CN112659176B - 一种非偏置协作机器人一体化关节 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种非偏置协作机器人一体化关节，涉及协作机器人技术领域。该非偏置协作机器人一体化关节，包括关节壳体一，关节壳体一的两侧分别设有关节壳体二和关节壳体三，中空的关节轴依次贯穿关节壳体二、关节壳体一和关节壳体三内腔轴心设置，关节壳体一和关节壳体二可绕关节轴的轴线同步运动。本发明提高了关节的整体刚性，减少关节轴转动时因输入轴过长造成的编码器组件晃动，谐波减速器配合无刷电机使转动更加稳定，提高了编码器组件反馈位置的准确性；非偏置的连接设计将负载均匀分配，提高了关节轴系整体的刚度，确保各部位之间保持高同轴度。

Description

一种非偏置协作机器人一体化关节

技术领域

本发明涉及协作机器人技术领域，尤其涉及一种非偏置协作机器人一体化关节。

背景技术

现有的人机隔离生产模式已适应不了新兴应用市场如3C电子、医疗等行业的高精细化、高灵活度的要求，协作机器人的人机协作特性成为行业内企业的最优选择，同时采用协作机器人符合中小企业以低成本实现自动化转型升级的需要。

目前主流的协作机器人模块化关节结构主要是采用谐波减速器、电机、制动器、驱动控制器依次串联的结构，谐波减速器的输出轴偏置，协作机器人关节间连接刚性较差且占用空间较大，中空型关节内部布线过程中存在与转动轴摩擦损耗的情况，影响使用寿命。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种非偏置协作机器人一体化关节。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种非偏置协作机器人一体化关节，包括关节壳体一，关节壳体一的两侧分别设有关节壳体二和关节壳体三，中空的关节轴依次贯穿关节壳体二、关节壳体一和关节壳体三内腔轴心设置，关节壳体一的顶部装配有连接法兰一，关节壳体二、关节壳体三的底部装配有连接法兰二，关节壳体二和关节壳体三可绕关节轴的轴线同步运动，所述连接法兰一、连接法兰二均可与其他一体化关节连接；

所述关节壳体一的内腔安装有谐波减速器，关节壳体二的内腔安装有磁编码器组件、光栅编码器组件和驱动控制器，关节壳体三的内腔安装有无刷电机和刹车制动组件。

进一步的，所述关节壳体二内壁固定有中心线支架一，关节壳体三内壁固定有中心线支架二，走线隔离套的一端固定在中心线支架一上，穿过中空的关节轴后另一端固定在中心线支架二上。

进一步的，关节壳体二外壁连接有关节盖一，关节壳体三外壁连接有关节盖二。

进一步的，所述谐波减速器包括谐波减速器柔轮、谐波减速器刚轮和谐波减速器波发生器，谐波减速器柔轮的一侧与关节壳体一连接，另一侧与柔轮连接法兰连接，谐波减速器刚轮与刚轮连接法兰连接。

进一步的，所述谐波减速器波发生器与关节轴的中部连接，关节轴的一侧通过轴承一与柔轮连接法兰配合连接，另一侧通过轴承三与刚轮连接法兰配合连接。

进一步的，所述磁编码器组件包括磁编码器磁环和磁编码器读数头，磁编码器磁环安装在柔轮连接法兰上，磁编码器读数头安装在磁编读数头支架上，磁编读数头支架安装在关节壳体二上。

进一步的，所述光栅编码器组件包括光栅编码器读数头和光栅片，光栅片的两侧由光栅压紧片一和光栅压紧片二压紧后通过光栅编码器法兰安装在关节轴的一端，光栅编码器读数头安装在驱动控制器上。

进一步的，所述无刷电机包括电机轴套、无刷电机转子、无刷电机定子，电机轴套安装在关节轴的一端，无刷电机转子安装在电机轴套上。

进一步的，所述刹车制动器包括刹车制动组件、刹车柱套、刹车柱、压缩弹簧和继电器，刹车制动组件安装于电机轴套上，刹车柱套固定在关节壳体三上，压缩弹簧放置在刹车柱套内，刹车柱滑动设置在刹车柱套内，刹车柱顶部与继电器底部接触。

本发明的有益效果：

本发明的非偏置协作机器人一体化关节，关节轴依次贯穿关节关节壳体二、关节壳体一和关节壳体三内腔轴心设置，提高了关节的整体刚性，减少关节轴转动时因输入端过长造成的编码器组件晃动，谐波减速器配合无刷电机使转动更加稳定，提高了编码器组件反馈位置的准确性；

连接法兰一、连接法兰二均可与其他一体化关节连接，非偏置的连接设计将负载均匀分配，提高了关节轴系整体的刚度，确保各部位之间保持高同轴度。

附图说明

图1为本发明非偏置协作机器人一体化关节的三维图；

图2为本发明非偏置协作机器人一体化关节的前视轴向剖面视图；

图3为本发明非偏置协作机器人一体化关节的上视轴向剖面视图。

图中：1、连接法兰一；2、关节壳体一；3、谐波减速器；3-1、谐波减速器柔轮；3-2、谐波减速器刚轮；3-3、谐波减速器波发生器；4、柔轮连接法兰；5、关节壳体二；6、磁编读数头支架；7-1、磁编码器磁环；7-2、磁编码器读数头；8-1、光栅编码器读数头；8-2、光栅片；8-3、光栅片压紧片一；8-4、光栅片压紧片二；8-5、光栅编码器法兰；9、驱动控制器；10、中心线支架一；11、走线隔离套；12、关节盖一；13、连接法兰二；14、刹车柱套；15、刹车柱；16、继电器；17、关节盖二；18、中心线支架二；19、关节轴；20、电机轴套；21、刹车制动组件；22、无刷电机转子；23、无刷电机定子；24、关节壳体三；25、刚轮连接法兰；26、轴承一；27、轴承二；28、轴承三；29、压缩弹簧。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

实施例

如图1-3所示，本实施例的一种非偏置协作机器人一体化关节，包括关节壳体一2，关节壳体一2的两侧分别设有关节壳体二5和关节壳体三24，中空的关节轴19依次贯穿关节壳体二5、关节壳体一2和关节壳体三24内腔轴心设置，关节壳体一2的顶部装配有连接法兰一1，关节壳体二5、关节壳体三24的底部装配有连接法兰二13，关节壳体二5和关节壳体三24可绕关节轴19的轴线同步运动，所述连接法兰一1、连接法兰二13均可与其他一体化关节连接；

关节壳体一2的内腔安装有谐波减速器3，关节壳体二5的内腔安装有磁编码器组件、光栅编码器组件和驱动控制器9，关节壳体三24的内腔安装有无刷电机和刹车制动组件21。

本实施例的非偏置协作机器人一体化关节，关节轴19依次贯穿关节关节壳体二5、关节壳体一2和关节壳体三24内腔轴心设置，提高了关节的整体刚性，减少关节轴19转动时因输入轴过长造成的编码器组件7晃动，谐波减速器3配合无刷电机使转动更加稳定，提高了编码器组件7反馈位置的准确性；该非偏置协作机器人一体化关节与其他关节连接时，非偏置的连接设计将负载均匀分配，提高了关节轴系整体的刚度，确保各部位之间保持高同轴度；无刷电机与其他部件分离，减小无刷电机转动后发热升温情况下对其他部件位置精度和性能的影响。

所述关节壳体二5内壁固定有中心线支架一10，关节壳体三24内壁固定有中心线支架二18，走线隔离套11的一端固定在中心线支架一10上，穿过中空的关节轴19后另一端固定在中心线支架二18上。

走线隔离套11保证了关节内部走线不会发生摩擦损耗的情况，中空的关节轴19便于布置协作机器人的电源线、信号线等走线。

关节壳体二5外壁连接有关节盖一12，关节壳体三24外壁连接有关节盖二17。

所述谐波减速器3包括谐波减速器柔轮3-1、谐波减速器刚轮3-2和谐波减速器波发生器3-3，谐波减速器柔轮3-1的一侧与关节壳体一2连接，另一侧与柔轮连接法兰4连接，谐波减速器刚轮3-2与刚轮连接法兰25连接。

所述谐波减速器波发生器3-3与关节轴19的中部连接，关节轴19的一侧通过轴承一26与柔轮连接法兰4配合连接，另一侧通过轴承三28与刚轮连接法兰25配合连接；所述关节壳体二5通过轴承二27与柔轮连接法兰4配合连接。关节轴19的两侧通过轴承一26、轴承三28分别与柔性连接法兰4、刚性连接法兰25配合连接，关节壳体二5通过轴承二27与柔性连接法兰4配合连接，多个轴承的同轴配合连接方式，提高了关节的整体刚性，避免谐波减速器3工作时发生晃动。

所述磁编码器组件包括磁编码器磁环7-1和磁编码器读数头7-2，磁编码器磁环7-1安装在柔轮连接法兰4上，磁编码器读数头7-2安装在磁编读数头支架6上，磁编读数头支架6安装在关节壳体二5上。

所述光栅编码器组件包括光栅编码器读数头8-1和光栅片8-2，光栅片8-2的两侧由光栅压紧片一8-3和光栅压紧片二8-4压紧后通过光栅编码器法兰8-5安装在关节轴19的一端，光栅编码器读数头8-1安装在驱动控制器9上。

所述无刷电机包括电机轴套20、无刷电机转子22、无刷电机定子23，电机轴套20安装在关节轴19的一端，无刷电机转子22安装在电机轴套20上。

所述刹车制动器包括刹车制动组件21、刹车柱套14、刹车柱15、压缩弹簧29和继电器16，刹车制动组件21安装于电机轴套20上，刹车柱套14固定在关节壳体三24上，压缩弹簧29放置在刹车柱套14内，刹车柱15滑动设置在刹车柱套14内，刹车柱15顶部与继电器16底部接触。

需要说明的是，在本文中，如若存在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。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种非偏置协作机器人一体化关节，包括关节壳体一（2），关节壳体一（2）的两侧分别设有关节壳体二（5）和关节壳体三（24），其特征在于，中空的关节轴（19）依次贯穿关节壳体二（5）、关节壳体一（2）和关节壳体三（24）内腔轴心设置，关节壳体一（2）的顶部装配有连接法兰一（1），关节壳体二（5）、关节壳体三（24）的底部装配有连接法兰二（13），关节壳体二（5）和关节壳体三（24）可绕关节轴（19）的轴线同步运动，所述连接法兰一（1）、连接法兰二（13）均可与其他一体化关节连接；

所述关节壳体一（2）的内腔安装有谐波减速器（3），关节壳体二（5）的内腔安装有磁编码器组件、光栅编码器组件和驱动控制器（9），关节壳体三（24）的内腔安装有无刷电机和刹车制动组件（21）；

所述谐波减速器（3）包括谐波减速器柔轮（3-1）、谐波减速器刚轮（3-2）和谐波减速器波发生器（3-3），谐波减速器柔轮（3-1）的一侧与关节壳体一（2）连接，另一侧与柔轮连接法兰（4）连接，谐波减速器刚轮（3-2）与刚轮连接法兰（25）连接；

所述谐波减速器波发生器（3-3）与关节轴（19）的中部连接，关节轴（19）的一侧通过轴承一（26）与柔轮连接法兰（4）配合连接，另一侧通过轴承三（28）与刚轮连接法兰（25）配合连接；

所述无刷电机包括电机轴套（20）、无刷电机转子（22）、无刷电机定子（23），电机轴套（20）安装在关节轴（19）的一端，无刷电机转子（22）安装在电机轴套（20）上；

刹车制动器包括刹车制动组件（21）、刹车柱套（14）、刹车柱（15）、压缩弹簧（29）和继电器（16），刹车制动组件（21）安装于电机轴套（20）上，刹车柱套（14）固定在关节壳体三（24）上，压缩弹簧（29）放置在刹车柱套（14）内，刹车柱（15）滑动设置在刹车柱套（14）内，刹车柱（15）顶部与继电器（16）底部接触。

2.根据权利要求1所述的一种非偏置协作机器人一体化关节，其特征在于，所述关节壳体二（5）内壁固定有中心线支架一（10），关节壳体三（24）内壁固定有中心线支架二（18），走线隔离套（11）的一端固定在中心线支架一（10）上，穿过中空的关节轴（19）后另一端固定在中心线支架二（18）上。

3.根据权利要求1所述的一种非偏置协作机器人一体化关节，其特征在于，关节壳体二（5）外壁连接有关节盖一（12），关节壳体三（24）外壁连接有关节盖二（17）。

4.根据权利要求1所述的一种非偏置协作机器人一体化关节，其特征在于，所述磁编码器组件包括磁编码器磁环（7-1）和磁编码器读数头（7-2），磁编码器磁环（7-1）安装在柔轮连接法兰（4）上，磁编码器读数头（7-2）安装在磁编读数头支架（6）上，磁编读数头支架（6）安装在关节壳体二（5）上。

5.根据权利要求1所述的一种非偏置协作机器人一体化关节，其特征在于，所述光栅编码器组件包括光栅编码器读数头（8-1）和光栅片（8-2），光栅片（8-2）的两侧由光栅压紧片一（8-3）和光栅压紧片二（8-4）压紧后通过光栅编码器法兰（8-5）安装在关节轴（19）的一端，光栅编码器读数头（8-1）安装在驱动控制器（9）上。