CN108789480A - 协作机器人模块化关节和协作机器人 - Google Patents

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曹宇男
孙恺
徐玉祥
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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Abstract

本发明公开了一种协作机器人模块化关节和协作机器人，该模块化关节包括依次连接的：关节输出组件、减速器、电机、制动抱闸组件、电机编码器、驱动板、关节编码器、线缆支架。本发明的模块化关节具有高刚度、大负载特点，其关节的位置输出能精确跟踪期望的轨迹，位置精度高，高集成度使空间结构紧凑封闭，能够适应高污染或净化空间的使用要求。

Description

协作机器人模块化关节和协作机器人
技术领域
本发明涉及机器人领域，特别涉及一种协作机器人模块化关节和协作机器人。
背景技术
在国际工业4.0的背景下，国家出台了“中国制造2025”计划，对高端智能装备提出要求，智能机器人行业迎来一轮新的发展契机。对个性化产品的柔性生产、医疗设备及其他位置精度要求高和特殊环境工作，提出了机器人和人协作工作的实现、安全性、易于装配性等，催生了模块化机械臂关节，用于协作机器人手臂，该关节是机器人的核心部件，且解决以下问题：简化关节和机器人的设计流程，缩短设计周期；厘清关节之间的复杂走线和绕线问题；具有高负重/自重比、低功耗的轻量化发展要求；易于装配和模块替换。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种协作机器人模块化关节和协作机器人，该模块化关节解决了关节走线困难、质量体积大、模块化程度差等问题。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
协作机器人模块化关节，包括依次连接的：关节输出组件1、减速器2，电机外壳3、定子4、中空转子5、制动抱闸拨杆6、抱闸制动块7、电磁铁8、电机编码器9、驱动板10、关节编码器11、线缆支架12，所述电机外壳3、定子4、中空转子5组成驱动电机，由中空转子5输出给减速器2，经过减速器2减速输出带动关节输出组件1；所述关节输出组件1包括一伸出杆，所述中空转子5包括一伸出端，所述伸出杆经过所述伸出端；在所述中空转子5输出端安装制动抱闸拨杆6；电机编码器9安装在中空转子5输出端。
优选的，所述电机外壳3采用轻量化硬质铝合金材料。用以减轻重量。
优选的，靠近驱动板10安装关节编码器11，以检测机器人手臂的初始位置。
优选的，所述制动抱闸拨杆6由电磁铁8提起，使抱闸制动块7弹起而限制制动抱闸拨杆6以制动。
优选的，在中空转子5输出端端面，靠近驱动板10安装电机编码器9，以检测中空转子转速。
优选的，所述关节输出组件1的伸出杆穿过中空转子5，到达关节编码器11，所述关节编码器11靠近驱动板10安装，对关节初始位置检测，所述关节输出组件1的伸出杆和关节编码器11采用中空贯通，以传递输出和过线。
优选的，所述驱动板10和电磁铁8安装在电机外壳输出端端面，在驱动板10上安装线缆支架12，以固定走线。
本发明还提供一协作机器人，包括至少4个上述任一所述的协作机器人模块化关节。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.本发明采用轻量化硬质铝合金材料实现大转矩高负载，多个功能结构集成于一个关节内，以更小的体积实现更完备的功能。
2.发明采用电磁铁的断电卸载，弹出抱闸制动块，限制住制动抱闸拨杆以实现制动，即断电制动。
3.本发明采用中空走线，解决布线困难和走线缠绕问题，进而缩小机械臂的设计尺寸；中间孔采用薄壁桶，直接在关节输出组件的伸出杆内形成，使其有效、可靠的与快速圆周运动件分离，最大程度减少布线的损坏。
4.本发明采用模块化设计，应用于机器人手臂关节，且各组成部分均具有可替换性，方便进行维修和改造。
附图说明
图1为本发明协作机器人模块化关节的结构剖面图；
图2为本发明协作机器人模块化关节的关节输出组件；
图3为本发明协作机器人模块化关节采用的减速器；
图4为本发明协作机器人模块化关节的电机；
图5为本发明协作机器人模块化关节的抱闸制动系统和电机编码器；
图6为本发明协作机器人模块化关节的关节右部各功能组件展开图。
其中1-关节输出组件、2-减速器，3-电机外壳、4-定子、5-中空转子、6-制动抱闸拨杆、7-抱闸制动块、8-电磁铁、9-电机编码器、10-驱动板、11-关节编码器、12-线缆支架。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
如图1-6所示，本发明的协作机器人模块化关节，包括依次连接的：关节输出组件1、减速器2，电机外壳3、定子4、中空转子5、制动抱闸拨杆6、抱闸制动块7、电磁铁8、电机编码器9、驱动板10、关节编码器11、线缆支架12。所述电机外壳3、定子4、中空转子5组成驱动电机，由中空转子5左端输出传给减速器2，经过减速器2减速输出带动关节输出组件1，以驱动机器人手臂。其中所述电机外壳3采用轻量化硬质铝合金材料制作，以减轻重量。采用轻量化铝合金材料实现大转矩高负载，多个功能结构集成于一个关节内，以更小的体积实现更完备的功能。
所述关节输出组件1输出驱动的同时，关节输出组件1的伸出杆经过中空转子5的伸出端，靠近驱动板10安装关节编码器11，以检测机器人手臂的初始位置；在所述中空转子5右端安装制动抱闸拨杆6，由电磁铁8提起，使抱闸制动块7弹起而限制制动抱闸拨杆6以制动。采用电机编码器9，安装在中空转子5右端，以检测电机转速；采用关节编码器11，安装在关节输出组件1伸出杆右端，以检测关节初始位置。采用电磁铁8的断电卸载，弹出抱闸制动块7，限制住制动抱闸拨杆6以实现制动，即断电制动。
在所述中空转子5右端面，靠近驱动板10安装电机编码器9，以检测转子转速；所述关节输出组件1穿过中空转子5，到达关节编码器11，采用中空贯通(如图2)，以传递输出初始位置检测和过线。
所述电机输出轴左端与减速器2的输入端连接，右端与制动抱闸组件和电机编码器9安装连接(如图3)；所述减速器2的输出端与关节输出组件1连接，所述减速器2的外壳安装在电机外壳3左端面。采用高减速比的减速器2把电机转速进行减速输出，保证在低速时能够输出较大且平稳的转矩。
所述关节输出组件1的法兰盘与机器人下一关节手臂连接，所述关节输出组件1的右端伸出杆穿过电机的中空转子5至右端，与关节编码器11连接；所述关节编码器11，靠近驱动板10右面，对关节初始位置检测(如图5)。
所述电机输出轴右端安装制动抱闸拨杆6和电机编码器9；所述制动抱闸拨杆6由电磁铁断电卸载，使抱闸制动块7自动弹起而限制制动抱闸拨杆6以制动；所述电机编码器9，靠近驱动板10的左面，检测电机转速。
所述驱动板10和电磁铁8安装在电机外壳3右端面，在驱动板10上安装线缆支架12，以固定走线。
所述关节输出组件1的右端伸出杆和关节编码器11采用中空，以使整个机器人手臂中心走线。实现中空走线，解决布线困难和缠绕问题，进而缩小机械臂的设计尺寸；中间孔采用薄壁桶，直接在关节输出组件的伸出杆内形成，使其有效、可靠的与快速圆周运动件分离，最大程度减少布线的损坏。采用新型模块化设计，应用于机器人手臂关节，且各组成部分均具有可替换性，方便进行维修和改造。

Claims (8)

1.协作机器人模块化关节，其特征在于，包括依次连接的：关节输出组件(1)、减速器(2)，电机外壳(3)、定子(4)、中空转子(5)、制动抱闸拨杆(6)、抱闸制动块(7)、电磁铁(8)、电机编码器(9)、驱动板(10)、关节编码器(11)、线缆支架(12)，所述电机外壳(3)、定子(4)、中空转子(5)组成驱动电机，由中空转子(5)输出给减速器(2)，经过减速器(2)减速输出带动关节输出组件(1)；所述关节输出组件(1)包括一伸出杆，所述中空转子(5)包括一伸出端，所述伸出杆经过所述伸出端；在所述中空转子(5)输出端安装制动抱闸拨杆(6)；电机编码器(9)安装在中空转子(5)输出端。
2.根据权利要求1所述的协作机器人模块化关节，其特征在于，所述电机外壳(3)采用轻量化硬质铝合金材料。
3.根据权利要求1所述的协作机器人模块化关节，其特征在于，靠近驱动板(10)安装关节编码器(11)，以检测机器人手臂的初始位置。
4.根据权利要求1所述的协作机器人模块化关节，其特征在于，所述制动抱闸拨杆(6)由电磁铁(8)提起，使抱闸制动块(7)弹起而限制制动抱闸拨杆(6)以制动。
5.根据权利要求1所述的协作机器人模块化关节，其特征在于，在中空转子(5)输出端端面，靠近驱动板(10)安装电机编码器(9)，以检测中空转子(5)转速。
6.根据权利要求1所述的协作机器人模块化关节，其特征在于，所述关节输出组件(1)的伸出杆穿过中空转子(5)，到达关节编码器(11)，所述关节编码器(11)靠近驱动板(10)安装，对关节初始位置检测，所述关节输出组件(1)的伸出杆和关节编码器(11)采用中空贯通，以传递输出和过线。
7.根据权利要求1所述的协作机器人模块化关节，其特征在于，所述驱动板(10)和电磁铁(8)安装在电机外壳输出端端面，在驱动板(10)上安装线缆支架(12)，以固定走线。
8.协作机器人，其特征在于，包括至少4个权利要求1-7任一所述的协作机器人模块化关节。
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