滚珠丝杆及机器人的制作方法

1.本技术涉及机器人技术领域，尤其涉及一种滚珠丝杆及机器人。


背景技术：

2.随着机器人行业的发展，机器人的应用领域和应用场景随之扩大。其中，scara(selective compliance assembly robot arm，选择性柔顺装配机器人手臂)机器人在工作时，需要设置于小臂前端的滚珠丝杆实现轴线方向的转动和沿轴线方向的竖直运动。但是此种滚珠丝杆在竖直方向需要占用的高度较高，使得机器人整体的高度增加，导致机器人的灵活度降低。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提供一种滚珠丝杆及机器人，在不改变运行范围的情况下缩短丝杆的整体长度，降低机器人高度的同时提高灵活性能。
4.为此，第一方面，本技术实施例提供了一种滚珠丝杆，包括：
5.丝杆轴，
6.花键轴，套接于所述丝杆轴外壁，所述丝杆轴能够相对所述花键轴螺旋转动；
7.丝杆花键轴，套接于所述花键轴的外壁，所述丝杆轴、所述花键轴和所述丝杆花键轴共轴线，所述花键轴能够带动所述丝杆轴共同相对所述丝杆花键轴沿轴线方向往复运动；
8.丝杠组件，套接于所述丝杆花键轴的外壁，所述丝杠组件的转动能够带动所述丝杆轴沿所述轴线方向往复运动，或者，所述丝杠组件的转动能够带动所述丝杆轴转动的同时沿所述轴线方向往复运动；
9.花键组件，套接于所述丝杆花键轴的外壁，所述丝杠组件和所述丝杠组件在所述轴线方向间隔布置，所述花键组件的转动能够带动所述丝杆花键轴沿所述轴线方向往复运动，进而带动所述丝杆轴沿所述轴线方向往复运动。
10.在一种可能的实现方式中，所述滚珠丝杆至少包括第一工作状态、第二工作状态和第三工作状态，在所述第一工作状态，所述丝杠组件转动，所述花键组件静止，所述丝杠组件的转动能够带动所述丝杆花键轴沿所述轴线方向往复运动，所述丝杆花键轴和所述丝杆轴相对静止，进而带动所述丝杆轴沿所述轴线方向往复运动；
11.在所述第二工作状态，所述丝杠组件和所述花键组件同步转动，所述丝杆轴随所述花键轴转动；
12.在所述第三工作状态，所述丝杠组件和所述花键组件非同步转动，所述丝杆轴相对所述花键轴螺旋转动。
13.在一种可能的实现方式中，还包括第一轴套，所述第一轴套套接于所述丝杆轴的外壁，且所述第一轴套与所述花键轴固定连接，所述丝杆轴能够相对所述第一轴套螺旋转动。
14.在一种可能的实现方式中，所述丝杆轴的外壁设有螺旋凹槽，所述第一轴套的内侧壁设有第一滚子，所述第一滚子位于所述螺旋凹槽。
15.在一种可能的实现方式中，还包括第二轴套，所述第二轴套套接于所述花键轴的外壁，所述第二轴套与所述丝杆花键轴固定连接，所述第二轴套与所述花键轴活动连接，所述花键轴与所述丝杆花键轴间隙配合，所述花键轴能够相对所述第二轴套沿轴线方向往复运动。
16.在一种可能的实现方式中，所述第二轴套的内侧壁设有多个第二滚子，所述第二滚子与所述花键轴的外壁接触配合，所述第二滚子的转动能够带动所述花键轴相对所述第二轴套沿所述轴线方向往复运动。
17.在一种可能的实现方式中，所述丝杠组件包括套接的丝杠母内圈和丝杠母外圈，所述丝杠母内圈能够相对所述丝杠母外圈转动，所述丝杠母内圈与所述丝杆花键轴的外壁活动连接，所述丝杠母内圈的转动能够带动所述丝杆花键轴螺旋转动。
18.在一种可能的实现方式中，所述花键组件包括套接的花键母内圈和花键母外圈，所述花键母内圈能够相对所述花键母外圈转动，所述花键母内圈与所述丝杆花键轴的外壁活动连接，所述花键母内圈的转动能够带动所述丝杆花键轴沿所述轴线方向往复运动。
19.在一种可能的实现方式中，还包括在所述轴线方向固定连接于所述丝杠母内圈一侧的花键滑轨，所述花键与所述花键滑轨配合以使所述花键能够沿所述轴线方向往复运动，所述花键的一端通过轴承与所述丝杆花键轴固定连接。
20.第二方面，本技术实施例还提供一种机器人，包括如上述中所描述的滚珠丝杆。
21.根据本技术实施例提供的滚珠丝杆及机器人，通过配合的丝杆轴、花键轴以及丝杆花键轴的配合，使得丝杠组件和花键组件在不同的转动或静止状态下，能够使得位于最内部的丝杆轴实现螺旋转动伸出、仅转动、仅轴线方向运动等不同的动作，使得滚珠丝杆能够实现转动和轴线方向的竖直运动的基础上，可以根据需求，在使用时丝杆轴能够伸出以增加滚珠丝杆的整体长度，以满足较长行程的工作。在非使用状态或较短行程使用时，丝杆轴能够缩回内部，满足不同场景下的工作需求的同时，在能够达到同样行程的基础上，滚珠丝杆的长度能够缩短至较短，在不改变运行范围的情况下缩短滚珠丝杆的整体长度，降低机器人高度的同时提高灵活性能。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，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获得其他的附图。另外，在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，且附图并未按照实际的比例绘制。
23.图1示出本技术实施例提供的一种滚珠丝杆应用于机器人的主视图，其中，箭头x所指方向为轴线方向；
24.图2示出本技术实施例提供的一种滚珠丝杆的剖面主视图，其中，箭头x所指方向为轴线方向；
25.图3示出图2中a部分局部放大图，其中，箭头x所指方向为轴线方向；
26.图4示出图2中b部分局部放大图，其中，箭头x所指方向为轴线方向。
27.附图标记：
28.1-滚珠丝杆；11-丝杆轴；111-螺旋凹槽；12-花键轴；13-丝杆花键轴；14-丝杠组件；141-丝杠母外圈；142-丝杠母内圈；143-花键滑轨；15-花键组件；151-花键母外圈；152-花键母内圈；16-第一轴套；161-第一滚子；17-第二轴套；171-第二滚子；18-轴承；181-轴承外圈；182-轴承内圈；19-花键；2-小臂；3-大臂；4-底座。
具体实施方式
29.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
30.图1示出本技术实施例提供的一种滚珠丝杆应用于机器人的主视图。其中，其中，箭头x所指方向为轴线方向。
31.参见图1，本技术实施例提供了一种滚珠丝杆，用于机器人以实现转动和竖直运动的场景，该机器人可以为scara机器人，该机器人包括底座4和转动连接的大臂3，大臂3上转动连接小臂2，小臂2的一端连接滚珠丝杆1，机器人内部设置多个伺服电机，以用于机器人中大臂3能够带动小臂2和滚珠丝杆1转动，小臂2能够带动滚珠丝杆1相对大臂3转动，以下以将该滚珠丝杆1应用于scara机器人进行详细说明。
32.参见图2，滚珠丝杆1包括丝杆轴11，花键轴12，套接于丝杆轴11外壁，丝杆轴11能够相对花键轴12螺旋转动；丝杆花键轴13，套接于花键轴12的外壁，丝杆轴11、花键轴12和丝杆花键轴13共轴线，花键轴12能够带动丝杆轴11共同相对丝杆花键轴13沿轴线方向x往复运动；丝杠组件14，套接于丝杆花键轴13的外壁，丝杠组件14的转动能够带动丝杆轴11沿轴线方向x往复运动，或者，丝杠组件14的转动能够带动丝杆轴11转动的同时沿轴线方向x往复运动；花键组件15，套接于丝杆花键轴13的外壁，丝杠组件14和花键组件15在轴线方向x间隔布置，花键组件15的转动能够带动丝杆花键轴13沿轴线方向x往复运动，进而带动丝杆轴11沿轴线方向x往复运动。
33.通过配合的丝杆轴11、花键轴12以及丝杆花键轴13的配合，使得丝杠组件14和花键组件15在不同的转动或静止状态下，能够使得位于最内部的丝杆轴11实现螺旋转动伸出、仅转动、仅轴线方向x运动等不同的动作，使得滚珠丝杆1能够能够实现转动和轴线方向x的竖直运动的基础上，可以根据需求，在使用时丝杆轴11能够伸出以增加滚珠丝杆1的整体长度，以满足较长行程的工作。在非使用状态或较短行程使用时，丝杆轴11能够缩回内部，满足不同场景下的工作需求的同时，在能够达到同样行程的基础上，滚珠丝杆1的长度能够缩短至较短，在不改变运行范围的情况下缩短滚珠丝杆1的整体长度，降低机器人高度的同时提高灵活性能。
34.可以理解的是，丝杠组件14和花键组件15均固定连接在小臂2，伺服电机能够根据需求驱动丝杆组件和花键组件15中的一者或多者运动，以使丝杆组件的转动和/或花键组件15的转动以带动连接的丝杆花键轴13执行对应的动作，从而实现丝杆轴11的转动、螺旋转动伸出、轴线方向x往复运动等不同的动作。
35.在此需要强调的是，滚珠丝杆1的轴线方向x与机器人的高度方向平行，滚珠丝杆1的各轴通过套接的方式直接或间接连接，以根据丝杠组件14和花键组件15的动作的不同使丝杆轴11相对机器人实现不同的运动，以使滚珠丝杆1的丝杆轴11在机器人实现轴向转动、竖直运动等不同动作的同时能够根据行程、机器人状态的不同伸出或缩回滚珠丝杆1内，从而能够适应不同行程需求的同时保证机器人具有较好的灵活性能。
36.可选地，丝杠组件14包括套接的丝杠母内圈142和丝杠母外圈141，丝杠母内圈142能够相对丝杠母外圈141转动，丝杠母内圈142与丝杆花键轴13的外壁活动连接，丝杠母内圈142的转动能够带动丝杆花键轴13螺旋转动。可以理解的是，丝杠母外圈141连接于小臂2，伺服电机能够根据不同需求驱动丝杠母内圈142转动或静止，转动的速度和方向可调。丝杠母内圈142和丝杠母外圈141之间通过滚子连接，以便于实现丝杠母内圈142的转动。
37.可选地，花键组件15包括套接的花键母内圈152和花键母外圈151，花键母内圈152能够相对花键母外圈151转动，花键母内圈152与所述丝杆花键轴13的外壁活动连接，花键母内圈152的转动能够带动丝杆花键轴13沿所述轴线方向x往复运动。可以理解的是，花键母外圈151和丝杠母外圈141在轴线方向x间隔布置，两个分别固定连接于小臂2的不同位置，花键母外圈151的内壁通过滚子与花键母内圈152转动连接。通过不同的伺服电机驱动花键母内圈152转动，使得能够根据不同的需求通过控制对应的不同的伺服电机实现丝杠母内圈142和花键母的内圈仅一个转动、同步转动或非同步转动，从而使滚珠丝杆1执行相应的动作。
38.在一可选实施例中，滚珠丝杆1至少包括第一工作状态、第二工作状态和第三工作状态，在第一工作状态，丝杠组件14转动，花键组件15静止，丝杠组件14的转动能够带动丝杆花键轴13沿轴线方向x往复运动，丝杆花键轴13和丝杆轴11相对静止，进而带动丝杆轴11沿轴线方向x往复运动；在第二工作状态，丝杠组件14和花键组件15同步转动，丝杆轴11随花键轴12转动；在第三工作状态，丝杠组件14和花键组件15非同步转动，丝杆轴11相对花键轴12螺旋转动。第一工作状态下，滚珠丝杆1执行竖直方向的运动，，第二工作状态下，滚珠丝杆1执行轴向转动，这两种工作状态为现有技术中滚珠丝杆1工作时所能够执行的动作。当需要的行程较长时，控制将滚珠丝杆1转换到第二工作状态，使得丝杆轴11伸出，从而增加滚珠丝杆1的整体长度，在该长度下，再转换到第一工作状态或第二工作状态，仍可以执行转动或竖直运动的动作。第三工作状态主要用于根据行程的长短以实现滚珠丝杆1长度的可调，当滚珠丝杆1总长度调节到合适尺寸时，再转换到第一工作状态和第二工作状态仍可以执行转动或竖直运动，满足不同行程的工作需求的同时，在不使用时能够时滚珠丝杆1的长度减小，进而减小机器人整体的高度，提高机器人的灵活性能。
39.为了能够实现滚珠丝杆1在不同工作状态之间能够顺利转换，以下对滚珠丝杆1的具体配合结构进行详细说明。
40.参见图3，滚珠丝杆1还包括第一轴套16，第一轴套16套接于丝杆轴11的外壁，且第一轴套16与花键轴12固定连接，丝杆轴11能够相对第一轴套16螺旋转动。在驱动花键轴12沿轴线方向x往复运动时，第一轴套16能够随之沿轴线方向x运动，进而带动丝杠轴能够相对第一轴套16螺旋转动，从而使得丝杆轴11能够从滚珠丝杆1伸出或缩回，以能够不影响第一工作状态和第二工作状态的基础上能够根据行程需求自行控制滚珠丝杆1整体的长度，满足不同的使用需求。
41.可选地，还包括在轴线方向x固定连接于丝杠母内圈142一侧的花键滑轨143，花键19与花键滑轨143配合以使花键19能够沿轴线方向x往复运动，花键19的一端通过轴承18与丝杆花键轴13固定连接。通过设置的花键滑轨143和花键19的配合，能够为丝杆轴11在轴向方向的运动起到导向作用。
42.可以理解的是，所设置的轴承18包括转动连接的轴承内圈182和轴承外圈181，轴承外圈181与花键19固定连接，轴承内圈182与丝杆花键轴13固定连接，通过转动连接的轴承内圈182和轴承外圈181的配合，避免产生运动的干涉。
43.可选地，丝杆轴11的外壁设有螺旋凹槽111，第一轴套16的内侧壁设有第一滚子161，第一滚子161位于螺旋凹槽111。通过螺旋凹槽111和第一滚子161的配合，使得丝杆轴11能够螺旋转动以伸出或缩回滚珠丝杆1，配合结构简单，控制螺旋转动的精度和稳定性较高。
44.在一可选实施例中，参见图4，滚珠丝杆1还包括第二轴套17，第二轴套17套接于花键轴12的外壁，第二轴套17与丝杆花键轴13固定连接，第二轴套17与花键轴12活动连接，花键轴12与丝杆花键轴13间隙配合，花键轴12能够相对第二轴套17沿轴线方向x往复运动。通过设置的第二轴套17分别与花键轴12和丝杆花键轴13的配合，使得丝杆花键轴13的转动不会影响花键轴12，丝杆花键轴13带动第一轴套16沿轴线方向x的运动能够带动花键轴12沿轴线方向x往复运动，以用于根据伺服电机的不同驱动实现不同工作状态的动作。
45.可选地，第二轴套17的内侧壁设有多个第二滚子171，第二滚子171与花键轴12的外壁接触配合，第二滚子171的转动能够带动花键轴12相对第二轴套17沿轴线方向x往复运动。配合结构简单，避免第二轴套17和花键轴12之间相对转动，提高配合结构地稳定性。
46.本技术实施例还提供一种机器人，该机器人可以为scara机器人，该机器人包括上述中所描述的滚珠丝杆1，在此不再赘述。
47.应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。
48.应当容易地理解，应当按照最宽的方式解释本公开中的“在
……
上”、“在
……
以上”和“在
……
之上”，以使得“在
……
上”不仅意味着“直接处于某物上”，还包括“在某物上”且其间具有中间特征或层的含义，并且“在
……
以上”或者“在
……
之上”不仅包括“在某物以上”或“之上”的含义，还可以包括“在某物以上”或“之上”且其间没有中间特征或层(即，直接处于某物上)的含义。
49.此外，文中为了便于说明可以使用空间相对术语，例如，“下面”、“以下”、“下方”、“以上”、“上方”等，以描述一个元件或特征相对于其他元件或特征的如图所示的关系。空间相对术语意在包含除了附图所示的取向之外的处于使用或操作中的器件的不同取向。装置可以具有其他取向(旋转90度或者处于其他取向上)，并且文中使用的空间相对描述词可以同样被相应地解释。
50.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之
间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
51.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种滚珠丝杆，其特征在于，包括：丝杆轴，花键轴，套接于所述丝杆轴外壁，所述丝杆轴能够相对所述花键轴螺旋转动；丝杆花键轴，套接于所述花键轴的外壁，所述丝杆轴、所述花键轴和所述丝杆花键轴共轴线，所述花键轴能够带动所述丝杆轴共同相对所述丝杆花键轴沿轴线方向往复运动；丝杠组件，套接于所述丝杆花键轴的外壁，所述丝杠组件的转动能够带动所述丝杆轴沿所述轴线方向往复运动，或者，所述丝杠组件的转动能够带动所述丝杆轴转动的同时沿所述轴线方向往复运动；花键组件，套接于所述丝杆花键轴的外壁，所述丝杠组件和所述丝杠组件在所述轴线方向间隔布置，所述花键组件的转动能够带动所述丝杆花键轴沿所述轴线方向往复运动，进而带动所述丝杆轴沿所述轴线方向往复运动。2.根据权利要求1所述的滚珠丝杆，其特征在于，所述滚珠丝杆至少包括第一工作状态、第二工作状态和第三工作状态，在所述第一工作状态，所述丝杠组件转动，所述花键组件静止，所述丝杠组件的转动能够带动所述丝杆花键轴沿所述轴线方向往复运动，所述丝杆花键轴和所述丝杆轴相对静止，进而带动所述丝杆轴沿所述轴线方向往复运动；在所述第二工作状态，所述丝杠组件和所述花键组件同步转动，所述丝杆轴随所述花键轴转动；在所述第三工作状态，所述丝杠组件和所述花键组件非同步转动，所述丝杆轴相对所述花键轴螺旋转动。3.根据权利要求1所述的滚珠丝杆，其特征在于，还包括第一轴套，所述第一轴套套接于所述丝杆轴的外壁，且所述第一轴套与所述花键轴固定连接，所述丝杆轴能够相对所述第一轴套螺旋转动。4.根据权利要求3所述的滚珠丝杆，其特征在于，所述丝杆轴的外壁设有螺旋凹槽，所述第一轴套的内侧壁设有第一滚子，所述第一滚子位于所述螺旋凹槽。5.根据权利要求1所述的滚珠丝杆，其特征在于，还包括第二轴套，所述第二轴套套接于所述花键轴的外壁，所述第二轴套与所述丝杆花键轴固定连接，所述第二轴套与所述花键轴活动连接，所述花键轴与所述丝杆花键轴间隙配合，所述花键轴能够相对所述第二轴套沿轴线方向往复运动。6.根据权利要求5所述的滚珠丝杆，其特征在于，所述第二轴套的内侧壁设有多个第二滚子，所述第二滚子与所述花键轴的外壁接触配合，所述第二滚子的转动能够带动所述花键轴相对所述第二轴套沿所述轴线方向往复运动。7.根据权利要求1所述的滚珠丝杆，其特征在于，所述丝杠组件包括套接的丝杠母内圈和丝杠母外圈，所述丝杠母内圈能够相对所述丝杠母外圈转动，所述丝杠母内圈与所述丝杆花键轴的外壁活动连接，所述丝杠母内圈的转动能够带动所述丝杆花键轴螺旋转动。8.根据权利要求1所述的滚珠丝杆，其特征在于，所述花键组件包括套接的花键母内圈和花键母外圈，所述花键母内圈能够相对所述花键母外圈转动，所述花键母内圈与所述丝杆花键轴的外壁活动连接，所述花键母内圈的转动能够带动所述丝杆花键轴沿所述轴线方向往复运动。9.根据权利要求7所述的滚珠丝杆，其特征在于，还包括在所述轴线方向固定连接于所
述丝杠母内圈一侧的花键滑轨，所述花键与所述花键滑轨配合以使所述花键能够沿所述轴线方向往复运动，所述花键的一端通过轴承与所述丝杆花键轴固定连接。10.一种机器人，其特征在于，包括如上述权利要求1-9中任一项所述的滚珠丝杆。

技术总结
本申请涉及一种滚珠丝杆及机器人，该滚珠丝杆包括丝杆轴，花键轴，套接于丝杆轴外壁，丝杆轴能够相对花键轴螺旋转动；丝杆花键轴套接于花键轴的外壁，花键轴能够带动丝杆轴共同相对丝杆花键轴沿轴线方向往复运动；丝杠组件套接于丝杆花键轴的外壁，丝杠组件的转动能够带动丝杆轴沿轴线方向往复运动，或者，丝杠组件的转动能够带动丝杆轴转动的同时沿轴线方向往复运动；花键组件，套接于丝杆花键轴的外壁，丝杠组件和丝杠组件在轴线方向间隔布置，花键组件的转动能够带动丝杆花键轴沿轴线方向往复运动，进而带动丝杆轴沿轴线方向往复运动。该滚珠丝杆及机器人，在不改变运行范围的情况下缩短丝杆的整体长度，降低机器人高度的同时提高灵活性能。提高灵活性能。提高灵活性能。


技术研发人员：饶顺 孔令超 蔡武 曹璟玉 姜鉴真 曹晓曦
受保护的技术使用者：珠海格力电器股份有限公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/8/6