CN102490184A - 一种机器人关节及机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工业机器人，尤其涉及一种机器人关节及机器人，机器人关节包括：第一关节零件；第二关节零件，可绕第一关节零件圆周旋转；旋转角度感应装置，设于第一关节零件以及第二关节零件上，机器人关节通过旋转角度感应装置获取第二关节零件相对于所述第一关节零件的旋转角度，以对第二关节零件进行限位使其旋转角度不超过预设的转角。本发明属于一种非接触式转角限位方法，不会发生机械限位方法所存在的结构碰撞现象，更为安全；其次，本发明硬件来实现，不依赖于软件算法，更为可靠。借此，本发明不会对机器人关节造成损伤，安全可靠。

Description

一种机器人关节及机器人
技术领域
本发明涉及工业机器人技术领域，尤其一种机器人关节及机器人。
背景技术
现有工业机器人关节受其本体结构及周位环境的制约，只允许在有限角度内转动。如果机器人关节在转动时超越转角范围，会对机器人本体及周位环境造成威胁，为防止意外，必须对机器人关节进行转角限位设计。
传统的转角限位方法主要包括机械限位和软件限位。机械限位是通过在关节结构上设计限位块或凸台来实现转角限位的一种方法，属于一种接触式限位；软件限位则是通过软件计数，在控制算法里实现转角限位的一种方法。当机械限位发挥作用时，关节上的限位块或凸台会发生相互碰撞，对机器人本体结构造成一定的损伤；而使用软件限位时，必须提前记录下关节转角的参考零点，若关节的参考零点位置未知或零点信息丢失，则无法使用软件限位。
综上可知，现有机器人关节及机器人在实际使用上，显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种机器人及机器人关节，能够有效解决机械限位方法所存在的结构碰撞现象，更为安全，同时不依赖于软件算法，更为可靠，能保证机器人关节运行的稳定性。
本发明实施例解决上述技术问题所采取的一个技术方案是，提供一种机器人关节，所述机器人关节包括：
第一关节零件；
第二关节零件，可绕所述第一关节零件圆周旋转；
旋转角度感应装置，设于所述第一关节零件以及所述第二关节零件上，所述机器人关节通过所述旋转角度感应装置获取所述第二关节零件相对于所述第一关节零件的旋转角度，以对所述第二关节零件进行限位使其旋转角度不超过预设的转角。
根据本发明的机器人关节，所述旋转角度感应装置包括霍尔开关以及与所述霍尔接近开关适配的磁体。
根据本发明的机器人关节，所述霍尔开关为单极性霍尔开关，所述磁体为磁钢。
根据本发明的机器人关节，所述第一关节零件包括第一关节面，所述第二关节零件包括与所述第一关节面对应的第二关节面，所述第二关节面可绕垂直于所述第一关节面的转轴旋转。
根据本发明的机器人关节，所述第一关节面设有至少一个霍尔开关，所述霍尔开关设置在以所述转轴与所述第一关节面的交点为圆心的一圆周上；所述第二关节面上设有至少两个与所述霍尔开关对应的磁体，所述磁体设置在以所述转轴与所述第二关节面的交点为圆心的一圆周上；所述磁体与所述霍尔开关的安装节圆大小相等。
根据本发明的机器人关节，所述两个磁体之间形成的圆心角对应所述第二关节零件的预设转角范围。
根据本发明的机器人关节，所述第一关节面设有至少两个霍尔开关，所述霍尔开关设置在以所述转轴与所述第一关节面的交点为圆心的一圆周上；
所述第二关节面上设有至少一个与所述霍尔开关对应的磁体，所述磁体设置在以所述转轴与所述第二关节面的交点为圆心的一圆周上；所述磁体与所述霍尔开关的安装节圆大小相等。
根据本发明的机器人关节，所述两个霍尔开关之间形成的圆心角对应所述第二关节零件的预设转角范围。
根据本发明的机器人关节，所述霍尔开关与所述第一关节零件或第二关节零件螺接，并通过螺栓固定；所述磁钢收容于所述第二关节零件或第一关节零件的光孔内，并且通过一磁钢盖封闭于所述光孔。
本发明还提供一种机器人，所述机器人包括根据上述的机器人关节，所述机器人还包括机械臂和机械手，所述机械臂与所述机械手通过所述机器人关节连接，且所述第一关节零件设置于机械臂，所述第二关节零件设置于所述机械手。
本发明通过旋转角度感应装置的感应信号来获取第二关节零件相对于第一关节零件的旋转角度，进而对第二关节零件进行限位使其旋转角度不超过预设角度。本发明属于一种非接触式转角限位方法，不会发生机械限位方法所存在的结构碰撞现象，更为安全；其次，本发明硬件来实现，不依赖于软件算法，更为可靠。借此，本发明不会对机器人关节造成损伤，安全可靠。
附图说明
图1为本发明一种机器人关节一种实施例的示意图；
图2为本发明一种机器人关节另一实施例的示意图；
图3是本发明一种机器人关节的霍尔开关与磁钢的配合结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，一下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明一种机器人关节100，用于机器人，包括：第一关节零件10、第二关节零件20以及旋转角度感应装置30。
第一关节零件10，包括第一关节面11。
第二关节零件20，可绕第一关节零件10圆周旋转，第二关节20还包括与第一关节面11对应的第二关节面21，由于第二关节零件20可绕第一关节零件10圆周旋转，因此第二关节面21可绕垂直于第一关节面11的转轴X旋转。
旋转角度感应装置，设于第一关节零件10以及第二关节零件20上，机器人关节100通过旋转角度感应装置获取第二关节零件20相对于第一关节零件10的旋转角度，以对第二关节零件20进行限位使其旋转角度不超过预设的转角。该旋转角度感应装置优选包括设于第一关节面10的霍尔开关31以及设于第二关节面21的磁体32a，32b，霍尔开关31与磁体32a，32b适配，该霍尔开关31优选为单极性霍尔开关，磁体32a，32b对应设为磁钢。显而易见，霍尔开关31也可设置在第二关节零件20上，而磁体32a，32b设置在第一关节零件10上。
由于工业机器人的工作环境较为复杂，霍尔开关31具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作，因此采用霍尔开关作为旋转角度感应装置能够使机器人关节100的运行更加可靠。且单极性霍尔开关的工作方式简单，成本较低，适于大规模的工业应用。
本发明通过旋转角度感应装置的感应信号来获取第二关节零件20相对于第一关节零件10的旋转角度，进而对第二关节零件20进行限位使其旋转角度不超过预设角度。本发明属于一种非接触式转角限位方法，不会发生机械限位方法所存在的结构碰撞现象，更为安全；其次，本发明硬件来实现，不依赖于软件算法，更为可靠。借此，本发明不会对机器人关节造成损伤，安全可靠。
根据本发明的一个实施例，如图1所示，第一关节面11设有一个霍尔开关31，第二关节面21上设有两个与霍尔开关31对应的磁钢32a，32b，霍尔开关31设置在以转轴X与第一关节面11的交点为圆心的以圆周上，磁钢32a，32b设置在以转轴X与第二关节面21的交点为圆心的一圆周上，且磁体32a，32b与霍尔开关31的安装节圆大小相等。两个磁体32a，32b之间形成的圆心角对应第二关节零件20的预设转角范围。
第二关节零件20相对于第一关节零件10沿顺时针(或逆时针)方向转动，当霍尔开关31与磁钢32a的间距等于或小于检测距离时，霍尔开关31输出低电平，被该关节电机驱动器检测到，电机驱动器停止驱动该电机，并禁止顺时针(或逆时针)方向的转动功能，此时，该关节只能向逆时针(或顺时针)方向转动。第二关节零件20相对于第一关节零件10沿逆时针(或顺时针)方向转动后，当霍尔开关21离开磁钢32a时，霍尔开关31的输出端变为高阻状态，电机驱动器使能该电机逆时针(或顺时针)转动；当霍尔开关31接近磁钢32b时，霍尔开关31又输出低电平，电机驱动器停止驱动电机，并禁止逆时针(或顺时针)方向的转动，此时关节只能向顺时针(或逆时针)方向转动。显而易见，霍尔开关31的个数可以设置至少一个，而磁体32则至少设置两个。
根据本发明的另一实施例，如图2所示，第一关节面11设有两个霍尔开关31a，31b，第二关节面21上设有一个与霍尔开关31a，31b对应的磁钢32，霍尔开关31a，31b设置在以转轴X与第一关节面11的交点为圆心的以圆周上，磁钢32设置在以转轴X与第二关节面21的交点为圆心的一圆周上，且磁体32与霍尔开关31a，31b的安装节圆大小相等。两个霍尔开关31a，31b之间形成的圆心角对应第二关节零件20的预设转角范围。
第二关节零件20相对于第一关节零件10沿顺时针(或逆时针)方向转动，当霍尔开关31a与磁钢32的间距等于或小于检测距离时，霍尔开关31a输出低电平，被该关节电机驱动器检测到，电机驱动器停止驱动该电机，并禁止顺时针(或逆时针)方向的转动功能，此时，该关节只能向逆时针(或顺时针)方向转动。第二关节零件20相对于第一关节零件10沿逆时针(或顺时针)方向转动后，当霍尔开关31a离开磁钢32a时，霍尔开关31a的输出端变为高阻状态，电机驱动器使能该电机逆时针(或顺时针)转动；当霍尔开关31b接近磁钢32时，霍尔开关31b又输出低电平，电机驱动器停止驱动电机，并禁止逆时针(或顺时针)方向的转动，此时关节只能向顺时针(或逆时针)方向转动。显而易见，霍尔开关31的个数可以设置至少两个，而磁体32则至少设置一个。
如图3所示，所述霍尔开关31通过与第一关节零件10螺接，并通过螺栓12固定，磁钢32收容于第二关节零件20的光孔内，并且通过一磁钢盖22封闭于光孔。磁钢盖22为非导磁材料，不会影响磁钢32的磁场方向。在安装时，磁钢32的S极一侧正对霍尔接近开关31，N极一侧与第二关节零件320上的光孔22间隙配合。显然，也可将霍尔开关31设置在第二关节零件20上，磁钢32设置在第一关节零件10。
磁钢盖22通过外螺纹拧在第二关节零件20的螺纹孔内，磁钢盖22的内孔与磁钢32外圆为间隙配合，磁钢盖22为可拆卸结构，从而便于磁钢32的更换。磁钢32长时间受到机械冲击或热冲击，会逐渐退磁。当磁场强度降到一定程度时，就需要更换磁钢32，否则会影响霍尔开关31的工作；装配人员装配时有可能将磁钢32的N极、S极装反，这时需要更换磁钢32的安装方向。其中，霍尔开关31与磁钢32之间的检测距离为D。
本发明还提供一种机器人，包括上述机器人关节100，机器人还包括机械臂和机械手，机械臂与机械手通过机器人关节100连接，且第一关节零件10设置于机械臂，第二关节零件20设置于机械手。机器人关节100的具体结构已在前文做详细描述，故在此不再赘述。
综上所述，本发明通过旋转角度感应装置的感应信号来获取第二关节零件相对于第一关节零件的旋转角度，进而对第二关节零件进行限位使其旋转角度不超过预设角度。本发明属于一种非接触式转角限位方法，不会发生机械限位方法所存在的结构碰撞现象，更为安全；其次，本发明硬件来实现，不依赖于软件算法，更为可靠。借此，本发明不会对机器人关节造成损伤，安全可靠。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应当属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人关节，其特征在于，所述机器人关节包括：
第一关节零件；
第二关节零件，可绕所述第一关节零件圆周旋转；
旋转角度感应装置，设于所述第一关节零件以及所述第二关节零件上，所述机器人关节通过所述旋转角度感应装置获取所述第二关节零件相对于所述第一关节零件的旋转角度，以对所述第二关节零件进行限位使其旋转角度不超过预设的转角。
2.根据权利要求1所述的机器人关节，其特征在于，所述旋转角度感应装置包括霍尔开关以及与所述霍尔接近开关适配的磁体。
3.根据权利要求2所述的机器人关节，其特征在于，所述霍尔开关为单极性霍尔开关，所述磁体为磁钢。
4.根据权利要求2至3任一项所述的机器人关节，其特征在于，所述第一关节零件包括第一关节面，所述第二关节零件包括与所述第一关节面对应的第二关节面，所述第二关节面可绕垂直于所述第一关节面的转轴旋转。
5.根据权利要求4所述的机器人关节，其特征在于，
所述第一关节面设有至少一个霍尔开关，所述霍尔开关设置在以所述转轴与所述第一关节面的交点为圆心的一圆周上；
所述第二关节面上设有至少两个与所述霍尔开关对应的磁体，所述磁体设置在以所述转轴与所述第二关节面的交点为圆心的一圆周上；
所述磁体与所述霍尔开关的安装节圆大小相等。
6.根据权利要求5所述的机器人关节，其特征在于，所述两个磁体之间形成的圆心角对应所述第二关节零件的预设转角范围。
7.根据权利要求4所述的机器人关节，其特征在于，
所述第一关节面设有至少两个霍尔开关，所述霍尔开关设置在以所述转轴与所述第一关节面的交点为圆心的一圆周上；
所述第二关节面上设有至少一个与所述霍尔开关对应的磁体，所述磁体设置在以所述转轴与所述第二关节面的交点为圆心的一圆周上；
所述磁体与所述霍尔开关的安装节圆大小相等。
8.根据权利要求7所述的机器人关节，所述两个霍尔开关之间形成的圆心角对应所述第二关节零件的预设转角范围。
9.根据权利要求4所述的机器人关节，其特征在于，所述霍尔开关与所述第一关节零件或第二关节零件螺接，并通过螺栓固定；
所述磁钢收容于所述第二关节零件或第一关节零件的光孔内，并且通过一磁钢盖封闭于所述光孔。
10.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括根据权利要求1至9中任一项所述的机器人关节，所述机器人还包括机械臂和机械手，所述机械臂与所述机械手通过所述机器人关节连接，且所述第一关节零件设置于机械臂，所述第二关节零件设置于所述机械手。
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