CN218534606U - 用于机器人的关节、机械臂和机器人 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于机器人的关节、机械臂和机器人。用于机器人的关节具有包括伺服电机、减速器和关节控制器的关节模组，所述关节还包括：力传感器，其设置在关节的输出端并测量输出端的受力状态以产生相应的数据信息；故障诊断模块，其与力传感器无线通信连接以从力传感器实时接收数据信息，故障诊断模块基于数据信息和用于驱动伺服电机的实时电学信号确定关节的运行状态。机械臂包括至少一个用于机器人的关节。机器人包括至少一个用于机器人的关节。在所述关节、机械臂和机器人中，可以实现关节的自我故障监测和诊断。

Description

用于机器人的关节、机械臂和机器人

技术领域

本申请涉及机器人领域，更具体地，涉及一种具有故障诊断功能的用于机器人的关节、机械臂和机器人。

背景技术

总的来说，具有机械臂的机器人依靠关节控制机械臂的组成部分之间的相对运动。关节通常分为转动关节和平动关节(也被称为移动关节)。转动关节可以利用驱动装置分别连接两个部件旋转，以使两个部件产生相对运动。移动关节由直线运动机构和在整个运动范围内起直线导向作用的直线导轨部分组成。为了精确控制机械臂的运动和位置，需要精确测量关节的输出端的转速或位移。

除了需要监测关节的输出端的转速或位移之外，还有必要测量和收集关节的输出端在运行期间的受力状况，以对机器人关节进行故障诊断。

传统上，如果对机器人的关节进行故障诊断，需要额外的振动传感器以及信号处理分析***。而且，在机器人的关节上实现故障诊断功能时，往往需要外部设备的介入，可能需要拆解机器人，为此，对于用户层面而言，不能轻易实施或实现。

实用新型内容

根据本申请的第一方面，提供了一种具有自我故障监测和诊断功能的用于机器人的关节、机械臂和机器人。

根据本申请的第一方面，提供了一种具有自我故障诊断功能的用于机器人的关节、机械臂和机器人。

根据本申请的第二方面，提供了一种能够进行实时自我故障诊断功能的用于机器人的关节、机械臂和机器人。

根据本申请的第三方面，提供了一种具有故障提示功能的用于机器人的关节、机械臂和机器人。

根据本申请的至少一个实施例，提供一种用于机器人的关节，所述关节具有包括减速器、伺服电机和关节控制器的关节模组，所述关节还包括：力传感器，其设置在所述关节的输出端并测量所述输出端的受力状态以产生相应的数据信息；故障诊断模块，其与所述力传感器通信连接以从所述力传感器实时接收所述数据信息，所述故障诊断模块基于所述数据信息和用于驱动所述伺服电机的实时电学信号确定所述关节的运行状态；以及故障提示装置，其与所述故障诊断模块通信连接并被配置为根据所述故障诊断模块的诊断结果提供关于所述关节的运行状态异常的警报，其中，所述关节传感器是力传感器，所述故障提示装置包括关节状态显示模块，所述关节状态显示模块被设置在所述关节的壳体上。

在本申请的至少一个实施例中，所述力传感器可以是六维力传感器或至少一个单轴力传感器。

在本申请的至少一个实施例中，所述故障提示装置可包括扬声器、LED灯、显示屏和振动器中的至少一种，或者所述警报可包括声音警报、灯光警报、图形文字警报、触觉警报中的至少一种。

在本申请的至少一个实施例中，所述关节控制器被配置为集成于机器人控制器中。

在本申请的至少一个实施例中，所述关节控制器与所述故障诊断模块以有线通信连接或无线通信连接的方式通信连接或被集成在一起，和/或所述故障诊断模块与所述关节传感器无线通信连接。

在本申请的至少一个实施例中，所述故障诊断模块与所述关节传感器和/或所述故障提示装置无线通信连接。

在本申请的至少一个实施例中，所述电学信号包括电流信号和/或电压信号。

根据本申请的至少一个实施例，提供一种机械臂，所述机械臂包括至少一个如上所述的用于机器人的关节。

根据本申请的至少一个实施例，提供一种机器人，所述机器人包括至少一个如上所述的用于机器人的关节。

在根据本申请的实施例的用于机器人的关节、机械臂和机器人不仅具有自我故障诊断能力，而且能够将与关节的故障相关的信息实时提示给用户。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。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取其他的附图。

图1是示意性示出了根据本申请实施例的关节的故障诊断***的结构的框图；

图2是示意性示出了根据本申请实施例的关节的故障诊断***的各组成部分之间的通信关系的示意性框图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

下面将参照附图1-2详细描述根据本申请的具体实施例。

如图1所示，根据本申请的实施例的用于机器人的关节100包括壳体4、关节模组10和故障诊断***20。

关节模组10被设置在壳体4的内部，并包括伺服电机1、与伺服电机1的输出机械连接的减速器2以及控制伺服电机1的操作的关节控制器3。优选地，关节控制器3和减速器2可以分别布置在伺服电机的两侧。关节控制器3根据预设程序向伺服电机1发送电学信号(例如电流信号、电压信号或其组合)，以控制伺服电机1的运转，例如控制伺服电机的转速变化和启/停操作。减速器2的输入端与伺服电机1的输出端连接，减速器2的输出端与关节的输出端5连接或作为关节的输出端5。

在如图1所示的实施例中，关节的输出端5位于关节的壳体4的外侧，以将来自伺服电机1的动力朝向机械臂(未示出)的与该关节100连接的连接杆(未示出)或其它连接部件(如末端执行器)输出。然而，本申请不限于此，关节的输出端5也可以根据机器人或机械臂的结构设计需求布置在壳体4的内部。当伺服电机1运转时，关节的输出端5随着伺服电机1旋转。因此，参照由关节控制器输入伺服电机1的电学信号，可以根据关节的输出端5的受力状况判断关节的运行状况，由此能够监测关节的运行状态、预测关节100可能会发生的故障以及诊断关节100出现的故障。

为了实现关节的自我故障监测和诊断功能，根据本申请至少一个实施例的用于机器人的关节100还包括故障诊断***20。故障诊断***20可以包括关节传感器11、以及与关节控制器3通信的故障诊断模块13。在进一步的实施例中，故障诊断***20还可以包括与故障诊断模块13通信的关节状态显示模块14。

关节传感器11可以为至少一个单轴传感器(例如1个单轴传感器、2个单轴传感器、3个单轴传感器、4个单轴传感器、5个单轴传感器或6个单轴传感器)，还可以采用六维力传感器。六维力传感器的类型及工作原理是本领域公知的，在此不再详细描述。关节传感器11被设置在关节的输出端5上，用于测量关节的输出端5的受力状况，例如，X轴、Y轴、Z轴的力分量以及X轴、Y轴、Z轴的力矩分量。在关节传感器11为至少一个单轴传感器的情况下，其同样用于测量输出端5的X轴、Y轴、Z轴的力分量以及X轴、Y轴、Z轴的力矩分量中的至少一个。

此外，关节传感器11还可以布置在关节100的输出端5上，或者布置在关节100的输出端5与减速器2之间，这样对于关节100而言，关节传感器11的输出数据表达了关节100向外输出的信号，而由关节控制器3输入至伺服电机1的电流信号则表达了关节100的输入信号。由此，参照关节100的具体配置，输入信号与输出信号之间的差异可以充分体现关节内部的运行状态，由此可以判断关节100的运行状态是否正常。

为此，故障诊断模块14可以被设置为(例如)与关节控制器3相邻，以从关节控制器3接收相关的控制信息，例如被输入到伺服电机1的电学信号。

优选地，故障诊断模块14可以包括无线通信模块15，由此可以与关节控制器3和关节传感器11无线通信连接，以从其接收相关数据。故障诊断模块14可以预先设置有故障诊断专家***。故障诊断模块14通过从关节传感器11和关节控制器3接收数据作为故障诊断专家***的输入数据，从而获得关节100的运行状态分析结论。例如，在故障诊断专家***中可以预存有表格或曲线等形式的关节正常运行状态数据以及基于关节的输出端5的受力状况的异常状况列表。当故障诊断模块14基于从关节控制器3和关节传感器11接收到的数据分析得知关节输出端5的受力状况出现异常时，可以对关节的运行状态进行预警或报警。例如，可以通过设置在如图1和2中所示的关节状态显示模块14来进行报警。

具体地，如图1所示关节状态显示模块14可以为设置在关节100的壳体4上的LED灯带。关节状态显示模块14可以通过发出不同颜色的光来警示关节100的故障部位或故障类型。或者，关节状态显示模块14可以通过设置发光方式(例如通过设置不同的闪烁时长)来警示关节100的故障的严重程度或故障的类型。或者，关节状态显示模块14还可以通过改变发光的强弱和/或被点亮的灯的数量来警示关节100的故障的严重程度或故障的类型。或者，关节状态显示模块14可以设置多种发光图案以对应于不同的故障部位和/或故障严重程度。或者，关节状态显示模块14还可以显示特定的标记、标号或文字来提供关于关节100的运行状态的警示。

在上面的实施例中，以LED灯为例描述了关节状态显示模块14的实施方式，然而本实用新型不限于此。例如，关节状态显示模块14可以不设置在关节100的壳体上，而是通过机器人的操控屏幕显示。又或者，还可以采用其它类型的故障提示装置来代替关节状态显示模块14或在关节状态显示模块14的基础上增设其它类型的故障提示装置。例如，故障提示装置可包括扬声器、LED灯、显示屏或振动器。与之相应地，故障提示装置提供的警报可包括声音警报、灯光警报、图形文字警报或触觉警报灯。

此外，诸如关节状态显示模块14的故障提示装置可以设置在关节100上，例如设置在关节100的壳体上，然而本申请不限于此，例如，故障提示装置还可以单独设置，或者设置在具有该关节100的机械臂或机器人的其它部位或平台上，或者通过机器人的控制***实施报警功能。

优选地，如图2所示，诸如关节状态显示模块14的故障提示装置与故障诊断模块13无线通信连接，由此诸如关节状态显示模块14的故障提示装置可以实时从故障诊断模块13接收警报信息，以及时提醒用户关注关节100的异常并进行相应的维修或检测，防止意外事故的发生。

在如图1和图2所示的实施例中，关节模组10的关节控制器3与伺服电机1电连接和通信连接，同时关节控制器3与故障诊断模块13通过无线通信模块15无线连接。然而，本申请不限于此。例如，关节控制器3可以与机器人的控制器集成在一起；关节控制器3可以与故障诊断模块13集成在一起；关节控制器3可以与伺服电机1无线连接；关节控制器3还可以与故障诊断模块13有线连接。

通过在关节控制器3、故障诊断模块13、诸如关节状态显示模块14的故障提示模块和关节传感器11之间无线通信连接，有助于数据被实时传递至故障诊断模块而实现关节100的实时自我故障诊断，有利于及早发现关节100的故障。与对于正在运行的机器人无法实施故障诊断和警告操作的现有技术相比，根据本申请的用于机器人的关节、机械臂和机器人在运行过程中，能够提供实时运行数据，可以对关节状态实时监控，从而对机器人的关节故障预判提供可能，由此用户或相关技术人员能够提前介入，减少关节故障造成的损失。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”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。本文所使用的术语“垂直”、“水平”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种用于机器人的关节，所述关节具有包括伺服电机、减速器、和关节控制器的关节模组，其特征在于，所述关节还包括：

力传感器，其设置在所述关节的输出端并测量所述输出端的受力状态以产生相应的数据信息；

故障诊断模块，其与所述力传感器通信连接以从所述力传感器实时接收所述数据信息，所述故障诊断模块基于所述数据信息和用于驱动所述伺服电机的实时电学信号确定所述关节的运行状态；以及

故障提示装置，其与所述故障诊断模块通信连接并被配置为根据所述故障诊断模块的诊断结果提供关于所述关节的运行状态异常的警报，

其中，所述故障提示装置包括关节状态显示模块，所述关节状态显示模块被设置在所述关节的壳体上。

2.如权利要求1所述的用于机器人的关节，其特征在于，所述力传感器是六维力传感器或至少一个单轴力传感器。

3.如权利要求1所述的用于机器人的关节，其特征在于，所述故障提示装置包括扬声器、LED灯、显示屏和振动器中的至少一种，或者所述警报包括声音警报、灯光警报、图形文字警报、触觉警报中的至少一种。

4.如权利要求1所述的用于机器人的关节，其特征在于，所述关节控制器被配置为集成于机器人控制器中。

5.如权利要求1所述的用于机器人的关节，其特征在于，所述关节控制器与所述故障诊断模块以有线通信连接或无线通信连接的方式通信连接或被集成在一起，和/或所述故障诊断模块与所述关节传感器无线通信连接。

6.如权利要求1所述的用于机器人的关节，其特征在于，所述故障诊断模块与所述关节传感器和/或所述故障提示装置无线通信连接。

7.一种机械臂，其特征在于，所述机械臂包括至少一个如权利要求1至6中的任一项所述的用于机器人的关节。

8.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括至少一个如权利要求1至6中的任一项所述的用于机器人的关节。

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