CN111037547A - 一种协作机器人传动结构及协作机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械臂技术领域，尤其涉及一种协作机器人传动结构及协作机器人。该传动结构，包括中空结构的底座、安装在底座上的谐波减速机、固定安装在谐波减速机输出端的转动壳体、以及安装在底座内的动力单元与电气单元。其中，动力单元包括直流电机、电机座以及制动器；直流电机包括定子和位于定子内部的转子；定子通过电机座与底座固定连接，转子与谐波减速机的输入端连接；并在谐波减速机的输入端配套安装制动器。电气单元包括与直流电机相匹配的驱动器；在制动器的底部安装驱动器，驱动器与直流电机电性连接。与现有技术相比，该传动结构具有结构简单、传动精度高、稳定性好；结构紧凑；且零部件数量和重量少等优点。

Description

一种协作机器人传动结构及协作机器人

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，尤其涉及一种协作机器人传动结构及协作机器人。

背景技术

在传统的工业机器人逐渐取代单调、重复性高、危险性强的工作之时，协作机器人也将会慢慢渗入各个工业领域，与人共同工作。

而现有协作机器人的传动结构采用独立设置的谐波减速机、电机以及壳体连接结构，导致机器人体积较大，自重比高，机器人运行速度和精度下降。

发明内容

本发明的一个目的针对现有协作机器人体积大、精度差等问题，提供了一种协作机器人传动结构。

本发明采用如下技术方案：

一种协作机器人传动结构，包括中空结构的底座、安装在底座上的谐波减速机、固定安装在谐波减速机输出端的转动壳体、以及安装在底座内的动力单元与电气单元。

其中，动力单元包括直流电机、电机座以及制动器；直流电机包括定子和位于定子内部的转子；定子通过电机座与底座固定连接，转子与谐波减速机的输入端连接；并在谐波减速机的输入端配套安装制动器。

电气单元包括与直流电机相匹配的驱动器；在制动器的底部安装驱动器，驱动器与直流电机电性连接。

进一步的，谐波减速机输出端固定安装有环形连接架，环形连接架上固定安装有转动壳体。

进一步的，环形连接架为中空的阶梯型圆柱，且环形连接架一端设有向内凸台，环形连接架另一端设有向外凸台；向内凸台固定安装在谐波减速机输出端；向外凸台固定安装在转动壳体上。

进一步的，转子通过旋转套筒与谐波减速机的输入端旋转连接。

进一步的，电机座的底部固定安装电机盖，电机盖内设有用于放置电缆的空腔结构。

进一步的，电机盖的顶部开设若干走线孔。

进一步的，制动器包括制动器本体和制动盖板；制动盖板固定安装在电机盖的底部，制动盖板的上方安装有制动器本体，并将制动器本体与谐波减速机的输入端相对设置。

进一步的，底座以及转动壳体的材质均采用铝合金。

进一步的，传动结构的谐波减速机内设置有谐波减速机线缆走线腔，制动器内设置有制动器线缆走线腔，谐波减速机线缆走线腔与制动器线缆走线腔之间相互连通。

本发明提供的协作机器人传动结构获得的有益效果：

1)工作时，由驱动器驱动直流电机的转子转动，通过转子将力矩传递到谐波减速机的波发生器上，再通过由波发生器、刚轮、柔轮组成的谐波减速器的减速将力矩从波发生器传递到柔轮上，并由柔轮把力矩传递给转动壳体，从而实现了整个关节的力矩传递。本发明协作机器人的传动结构中直流电机作为动力源，经谐波减速机减速，并配合制动器，实现对传动结构的传动，不仅整体结构简单、传动精度高且稳定性好。同时，本发明协作机器人的传动结构，是将谐波减速机、直流电机、驱动器以及制动器整合于一起的模组化机器人传动结构，充分利用了底座内部空间，使得整体结构更加紧凑。整个传动结构的高度仅有160mm左右，该传动结构的最大直径也不超过130mm，整体体积小。此外，将模块化的设计思想应用到机器人传动结构设计中，使该传动结构由一些可供选择的系列化的标准化模块拼装而成的，方便对某一模块单独进行设计、制造、调试、修改和存储等，节约时间和生产成本；同时互换性与通用性大大提升；也大大缩短了研制和生产周期。并独创的将直流电机的电机座与转动壳体以及谐波减速机连接在一起，最大限度的减少了零部件数量和重量。

2)通过旋转套筒实现转子与谐波减速机的输入端的旋转连接，避免转子与谐波减速机中的波发生器间直接摩擦，延长零部件的使用寿命。

3)底座以及转动壳体的材质均采用铝合金，以便实现该传动结构的轻量化设计，使该传动结构所搭建的模块化机器人具有较高的负载/自重比。

4)通过线缆走线腔进行走线，避免了线缆外漏，进一步提高了整机的稳定性与可靠性。

本发明的另一个目的在于提供一种协作机器人，其包括机器人本体，机器人本体包括传动结构，传动结构为上述的协作机器人传动结构。

附图说明

为了更清楚的说明本发明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的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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附图。

图1为本发明实施例的一种协作机器人传动结构的结构示意图；

图2为图1中A-A方向剖视结构；

其中：底座1；谐波减速机2、输出端201、输入端202、波发生器203、刚轮204、柔轮205；转动壳体3；动力单元4、直流电机401、电机座402、制动器403、制动器本体403-a、制动盖板403-b、电机盖404；电气单元5、驱动器501、驱动器支撑板502；环形连接架6、向内凸台601、向外凸台602。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

下面结合附图1至附图2与具体实施例详细论述本发明：

本发明的一个目的在于提供一种协作机器人传动结构，该传动结构主要由中空结构的底座1、安装在底座1上的谐波减速机2、固定安装在谐波减速机2输出端201的转动壳体3、以及安装在底座1内的动力单元4与电气单元5等组成。其中，底座1以及转动壳体3可采用不锈钢、铝合金、钛合金铸铁、钣金等多种材质；优选的，底座1以及转动壳体3的材质均采用铝合金，以便实现该传动结构的轻量化设计，使该传动结构所搭建的模块化机器人具有较高的负载/自重比。

如图2所示：底座1的上方固定安装有电机座402，电机座402的上方安装有谐波减速机2。谐波减速器2主要由波发生器203、刚轮204和柔轮205等组成。谐波减速机2的输入端202即波发生器203的底端，由波发生器203作为动力输入；谐波减速机2的输出端201即柔轮205的顶端，由柔轮205作为动力输出。谐波减速器2的刚轮204固定安装在电机座402的上方，刚轮204内配套安装有柔轮205与波发生器203，波发生器203的底部套装在直流电机401的转子内，由转子的转动带动波发生器203的旋转，带动柔轮205的转动，而柔轮205上方固定安装有转动壳体3，实现转动壳体3的转动。

其中，柔轮205上方固定安装有转动壳体3的实现方式可以是多种，可以在谐波减速机2的输出端201直接通过螺栓、螺丝等固定安装转动壳体3；还可以在谐波减速机2的输出端201固定安装有环形连接架6，环形连接架6上固定安装有转动壳体3，利用环形连接架6实现柔轮205与转动壳体3的固定连接。具体的，环形连接架6为中空的阶梯型圆柱，且环形连接架6一端设有向内凸台601，环形连接架6另一端设有向外凸台602。向内凸台601通过螺栓、螺钉等与谐波减速机2输出端201固定连接；而向外凸台602通过螺栓、螺钉等又与转动壳体3固定连接。采用环形连接架6实现柔轮205与转动壳体3的固定连接，使得单个零件的结构更加简单，方便生产加工，降低生产成本；同时，通过环形连接架6的过渡连接，增加系统的稳定性与可靠性。

动力单元4主要由直流电机401、电机座402以及制动器403等组成。直流电机401主要由定子和位于定子内部的转子组成。定子通过电机座402与底座1固定连接，转子与谐波减速机2的输入端202连接；并在谐波减速机2的输入端202配套安装制动器403。具体的，转子内安装有旋转套筒，将谐波减速机2的输入端202套装在旋转套筒内，通过旋转套筒实现转子与谐波减速机2的输入端202的旋转连接，避免转子与谐波减速机2中的波发生器203间直接摩擦，延长零部件的使用寿命。电机座402的底部固定安装电机盖404，电机盖404内设置空腔，用于放置内部线缆，并在电机盖404的顶部开设若干走线孔，通过走线孔实现直流电机401与驱动器501的电性连接。电机盖404内安装有制动器403，制动器403主要由制动器本体403-a和制动盖板403-b等组成，制动盖板403-b固定安装在电机盖404的底部，制动盖板403-b的上方安装有制动器本体403-a，并将制动器本体403-a与谐波减速机2的输入端202相对设置，通过控制制动器本体403-a的动作，实现波发生器203的制动。

电气单元5主要由与直流电机相匹配的驱动器501以及驱动器支撑板502等组成。在制动器403的制动盖板403-b下方安装有驱动器支撑板502，驱动器支撑板502的下表面又固定安装有驱动器501，驱动器501与直流电机401配套设置，用于控制直流电机401的开启与关闭。

工作时，由驱动器501驱动直流电机401的转子转动，通过转子将力矩传递到谐波减速机2的波发生器上，再通过由波发生器203、刚轮204、柔轮205组成的谐波减速器2的减速将力矩从波发生器203传递到柔轮205上，并由柔轮205把力矩传递给转动壳体3，从而实现了整个关节的力矩传递。

本发明协作机器人的传动结构，直流直流电机401作为动力源，经谐波减速机2减速，并配合制动器403，实现对传动结构的传动，不仅整体结构简单、传动精度高且稳定性好。同时，本发明协作机器人的传动结构，是将谐波减速机、直流电机、驱动器以及制动器整合于一起的模组化机器人传动结构，充分利用了底座内部空间，使得整体结构更加紧凑。整个传动结构的高度仅有160mm左右，该传动结构的最大直径也不超过130mm，整体体积小。此外，将模块化的设计思想应用到机器人传动结构设计中，使该传动结构由一些可供选择的系列化的标准化模块拼装而成的，方便对某一模块单独进行设计、制造、调试、修改和存储等，节约时间和生产成本；同时互换性与通用性大大提升；也大大缩短了研制和生产周期。并独创的将直流电机的电机座与转动壳体以及谐波减速机连接在一起，最大限度的减少了零部件数量和重量。

进一步的，该传动结构的谐波减速机2、制动器403内分别设置有相应的线缆走线腔，各个线缆走线腔之间相互连通。具体的，谐波减速机2内设有相应的减速机线缆走线腔，用于内部线缆走线；制动器403内也设有相应的制动器线缆走线腔；通过减速机线缆走线腔与制动器线缆走线腔进行走线，避免了线缆外漏，进一步提高了整机的稳定性与可靠性。

本发明的另一个目的在于提供一种协作机器人，其包括机器人本体，机器人本体包括传动结构，传动结构为上述的协作机器人传动结构。该协作机器人具有上述传动结构的全部优点，传动精度高且传动安全可靠。

本发明的协作机器人还可用于工业机器人或其它场合。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种协作机器人传动结构，其特征在于：包括中空结构的底座、安装在所述底座上的谐波减速机、固定安装在谐波减速机输出端的转动壳体、以及安装在所述底座内的动力单元与电气单元；

其中，所述动力单元包括直流电机、电机座以及制动器；所述直流电机包括定子和位于定子内部的转子；所述定子通过所述电机座与所述底座固定连接，所述转子与所述谐波减速机的输入端连接；并在所述谐波减速机的输入端配套安装所述制动器；

所述电气单元包括与直流电机相匹配的驱动器；在所述制动器的底部安装所述驱动器，所述驱动器与所述直流电机电性连接。

2.根据权利要求1所述的协作机器人传动结构，其特征在于：所述谐波减速机输出端固定安装有环形连接架，所述环形连接架上固定安装有所述转动壳体。

3.根据权利要求2所述的协作机器人传动结构，其特征在于：所述环形连接架为中空的阶梯型圆柱，且所述环形连接架一端设有向内凸台，所述环形连接架另一端设有向外凸台；所述向内凸台固定安装在所述谐波减速机输出端；所述向外凸台固定安装在所述转动壳体上。

4.根据权利要求1所述的协作机器人传动结构，其特征在于：所述转子通过旋转套筒与所述谐波减速机的输入端旋转连接。

5.根据权利要求1所述的协作机器人传动结构，其特征在于：所述电机座的底部固定安装电机盖，电机盖内设有用于放置电缆的空腔结构。

6.根据权利要求5所述的协作机器人传动结构，其特征在于：所述电机盖的顶部开设若干走线孔。

7.根据权利要求6所述的协作机器人传动结构，其特征在于：所述制动器包括制动器本体和制动盖板；所述制动盖板固定安装在所述电机盖的底部，所述制动盖板的上方安装有制动器本体，且所述制动器本体与所述谐波减速机的输入端相对设置。

8.根据权利要求1所述的协作机器人传动结构，其特征在于：所述底座以及所述转动壳体的材质均采用铝合金。

9.根据权利要求1所述的协作机器人传动结构，其特征在于：所述传动结构的所述谐波减速机内设置有谐波减速机线缆走线腔，所述制动器内设置有制动器线缆走线腔，所述谐波减速机线缆走线腔与所述制动器线缆走线腔之间相互连通。

10.一种协作机器人，其包括机器人本体，所述机器人本体包括传动结构，其特征在于：所述传动结构为权利要求1至9任一项所述的协作机器人传动结构。

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