CN108673554A - 一种机器人关节臂及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机器人关节臂及机器人，其中，该机器人关节臂包括壳体，所述壳体内设有电机；还包括复用编码器，所述复用编码器呈环形，并套装于所述电机的转轴，所述复用编码器的内环部为光电编码器，外环部为磁编码器。本发明所提供机器人关节臂，其复用编码器将现有技术中分别独立设置的光电编码器和磁编码器集成于一体，可大幅缩减电机的轴向尺寸，以提高电机的功能密度，有利于缩减整个机器人关节臂的轴向尺寸；而且，光电编码器与磁编码器相互之间不会影响，使得该复用编码器可同时具备检测转轴转速、位置以及电机换相点的功能。

Description

一种机器人关节臂及机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人关节臂及机器人。

背景技术

机器人关节臂中设有电机，以作为驱动机构，为保障电机的可靠运行，通常还会设置光电编码器和磁编码器，光电编码器用于检测电机转子的转速、位置等，磁编码器则用于检测电机的换相点。

在现有技术中，光电编码器和磁编码器分别独立安装，这就导致电机的轴向尺寸较大，进而导致整个机器人关节臂轴向尺寸的增加。

因此，如何提供一种轴向尺寸较小的机器人关节臂，仍是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种机器人关节臂及机器人，其中，该机器人关节臂采用复用编码器将现有技术中分别独立设置的光电编码器和磁编码器集成于一体，可大幅缩减电机以及机器人关节臂的轴向尺寸。

为解决上述技术问题，本发明提供一种机器人关节臂，包括壳体，所述壳体内设有电机；还包括复用编码器，所述复用编码器呈环形，并套装于所述电机的转轴，所述复用编码器的内环部为光电编码器，外环部为磁编码器。

本发明所提供机器人关节臂，其复用编码器的内环部为光电编码器，外环部为磁编码器，可将现有技术中分别独立设置的光电编码器和磁编码器集成于一体，集成后的复用编码器在轴向上的尺寸仅相当于光电编码器、磁编码器中的一者，可大幅缩减电机的轴向尺寸，以提高电机的功能密度，有利于缩减整个机器人关节臂的轴向尺寸。而且，光电编码器与磁编码器相互之间不会影响，使得该复用编码器可同时具备检测转轴转速、位置以及电机换相点的功能。

可选地，还包括刹车装置，所述转轴穿过所述刹车装置，并与所述刹车装置内的刹车机构相连；所述复用编码器安装于所述转轴伸出所述刹车装置的端部。

可选地，所述复用编码器还设有第一安装座，并通过所述第一安装座套装于所述转轴。

可选地，所述壳体内还设有刹车装置和减速器，所述转轴为所述减速器的输入轴，所述减速器还具有输出轴；所述刹车装置包括刹车片、电磁铁、衔铁和导向件，所述电磁铁和所述衔铁之间设有弹性件，所述衔铁通过所述导向件挂接于所述电磁铁，并能够沿所述导向件的轴向远离或靠近所述电磁铁，所述刹车片固定于所述转轴和/或所述输出轴；通电工况下，所述衔铁吸合于所述电磁铁，并压缩所述弹性件，断电工况下，所述弹性件能够释放并推动所述衔铁压紧所述刹车片。

可选地，所述刹车装置还包括呈环形的压板，其内缘安装于所述刹车片的安装轴，外缘设有朝向所述电磁铁延伸的集尘盖，所述集尘盖与所述压板围合形成集尘槽；所述刹车片位于所述集尘槽内。

可选地，所述刹车片安装于所述压板，并通过所述压板固定安装。

可选地，所述壳体内还设有驱动板，所述驱动板设置有发热元件；还包括散热片，所述散热片压装于所述壳体的内壁与所述驱动板之间，并能够包裹所述发热元件。

可选地，所述复用编码器还具有与之配套使用的第一编码器板；还包括接线排，所述接线排的两端分别插接固定于所述第一编码器板、所述驱动板，以实现所述第一编码器板和所述驱动板的信号连接。

可选地，还包括第二编码器，所述第二编码器安装于第二安装座，并以所述第二安装座套装于所述输出轴；所述第二安装座设有观察孔，用于观察所述第二编码器是否安装到位。

本发明还提供一种机器人，包括关节臂，所述关节臂为上述的机器人关节臂。

由于上述的机器人关节臂已经具备如上的技术效果，那么，具有该机器人关节臂的机器人亦当具备相类似的技术效果，故在此不做赘述。

附图说明

图1为本发明所提供机器人关节臂的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为第一编码器的结构示意图；

图3为图2的左视图；

图4为第二编码器板、第二安装座及法兰轴的连接结构图；

图5为驱动板与第一编码器板和第二编码器板的连接结构图；

图6为后盖与散热片的连接结构图；

图7为本发明所提供刹车装置在通电工况下的结构示意图；

图8为本发明所提供刹车装置在断电工况下的结构示意图；

图9为本发明所提供机器人关节臂的另一种具体实施方式的结构示意图；

图10为本发明所提供机器人关节臂的再一种具体实施方式的结构示意图；

图11为现有的机器人关节臂中能量消耗的示意图；

图12为本申请实施例提供的一种机器人关节臂的结构示意图；

图13为本申请实施例提供的另一种机器人关节臂的结构示意图；

图14为本申请具体实施例提供的一种机器人关节臂的结构示意图；

图15为本申请具体实施例提供的另一种机器人关节臂的结构示意图。

图1-15中的附图标记说明如下：

1壳体、11后盖；

2电机、21转轴、211挡油部件；

3刹车装置、31刹车片、32电磁铁、33衔铁、34弹性件、35导向件、36压板、361集尘盖、362集尘槽；

4减速器、41输出轴；

5法兰；

6第一编码器模块、61第一编码器、611磁编码器、612光电编码器、62第一编码器板、63第一插座、64第一安装座；

7第二编码器模块、71第二编码器、72第二编码器板、73第二插座、74第二安装座、741观测孔；

8驱动板、81发热元件、82散热片、83驱动板插座；

9接线排；

100机器人、101能量消耗模块、101a控制子模块、101b回馈吸收子模块；

Vsup供电电源、W电缆、S开关、CON控制器。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本文中所述“第一”、“第二”等词，仅是为了便于描述结构相同或相类似的两个以上的结构或部件，并不表示对顺序的某种特殊限定。

请参考图1-6，图1为本发明所提供机器人关节臂的一种具体实施方式的结构示意图，图2为第一编码器的结构示意图，图3为图2的左视图，图4为第二编码器板、第二安装座及法兰轴的连接结构图，图5为驱动板与第一编码器板和第二编码器板的连接结构图，图6为后盖与散热片的连接结构图。

如图1所示，本发明提供一种机器人关节臂，包括壳体1，壳体1内设有驱动装置，该驱动装置包括电机2和与该电机2传动连接的减速器4，电机2的转轴21为减速器4的输入轴，该减速器4还具有输出轴41。壳体1内还设有编码器模块，用于检测转轴21、输出轴41的转速等相关参数信息，编码器模块可以包括第一编码器模块6和第二编码器模块7，第一编码器模块6用于检测电机2转轴21的位置、转速、电机2换相点等参数，第二编码器模块7用于检测输出轴41的位置、转速等参数。

区别于现有技术，在本实施例中，上述第一编码器模块6所使用的第一编码器61为复用编码器。

如图2、图3所示，该复用编码器呈环形，其内环部可以为光电编码器612，外环部可以为磁编码器611，二者集成于一体，集成后复用编码器的轴向尺寸仅相当于磁编码器611、光电编码器612中一者的轴向尺寸，可大幅缩减电机2的轴向尺寸，以提高电机2的功能密度，有利于缩减整个机器人关节臂的轴向尺寸。而且，光电编码器612与磁编码器611相互之间不会影响，使得该复用编码器可同时具备检测转轴21转速、位置以及电机2换相点的功能。上述磁编码器611具体可以为霍尔传感器。

上述复用编码器还设置有第一安装座64，结合图1，在安装时，复用编码器可通过第一安装座64安装在转轴21伸出刹车装置3的端部，即使得刹车装置3位于复用编码器与电机2之间。如此，复用编码器可以安装在距离电机2相对较远的位置，以避免电机2运行发热而对编码器的性能造成影响。

第一编码器模块6、第二编码器模块7均可以包括配套使用的编码器板和编码器，编码器板与驱动板8之间可以采用接线排9进行连接，以实现编码器板和驱动板8之间的信号传递。

具体而言，如图5所示，接线排9的两端均可以采用插接固定的方式与编码器板、驱动板8相连，相比于现有技术中常见的线束连接，上述的连接方式更为简单，仅通过简单的插拔操作即可完成安装或拆卸，且连接的可靠性更高，抗干扰能力更强。

以第一编码器模块6为例，其可以包括配套使用的第一编码器61(即上述的复用编码器)和第一编码器板62，第一编码器板62设有第一插座63，驱动板8设有驱动板插座83，接线排9的两端均可以设有接线端子，进而可通过接线端子插接于相应的插座。接线端子和相应的插座中，一者可以设有第一卡接件，另一者可以设有第二卡接件，在接线端子插接于相应插座的同时，第一卡接件能够和第二卡接件相卡接，以对插接于相应插座的接线端子进行固定，可避免使用过程中接线端子沿插拔方向自相应插座中脱出，进而保障接线排9与编码器板、驱动板8的连接可靠性。

第二编码器模块7同样可以包括配套设置的第二编码器71和第二编码器板72，第二编码器板72设置有用于和接线排9相连的第二插座73，第二编码器板72与驱动板8的连接结构与第一编码器板62相类似，在此不做重复。

需要指出，本实施例并不限定上述第一卡接件与第二卡接件的具体形式，在实际应用中，本领域技术人员可以参照现有技术中的卡接结构对二者进行设置；例如，二者可以为相互配合的卡勾和卡槽，或者，也可以为相互配合的卡勾和卡环等。

对于第二编码器模块7，其可以设有第二安装座74，如图4所示，第二安装座74大致呈柱状，其安装于输出轴41，且该第二安装座74的一端(附图中为上端)还可以设置有同轴的凹槽，第二编码器71可以安装于该凹槽中。第二安装座74的侧壁还可以设置沿径向的观测孔741，该观测孔741与凹槽相连通，以便于观察凹槽内的第二编码器71是否安装到位，具体可以结合凹槽底壁到第二编码器71之间的距离是否符合规定距离进行判定。上述的“规定距离”与第二编码器71的种类、规格等有关，在此不做限定。

另外，本实施例也不限定观测孔741的形状及数量，其数量可以为一个，也可以沿周向设置多个，该观测孔741的截面形状可以为矩形，也可以为圆形或者阶梯形等；而无论如何设置，只要保证通过该观测孔741能够清楚地对第二编码器71的安装位置进行观测，以避免安装时存在盲点、导致第二编码器71不能安装到位即可。

请继续参考图1，壳体1可以包括筒状部，该筒状部的一端(附图中为左端)设置有后盖11，另一端(附图中为右端)设置有法兰5，以便与其他的关节臂相连接，减速器4的输出轴41可穿过法兰5，并伸出壳体1，用于对外输出做功。

出于节省空间、提高集成度的考虑，转轴21和输出轴41可采用套轴形式。详细而言，转轴21和输出轴41可以同轴设置，转轴21可以为空心轴，输出轴41可以自转轴21内部穿过，且二者可以相对转动，互不干涉。当然，电机2和减速器4之间也可以采用平行轴传动或者同轴设置(非套轴形式)进行传动的方案，在具体实施时，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。

壳体1内可以设有驱动板8，驱动板8设置有MOS管(Metal Oxide Semiconductor，即金属-氧化物-半导体场效应晶体管)等发热元件81，在正常运行时，这些发热元件81会产生较多的热量，如不能够将这些热量及时散出，会影响驱动板8上各元器件的正常使用。

对此，现有技术中常见的方案是将驱动板8和后盖11间隔设置，进而利用二者之间的空气进行散热。然而，空气的散热效果较差，在机器人关节臂长期运行时，驱动板8上容易产生热量积聚，会影响驱动板8的正常运行；且还会产生空间上的浪费，导致机器人关节臂轴向尺寸的增大。

为此，在本实施例中，可以通过设置散热片82进行散热。散热片82可以采用硅胶材质，其可以通过压装的方式安装于壳体1的内壁(后盖11)与驱动板8之间，并能够包裹发热元件81。如此设置，一方面，不存在闲置空间，另一方面，硅胶材质的散热片82的散热效果好，且可以与后盖11及发热元件81紧密接触，发热元件81所产生的热量可通过散热片82直接传递至后盖11排出，散热效果获得大幅提高，更有利于保证驱动板8上各元器件的工作效率及使用寿命。

硅胶材质的散热片82具有粘性，在安装时，可以直接将其贴合在后盖11、驱动板8中的一者，然后采用压装的方式使得该散热片82与后盖11、驱动板8中的另一者紧密贴合；或者，也可以直接采用压装的方式，将该散热片82压紧于后盖11和驱动板8之间。

应当知晓，设置于驱动板8的发热元件81通常不止一个，而上述硅胶材质的散热片82应当足以覆盖所有的发热元件81，以保证各发热元件81均具有较好的散热效果。如此，在对散热片82进行加工、安装时，可将上述散热片82设置为一整块，具体可参见图6，进而通过该一整块的散热片82同时贴合所有的发热元件81，采用这种方案，散热片82的加工及安装过程均较为简便；上述散热片82也可以设置为多块，然后将各散热片82一一对应地贴合于各发热元件81，同样能够保证各发热元件81均具有良好的散热效果，且还能够减少散热片82的整体用量。

可以理解，除采用硅胶材质外，该散热片82也可以采用其他材质，例如，铝合金等金属散热片，但考虑到硅胶材质的可压缩性以及紧密贴合的效果，硅胶材质的散热片82为本发明实施例的优选方案。

请参考图7、图8，图7为本发明所提供刹车装置在通电工况下的结构示意图，图8为本发明所提供刹车装置在断电工况下的结构示意图。

如图7、图8所示，本发明提供机器人关节臂，其刹车装置3可以包括刹车片31、电磁铁32和衔铁33，电磁铁32和衔铁33之间设有弹性件34；还包括导向件35，衔铁33通过导向件35挂接于电磁铁32，并能够沿导向件35的轴向远离或靠近电磁铁32。

刹车片31可以固定于转轴21和/或输出轴41，可以理解，当刹车片31同时安装于转轴21和输出轴41时，机器人关节臂内即设置有两套刹车装置3，可以更大程度地保证刹车的可靠性；为便于描述，可将刹车片31的安装轴称之为驱动轴，即上述的刹车片31固定于驱动轴，该驱动轴可以为电机2的转轴21，也可以为输出轴41。

在通电工况下，受电磁力作用，电磁铁32能够吸合衔铁33，并压缩弹性件34，此时，衔铁33与刹车片31具有间隙，刹车片31可以自由转动，驱动轴能够正常对外做工。在断电工况下，电磁力消失，弹性件34能够释放，并推动衔铁33压紧刹车片31，以限制驱动轴的转动，进而可防止驱动轴在断电工况下的异常输出。

相比于现有技术中刹车片31能够沿驱动轴的轴向进行位移的方案，本实施例所涉及刹车装置3，其刹车片31固定于驱动轴，刹车片31不会沿驱动轴的轴向进行位移，可避免正常运行(即通电工况下)过程中刹车片31与衔铁33之间的摩擦，以及由此对刹车片31所造成的不必要磨损，进而可大幅延长刹车片31的使用寿命，并能够减少机器人关节臂在正常运行过程中的噪音。

应当知晓，在刹车片31与其他部件压磨过程中，刹车片31会产生掉粉，也就是说，在现有技术中，即便是在正常运行时，刹车片31也会不间断地掉粉，掉下的粉末随着驱动轴的转动会落入编码器等元器件上，影响这些元器件的使用精度和使用寿命。而在本实施例中，由于正常运行时刹车片31不会产生磨损，可减少掉粉现象，进而可对机器人关节臂内部的元器件形成有效保护。

进一步地，还可以包括呈环形的压板36，其内缘可以安装于驱动轴，外缘可以设有朝向电磁铁32延伸的集尘盖361，集尘盖361与压板36可以围合形成集尘槽362，刹车片31可以位于集尘槽362内。

如此设置，在断电工况下，刹车片31受衔铁33挤压摩擦所产生的掉粉可以被集尘槽362收集，能够防止正常刹车掉粉对机器人关节臂内部元器件的影响。再配合前述刹车片31固定于驱动轴的设计，也就是说，在本实施例所提供刹车装置3中，基本可以克服刹车片31掉粉对机器人关节臂内部元器件的影响，可更大程度地保证机器人关节臂的可靠运行。

在第一种实施方式中，压板36的内缘可以通过轴承安装于驱动轴，然后可在机器人关节臂内设置限位杆、限位块等形式的限位件，以阻挡压板36随驱动轴的同步转动，即集尘槽362可以不随驱动轴同步转动。采用这种结构，收集于集尘槽362内的粉末不易产生二次飞扬，可更好地对粉末进行收集，以对机器人关节臂内的元器件形成更为有效的保护。

在第二种实施方式中，压板36可以固定于驱动轴，即压板36可以随驱动轴同步进行转动。该实施方式中，压板36可以为刹车片31的安装板，刹车片31可以安装于压板36，以通过压板36与驱动轴相固定，进而可简化刹车片31与驱动轴间的安装结构，并可缩短刹车装置3的轴向尺寸。

比较而言，第一种实施方式可以较大程度地防止收集于集尘槽362的粉末产生二次飞扬，更有利于集尘；而第二种实施方式中刹车片31及压板36与驱动轴的安装结构可大幅简化，且刹车装置3的轴向尺寸较小，可缩短整个机器人关节臂的轴向长度。在具体实施时，上述两种实施方式均可以实现对刹车片31正常刹车掉粉进行收集的技术效果，本领域技术人员可以根据实际需要进行选取。事实上，在第二种实施方式中，刹车片31与压板36也可以相互独立，并分别固定安装于驱动轴。

更进一步地，沿靠近电磁铁32的方向，上述集尘槽362可以呈渐缩的锥形，即集尘盖361的内径可以沿靠近电磁铁32的方向逐渐缩小。如此，该集尘盖361还具有挡尘效果，可在一定程度上防止收集于集尘槽362内的粉末自集尘槽362中掉出。或者，也可以在集尘盖361远离压板36的端部设置沿径向向内延伸的环形挡板，该环形挡板同样能够实现挡尘的技术效果。但应当知晓，集尘盖361的设置不能够对衔铁33的动作产生干涉，因此，在实际应用中，也可以采用集尘盖361的内径、外径在轴向上保持不变的方案，以缩减刹车装置3的径向尺寸。

弹性件34可以为弹簧，也可以为弹性球等具有可压缩以及回弹能力的弹性元件。以弹簧为例，在安装时，电磁铁32及衔铁33相对两端面中，至少一者可以设置定位槽，进而可将该弹簧的端部安装于定位槽内，以保证该弹簧可以稳定地置于电磁铁32与衔铁33之间；同时，该定位槽还具有导向作用，可以对弹簧的伸长和压缩进行导向，以避免弹簧在伸缩过程中沿径向的窜动、错位等。

导向件35可以为杆状，其可以固定于电磁铁32、衔铁33中的一者，相应地，电磁铁32、衔铁33中的另一者可以设置导向槽或者导向孔，进而可将该导向件35插接于导向槽或者导向孔内，以导引衔铁33的运动方向。导向件35与电磁铁32或衔铁33的固定连接端可以设有锥状螺纹结构，类似于螺钉的尾部，以便导向件35与其他零件的固定安装。

如前所述，刹车片31既可以固定于电机2的转轴21，也可以固定于减速器的输出轴41，或者，转轴21以及输出轴41上均可以设置刹车片31，即可以存在两套刹车装置3。

然而，在实际应用中，由于减速器4的存在，要达到同样的刹车效果，作用于输出轴41的刹车力较作用于转轴21的刹车力会大很多，例如，减速器4的传动比为100时，作用于输出轴41的刹车力大致为作用于转轴21的刹车力的100倍。如此，为达到同样的刹车效果，安装于输出轴41的刹车片31就需要具有较大的径向尺寸，进而会导致刹车装置3及整个机器人关节臂的径向尺寸增大。因此，在本实施例中，优选采用将刹车装置3安装于电机2转轴21的方案，以降低刹车力，并缩减刹车装置3的径向尺寸。

请参考图9，图9为本发明所提供机器人关节臂的另一种具体实施方式的结构示意图。

如图9所示，在本实施例中，电机2的转轴21可以贯穿了刹车装置3、电机2，并延伸至减速器4内，为避免减速器4内部的润滑油沿转轴21泄漏，而污染机器人关节臂内的编码器模块及驱动板8，可以在减速器4外壳、电机2外壳以及刹车装置3外壳与转轴21的连接处设置挡油部件211。

在具体的方案中，该挡油部件211可以为支撑轴承，电机2的外壳、减速器4的外壳均可以设置有供转轴21穿过的安装孔，支撑轴承的内缘可以通过焊接、压装、卡装等方式固定于转轴21，支撑轴承的外缘可以通过焊接、压装、卡装等方式固固定于安装孔的孔壁，可阻挡减速器4漏油进入编码器模块等元器件；同时，各支撑轴承还能够对转轴21进行限位支撑，以形成多点支撑结构，可避免正常运行过程中转轴21的跳动，进而可保证电机2的稳定运行，并提高机器人关节臂的使用寿命及可靠性；此外，减速器4的漏油还能够对支撑轴承进行润滑，以保障支撑轴承的正常运转。

需要指出，上述挡油部件211并不局限于支撑轴承的形式，在实际应用中，本领域技术人员也可以采用其他形式的阻挡件，例如轴瓦、橡胶圈等。

仍以图9为视角，在本实施例中，刹车装置3、电机2、减速器4可以依次设置于转轴21，即刹车装置3、减速器4分别位于电机2的两侧，以较大程度地避免减速器4漏油对刹车装置3内部刹车机构的影响。

基于这种设置，转轴21上可以间隔设有两个支撑轴承，两支撑轴承中，一个支撑轴承的外缘可以与刹车装置3、电机2的安装孔相连，另一个支撑轴承的外缘可以与电机2、减速器4的安装孔相连。即减速器4外壳、电机2外壳及刹车装置3外壳的相邻端可以共用一个支撑轴承，以减少支撑轴承的使用数量，同时，还能够提高各部件之间的紧凑性，以缩减整个机器人关节臂的轴向尺寸。

该支撑轴承的数量并不局限于两个，也可以多于两个，例如，可以在减速器4外壳、电机2外壳及刹车装置3外壳与转轴21的连接处均单独设置支撑轴承，此时，即需要设置五个支撑轴承，以对减速器4外壳的左端、电机2外壳的左右两端以及刹车装置3外壳的左右两端进行封堵。

请参考图10，图10为本发明所提供机器人关节臂的再一种具体实施方式的结构示意图。

在机器人关节臂中，减速器4的安装要求为垂直度0.01mm、同心度0.01mm，但是，在实际安装时，转轴21与减速器4安装面很难达到上述要求。为此，如图12所示，在本实施例中，可以将减速器4与电机2的转轴21设置为一体式结构，以规避转轴21和减速器4组装上的难度，进而满足减速器4在机器人关节臂内的安装要求。在本实施例中，并不限定减速器4的种类，其可以齿轮减速器、蜗杆减速器或者谐波减速器等。

在此基础上，还可以将法兰5与减速器4也设置为一体式结构，以更大程度地简化本实施例所提供机器人关节臂的组装过程。

针对上述各实施方式所涉及的机器人关节臂，以下本发明实施例还将对该机器人关节臂的控制过程进行描述。

在正常工作过程中，机器人关节臂中的电机2绝大部分时候工作在加速或减速过程。并且，机器人的姿态也在不断变化中，机器人本体和其负载的势能也随着机器人的姿态变化而不断变动。这就导致了，电机2时而对外做正功、时而对外做负功。

当电机2对外做负功时，将机械能转换为电能输出。但是，给机器人供电的供电电源通常为单向能量转换，由机械能转换得到的电能只能不断的累积到供电电源处的电容上，导致电容上的能量不断累加，如图11所示。当电机2反馈的电能累加到电容和供电电源无法承受的程度，就会造成供电电源或是机器人关节臂的硬件损坏。

为了解决这一问题，目前常用的技术手段是在供电电源部分增加回馈能量消耗装置，将电容上多余的累加能量转换为热能并散发至空气或其他散热装置中。但发明人在研究中发现，通常供电电源会经过一段较长的电缆连接至机器人为机器人(如电机2)供电。由于电缆等效电感的存在，在高速动态时，会造成机器人(如电机2)端的电压和供电电源的输出电压发生瞬态的不一致，影响回馈能量消耗装置对机器人本体的保护能力。

为此，本申请实施例提供了一种机器人关节臂，在机器人本体中设置消耗电机反馈能量的装置，避免电缆等效电感对供电电源输出电压的影响，消除机器人端和供电电源端的瞬态电压不一致，以最大限度的保护机器人和供电电源的安全。

参见图12，该图为本申请实施例提供的一种机器人关节臂的结构示意图。

本申请实施例提供的机器人关节臂，包括：至少一个电机2和能量消耗模块10；

电机2连接供电电源Vsup；

能量消耗模块101，用于消耗电机2发电所产生的电能。

供电电源Vsup经电缆W为机器人上的电机2提供电能，电机2将电能转换为机械能向外做正功。当电机2向外做负功时，将机械能转换为电能直接输出至机器人100本体上的能量消耗模块101，被能量消耗模块101消耗吸收，不会影响经由电缆W传输发生机器人100端和供电电源Vsup端的瞬态电压不一致的情况，能有效避免电缆W的等效电感对能量消耗模块101保护能力的影响，最大限度的保护机器人100和供电电源Vsup的安全。

在本申请实施例中，机器人关节臂包括至少一个电机和能量消耗模块，电机连接供电电源，供电电源为电机的向外做正功提供能量，而当电机向外做负功时，电机反馈的能量直接由设置在机器人本体上的能量消耗模块吸收消耗，避免了电容上电量累积过高，且电机反馈的能量无需经过长电缆直接输出至能量消耗模块，避免了电缆的等效电感对瞬态电压的影响，保证了机器人本体上电压的稳定，进而保证了供电电源和机器人本体的正常工作。

参见图13，该图为本申请实施例提供的另一种机器人供电系统的结构示意图。相较于图12，提供了一种更加具体的机器人供电系统。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，能量消耗模块101，具体可以包括：控制子模块101a和回馈吸收子模块101b。

控制子模块101a串联在电机2和回馈吸收子模块101b之间，用于根据供电电源Vsup的电压和电机2的电压，控制电机2和回馈吸收子模块101b之间回路的导通和关断；

回馈吸收子模块101b，用于消耗电机2反馈的电能。

可以理解的是，当电机2对外做负功时，即电机2向外发电，其端口处的电压值大于供电电源Vsup处的电压值。若电机2的电压与供电电源Vsup的电压之间的压差大于或等于预设阈值，控制子模块101a则导通电机2和回馈吸收子模块101b之间回路，控制回馈吸收子模块101b消耗电机2反馈的电能，防止电量在电容上累积；反之，若电机2的电压与供电电源Vsup的电压之间的压差小于预设阈值，控制子模块101a则控制电机2和回馈吸收子模块101b之间回路的关断，避免电能的浪费。

在一个例子中，回馈吸收子模块101b可以包括发热电阻。

在另一个例子中，回馈吸收子模块101b还可以包括并联连接的发热电阻和电容。

正常工作时，受到机器人100的运动状态不停变换以及外部电磁干扰的影响，会导致流经电缆W的电流会产生较大波动，影响电机2运行。因此，在本申请实施例一些可能的实现方式中，为了避免电流波动对电机2的影响，还可以利用回馈吸收子模块101b中的电容对输出至电机2的电流进行滤波，保证电流的稳定。

在实际应用中，作为一个示例，能量消耗模块101可以设置在一块印刷电路板(printed circuit board，PCB)上，该印刷电路板可以设置在机器人底座中。

下面详细介绍控制子模块101a的具体结构。

在本申请实施例一些可能的实现方式中，控制子模块101a至少存在以下两种可能的实现方式。

第一种可能的实现方式，如图14所示，控制子模块101a，包括：开关S和控制器CON；

开关S串联在电机2和回馈吸收子模块101b之间；

控制器CON，用于检测供电电源Vsup的电压和电机2的电压；还用于根据供电电源Vsup的电压和电机2的电压之间的电压差导通或关断开关S。

在本申请实施例中，当控制器CON检测到供电电源Vsup的电压和电机2的电压之间的电压差大于或等于预设阈值时，控制开关S导通，使电机2和回馈吸收子模块101b之间的通路导通，利用回馈吸收子模块101b消耗电机2发电所产生的电能；当控制器CON检测到供电电源Vsup的电压和电机2的电压之间的电压差小于预设阈值时，控制开关S关断，使电机2和回馈吸收子模块101b之间的通路断开，避免电能的浪费。

第二种可能的实现方式，如图15所示，控制子模块101a，可以包括：P沟道绝缘栅双极晶体管；

P沟道绝缘栅双极晶体管MP的发射极连接电机2，P沟道绝缘栅双极晶体管MP的集电极连接回馈吸收子模块101b，P沟道绝缘栅双极晶体管MP的基极连接供电电源Vsup。

在本申请实施例中，当控制器CON检测到供电电源Vsup的电压和电机2的电压之间的电压差大于或等于预设阈值时，P沟道绝缘栅双极晶体管MP导通，使得电机2和回馈吸收子模块101b之间的通路导通，利用回馈吸收子模块101b消耗电机2发电所产生的电能；当控制器CON检测到供电电源Vsup的电压和电机2的电压之间的电压差小于预设阈值时，P沟道绝缘栅双极晶体管MP关断，使得电机2和回馈吸收子模块101b之间的通路断开，避免电能的浪费。

本发明还提供一种机器人，包括关节臂，该关节臂即为上述各实施方式所涉及的机器人关节臂。可以理解，上述机器人关节臂所具备的技术效果，该机器人同样具备，故在此不做赘述。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人关节臂，包括壳体(1)，所述壳体(1)内设有电机(2)，其特征在于，还包括复用编码器，所述复用编码器呈环形，并套装于所述电机(2)的转轴(21)，所述复用编码器的内环部为光电编码器(612)，外环部为磁编码器(611)。

2.根据权利要求1所述机器人关节臂，其特征在于，还包括刹车装置(3)，所述转轴(21)穿过所述刹车装置(3)，并与所述刹车装置(3)内的刹车机构相连；

所述复用编码器安装于所述转轴(21)伸出所述刹车装置(3)的端部。

3.根据权利要求1所述机器人关节臂，其特征在于，所述复用编码器还设有第一安装座(64)，并通过所述第一安装座(64)套装于所述转轴(21)。

4.根据权利要求1-3中任一项所述机器人关节臂，其特征在于，所述壳体(1)内还设有刹车装置(3)和减速器(4)，所述转轴(21)为所述减速器(4)的输入轴，所述减速器(4)还具有输出轴(41)；

所述刹车装置(3)包括刹车片(31)、电磁铁(32)、衔铁(33)和导向件(35)，所述电磁铁(32)和所述衔铁(33)之间设有弹性件(34)，所述衔铁(33)通过所述导向件(35)挂接于所述电磁铁(32)，并能够沿所述导向件(35)的轴向远离或靠近所述电磁铁(32)，所述刹车片(31)固定于所述转轴(21)和/或所述输出轴(41)；

通电工况下，所述衔铁(33)吸合于所述电磁铁(32)，并压缩所述弹性件(34)，断电工况下，所述弹性件(34)能够释放并推动所述衔铁(33)压紧所述刹车片(31)。

5.根据权利要求4所述机器人关节臂，其特征在于，所述刹车装置(3)还包括呈环形的压板(36)，其内缘安装于所述刹车片(31)的安装轴，外缘设有朝向所述电磁铁(32)延伸的集尘盖(361)，所述集尘盖(361)与所述压板(36)围合形成集尘槽(362)；

所述刹车片(31)位于所述集尘槽(362)内。

6.根据权利要求5所述机器人关节臂，其特征在于，所述刹车片(31)安装于所述压板(36)，并通过所述压板(36)固定安装。

7.根据权利要求4所述机器人关节臂，其特征在于，所述壳体(1)内还设有驱动板(8)，所述驱动板(8)设置有发热元件(81)；

还包括散热片(82)，所述散热片(82)压装于所述壳体(1)的内壁与所述驱动板(8)之间，并能够包裹所述发热元件(81)。

8.根据权利要求7所述机器人关节臂，其特征在于，所述复用编码器还具有与之配套使用的第一编码器板(62)；

还包括接线排(9)，所述接线排(9)的两端分别插接固定于所述第一编码器板(62)、所述驱动板(8)，以实现所述第一编码器板(62)和所述驱动板(8)的信号连接。

9.根据权利要求4所述机器人关节臂，其特征在于，还包括第二编码器(71)，所述第二编码器(71)安装于第二安装座(74)，并以所述第二安装座(74)套装于所述输出轴(41)；

所述第二安装座(74)设有观察孔(741)，用于观察所述第二编码器(71)是否安装到位。

10.一种机器人，包括关节臂，其特征在于，所述关节臂为权利要求1-9中任一项所述的机器人关节臂。