CN116408828A - 机器人关节及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了机器人关节及机器人，其中，机器人关节包括：电机，包括电机定子和转动设置于电机定子外侧的电机转子；中空中轴，固定嵌设于电机定子内；减速机，减速机的刚轮嵌套设置于电机外部，且固定设置于中空中轴，减速机的波发生器固定设置于电机转子，以传动至减速机的柔轮。采用将减速机与电机嵌套设置的方式，中空中轴的内部中空孔径可相对扩大，增大散热面积，有利于电机和减速机的散热。并且，中空中轴与电机定子保持相对静止，有利于提供反馈精度，便于中空中轴内直接排布线缆，线缆的输出和固定端相对静止，可减小线缆的磨损，提高使用寿命。由于本身申请采用大中空孔径中空中轴，还可以安置风扇和风道，进一步提高散热效率。

Description

机器人关节及机器人

技术领域

本申请属于驱动设备技术领域，具体涉及机器人关节及机器人。

背景技术

在协助轻便机器人需求下，谐波减速机技术广泛应用，由谐波减速机，无框力矩电机，保持抱闸，双编码器反馈组成的机器人关节模组成为众多机器人设计的主要发展和奋斗目标。现有技术中机器人关节模组中中空中轴孔径小，不利于电机和减速机的散热，也不利于线缆排布。

发明内容

本申请提供机器人关节及机器人，以解决机器人关节的中空中轴孔径小，不利于散热和线缆排布的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：一种机器人关节，包括：电机，包括电机定子和转动设置于所述电机定子外侧的电机转子；中空中轴，固定嵌设于所述电机定子内；减速机，所述减速机的刚轮嵌套设置于所述电机外部，且固定设置于所述中空中轴，所述减速机的波发生器固定设置于所述电机转子，以传动至所述减速机的柔轮。

根据本申请一实施方式，所述中空中轴包括：中轴段，嵌套固定于所述电机定子内；衔接段，连接于所述中轴段的端部，且沿所述中轴段的径向向外延伸，所述衔接段连接所述刚轮。

根据本申请一实施方式，所述电机转子包括：转子轴，转动嵌套于所述电机定子外侧；输出法兰，连接于所述转子轴的端部，且沿所述转子轴的径向向内延伸，所述输出法兰用于连接所述波发生器。

根据本申请一实施方式，所述波发生器设置于所述衔接段和所述输出法兰之间。

根据本申请一实施方式，包括：第一轴承，设置于所述波发生器和所述中空中轴之间。

根据本申请一实施方式，所述柔轮包括：外齿段，设置于所述波发生器和所述刚轮之间；传动段，连接于所述外齿段的端部，且沿所述外齿段的径向向外延伸。

根据本申请一实施方式，包括：固定架，嵌套设置于所述刚轮外侧，且与所述传动段固定连接；交叉辊子轴承，设置于所述固定架和所述刚轮之间。

根据本申请一实施方式，包括：电磁抱闸，与所述传动段相对固定，且套设于所述电机转子外侧；第二轴承，设置于所述电磁抱闸和所述电机转子之间。

根据本申请一实施方式，包括：第一编码器，与所述电机转子同轴固定；第二编码器，位于所述第一编码器外侧，与所述柔轮同轴固定。

根据本申请一实施方式，所述第一编码器和所述第二编码器的排列方向与所述电机的轴线方向垂直。

为解决上述技术问题，本申请采用的又一个技术方案是：一种机器人，包括上述的机器人关节。

本申请的有益效果是：通过采用外转子电机，并采用将减速机与电机嵌套设置的方式，中空中轴的内部中空孔径可相对扩大，增大散热面积，有利于电机和减速机的散热。并且，中空中轴与电机定子保持相对静止，有利于提供反馈精度，便于中空中轴内直接排布线缆，线缆的输出和固定端相对静止，可减小线缆的磨损，提高使用寿命。由于本身申请采用大中空孔径中空中轴，还可以安置风扇和风道，进一步提高散热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，其中：

图1是本申请的机器人关节一实施例的立体剖面结构示意图；

图2是本申请的机器人关节的电机一实施例的立体剖面结构示意图；

图3是本申请的机器人关节一实施例的剖面结构示意图；

图4是本申请的机器人关节一实施例的***结构示意图。

图中：100、机器人关节；110、电机；111、电机定子；112；电机转子；1121、转子轴；1122、输出法兰；120、中空中轴；121、中轴段；122、衔接段；130、减速机；131、刚轮；132、柔轮；1321、外齿段；1322、传动段；133、波发生器；134、交叉辊子轴承；140、第一轴承；150、固定架；160、电磁抱闸；170、第二轴承；181、第一编码器；182、第二编码器。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1至图4，图1是本申请的机器人关节一实施例的立体剖面结构示意图；图2是本申请的机器人关节的电机一实施例的立体剖面结构示意图；图3是本申请的机器人关节一实施例的剖面结构示意图；

图4是本申请的机器人关节一实施例的***结构示意图。

本申请一实施例提供了一种机器人关节100，如图1至图4所示，包括电机110、中空中轴120和减速机130。电机110包括电机定子111和转动设置于电机定子111外侧的电机转子112，中空中轴120固定嵌设于电机定子111内。减速机130的刚轮131嵌套于电机110外部，且固定设置于中空中轴120，减速机130的波发生器133固定设置于电机转子112，以传动至减速机130的柔轮132。电机转子112和电机定子111相对转动，电机转子112将转动传递至波发生器133上，刚轮131与电机定子111相对固定，波发生器133带动与刚轮131啮合的柔轮132变形，从而传递运动和动力，实现谐波减速机130的作用。

经本发明人长期研究发现，现有技术通常采用内转子无框电机110，电机110与减速机130在轴线方向上串联，此种排布方式限制了中空中轴120的内径，且机器人关节100轴线方向的尺寸较大。

由于本申请中电机110是采用外转子电机110，即电机转子112转动设置于电机定子111的外侧，减速机130的刚轮131嵌套设置于电机110外部，位于电机110内侧的电机定子111直接与中空中轴120固定连接，中空中轴120与刚轮131固定设置；减速机130的波发生器133与电机转子112固定连接，将电机转子112的运动输出。通过采用外转子电机110，并采用将减速机130与电机110嵌套设置的方式，中空中轴120的内部中空孔径可相对扩大，增大散热面积，有利于电机110和减速机130的散热。并且，中空中轴120与电机定子111保持相对静止，有利于提供反馈精度，便于中空中轴120内直接排布线缆，线缆的输出和固定端相对静止，可减小线缆的磨损，提高使用寿命。由于本身申请采用大中空孔径中空中轴120，还可以安置风扇和风道，进一步提高散热效率。

需要说明的是，减速机130的刚轮131用于与一个机械臂连接，减速机130的柔轮132用于与另一个机械臂连接，实现两个机械臂之间的相对运动。中空中轴120并非是完全静态，而是与刚轮131和电机定子111相对静止，并与电机转子112相对转动，但固定于中空中轴120内的线缆与中空中轴120保持相对静止，可减少线缆的磨损。

除此之外，由于电机110与减速机130嵌套设置，相较于现有技术中减速机130与电机110沿轴线方向串联，可优化机器人关节100的轴向尺寸，减小编码反馈的悬臂距离，同时减小固定端与输出端(即机器人关节100分别与两个机械臂的连接端)的悬臂尺寸，减小轴承的工作受力偏置，提高了机器人关节100整机的定位精度和运行稳定性。

以下将进一步说明减速机130和电机110的嵌套方式：

在一些实施例中，如图1和图3所示，中空中轴120包括中轴端和衔接段122，中轴段121同轴嵌设于电机定子111内，衔接段122连接中轴段121的端部，且沿中轴段121的径向向外延伸，衔接段122用于与减速机130的刚轮131连接。通过设置中轴段121与电机定子111嵌套固定，设置衔接段122与减速机130的刚轮131固定，中空中轴120可以将位于电机110内部的电机定子111和嵌套在电机110外部的刚轮131相对固定。具体地，中空中轴120通过螺栓与减速机130的刚轮131固定。

在一些实施例中，如图1和图3所示，电机转子112包括转子轴1121和输出法兰1122，转子轴1121转动嵌套于电机定子111外侧，输出法兰1122连接于转子轴1121的端部，且与转子轴1121的径向向内延伸，用于连接波发生器133。通过将转子轴1121设置为转子轴1121和输出法兰1122，输出法兰1122沿转子轴1121径向延伸，便于与波发生器133连接。

进一步地，波发生器133设置于衔接段122和输出法兰1122之间的容置空间内，且与输出法兰1122固定连接。由于减速机130的波发生器133设置在中空中轴120的衔接段122和电机转子112的输出法兰1122之间，减速机130和电机110的整体径向尺寸相对较小，在机器人关节100整机径向尺寸的一定的情况下，中空中轴120的中空孔径可相对扩大，进一步增大散热面积，提高散热效率。

由于波发生器133靠近中空中轴120设置，且波发生器133与中空中轴120相对转动，从而波发生器133和中空中轴120之间设置第一轴承140，以承载波发生器133和中空中轴120之间的相对转动。优选地，第一轴承140设置于中空中轴120的中轴段121和波发生器133上。具体地，第一轴承140的内圈固定于中空中轴120，第一轴承140的外圈固定于波发生器133。

在一些实施例中，如图1和图3所示，柔轮132包括外齿段1321和传动段1322，外齿段1321设置于波发生器133和刚轮131之间，外齿段1321用于与具有相匹配内齿的刚轮131啮合。传动段1322连接于外齿段1321的端部，且沿外齿段1321的径向向外延伸，以将外齿段1321的传动向外输出。

进一步地，如图1和图3所示，机器人关节100还包括固定架150和交叉辊子轴承134，其中，固定架150嵌套设置于刚轮131外侧，并与柔轮132的传动段1322固定连接，柔轮132通过于固定架150固定，以将减速机130的传动输出。由于固定架150与刚轮131相对转动，交叉辊子轴承134设置于固定架150和刚轮131之间，以承载固定架150和刚轮131之间的相对转动。具体地，交叉辊子轴承134的外圈与固定架150固定，交叉辊子轴承134的内圈与刚轮131固定。交叉辊子轴承134即为主受力轴承，由于电机110与减速机130嵌套设置，机器人关节100的轴向尺寸相对缩短，可减小编码反馈的悬臂距离，减小交叉辊子轴承134的工作受力偏置，提高了机器人关节100整机的定位精度和运行稳定性。

进一步地，如图1和图3所示，机器人关节100还包括电磁抱闸160和第二轴承170，电磁抱闸160与柔轮132的传动段1322相对固定，且套设于电机转子112外侧，电磁抱闸160用于实现电机转子112的制动。第二轴承170设置于电磁抱闸160和电机转子112之间，以承载电磁抱闸160和电机转子112之间的相对转动。由于本申请的机器人关节100轴向尺寸相对缩短，电磁抱闸160制动的摩擦力臂相对加大，可以有效降低摩擦的需求，进而减小磁吸线圈的尺寸。具体地，电磁抱闸160和固定架150分别设置于柔轮132传动段1322的两侧，并通过同一螺栓固定。

通过上述结构所知，电机110与减速机130嵌套设置，各元件设置合理，机器人元件的能量密度高，有效提高整个机器人关节100的自重负载比，减小装配后机器人关节100整机的偏心距，进而优化机器人关节100整机的刚性，提高运行过程的精度和带负载能力，优化机器人关节100整机的指标。

在一些实施例中，如图1、图3和图4所示，机器人关节100包括第一编码器181和第二编码器182，第一编码器181码盘与电机转子112同轴固定，第二编码器182与柔轮132同轴固定，第二编码器182位于第一编码器181外侧。从而，第一编码器181为高速轴编码器，第二编码器182为低速轴编码器，以分别检测电机转子112和柔轮132的转动。

进一步地，如图1、图3和图4所示，第一编码器181和第二编码器182的排列方向与电机110的轴向方向垂直，即第一编码器181和第二编码器182共面设置，通过将第一编码器181和第二编码器182共面设置，可优化两个编码器反馈精度，进一步保证反馈方式的同轴，对机器人关节100的安装和整机运行的精度有较大的优化效果，消除后续温升不同材质的安装结构的热涨差，提高了编码的使用稳定性。具体地，由于第一编码器181和第二编码器182共面设置，第一编码器181和第二编码器182的读数头可集成于同一块PCB板上。

本申请又一实施例提供了一种机器人(图中未示出)，包括上述任一实施例中的机器人关节100。具体地，机器人还包括第一机械臂和第二机械臂。机器人关节100包括电机110、中空中轴120和减速机130。电机110包括电机定子111和转动设置于电机定子111外侧的电机转子112，中空中轴120固定嵌设于电机定子111内。减速机130的刚轮131嵌套于电机110外部，且固定设置于中空中轴120，减速机130的波发生器133固定设置于电机转子112，以传动至减速机130的柔轮132。其中，第一机械臂和刚轮131相对固定，第二机械臂与柔轮132相对固定。第一机械臂通过刚轮131与电机定子111相对固定，电机转子112和电机定子111相对转动，电机转子112将转动传递至波发生器133上，波发生器133带动与刚轮131啮合的柔轮132变形，通过柔轮132传递运动和动力至第二机械臂。

经本发明人长期研究发现，现有技术通常采用内转子无框电机110，电机110与减速机130在轴线方向上串联，此种排布方式限制了中空中轴120的内径，且机器人关节100轴线方向的尺寸较大。

由于本申请中电机110是采用外转子电机110，即电机转子112转动设置于电机定子111的外侧，减速机130的刚轮131嵌套设置于电机110外部，位于电机110内侧的电机定子111直接与中空中轴120固定连接，中空中轴120与刚轮131固定设置；减速机130的波发生器133与电机转子112固定连接，将电机转子112的运动输出。通过采用外转子电机110，并采用将减速机130与电机110嵌套设置的方式，中空中轴120的内部中空孔径可相对扩大，增大散热面积，有利于电机110和减速机130的散热。并且，中空中轴120与电机定子111保持相对静止，有利于提供反馈精度，便于中空中轴120内直接排布线缆，线缆的输出和固定端相对静止，可减小线缆的磨损，提高使用寿命。由于本身申请采用大中空孔径中空中轴120，还可以安置风扇和风道，进一步提高散热效率。

需要说明的是，减速机130的刚轮131用于与一个机械臂连接，减速机130的柔轮132用于与另一个机械臂连接，实现两个机械臂之间的相对运动。中空中轴120并非是完全静态，而是与刚轮131和电机定子111相对静止，并与电机转子112相对转动，但固定于中空中轴120内的线缆与中空中轴120保持相对静止，可减少线缆的磨损。

除此之外，由于电机110与减速机130嵌套设置，相较于现有技术中减速机130与电机110沿轴线方向串联，可优化机器人关节100的轴向尺寸，减小编码反馈的悬臂距离，同时减小固定端与输出端(即机器人关节100分别与两个机械臂的连接端)的悬臂尺寸，减小轴承的工作受力偏置，提高了机器人关节100整机的定位精度和运行稳定性。

本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以上所述仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种机器人关节，其特征在于，包括：

电机，包括电机定子和转动设置于所述电机定子外侧的电机转子；

中空中轴，固定嵌设于所述电机定子内；

减速机，所述减速机的刚轮嵌套设置于所述电机外部，且固定设置于所述中空中轴，所述减速机的波发生器固定设置于所述电机转子，以传动至所述减速机的柔轮。

2.根据权利要求1所述的关节，其特征在于，所述中空中轴包括：

中轴段，嵌套固定于所述电机定子内；

衔接段，连接于所述中轴段的端部，且沿所述中轴段的径向向外延伸，所述衔接段连接所述刚轮。

3.根据权利要求2所述的关节，其特征在于，所述电机转子包括：

转子轴，转动嵌套于所述电机定子外侧；

输出法兰，连接于所述转子轴的端部，且沿所述转子轴的径向向内延伸，所述输出法兰用于连接所述波发生器。

4.根据权利要求3所述的关节，其特征在于，所述波发生器设置于所述衔接段和所述输出法兰之间。

5.根据权利要求1所述的关节，其特征在于，包括：

第一轴承，设置于所述波发生器和所述中空中轴之间。

6.根据权利要求1所述的关节，其特征在于，所述柔轮包括：

外齿段，设置于所述波发生器和所述刚轮之间；

传动段，连接于所述外齿段的端部，且沿所述外齿段的径向向外延伸。

7.根据权利要求6所述的关节，其特征在于，包括：

固定架，嵌套设置于所述刚轮外侧，且与所述传动段固定连接；

交叉辊子轴承，设置于所述固定架和所述刚轮之间。

8.根据权利要求6所述的关节，其特征在于，包括：

电磁抱闸，与所述传动段相对固定，且套设于所述电机转子外侧；

第二轴承，设置于所述电磁抱闸和所述电机转子之间。

9.根据权利要求1所述的关节，其特征在于，包括：

第一编码器，与所述电机转子同轴固定；

第二编码器，位于所述第一编码器外侧，与所述柔轮同轴固定。

10.根据权利要求9所述的关节，其特征在于，所述第一编码器和所述第二编码器的排列方向与所述电机的轴线方向垂直。

11.一种机器人，其特征在于，包括权利要求1-10中任一项所述的机器人关节。

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