新型涉及传动技术领域，尤其涉及一种二轴关节装置。

背景技术

目前许多加工设备往往在出厂时已经既定了加工的轴数，因此这类加工设备的加工能力是既定，如果需要增大加工的能力，只能另外选用更多轴数的加工设备进行加工，这样无疑会在增加整个生产的成本。同时这些现有的加工设备因为结构设计的原因，往往导致在后期改造这些加工设备时，一般只能增加1-2轴的加工轴数，这个基本是由加工设备的原有加工基础决定的，导致如果增加的轴数超过两轴，新增的加工能力会大幅影响整个加工设备原有轴数的传动精度，同时整体结构上很不稳定，超出了原有结构的承载能力。因此，目前除了一些原本设计时预留有改造空间的加工设备外，其余的难以进行增加加工能力，即使改造成功也无法保证新增轴数的加工精度。

针对于上述的情况，目前市场上流行采用在现有的加工设备输出端上设置一个类似加工工装一样的加工头，显然这个加工头就是一种新增的加工轴。但是由于这类加工头采用是类似加工工装一样的思路，因此自身在整体上结构不会太大，否则会影响到原有的加工轴数的运动。由于这类加工头结构体积小巧，如果要实现一轴以上的传动十分困难，一般一轴以上的传动需要实现不同方向上的驱动，导致整个加工头的精度难以保证。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种结构巧妙，传动稳定，可以有效保证加工精度的传动装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种二轴关节装置，包括：

安装构件；

横向驱动组，安装在安装构件上，动力输出端连接有可转动的横轴；以及

纵向驱动组，其动力输出端连接有可转动的旋转头；

其中，横向驱动组可带动旋转头可围绕横轴转动轴线公转。

作为上述技术方案的改进，所述横轴上设置有纵轴，所述旋转头同轴套装在纵轴上，并可围绕纵轴自转；所述纵向驱动组还设置有驱动构件，驱动构件通过变向轮系驱动旋转头自转。

作为上述技术方案的改进，所述变向轮系包括设置在旋转头输入端上的第一锥齿轮以及转动安装在安装构件上的第二锥齿轮，第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合，所述驱动构件可驱动第二锥齿轮转动。

作为上述技术方案的改进，所述安装构件设置有两组对应的安装耳，所述横轴一端通过第一轴承安装在一组安装耳上，另一端通过第二轴承安装在第二锥齿轮内；所述第二锥齿轮通过第三轴承安装在另一组安装耳上。

作为上述技术方案的改进，所述第二锥齿轮与第三轴承同轴转动，所述第二锥齿轮可相对第三轴承沿其转动轴心线方向运动，所述第三轴承的一侧面与第二锥齿轮的大端背部之间设置有弹性件，所述弹性件可迫使第二锥齿轮抵紧第一锥齿轮。

作为上述技术方案的改进，所述横轴上设置有限位孔，所述纵轴的一端设置有配合限位孔的卡头，所述纵轴通过卡头插装在限位孔内；所述纵轴的另一端设置有安装头，所述旋转头的输入端通过安装槽与安装头配合方式套装在纵轴上，所述第一锥齿轮通过第四轴承安装在纵轴上；所述第四轴承的内圈靠近安装头的一侧抵紧在安装头上，另一侧通过安装套抵在横轴上，安装套与安装头配合锁紧第四轴承。

作为上述技术方案的改进，所述第四轴承设置有两组，分别设置在第一锥齿轮的两端，所述第一锥齿轮设置有用于间隔两组第四轴承的台阶；第一锥齿轮与旋转头配合的一侧设置有连接部，连接部外通过连接法兰与旋转头的输入端连接固定。

作为上述技术方案的改进，所述纵轴内设置有通孔，所述纵轴位于卡头的一端设置有连接头，连接头穿过限位孔并通过锁紧螺丝锁紧在横轴上；所述通孔的下端穿过安装头与旋转头连通；所述安装头与安装槽之间设置有密封件。

作为上述技术方案的改进，所述横向驱动组还包括安装在安装构件上的第一伺服电机、第一同步轮系以及设置在横轴输入端上的第一轮；所述第一同步轮系包括第一转轴、第一子轮和第一母轮，所述第一转轴的一端通过旋转轴承安装在安装构件上，所述第一子轮和第一母轮均同轴安装在第一转轴上；所述第一伺服电机输出端通过同步带与第一母轮连接，第一子轮亦通过同步带与第一轮连接；所述第一母轮和第一轮的半径均大于第一子轮以及第一伺服电机输出端的直径。

作为上述技术方案的改进，驱动构件还包括安装在安装构件上的第二伺服电机、第二同步轮系以及设置在第二锥齿轮输入端上的第二轮；所述第二同步轮系包括第二转轴、第二子轮和第二母轮，所述第二转轴的一端通过旋转轴承安装在安装构件上，所述第二子轮和第二母轮均同轴安装在第二转轴上；所述第二伺服电机输出端通过同步带与第二母轮连接，第二子轮亦通过同步带与第二轮连接；所述第二母轮和第二轮的半径均大于第二子轮以及第二伺服电机输出端的直径。

本实用新型的有益效果有：

本传动装置设计安装构件，通过安装构件安装在外部加工设备的输出端上，类似于一个延伸的加工轴基体；其次设置有横向驱动组和纵向驱动组，两个驱动组分别对应新增的加工轴数，实现同一结构上进行运动集成。在本申请中利用横向驱动组带动横轴转动的同时能带动旋转头进行公转，实现第一轴传动；利用旋转头自转实现整个传动装置的第二轴传动；整个传动结构传动简单可靠，集成了两个方向上的动力传动。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步说明，其中：

图1是本实用新型实施例的结构示意图一；

图2是本实用新型实施例的结构示意图二；

图3是本实用新型实施例的结构示意图三；

图4是本实用新型实施例的左视图；

图5是图4中沿A-A方向的剖视图；

图6是本实用新型实施例中纵轴的局部安装结构图。

具体实施方式

参见图1至图6，本实用新型的一种二轴关节装置，包括安装构件1、横向驱动组2以及纵向驱动组3；其中，横向驱动组2安装在安装构件1上，动力输出端连接有可转动的横轴21；以及纵向驱动组3其动力输出端连接有可转动的旋转头31；横向驱动组2可带动旋转头31可围绕横轴21转动轴线公转。横向驱动组2和纵向驱动组3分别是两个不同方向上的传动轴数，可以看出在本申请中采用的是两个相互垂直的传动轴数，这样便于设计两个轴数的相互传动关系。在本申请中，由于整个传动装置是安装在现有加工设备的加工端上的，替换了原来加工工装的位置；因此，所述安装构件1设置有两组对应的安装耳11，在安装耳11上进行安装横向驱动组2和纵向驱动组3，因此安装构件1的另一端或者其他侧的设计有连接结构。在本申请中，优选在安装构件1的安装耳11对应的另一端设置有连接结构，连接结构包括一个锁紧套12以及设置在锁紧套12上的定位柱，这样的结构设计方便将整个安装构件1安装在加工设备的加工主轴上，实现新增轴数与原有加工设备的轴数进行无缝衔接，同时这样的结构设计方便拆装。一般而言加工设备的加工末端一般是旋转的动作或者是升降的动作，因此整个传动装置安装后是在加工末端的基础上实现运动

更进一步，针对于上述的传动装置本申请更具体的结构描述，所述横轴21上设置有纵轴22，所述旋转头31同轴套装在纵轴22上，并可围绕纵轴22自转；所述纵向驱动组3还设置有驱动构件32，驱动构件32通过变向轮系33驱动旋转头31自转，上述的结构设计主要实现旋转头31的自转以及围绕横轴21公转的动作。其中，所述变向轮系33包括设置在旋转头31输入端上的第一锥齿轮331以及转动安装在安装构件1上的第二锥齿轮332，第二锥齿轮332与第一锥齿轮331啮合，所述驱动构件32可驱动第二锥齿轮332转动。驱动构件32是安装在安装构件1上的，减少了横轴21的动力负担。而驱动构件32和变向轮系33的结构设计以及设计位置中可以看出之所以要设计变向轮系33，主要是考虑到旋转头31自转和公转的动作问题，为了避免减少横轴21所需要承受质量的问题，提高动力输出的稳定性，显然如果将整个纵向驱动组3安装在横轴21上，无疑会增加横轴21传动的不稳定性；因此为了避免出现这样的情况，在本申请中纵向驱动组3的主体部分安装在安装构件1上，而动力输出部分的旋转头31是安装在纵轴22上，因此这样的结构设计可以有效避免了横轴21所需承载的重量，减少运动惯性，进而保证加工精度。

为了更好地实现传动，在本申请中，为了使得动力平衡，横向驱动组2和纵向驱动组3的运动平衡，采用两者分别安装在安装构件1的对侧的设计。横向驱动组2和驱动构件32的具体结构如下：所述横向驱动组2还包括安装在安装构件1上的第一伺服电机26、第一同步轮系28以及设置在横轴21输入端上的第一轮27；所述第一同步轮系28包括第一转轴281、第一子轮282和第一母轮283，所述第一转轴281的一端通过旋转轴承安装在安装构件1上，所述第一子轮282和第一母轮283均同轴安装在第一转轴281上；所述第一伺服电机26输出端通过同步带与第一母轮283连接，第一子轮282亦通过同步带与第一轮27连接；所述第一母轮283和第一轮27的半径均大于第一子轮282以及第一伺服电机26输出端的直径。第一同步轮系28的目的可以看出是为了设置一个传动比，进行缩小第一伺服电机26的输出传动速率。第一母轮283和第一轮27的大直径在运动时，在一定的程度上可以减少第一伺服电机26直接驱动横轴21所带来的振动。其次，设计有一定的传动比可以增大传动距离，增大了第一伺服电机26位置与横轴21的距离，减少了第一伺服电机26启闭所对横轴21的影响。

此外，驱动构件32采用与横向驱动组2类似的传动结构，其中驱动构件32还包括安装在安装构件1上的第二伺服电机321、第二同步轮系以及设置在第二锥齿轮332输入端上的第二轮322；所述第二同步轮系包括第二转轴323、第二子轮324和第二母轮325，所述第二转轴323的一端通过旋转轴承安装在安装构件1上，所述第二子轮324和第二母轮325均同轴安装在第二转轴323上；所述第二伺服电机321输出端通过同步带与第二母轮325连接，第二子轮324亦通过同步带与第二轮322连接；所述第二母轮325和第二轮322的半径均大于第二子轮324以及第二伺服电机321输出端的直径。

更进一步，所述横轴21一端通过第一轴承23安装在一组安装耳11上，另一端通过第二轴承24安装在第二锥齿轮332内；所述第二锥齿轮332通过第三轴承34安装在另一组安装耳11上。可以看出横轴21与第二锥齿轮332是同轴转动的，这样设计的目的主要有两点，其一是正如我们前面所说的为了减少横轴21的运动，必须要设计一个变向的传动结构，而如何减少整体结构的冗余以及保证体积不明显扩大，显然将横轴21与第二锥齿轮332同轴设计是最好的设计方式，当然可以将横轴21与第二锥齿轮332不同轴设计一样能实现第一锥齿轮331的传动，但是毋容置疑除了需要固定横轴21的另一端外，还需设计一个安装结构，例如第三个安装耳11的结构进行安装第二锥齿轮332，因此，横轴21与第二锥齿轮332同轴设计可以简约空间。

其二，横轴21与第二锥齿轮332同轴设计还可以使得横向驱动组2和纵向驱动组3的运动平衡；这个需要从本申请的动力布局上进行说明。从上面横向驱动组2和纵向驱动组3的传动布局可以看出，横轴21是一端与第一轮27连接，因此另一端存在有一定的运动挠性，而且纵轴22是设置在横轴21上，且安装有旋转头31，因此单侧的驱动横轴21相比双侧驱动横轴21振动更大，为了抵消这个传动的影响，在横轴21的另一端同轴设置第二锥齿轮332，使得横向驱动组2和纵向驱动组3在动作时可以抵消影响，运动更加地平稳。

参见图5，在本申请中，由于第二锥齿轮332和第一锥齿轮331不是同轴设置的，两者不在同一安装面，为了消除两者啮合间隙的影响进行如下的结构设计。所述第二锥齿轮332与第三轴承34同轴转动，所述第二锥齿轮332可相对第三轴承34沿其转动轴心线方向运动，所述第三轴承34的一侧面与第二锥齿轮332的大端背部之间设置有弹性件，所述弹性件可迫使第二锥齿轮332抵紧第一锥齿轮331。显然既要实现第二锥齿轮332与第三轴承34同轴转动，又要能实现第二锥齿轮332可相对第三轴承34相对运动，可以在第三轴承34的外圈和第二锥齿轮332内圈通过键槽与键的方式进行连接设置，当然键槽与键的设置方向是与第三轴承34或第二锥齿轮332的转动轴心线方向一致的，当然在设计的时候不会将键槽和键设置得太长，否者会影响结构，同时第二锥齿轮332与第一锥齿轮331的啮合间隙相对较小，弹性件在一定程度上消除第二锥齿轮332与第一锥齿轮331传力方向不一致的影响，减少传动的振动。

参见图5和图6，关于旋转头31的安装结构具体如下，所述横轴21上设置有限位孔25，所述纵轴22的一端设置有配合限位孔25的卡头221，所述纵轴22通过卡头221插装在限位孔25内；这样可以避免旋转头31转动的同时会带动纵轴22在横轴21上进行转动。限位孔25设置在横轴21的中部，这样整个纵轴22就对应在横轴21的中部，旋转头31作为另一个轴数的动力输出端亦对应在安装构件1的中部，使得整个安装构件1运动平衡。

此外，为了更好地安装第一锥齿轮331和旋转头31，所述纵轴22的另一端设置有安装头222，所述旋转头31的输入端通过安装槽311与安装头222配合方式套装在纵轴22上，所述第一锥齿轮331通过第四轴承35安装在纵轴22上；所述第四轴承35的内圈靠近安装头222的一侧抵紧在安装头222上，另一侧通过安装套36抵在横轴21上，安装套36与安装头222配合锁紧第四轴承35。安装套36的主要目的是为了锁紧第四轴承35防止其在纵轴22上进行运动，前面所说的旋转头31的输入端是第一锥齿轮331连接的，第一锥齿轮331会带动旋转头31进行同步运动，因此如何在现有的结构基础上进行连接第一锥齿轮331和旋转头31是一个需要解决的问题。

参见图6，针对于上述的问题本申请给出了一个具体实施方案，所述第四轴承35设置有两组，分别设置在第一锥齿轮331的两端，所述第一锥齿轮331设置有用于间隔两组第四轴承35的台阶，设计两组第四轴承35可以增加运动的平稳性；第一锥齿轮331与旋转头31配合的一侧设置有连接部，连接部外通过连接法兰37与旋转头31的输入端连接固定。在本申请中连接部类似一个筒状，罩在安装头222并与旋转头31的输出端抵接，当然为了安装方便连接法兰37，连接法兰37套装在连接部外，两端通过螺丝进行锁紧，当然为了方便进行安装，可以连接法兰37将靠近旋转头31的一端进行连体设计。连接法兰37还可以有效保证安装头222与安装槽311的连接密封。

旋转头31作为一个转动输出承载体，可以在上面进行安装加工刀具或者吸附结构，其中本申请给出了一种关于吸附结构的设计，尤其是针对现有结构基础上的改进。所述纵轴22内设置有通孔223，所述纵轴22位于卡头221的一端设置有连接头224，连接头224穿过限位孔25并通过锁紧螺丝225锁紧在横轴21上；所述通孔223的下端穿过安装头222与旋转头31连通；所述安装头222与安装槽311之间设置有密封件226。连接头224与外部的管路进行连通，由于纵轴22不可进行自转，因此不会出现连接头224所连接的管路扭转打结的麻烦。旋转头31的具体结构根据需求进行设计，不是本专利的保护重点，这里不在累述。

本传动装置的运动原理如下：在只需要旋转头31进行自转的时候，第一伺服电机26并不需进行运动，第二伺服电机321转动带动第二锥齿轮332转动并通过啮合关系间接带动第一锥齿轮331的转动，由于第一锥齿轮331与旋转头31输入端进行直连，因此可以实现旋转头31自转。在需要调整整个旋转头31的空间角度的时候，即需要旋转头31围绕横轴21进行公转时，第一伺服电机26动作，带动横轴21进行转动，由于纵轴22是安装在横轴21上的因此也会相应摆动。而纵轴22上的第一锥齿轮331由于与第二锥齿轮332进行啮合，横轴21要带动纵轴22进行转动必然需要第一锥齿轮331与第二锥齿轮332配合运动，如果在第一伺服电机26动作的时候，第二伺服电机321不动作，即第二锥齿轮332不转动，则纵轴22公转的过程会迫使第一锥齿轮331会带动旋转头31进行自动，旋转头31的角度会发生变化，在纵轴22公转完成后，第二伺服电机321还需进行带动旋转头31旋转，需要补偿回旋转头31因纵轴22公转所带来的角度变化。如果在纵轴22公转的时候，第二伺服电机321也相应运动，可以直接抵消掉纵轴22公转所迫使旋转头31旋转带来的角度变化。当然纵轴22公转的时候，第二伺服电机321除了可以实现抵消纵轴22公转所迫使旋转头31旋转带来的角度变化外，可以增大或减小输出量实现旋转头31公转的同时能进行自转，结构简单方便，整体运动平稳可靠，结构巧妙，减少了作为一个额外加工轴数的运动惯性，保证加工的精度。

本传动装置设计安装构件1，通过安装构件1安装在外部加工设备的输出端上，类似于一个延伸的加工轴基体；其次设置有横向驱动组2和纵向驱动组3，两个驱动组分别对应新增的加工轴数，实现同一结构上进行运动集成。在本申请中利用横向驱动组2带动横轴21转动的同时能带动旋转头31进行公转，实现第一轴传动；利用旋转头31自转实现整个传动装置的第二轴传动；整个传动结构传动简单可靠，集成了两个方向上的动力传动。

此外本申请还提供一种本传动装置的加工设备，该加工设备包括至少一轴的机械手，这类机械手在市场上十分常见，本传动装置安装在机械手的动力末端，使得这个机械手能实现了至少三轴的动作。

以上所述，只是本实用新型的较佳实施方式而已，但本实用新型并不限于上述实施例，只要其以任何相同或相似手段达到本实用新型的技术效果，都应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种二轴关节装置，其特征在于，包括：

安装构件；

横向驱动组，安装在安装构件上，动力输出端连接有可转动的横轴；以及

纵向驱动组，其动力输出端连接有可转动的旋转头；

其中，横向驱动组可带动旋转头可围绕横轴转动轴线公转。

2.根据权利要求1所述的一种二轴关节装置，其特征在于：所述横轴上设置有纵轴，所述旋转头同轴套装在纵轴上，并可围绕纵轴自转；所述纵向驱动组还设置有驱动构件，驱动构件通过变向轮系驱动旋转头自转。

3.根据权利要求2所述的一种二轴关节装置，其特征在于：所述变向轮系包括设置在旋转头输入端上的第一锥齿轮以及转动安装在安装构件上的第二锥齿轮，第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合，所述驱动构件可驱动第二锥齿轮转动。

4.根据权利要求3所述的一种二轴关节装置，其特征在于：所述安装构件设置有两组对应的安装耳，所述横轴一端通过第一轴承安装在一组安装耳上，另一端通过第二轴承安装在第二锥齿轮内；所述第二锥齿轮通过第三轴承安装在另一组安装耳上。

5.根据权利要求4所述的一种二轴关节装置，其特征在于：所述第二锥齿轮与第三轴承同轴转动，所述第二锥齿轮可相对第三轴承沿其转动轴心线方向运动，所述第三轴承的一侧面与第二锥齿轮的大端背部之间设置有弹性件，所述弹性件可迫使第二锥齿轮抵紧第一锥齿轮。

6.根据权利要求3所述的一种二轴关节装置，其特征在于：所述横轴上设置有限位孔，所述纵轴的一端设置有配合限位孔的卡头，所述纵轴通过卡头插装在限位孔内；所述纵轴的另一端设置有安装头，所述旋转头的输入端通过安装槽与安装头配合方式套装在纵轴上，所述第一锥齿轮通过第四轴承安装在纵轴上；所述第四轴承的内圈靠近安装头的一侧抵紧在安装头上，另一侧通过安装套抵在横轴上，安装套与安装头配合锁紧第四轴承。

7.根据权利要求6所述的一种二轴关节装置，其特征在于：所述第四轴承设置有两组，分别设置在第一锥齿轮的两端，所述第一锥齿轮设置有用于间隔两组第四轴承的台阶；第一锥齿轮与旋转头配合的一侧设置有连接部，连接部外通过连接法兰与旋转头的输入端连接固定。

8.根据权利要求6所述的一种二轴关节装置，其特征在于：所述纵轴内设置有通孔，所述纵轴位于卡头的一端设置有连接头，连接头穿过限位孔并通过锁紧螺丝锁紧在横轴上；所述通孔的下端穿过安装头与旋转头连通；所述安装头与安装槽之间设置有密封件。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种二轴关节装置，其特征在于：所述横向驱动组还包括安装在安装构件上的第一伺服电机、第一同步轮系以及设置在横轴输入端上的第一轮；所述第一同步轮系包括第一转轴、第一子轮和第一母轮，所述第一转轴的一端通过旋转轴承安装在安装构件上，所述第一子轮和第一母轮均同轴安装在第一转轴上；所述第一伺服电机输出端通过同步带与第一母轮连接，第一子轮亦通过同步带与第一轮连接；所述第一母轮和第一轮的半径均大于第一子轮以及第一伺服电机输出端的直径。

10.根据权利要求3-8任一项所述的一种二轴关节装置，其特征在于：驱动构件还包括安装在安装构件上的第二伺服电机、第二同步轮系以及设置在第二锥齿轮输入端上的第二轮；所述第二同步轮系包括第二转轴、第二子轮和第二母轮，所述第二转轴的一端通过旋转轴承安装在安装构件上，所述第二子轮和第二母轮均同轴安装在第二转轴上；所述第二伺服电机输出端通过同步带与第二母轮连接，第二子轮亦通过同步带与第二轮连接；所述第二母轮和第二轮的半径均大于第二子轮以及第二伺服电机输出端的直径。