CN104552296B - 一种机控一体化的Delta机器人 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种机控一体化的Delta机器人，该机器人的控制舱外壁设置有三个能够容置伺服电机并安装机械臂的机械臂安装部（即用于安装本体），所述控制舱的内腔的腔底与所述机械臂安装部对应处安装有向上抽气的散热风扇，工作时伺服电机产生的热量会传递至控制舱外壁的机械臂安装部，而散热风扇向上抽气使得机械臂安装部的热量被快速的引进到控制舱内腔中，由于控制舱内腔壁是旋转面，因此三个散热风扇的产生的气流会形成循环气流，一方面能够加速散热，另一方面也能够使得控制舱内腔的热量均衡，避免部分位置热量过度集中。

Description

一种机控一体化的 Delta 机器人

技术领域

本发明创造涉及机器人设计制造技术领域，特别涉及一种机控一体化的Delta机器人。

背景技术

Delta机器人属于高速、轻载的并联机器人，一般通过示教编程或视觉系统捕捉目标物体，由三个并联的伺服轴确定抓具中心（TCP）的空间位置，实现目标物体的运输，加工等操作。Delta机器人主要应用于食品、药品和电子产品等加工、装配。Delta机器人以其重量轻、体积小、运动速度快、定位精确、成本低、效率高等特点，正在市场上被广泛应用。

现有Delta机器人一般使用运动控制器+伺服驱动器+伺服电机的控制方式。这种控制方式导致了市场上的机器人都以电控柜、连接电缆、本体三部分的形式组成。电控柜中装配运动控制器和伺服驱动器，然后通过连接线缆连接至本体，从而为安装在本体上的伺服电机提供电源和控制信号。

为了能够够装得下运动控制和伺服驱动器，电控柜的体积一般都较大，这给需要最大效率利用工厂空间的公司增加不了少成本。同时由于使用了电缆将控制柜与本体连接，为获得安全的调试、操作空间，连接电缆的长度一般都在5米左右。这导致了机器人工作时占用的空间会更大。因此，本领域的技术人员迫切的需要将电控柜与本体集成在一块的电气布局方式，省掉中间的连接电缆，在同等功能下最大限度缩小机器人的体积，同时提高电气方面的稳定性。

然而，由于伺服电机在工作过程中会产生大量的热能，将电控柜与本体集成在一起容易导致：（2）电控柜阻碍伺服电机的散热通道，导致伺服电机散热性能下降；（2）电控柜体积小，内部散热不佳，同时靠近伺服电机处温度会快速急剧升高，到时电控柜部分区域集中大量热量，容易损坏内部电器元件。

发明内容

本发明创造的目的在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种能够有效将电控柜与本体集成在一起，同时能够有效整体散热问题的机控一体化的Delta机器人。

本发明创造的目的通过以下技术方案实现：

提供了一种机控一体化的Delta机器人，包括控制舱，所述控制舱开口朝上，所述控制舱的内腔壁是旋转面，所述控制舱的内腔中安装有将工频输入转为工作电压的电源模块、进行信号输入输出控制的I/O模块和进行运动控制的PA模块，所述控制舱的外壁设置有三个能够容置伺服电机并安装机械臂的机械臂安装部，所述控制舱的内腔的腔底与每个机械臂安装部对应处安装有向上抽气的散热风扇，任意两个散热风扇之间安装有所述电源模块、I/O模块和PA模块中的一个，从而使得电源模块、I/O模块和PA模块呈三角形排布，三个散热风扇排布于该三角形的顶角处。

其中，所述电源模块包括电源底板、电源盖板和固定于电源底板和电源盖板之间的电源组件，所述I/O模块包括I/O底板、I/O盖板和固定于I/O底板和I/O盖板之间的I/O组件，所述PA模块包括PA底板、PA盖板和固定于PA底板和PA盖板之间的PA组件。

其中，所述PA模块包括固定于PA组件侧面的散热板，所述散热板上固定有第一PA风扇。

其中，所述PA盖板外表面固定有第二PA风扇。

其中，所述电源组件包括开关电源、驱动电源和电源支撑架，所述开关电源设置于所述电源底板上，所述支撑架的底端固定于电源底板，顶部横跨开关电源形成支撑部，所述驱动电源固定于所述支撑部上，所述驱动电源侧面设置有电源风扇。

其中，所述I/O模块包括转换电路，所述转换电路在接收到开机启动信号时输出额定启动电压以使伺服电机抱闸打开，并在延时T时长后输出保持电压以使伺服电机保持抱闸打开，所述保持电压小于所述额定启动电压。

其中，所述控制舱内腔壁四周有线夹，所述电源模块、I/O模块和PA模块之间的连接线被所述线夹夹持以沿控制舱内壁排布。

其中，还包括设置于控制舱外壁第一控制板、第二控制板和第三控制板。

其中，所述第一控制板设置有保持用电池更换窗口、第二控制板设置有电源输入接口，通用I/O接口和系统信息指示板，所述第三控制板设置有集成Auxiliary连接端口、MCP连接端口、Ethernet连接端口、RS-232连接端口、RS-485连接端口。

其中，所述三个机械臂安装部环所述控制舱外壁等间距分布。

本发明创造的有益效果：本发明创造提供了一种机控一体化的Delta机器人，该机器人的控制舱外壁设置有三个能够容置伺服电机并安装机械臂的机械臂安装部（即用于安装本体），所述控制舱的内腔的腔底与所述机械臂安装部对应处安装有向上抽气的散热风扇，工作时伺服电机产生的热量会传递至控制舱外壁的机械臂安装部，而散热风扇向上抽气使得机械臂安装部的热量被快速的引进到控制舱内腔中，由于控制舱内腔壁是旋转面，三个散热风扇的产生的气流会形成循环气流，一方面能够加速散热，另一方面也能够使得控制舱内腔的热量均衡，避免部分位置热量过度集中。此外，本发明创造的电气部分采用模块化设计，分为电源模块、I/O模块和PA模块三大模块，一方面有效的降低了安装难度，提高装配效率，另一方面这三个模块分别穿插安装在散热风扇之间并大致呈三角形排布，这种排布方式与循环气流匹配，不会阻碍循环气流，而且产生的热量能够快速的被循环气流带走。

附图说明

利用附图对本发明创造作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明创造的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明创造一种机控一体化的Delta机器人的控制舱内腔分布结构示意图。

图2为本发明创造一种机控一体化的Delta机器人的结构示意图。

图3为本发明创造一种机控一体化的Delta机器人的PA模块的结构示意图。

图4为本发明创造一种机控一体化的Delta机器人的电源模块的结构示意图。

图5为本发明创造一种机控一体化的Delta机器人的I/O模块的结构示意图。

在图1至图5中包括有：

1——控制舱、2——电源模块、21——电源底板、22——电源盖板、23——开关电源、24——支撑架、25——驱动电源、26——电源风扇、3——I/O模块、31——I/O底板、32——I/O盖板、33——I/O组件、4——PA模块、41——PA底板、42——PA盖板、43——PA组件、44——散热板、45——第一PA风扇、46——第二PA风扇、5——机械臂安装部、6——散热风扇、7——控制板。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明创造作进一步描述。

本发明创造一种机控一体化的Delta机器人的具体实施方式，如图1和图2所示，包括控制舱1，所述控制舱1开口朝上，所述控制舱1的内腔壁是旋转面，所述控制舱1的内腔中安装有将工频输入转为工作电压的电源模块2、进行信号输入输出控制的I/O模块3和进行运动控制的PA模块4，所述控制舱1的外壁设置有三个能够容置伺服电机并安装机械臂的机械臂安装部5（即用于安装本体，图中未示本体部分），所述三个机械臂安装部5呈等边三角形排布，所述控制舱1的控制舱1的内腔的腔底与所述机械臂安装部5对应处安装有向上抽气的散热风扇6，任意两个散热风扇6之间安装有所述电源模块2、I/O模块3和PA模块4中的一个，从而使得电源模块2、I/O模块3和PA模块4大致呈三角形排布，即三个散热风扇6排布与该三角形的顶角处。

在常规思路中，散热风扇6的气流应该尽可能的朝背离控制舱1的方向设置，以避免带有热量的气流加热控制舱1，但是如背景技术所述的，电控柜容易阻碍伺服电机的散热通道，因此本发明创造却将散热风扇6安装在控制舱1内并向上抽气使得机械臂安装部5的热量被快速的引进到控制舱1内腔中，利用控制舱1内腔壁的旋转面特点来产生循环气流，从而达到加速散热并使得控制舱1内腔的热量均衡的目的，由于散热风扇6能够设置在控制舱1内，而且伺服电机发出的热量是有控制舱1协助发散的，因此能够将机器人的结构设计得更加紧凑，有效的节约空间。此外，本发明创造的电气部分采用模块化设计，分为电源模块2、I/O模块3和PA模块4三大模块，一方面有效的降低了安装难度，提高装配效率，另一方面这三个模块分别穿插安装在散热风扇6之间并大致呈三角形排布，这种排布方式与循环气流匹配，不会阻碍循环气流，而且产生的热量能够快速的被循环气流带走。

如图4所示，电源模块2包括电源底板21、电源盖板22和固定于电源底板21和电源盖板22之间的电源组件，电源组件包括开关电源23、驱动电源25和支撑架24，所述开关电源23设置于所述电源底板21上，所述支撑架24的底端固定于电源底板21，顶部横跨开关电源23形成支撑部，所述驱动电源25固定于所述支撑部上，其侧面设置有电源风扇26。电源模块2分解为开关电源23和驱动电源25，两者之间通过支撑架24隔离起来，保证两者都有足够的散热空间，避免热量的聚集。

如图3所示，PA模块4包括PA底板41、PA盖板42和固定于PA底板41和PA盖板42之间的PA组件43，PA模块4包括固定于PA组件43侧面的散热板44，所述散热板44上固定有第一PA风扇45，所述PA盖板42外表面固定有第二PA风扇46。一方面，由于PA组件43是核心的控制器件，发热量较多，而且在结构上比较紧凑，容易导致热量聚集，另一方面，本设计采用将机械臂安装部5的热量抽至控制舱1内，控制舱1内的温度不可避免会有些微上升，因此对于 PA组件43增加散热板44、第一PA风扇45和第二PA风扇46则能够有利于PA组件43周围气流的流动，热量容易散去，确保PA组件43的温度不会快速升高，以此保证其性能。

如图5所示，I/O模块3包括I/O底板31、I/O盖板32和固定于I/O底板31和I/O盖板32之间的I/O组件33，所述I/O模块3包括转换电路，所述转换电路在接收到开机启动信号时输出额定启动电压以使伺服电机抱闸打开，并在延时3S时长后输出保持电压以使伺服电机保持抱闸打开，所述保持电压小于所述额定启动电压。由于静态抱闸瞬间需要比较大的电压，而在抱闸开启后只需要较小的电压就可以，因此，转换电路在提供驱动电压一定时间后即可转为保持电压，降低电压以减少发热量。

在本实施例中，所述控制舱1内腔壁四周有线夹，所述电源模块2、I/O模块3和PA模块4之间的连接线被所述线夹夹持以沿控制舱1内壁排布。尽可能的减少线缆横跨控制舱1内腔的排布方式，以此避免线缆排布对循环气流的破坏。

如图2所示，此外，本实施例的机器人还包括设置于控制舱1外壁三个控制板7，其中一个设置有保持用电池更换窗口，另一个控制板7设置有电源输入接口，通用I/O接口和系统信息指示板，最后一个控制板7设置有集成Auxiliary连接端口、MCP连接端口、Ethernet连接端口、RS-232连接端口、RS-485连接端口。按照功能特点将机器人的交互端口分布在三个控制板7上，合理定义了机器人与外界信息交互的形式，便于安装、调试和使用。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种机控一体化的Delta机器人，其特征在于：包括控制舱，所述控制舱开口朝上，所述控制舱的内腔壁是旋转面，所述控制舱的内腔中安装有将工频输入转为工作电压的电源模块、进行信号输入输出控制的I/O模块和进行运动控制的PA模块，所述控制舱的外壁设置有三个能够容置伺服电机并安装机械臂的机械臂安装部，所述控制舱的内腔的腔底与每个机械臂安装部对应处安装有向上抽气的散热风扇，任意两个散热风扇之间安装有所述电源模块、I/O模块和PA模块中的一个，从而使得电源模块、I/O模块和PA模块呈三角形排布，三个散热风扇排布于该三角形的顶角处。

2.如权利要求1所述的一种机控一体化的Delta机器人，其特征在于：所述电源模块包括电源底板、电源盖板和固定于电源底板和电源盖板之间的电源组件，所述I/O模块包括I/O底板、I/O盖板和固定于I/O底板和I/O盖板之间的I/O组件，所述PA模块包括PA底板、PA盖板和固定于PA底板和PA盖板之间的PA组件。

3.如权利要求2所述的一种机控一体化的Delta机器人，其特征在于：所述PA模块包括固定于PA组件侧面的散热板，所述散热板上固定有第一PA风扇。

4.如权利要求2所述的一种机控一体化的Delta机器人，其特征在于：所述PA盖板外表面固定有第二PA风扇。

5.如权利要求2所述的一种机控一体化的Delta机器人，其特征在于：所述电源组件包括开关电源、驱动电源和电源支撑架，所述开关电源设置于所述电源底板上，所述支撑架的底端固定于电源底板，顶部横跨开关电源形成支撑部，所述驱动电源固定于所述支撑部上，所述驱动电源侧面设置有电源风扇。

6.如权利要求1所述的一种机控一体化的Delta机器人，其特征在于：所述I/O模块包括转换电路，所述转换电路在接收到开机启动信号时输出额定启动电压以使伺服电机抱闸打开，并在延时T时长后输出保持电压以使伺服电机保持抱闸打开，所述保持电压小于所述额定启动电压。

7.如权利要求1所述的一种机控一体化的Delta机器人，其特征在于：所述控制舱内腔壁四周有线夹，所述电源模块、I/O模块和PA模块之间的连接线被所述线夹夹持以沿控制舱内壁排布。

8.如权利要求1所述的一种机控一体化的Delta机器人，其特征在于：还包括设置于控制舱外壁第一控制板、第二控制板和第三控制板。

9.如权利要求8所述的一种机控一体化的Delta机器人，其特征在于：所述第一控制板设置有保持用电池更换窗口、第二控制板设置有电源输入接口，通用I/O接口和系统信息指示板，所述第三控制板设置有集成Auxiliary连接端口、MCP连接端口、Ethernet连接端口、RS-232连接端口、RS-485连接端口。

10.如权利要求1所述的一种机控一体化的Delta机器人，其特征在于：所述三个机械臂安装部环所述控制舱外壁等间距分布。