CN108908397A - 一种机器人关节臂及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种机器人关节臂及机器人，该机器人关节臂包括：供电电源和能量消耗模块；所述供电电源，用于向机器人的电机供电；所述能量消耗模块设置在所述机器人的本体中，用于吸收所述电机反馈的能量。当机器人向外做负功时，电机反馈的能量由能量消耗模块吸收消耗，避免了电容上电量累积过高。

Description

一种机器人关节臂及机器人

技术领域

本申请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

机器人关节臂中设置有电机，以驱动关节臂动作。在正常工作过程中，机器人关节臂中的电机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。这就导致了，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，电机时而对外做正功、时而对外做负功。

当电机对外做负功时，将机械能转换为电能。但是由于给机器人的供电电源通常为单向能量转换，电机上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。当电容上累积的能量足够多时，电压有可能升到电容和供电电源无法承受的程度，从而造成供电电源或是机器人的硬件损坏。

发明内容

为了解决现有技术问题，本申请实施例提供了一种机器人关节臂及机器人，能够释放电容上累加的多余能量，保证供电电源和机器人本体的正常工作。本申请实施例提供的一种机器人关节臂，包括至少一个电机和能量消耗模块；

所述电机连接供电电源；

所述能量消耗模块，用于消耗所述电机发电所产生的电能。

可选的，所述能量消耗模块，包括：控制子模块和回馈吸收子模块；

所述控制子模块串联在所述电机和所述回馈吸收子模块之间，用于根据所述供电电源的电压和所述电机的电压，控制所述电机和所述回馈吸收子模块之间回路的导通和关断；

所述回馈吸收子模块，用于消耗所述电机反馈的电能。

可选的，所述控制子模块，包括：开关和控制器；

所述开关串联在所述电机和所述回馈吸收子模块之间；

所述控制器，用于检测所述供电电源的电压和所述电机的电压；还用于根据所述供电电源的电压和所述电机的电压之间的电压差导通或关断所述开关。

可选的，所述控制子模块，包括：P沟道绝缘栅双极晶体管；

所述P沟道绝缘栅双极晶体管的发射极连接所述电机，所述P沟道绝缘栅双极晶体管的集电极连接所述回馈吸收子模块，所述P沟道绝缘栅双极晶体管的基极连接所述供电电源。

可选的，

所述回馈吸收子模块，包括：发热电阻；

或者，所述回馈吸收子模块，包括并联连接的发热电阻和电容。

可选的，所述机器人关节臂外套设有壳体，所述壳体内还设有刹车装置和减速器；所述减速器具有输入轴和输出轴，所述电机的转轴为所述减速器的输入轴；

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电机的转轴和/或所述减速器的输出轴；

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。

可选的，所述壳体包括：筒状部；

所述筒状部的一端设有后盖，另一端设有法兰；

所述减速器的输出轴穿过所述法兰并伸出所述壳体，所述减速器和所述转轴为一体式结构。

可选的，所述机器人关节臂，还包括：呈环形的压板；

所述压板的内缘安装于驱动轴，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；所述驱动轴为所述电机的转轴和/或所述减速器的输出轴；

所述刹车片位于所述集尘槽内。

可选的，所述壳体内还设有第一编码器模块；

所述第一编码器模块，包括配套使用的第一编码器板和第一编码器；

所述第一编码器为复用编码器；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。

可选的，所述壳体内还设有第二编码器模块；所述第二编码器模块，包括：配套使用的第二编码器板和第二编码器；

所述第二编码器安装于所述第二安装座；

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。

可选的，所述机器人关节臂，还包括：驱动板、第一接线排和第二接线排；

所述第一接线排的两端分别插接固定于所述第一编码器板和所述驱动板，以实现所述第一编码器板和所述驱动板的信号连接；

所述第二接线排的两端分别插接固定于所述第二编码器板和所述驱动板，以实现所述第二编码器板和所述驱动板的信号连接。

可选的，所述机器人关节臂外套设有壳体，所述机器人关节臂，还包括：所述驱动板和散热片；

所述驱动板设置有发热元件；

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。

可选的，所述机器人关节臂，还包括：减速器；

所述电机的外壳与转轴的连接处、所述减速器的外壳与所述电机的转轴的连接处均设置有挡油部件，以形成至少两道阻挡；

或者，所述电机的外壳与转轴的连接处、所述减速器的外壳与所述电机的转轴的连接处和所述刹车装置与所述电机的转轴的连接处均设置有挡油部件，以形成至少两道阻挡。

可选的，所述电机的外壳和所述减速器的外壳均设置有供所述电机的转轴穿过的安装孔；

所述挡油部件为支撑轴承，所述支撑轴承的内缘固定于所述电机的转轴，所述支撑轴承的外缘固定于所述安装孔的孔壁。

本申请实施例提供的一种机器人，包括如上述内容所提供的机器人关节臂中的任意一种。

与现有技术相比，本申请至少具有以下优点：

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。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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中记载的一些实施例，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得其它的附图。

图1为现有的一种机器人关节臂的结构示意图；

图2为现有的机器人关节臂中能量消耗的示意图；

图3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4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5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6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7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8a本申请具体实施例提供的刹车装置在通电工况下的结构示意图；

图8b本申请具体实施例提供的在断电工况下的结构示意图；

图9a为第一编码器的结构示意图；

图9b为图9a的左视图；

图9c为第二编码器板、第二安装座及法兰轴的连接结构图；

图9d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9e为后盖与散热片的连接结构图；

图10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11为本申请具体实施例提供的又一种机器人关节臂的结构示意图。

图中的部分附图标记说明如下：

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霍尔传感器、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硅胶散热片、83驱动板插座；

9接线排。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

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。

为了便于理解，下面首先介绍本申请实施例的具体应用场景。

机器人关节臂包括壳体1，壳体1中设有驱动装置，以驱使机器人关节臂进行动作，该驱动装置通常包括至少一个电机2和减速器4。举例而言，如图1所示，壳体1内设有电机2和减速器4，电机2的转轴21为减速器4的输入轴，减速器4还具有输出轴41，用于对外输出做功。

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2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及机器人，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。

基于上述思想，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。

参见图3，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4，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3，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M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200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5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6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。

参见图7，该图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。在本申请实施例一些可能的实现方式中，机器人关节臂外套设有壳体1，壳体1内还设有刹车装置3和减速器4。减速器4具有输入轴和输出轴41，电机2的转轴21为减速器4的输入轴。

其中，刹车装置3可以包括：刹车片31、电磁铁32、衔铁33和导向件35；图8a和图8b分别为刹车装置3在通电工况下和断电工况下的结构示意图。

电磁铁32和衔铁33之间设有弹性件34；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，本申请实施例所涉及刹车装置，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。

在一些可能的实现方式中，该机器人关节臂还可以包括呈环形的压板36，压板36的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。所述驱动轴为电机2的转轴21和/或减速器4的输出轴41。

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。

针对上述各实施方式所涉及的刹车装置，以下本实施例还将对该刹车装置在机器人关节臂内部的安装位置及安装结构进行描述。

刹车装置的安装位置及安装结构与驱动装置的具体结构有关，驱动装置可以仅包括电机2，此时，电机2的转轴21即为前述的驱动轴，刹车片31可以直接固定于转轴21，或者，通过压板36固定于转轴21；电磁铁32及衔铁33均可以套接于转轴21，且不随转轴21同步转动。

具体到本实施例，驱动装置还可以包括与电机2传动连接的减速器4，进而可通过该减速器4的输出轴41对外做功。基于此，除上述的将刹车装置安装于转轴21的方案外，也可以将该刹车装置安装于减速器4的输出轴41，即将刹车片31固定于输出轴41；或者，也可以在转轴21、输出轴41上均设置刹车装置，即设置两套刹车装置，以保证刹车效果。

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，并缩减刹车装置的径向尺寸。

继续参见图7，本申请实施例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内还设有至少一个编码器模块，用于检测转轴21、输出轴41的转速等相关参数信息，该至少一个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。

参见图9a-图9e，图9a为第一编码器的结构示意图，图9b为图9a的左视图，图9c为第二编码器板、第二安装座及法兰轴的连接结构图，图9d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9e为后盖与散热片的连接结构图。

如图9a和图9b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7所示，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9d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9c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7，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9e，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为本申请实施例的优选方案。

参见图10，该图为本申请具体实施例所提供的另一种机器人关节臂的结构示意图。

如图10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外壳与转轴21的连接处、电机2外壳与转轴21的连接处设置挡油部件211。在一些可能的情况中，还可以在减速器4外壳与转轴21的连接处、电机2外壳与转轴21的连接处以及刹车装置3外壳与转轴21的连接处均设置挡油部件211。

在具体的方案中，该挡油部件211可以为支撑轴承，即可以在减速器4外壳、电机2外壳以及刹车装置3外壳与转轴21的连接处设置支撑轴承，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，以阻挡减速器4漏油进入编码器模块以及驱动板8；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。

上述支撑轴承的数量至少应当为两个，以对减速器4的漏油形成至少两道阻挡。而具体到本实施例，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，以图10为视角，即减速器4外壳的左端和电机2外壳的右端可以共用一个支撑轴承，电机2外壳的左端和刹车装置3外壳的右端可以共用同一个支撑轴承，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，以缩减机器人关节臂的轴向尺寸。当然，该支撑轴承的数量也可以多于两个，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11，图11为本申请实施例所提供的又一种机器人关节臂的结构示意图。

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11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。

基于上述实施例提供的机器人关节臂，本申请实施例还提供了一种机器人，包括一个或多个关节臂，该关节臂为上述内容所提供的机器人关节臂中的任意一种。

由于上述内容所提供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。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制。虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (15)

1.一种机器人关节臂，其特征在于，包括至少一个电机和能量消耗模块；

所述电机连接供电电源；

所述能量消耗模块，用于消耗所述电机发电所产生的电能。

2.根据权利要求1所述的机器人关节臂，其特征在于，所述能量消耗模块，包括：控制子模块和回馈吸收子模块；

所述控制子模块串联在所述电机和所述回馈吸收子模块之间，用于根据所述供电电源的电压和所述电机的电压，控制所述电机和所述回馈吸收子模块之间回路的导通和关断；

所述回馈吸收子模块，用于消耗所述电机反馈的电能。

3.根据权利要求2所述的机器人关节臂，其特征在于，所述控制子模块，包括：开关和控制器；

所述开关串联在所述电机和所述回馈吸收子模块之间；

所述控制器，用于检测所述供电电源的电压和所述电机的电压；还用于根据所述供电电源的电压和所述电机的电压之间的电压差导通或关断所述开关。

4.根据权利要求2所述的机器人关节臂，其特征在于，所述控制子模块，包括：P沟道绝缘栅双极晶体管；

所述P沟道绝缘栅双极晶体管的发射极连接所述电机，所述P沟道绝缘栅双极晶体管的集电极连接所述回馈吸收子模块，所述P沟道绝缘栅双极晶体管的基极连接所述供电电源。

5.根据权利要求2所述的机器人关节臂，其特征在于，

所述回馈吸收子模块，包括：发热电阻；

或者，所述回馈吸收子模块，包括并联连接的发热电阻和电容。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的机器人关节臂，其特征在于，所述机器人关节臂外套设有壳体，所述壳体内还设有刹车装置和减速器；所述减速器具有输入轴和输出轴，所述电机的转轴为所述减速器的输入轴；

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电机的转轴和/或所述减速器的输出轴；

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。

7.根据权利要求6所述的机器人关节臂，其特征在于，所述壳体包括：筒状部；

所述筒状部的一端设有后盖，另一端设有法兰；

所述减速器的输出轴穿过所述法兰并伸出所述壳体，所述减速器和所述转轴为一体式结构。

8.根据权利要求6所述的机器人关节臂，其特征在于，所述机器人关节臂，还包括：呈环形的压板；

所述压板的内缘安装于驱动轴，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；所述驱动轴为所述电机的转轴和/或所述减速器的输出轴；

所述刹车片位于所述集尘槽内。

9.根据权利要求6所述的机器人关节臂，其特征在于，所述壳体内还设有第一编码器模块；

所述第一编码器模块，包括配套使用的第一编码器板和第一编码器；

所述第一编码器为复用编码器；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。

10.根据权利要求9所述机器人关节臂，其特征在于，所述壳体内还设有第二编码器模块；所述第二编码器模块，包括：配套使用的第二编码器板和第二编码器；

所述第二编码器安装于所述第二安装座；

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。

11.根据权利要求10所述的机器人关节臂，其特征在于，所述机器人关节臂，还包括：驱动板、第一接线排和第二接线排；

所述第一接线排的两端分别插接固定于所述第一编码器板和所述驱动板，以实现所述第一编码器板和所述驱动板的信号连接；

所述第二接线排的两端分别插接固定于所述第二编码器板和所述驱动板，以实现所述第二编码器板和所述驱动板的信号连接。

12.根据权利要求1-5所述的机器人关节臂，其特征在于，所述机器人关节臂外套设有壳体，所述机器人关节臂，还包括：所述驱动板和散热片；

所述驱动板设置有发热元件；

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。

13.根据权利要求6所述的机器人关节臂，其特征在于，所述机器人关节臂，还包括：减速器；

所述电机的外壳与转轴的连接处、所述减速器的外壳与所述电机的转轴的连接处均设置有挡油部件，以形成至少两道阻挡；

或者，所述电机的外壳与转轴的连接处、所述减速器的外壳与所述电机的转轴的连接处和所述刹车装置与所述电机的转轴的连接处均设置有挡油部件，以形成至少两道阻挡。

14.根据权利要求13所述的机器人关节臂，其特征在于，所述电机的外壳和所述减速器的外壳均设置有供所述电机的转轴穿过的安装孔；

所述挡油部件为支撑轴承，所述支撑轴承的内缘固定于所述电机的转轴，所述支撑轴承的外缘固定于所述安装孔的孔壁。

15.一种机器人，其特征在于，包括如权利要求1-14任意一项所述的机器人关节臂。