CN212553917U - 一种协作机器人模块化关节 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种协作机器人模块化关节，属于机器人技术领域。协作机器人模块化关节包括关节壳体、电机、谐波减速机、刹车结构，用于驱动谐波减速机旋转的电机安装在关节壳体内部，谐波减速机作为关节壳体的前盖安装在关节壳体端部且谐波减速机的输出端设置在关节壳体内部且与编码器组件连接，电机的输出端安装有刹车片，用于控制刹车片处于制动或非制动状态的刹车结构安装在编码器组件上。本实用新型提供的协作机器人模块化关节位置制动精度足、制动力足以及力反馈灵敏度高、结构紧凑，替换性好、可大批量生产，协同性强和安全性高的协作机器人模块。

Description

一种协作机器人模块化关节

技术领域

本实用新型涉及协作机器人技术领域，更具体的说是涉及一种协作机器人模块化关节。

背景技术

随着“工业4.0”的提出，国家和企业更加注重智能化制造关键技术的发展。随着机器人领域的不断进步。协作机器人已经成为工业机器人发展的新方向。大量的分析指出，下一个产业的爆发点，都聚焦在协作机器人身上。协作机器人具有模块化、轻量化、大负载/自重比、安全可靠、可以快速部署等特点。

在协作机器人技术中，有一些问题还需要解决，主要包括:

(1)中空电机问题

中空电机需要内部走线，且内部有与线摩擦情况

(2)减速机输入与输出问题

减速机的输入轴末端存在装配精度差，输出轴端与绝对式编码器连接结构不紧凑。

(3)抱闸问题

传统的磁粉制动器存在对加工精度要求高、产生热量高，且价格贵，结构不紧凑，不能满足现有设计需求。

(4)伺服驱动板问题

伺服驱动板因需要内置于关节壳体内部，伺服驱动板需要小型化设计。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种关节位置制动精度足、制动力足以及力反馈灵敏度高、结构紧凑，替换性好、可大批量生产，协同性强和安全性高的协作机器人模块。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种协作机器人模块化关节，包括关节壳体、电机、谐波减速机、刹车结构，用于驱动谐波减速机旋转的电机安装在关节壳体内部，谐波减速机作为关节壳体的前盖安装在关节壳体端部且谐波减速机的输出端设置在关节壳体内部且与编码器组件连接，电机的输出端安装有刹车片，用于控制刹车片处于制动或非制动状态的刹车结构安装在编码器组件上。

进一步的，所述谐波减速机包括谐波减速机本体和与谐波减速机本体连接的谐波减速机端盖，其中，谐波减速机端盖和谐波减速机本体的输出轴连接，编码器组件连接在谐波减速机本体的输出轴的另一端，谐波减速机本体的输出轴为中空结构，谐波减速机本体与电机的输出端连接。

进一步的，所述电机包括电机转子、转子轴和电机定子，电机定子安装在关节壳体内部，电机转子固定在转子轴上在电机定子内转动，所述转子轴固定于谐波减速机本体的输入轴上，所述刹车片安装于转子轴上。

进一步的，所述编码器组件包括增量式编码器动盘和增量式编码器静盘，增量式编码器动盘安装于转子轴上，增量式编码器静盘安装于增量式编码器静盘法兰上，增量式编码器静盘法兰安装于关节壳体上。

进一步的，所述编码器组件还包括绝对式编码器静盘和绝对式编码器动盘，绝对式编码器静盘倒装于绝对式编码器静盘法兰上，绝对式编码器静盘法兰安装在增量式编码器静盘法兰上；绝对式编码器动盘通过绝对式编码器动盘法兰安装于谐波减速机本体的输出轴的另一端。

进一步的，所述刹车结构包括电磁铁、安装件、挡销、销套、压缩弹簧和驱动器法兰，销套固定在关节壳体上，压缩弹簧固定在销套内，挡销滑动设置在销套内，挡销的顶部固定在电磁铁的底部，电磁铁通过安装件固定在驱动器法兰上，驱动器法兰安装于增量式编码器静盘法兰上。

进一步的，所述协作机器人模块化关节还包括伺服驱动器，所述伺服驱动器包括上下两层电路板，分别为伺服驱动器上板和伺服驱动器下板，伺服驱动器下板安装于驱动器法兰上，伺服驱动器上板通过铜螺柱与伺服驱动器下板相连接，伺服驱动器下板与电机定子相连。

进一步的，协作机器人模块化关节还包括关节壳体后盖和支撑环，关节壳体后盖通过铜螺柱连接在驱动器法兰上，支撑环安装在谐波减速机本体的输出轴的另一端的端部。

进一步的，伺服驱动器上板上安装有线卡。

进一步的，所述刹车片呈六棱角型。

本实用新型与现有技术相比具有的有益效果是：

1、本实用新型结构新颖，实用性强；谐波减速机本体的输出轴为中空结构，可以让通讯线，电源线都从谐波减速机本体的输出轴中间穿过，利于线的走线，不会再有类似于工业机器人的外部走线，对通讯线和电源线能起到很好的保护。

2、本实用新型采用双编码器形式，增量式编码器连接于电机末端。绝对式编码器连接于谐波减速机端盖末端，相当于一个编码器用于测量输入端的信号，一个编码器用于测量输出的信号，使信号形成闭环控制。对于控制力矩电机的精度、平稳性、快速响应都有很好的提升。

3、本实用新型中，支撑环安装于谐波减速机末端，通过紧配合与绝对式编码器静盘法兰内孔安装一起。因谐波减速机本体的输出轴过长，可能造成转动时末端编码器晃动，增加支撑环的固定，能让谐波减速机在转动的时候更稳定。编码器位置反馈准确。

4、本实用新型刹车片因为是六棱角型，中间有间隙，可以让机器人在刹车后，能有一定间隙的移动。因刹车片是安装于电机末端，谐波减速机的减速比为100:1，因此刹车片的六棱角可以小幅度转动。这样可以让机器人在碰到人或物体后，机械臂中间有一点的间隙可以移动，移除被压物体的时候不会造成二次伤害。

附图说明

图1是本实用新型的一种协作机器人模块化关节的结构示意图；

图2是本实用新型的一种协作机器人模块化关节的谐波减速机端盖和谐波减速机本体的输出轴连接的示意图；

图3是本实用新型的一种协作机器人模块化关节的刹车结构的示意图；

图4是本实用新型的一种协作机器人模块化关节的刹车结构的零件图；

图5是本实用新型的一种协作机器人模块化关节的刹车片的结构示意图；

图6是本实用新型的一种协作机器人模块化关节的刹车片和刹车机构相配合的示意图。

图中标记：1-关节壳体，2-谐波减速机本体，3-塑料环，4-橡胶圈，5-伺服驱动器下板，6-伺服驱动器上板，7-绝对式编码器静盘，8-绝对式编码器动盘，9-电磁铁，10-调整垫片，11-挡销，12-销套，13-压缩弹簧，14-刹车片，15-增量式编码器静盘法兰，16-绝对式编码器静盘法兰，17-驱动器法兰，18-绝对式编码器动盘法兰，19-挡片，20-波形垫片，21-线卡，22-电机定子，23-关节壳体后盖，24-支撑环，25-增量式编码器动盘，26-电机转子，27-转子轴，28-增量式编码器静盘，29-谐波减速机端盖，31-安装件。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本实用新型的保护范围。

实施例1:

如图1所示，一种协作机器人模块化关节，包括关节壳体1、电机、谐波减速机、刹车结构，用于驱动谐波减速机旋转的电机安装在关节壳体1内部，谐波减速机作为关节壳体1的前盖安装在关节壳体1端部且谐波减速机的输出端设置在关节壳体1内部且与编码器组件连接，塑料环3和橡胶圈4放于谐波减速机和关节壳体1中间。

电机的输出端安装有刹车片14，所述刹车片14呈六棱角型，如图5所示；用于控制刹车片14处于制动或非制动状态的刹车结构安装在编码器组件上。

在本实施例中，所述谐波减速机包括谐波减速机本体2和与谐波减速机本体2连接的谐波减速机端盖29，其中，谐波减速机端盖29和谐波减速机本体2的输出轴连接，如图2所示，编码器组件连接在谐波减速机本体2的输出轴的另一端，谐波减速机本体2的输出轴为中空结构，谐波减速机本体2与电机的输出端连接。谐波减速机端盖29是设计的定制结构，能与关节壳体1底部通过螺钉连接，从而实现协作机器人关节的模块化连接。

在本实施例中，所述电机包括电机转子26、转子轴27和电机定子22，电机定子22安装在关节壳体1内部，电机转子26固定在转子轴27上在电机定子22内转动，所述转子轴27固定于谐波减速机本体2的输入轴上，所述刹车片14安装于转子轴27上。

在本实施例中，所述协作机器人模块化关节还包括伺服驱动器，所述伺服驱动器包括上下两层电路板，分别为伺服驱动器上板6和伺服驱动器下板5，伺服驱动器下板5安装于驱动器法兰17上，伺服驱动器上板6通过铜螺柱与伺服驱动器下板5相连接，伺服驱动器下板5与电机定子22相连。

本实用新型中，电机为力矩电机，能产生大力矩。电机定子22通过粘胶固定于关节壳体1上，电机转子26通过粘胶固定于谐波减速机本体2的输入轴上。电机通过电机转子26的转动，带动转子轴27转动，从而带动谐波减速机本体2的输入轴转动，到达转动谐波减速的效果。谐波减速机本体2的输出轴为中空结构，可以让通讯线，电源线都从谐波减速机本体2的输出轴中间穿过，利于线的走线，不会再有类似于工业机器人的外部走线，对通讯线和电源线能起到很好的保护。且内部摩擦线径的情况，伺服驱动器上板6上安装有线卡21，用于固定线径所用。防止内部线径于谐波减速机端盖29臂的摩擦。

在本实施例中，所述编码器组件包括增量式编码器动盘25和增量式编码器静盘28，增量式编码器动盘25安装于转子轴27上，增量式编码器静盘28安装于增量式编码器静盘法兰15上，增量式编码器静盘法兰15安装于关节壳体1上。

在本实施例中，所述编码器组件还包括绝对式编码器静盘7和绝对式编码器动盘8，绝对式编码器静盘7倒装于绝对式编码器静盘法兰16上，绝对式编码器静盘法兰16安装在增量式编码器静盘法兰15上；绝对式编码器动盘8通过绝对式编码器动盘8法兰安装于谐波减速机本体2的输出轴的另一端。

本实用新型中，所述的增量式编码器，绝对式编码器均采用电容感应式编码器。包括增量式编码器静盘28、增量式编码器动盘25、绝对式编码器静盘7、绝对式编码器动盘8及其相关的安装固定组件。采用双编码器形式，增量式编码器连接于电机末端。绝对式编码器连接于谐波减速机端盖29末端，相当于一个编码器用于测量输入端的信号，一个编码器用于测量输出的信号，使信号形成闭环控制。对于控制力矩电机的精度、平稳性、快速响应都有很好的提升。

本实用新型中，增量式编码器，绝对式编码器都采用电容感应式编码器。此编码器优点在于，易于安装。相对于光电式编码器，电容感应式编码器有很好的适应灰尘和高温环境。且精度能达到和光电式编码器一样。

本实用新型中，转子轴27末端通过螺钉连接增量式编码器动盘25，增量式编码器静盘28安装于增量式编码器静盘法兰15上，增量式编码器静盘法兰15通过铜螺柱锁紧于关节壳体1。关节壳体1与增量式编码器静盘法兰15都通过机械加工而成，这样就能保证电机转子26端的增量式编码器精度，减少人为安装误差。

本现有技术中，因谐波减速机末端存在装配精度差，谐波减速机的输出轴端与绝对式编码器连接结构不紧凑的问题，因此在实用新型中，都采用电容感应式编码器与谐波减速机的末端连接，电容感应式编码器对于距离的要求，比光电式编码器要求低，完全能满足谐波减速机末端安装要求。

如图3和4所示，在本实施例中，所述刹车结构包括电磁铁9、安装件31、挡销11、销套12、压缩弹簧13和驱动器法兰17，销套12固定在关节壳体1上，压缩弹簧13固定在销套12内，挡销11滑动设置在销套12内，挡销11的顶部固定在电磁铁9的底部，电磁铁9通过安装件31固定在驱动器法兰17上，驱动器法兰17安装于增量式编码器静盘法兰15上。

如图6所示，本实用新型中，电磁铁9安装于安装件31上，电磁铁9为推式电磁铁9。在电磁铁9不通电的情况下，电磁铁9下端的挡销11通过挡销11下面的压缩弹簧13顶住。当挡销11位置在刹车片14平面上时，电机处于制动状态，当挡销11通过电磁铁9得电，电磁铁9被推下时。挡销11位置被往下推，不与刹车片14处于同一平面。此时电机为可以转动状态。刹车片14是调整垫片10、波形垫片20和挡片19过轴用卡簧压在转子轴27上。挡片19的作用是防止铁削与灰尘进入电机转子26中。销套12于挡销11是采用间隙配合，而销套12安装于关节壳体1是通过紧配合。

其中，刹车片14因为是六棱角型，中间有间隙，可以让机器人在刹车后，能有一定间隙的移动。因刹车片14是安装于电机末端，谐波减速机的减速比为100:1，因此刹车片14的六棱角可以小幅度转动。这样可以让机器人在碰到人或物体后，机械臂中间有一点的间隙可以移动，移除被压物体的时候不会造成二次伤害。

在本实施例中，协作机器人模块化关节还包括关节壳体1后盖和支撑环24，关节壳体1后盖通过铜螺柱连接在驱动器法兰17上，支撑环24安装在谐波减速机本体2的输出轴的另一端的端部。本实用新型中支撑环24安装于谐波减速机末端，通过紧配合与绝对式编码器静盘法兰16内孔安装一起。支撑环24内孔与谐波减速机端盖29末端连接的绝对式编码器动盘8法兰间隙配合。从而解决谐波减速机端所连接编码器精度差的问题。绝对式编码器动盘8法兰通过螺钉安装于增量式编码器静盘法兰15上。因谐波减速机本体2的输出轴过长，可能造成转动时末端编码器晃动，增加支撑环24的固定，能让谐波减速机在转动的时候更稳定。编码器位置反馈准确。

本实用新型中，支撑环24放于关节壳体1和谐波减速机中间，而橡胶环放于塑料环3上，橡胶环的作用是防尘，且在塑料环3跟随谐波减速机端盖29一起转动时，橡胶环能防止塑料环3与关节壳体1的摩擦。同时还能起到美观的作用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种协作机器人模块化关节，其特征在于，包括关节壳体(1)、电机、谐波减速机、刹车结构，用于驱动谐波减速机旋转的电机安装在关节壳体(1)内部，谐波减速机作为关节壳体(1)的前盖安装在关节壳体(1)端部且谐波减速机的输出端设置在关节壳体(1)内部且与编码器组件连接，电机的输出端安装有刹车片(14)，用于控制刹车片(14)处于制动或非制动状态的刹车结构安装在编码器组件上。

2.根据权利要求1所述的一种协作机器人模块化关节，其特征在于，所述谐波减速机包括谐波减速机本体(2)和与谐波减速机本体(2)连接的谐波减速机端盖(29)，其中，谐波减速机端盖(29)和谐波减速机本体(2)的输出轴连接，编码器组件连接在谐波减速机本体(2)的输出轴的另一端，谐波减速机本体(2)的输出轴为中空结构，谐波减速机本体(2)与电机的输出端连接。

3.根据权利要求2所述的一种协作机器人模块化关节，其特征在于，所述电机包括电机转子(26)、转子轴(27)和电机定子(22)，电机定子(22)安装在关节壳体(1)内部，电机转子(26)固定在转子轴(27)上在电机定子(22)内转动，所述转子轴(27)固定于谐波减速机本体(2)的输入轴上，所述刹车片(14)安装于转子轴(27)上。

4.根据权利要求3所述的一种协作机器人模块化关节，其特征在于，所述编码器组件包括增量式编码器动盘(25)和增量式编码器静盘(28)，增量式编码器动盘(25)安装于转子轴(27)上，增量式编码器静盘(28)安装于增量式编码器静盘法兰(15)上，增量式编码器静盘法兰(15)安装于关节壳体(1)上。

5.根据权利要求4所述的一种协作机器人模块化关节，其特征在于，所述编码器组件还包括绝对式编码器静盘(7)和绝对式编码器动盘(8)，绝对式编码器静盘(7)倒装于绝对式编码器静盘法兰(16)上，绝对式编码器静盘法兰(16)安装在增量式编码器静盘法兰(15)上；绝对式编码器动盘(8)通过绝对式编码器动盘(8)法兰安装于谐波减速机本体(2)的输出轴的另一端。

6.根据权利要求4所述的一种协作机器人模块化关节，其特征在于，所述刹车结构包括电磁铁(9)、安装件(31)、挡销(11)、销套(12)、压缩弹簧(13)和驱动器法兰(17)，销套(12)固定在关节壳体(1)上，压缩弹簧(13)固定在销套(12)内，挡销(11)滑动设置在销套(12)内，挡销(11)的顶部固定在电磁铁(9)的底部，电磁铁(9)通过安装件(31)固定在驱动器法兰(17)上，驱动器法兰(17)安装于增量式编码器静盘法兰(15)上。

7.根据权利要求3所述的一种协作机器人模块化关节，其特征在于，所述协作机器人模块化关节还包括伺服驱动器，所述伺服驱动器包括上下两层电路板，分别为伺服驱动器上板(6)和伺服驱动器下板(5)，伺服驱动器下板(5)安装于驱动器法兰(17)上，伺服驱动器上板(6)通过铜螺柱与伺服驱动器下板(5)相连接，伺服驱动器下板(5)与电机定子(22)相连。

8.根据权利要求3所述的一种协作机器人模块化关节，其特征在于，协作机器人模块化关节还包括关节壳体(1)后盖和支撑环(24)，关节壳体(1)后盖通过铜螺柱连接在驱动器法兰(17)上，支撑环(24)安装在谐波减速机本体(2)的输出轴的另一端的端部。

9.根据权利要求3所述的一种协作机器人模块化关节，其特征在于，伺服驱动器上板(6)上安装有线卡(21)。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种协作机器人模块化关节，其特征在于，所述刹车片(14)呈六棱角型。

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