CN111347446A - 一种中空型协作机器人机械臂关节 - Google Patents

一种中空型协作机器人机械臂关节 Download PDF

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申鹏林
王鸿森
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Abstract

本发明公开了一种中空型协作机器人机械臂关节,属于协作机器人技术领域。本发明的机械臂关节包括壳体、电机、谐波减速机、力矩传感器组件、制动器、后端盖,电机安装在壳体内部,谐波减速机设置在壳体的一个端部,力矩传感器组件作为谐波减速机的端盖连接在谐波减速机的输出轴的一端,谐波减速机的输出轴的另一端贯穿壳体设置且与绝对式编码器法兰相连,电机包括电机转子、转子轴和电机定子,电机定子安装在壳体内部,电机转子固定在转子轴上在电机定子内转动,转子轴固定于谐波减速机的输入轴上;壳体的另一个端部设有后端盖,后端盖上固定有磁粉式制动器。本发明的磁粉式制动器和谐波减速机通过螺栓模块化连接,是可以随时拆卸或连接的。

Description

一种中空型协作机器人机械臂关节
技术领域
本发明涉及协作机器人技术领域,更具体的说是涉及一种中空型协作机器人机械臂关节。
背景技术
协作机器人的机械臂关节是协作机器人运动、控制的核心部件,其设计会决定协作机器人动力学等相关性能的优劣。
协作机器人机械臂关节包括电机、制动器、减速机、伺服驱动器和编码器5个部分。其中,电机为整个协作机器人机械臂关机提供转动动力,然后通过伺服驱动器和编码器的配合,将转动动力通过减速机最后传输到执行元件,带动执行元件转动。传统的工业机器人是将这几部分分开,然后装于关节壳体内,最后通过末端执行元件转动。
一般工业机器人机械臂关节是作为一个整体。使用中不会对其进行自定义拆解,这就造成了用户对于关节的维修技能要求高,维修也会困难。
因此,对于现存在的问题,设计出一款实用,简洁的协作机器人机械臂关节是很有必要的。
且大部分的关节模组因为结构限制,都不能加力矩传感器,而实际中,力矩传感器对于机械臂关节中的实际力测量,有不可或缺的地位。因此怎样在机械臂关节中加入力传感器,是一个亟待解决的技术难题。
发明内容
为本发明的目的在于提供一种中空型协作机器人机械臂关节,以解决上述技术问题。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种中空型协作机器人机械臂关节,包括壳体、电机、谐波减速机、力矩传感器组件、制动器、后端盖,所述电机安装在壳体内部,谐波减速机设置在壳体的一个端部,力矩传感器组件作为谐波减速机的端盖连接在谐波减速机的输出轴的一端,谐波减速机的输出轴的另一端贯穿壳体设置且与绝对式编码器法兰相连,所述电机包括电机转子、转子轴和电机定子,电机定子安装在壳体内部,电机转子固定在转子轴上在电机定子内转动,所述转子轴固定于谐波减速机的输入轴上;壳体的另一个端部设有后端盖,后端盖上固定有磁粉式制动器。
进一步的,所述中空型协作机器人机械臂关节还包括伺服驱动器上板、伺服驱动器下板、电容式绝对编码器静编码盘、电容式绝对式编码器动编码盘、电容式增量式编码器静编码盘和电容式增量式编码器动编码盘,所述电容式增量式编码器动编码盘安装于磁粉式制动器的中部,电容式绝对编码器静编码盘和电容式增量式编码器静编码盘通过铜螺柱固定于磁粉式制动器上,伺服驱动器上板、伺服驱动器下板通过铜螺柱固定于电容式绝对编码器静编码盘上;电容式绝对式编码器动编码盘固定于绝对式编码器法兰上。
进一步的,所述磁粉式制动器的中部开设有贯穿的外花键,所述外花键内啮合有内花键,所述内花键固定在转子轴的端部,所述电容式增量式编码器动编码盘安装于内花键上。
进一步的,所述力矩传感器组件包括力矩传感器本体和力矩传感器安装盘,所述力矩传感器安装盘的横截面呈U字型,力矩传感器本体有四个,力矩传感器本体等间距的内嵌在力矩传感器安装盘的外侧面,力矩传感器安装盘的内侧面和谐波减速机的输出轴连接。
进一步的,所述力矩传感器组件和谐波减速机之间安装有十字交叉滚子轴承,十字交叉滚子轴承安装于壳体上,且通过轴承外挡圈和轴承内挡圈压紧。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是:
1、本发明结构新颖,实用性强;磁粉式制动器和谐波减速机通过螺栓模块化连接,是可以随时拆卸或连接的。且电机转子固定于转子轴,但转子轴和磁粉式制动器是通过内花键和外花键连接,是可拆卸连接的。
2、转子轴上安装磁粉式制动器内花键,磁粉式制动器上设有贯穿的外花键。通过内外花键的配合,制动器发生作用。
3、本发明的电机、谐波减速机、磁粉式制动器、编码器、伺服驱动器都为中空结构。便于内部动力线、信号线走线用。线束固定于中空结构内。
4、本发明的力矩传感器组件替代谐波减速机端盖。即起到连接协作机器人两个轴的作用,又起到实际力测量的作用。
5、本发明的协作机器人的两个臂通过机械臂关节连接。其中都采用外六角螺钉形式进行连接。拆卸时,只需要拧松外六角螺钉,即可将机械臂取消。降低安装、拆卸和维护成本。
附图说明
图1是本发明的一种中空型协作机器人机械臂关节的结构示意图;
图2是本发明的一种中空型协作机器人机械臂关节的零件图;
图3是本发明的一种中空型协作机器人机械臂关节的力矩传感器组件的示意图;
图4是本发明的一种中空型协作机器人机械臂关节的示意图。
图中标记:1-力矩传感器组件,2-外六角螺钉,3-轴承外挡圈,4-壳体,5-谐波减速机,6-后端盖,7-电机定子,8-电机转子,9-转子轴,10-内六角螺钉,11-磁粉式制动器,12-内花键,13-电容式增量式编码器动编码盘,14-绝对式编码器法兰,15-电容式增量式编码器静编码盘,16-电容式绝对式编码器动编码盘,17-电容式绝对编码器静编码盘,18-伺服驱动器下板,19-伺服驱动器上板,20-十字交叉滚子轴承,21-谐波减速机的输出轴,22-谐波减速机的输入轴,23-轴承内挡圈,24-力矩传感器安装盘,25-力矩传感器本体。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例,都属于本发明的保护范围。
实施例1:
如图1和2所示,一种中空型协作机器人机械臂关节,包括壳体4、电机、谐波减速机5、力矩传感器组件1、制动器、后端盖6,所述电机安装在壳体4内部,谐波减速机5通过内六角螺钉10设置在壳体4的一个端部,力矩传感器组件1作为谐波减速机5的端盖连接在谐波减速机的输出轴21的一端,谐波减速机的输出轴21的另一端贯穿壳体4设置且与绝对式编码器法兰14相连,所述电机包括电机转子8、转子轴9和电机定子7,电机定子7安装在壳体4内部,电机转子8固定在转子轴9上在电机定子7内转动,所述转子轴9固定于谐波减速机的输入轴22上;壳体4的另一个端部设有后端盖6,后端盖6上固定有磁粉式制动器11。
本发明的力矩传感器组件1替代谐波减速机5端盖。即起到连接协作机器人两个轴的作用,又起到实际力测量的作用。本发明的电机、谐波减速机5、磁粉式制动器11、编码器、伺服驱动器都为中空结构。便于内部动力线、信号线走线用。线束固定于中空结构内。
本发明的协作机器人的两个臂通过机械臂关节连接。其中都采用外六角螺钉2形式进行连接。拆卸时,只需要拧松外六角螺钉2,即可将机械臂取消。降低安装、拆卸和维护成本。
外六角螺钉2均布于壳体4和力矩传感器组件1上。磁粉式制动器11打开的时候,转子轴9可以根据电机的转动而转动。当磁粉式制动器11制动,机械臂关节产生制动,防止关节转动。
在本实施例中,所述磁粉式制动器11的中部开设有贯穿的外花键,所述外花键内啮合有内花键12,所述内花键12固定在转子轴9的端部,所述电容式增量式编码器动编码盘13安装于内花键12上。磁粉式制动器11和谐波减速机5通过螺栓模块化连接,是可以随时拆卸或连接的。且电机转子8固定于转子轴9,但转子轴9和磁粉式制动器11是通过内花键12和外花键连接,是可拆卸连接的。当所述磁粉式制动器11失电时,所述制动轮毂在弹性力作用下移动至与所述制动轴周向固定连接;所述制动器得电,所述制动轮毂克服弹性力移动至与所述制动轴分离。
如图4所示,在本实施例中,所述中空型协作机器人机械臂关节还包括伺服驱动器上板19、伺服驱动器下板18、电容式绝对编码器静编码盘17、电容式绝对式编码器动编码盘16、电容式增量式编码器静编码盘15和电容式增量式编码器动编码盘13,所述电容式增量式编码器动编码盘13安装于磁粉式制动器11中部的内花键12上,电容式绝对编码器静编码盘17和电容式增量式编码器静编码盘15通过铜螺柱固定于磁粉式制动器11上,伺服驱动器上板19、伺服驱动器下板18通过铜螺柱固定于电容式绝对编码器静编码盘17上;电容式绝对式编码器动编码盘16固定于绝对式编码器法兰14上。
本发明采用双编码器形式,其中安装于电机端的属于电容式增量编码器,安装于谐波减速机5输出端的属于电容式绝对式编码器。采用双编码器,能提升机械臂关节控制的精度,提高运行稳定性。且此电容式编码器相对于光电式编码器,更耐粉尘环境,在安装要求上。也比光电式编码器更加方便,快捷。
如图3所示,在本实施例中,所述力矩传感器组件1包括力矩传感器本体25和力矩传感器安装盘24,所述力矩传感器安装盘24的横截面呈U字型,力矩传感器本体25有四个,力矩传感器本体25等间距的内嵌在力矩传感器安装盘24的外侧面,力矩传感器安装盘24的内侧面和谐波减速机的输出轴21连接。即起到连接协作机器人两个轴的作用,又起到实际力测量的作用。
在本实施例中,所述力矩传感器组件1和谐波减速机5之间安装有十字交叉滚子轴承20,十字交叉滚子轴承20安装于壳体4上,且通过轴承外挡圈3和轴承内挡圈23压紧。本发明中,加入十字交叉滚子轴承20和力矩传感器配合在一起,这样使得力矩传感器在运转中,增加其平稳性,另力矩传感器在测量能保证数据更精确。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种中空型协作机器人机械臂关节,其特征在于,包括壳体(4)、电机、谐波减速机(5)、力矩传感器组件(1)、制动器、后端盖(6),所述电机安装在壳体(4)内部,谐波减速机(5)设置在壳体(4)的一个端部,力矩传感器组件(1)作为谐波减速机(5)的端盖连接在谐波减速机的输出轴(21)的一端,谐波减速机的输出轴(21)的另一端贯穿壳体(4)设置且与绝对式编码器法兰(14)相连,所述电机包括电机转子(8)、转子轴(9)和电机定子(7),电机定子(7)安装在壳体(4)内部,电机转子(8)固定在转子轴(9)上在电机定子(7)内转动,所述转子轴(9)固定于谐波减速机的输入轴(22)上;壳体(4)的另一个端部设有后端盖(6),后端盖(6)上固定有磁粉式制动器(11)。
2.根据权利要求1所述的一种中空型协作机器人机械臂关节,其特征在于,所述中空型协作机器人机械臂关节还包括伺服驱动器上板(19)、伺服驱动器下板(18)、电容式绝对编码器静编码盘(17)、电容式绝对式编码器动编码盘(16)、电容式增量式编码器静编码盘(15)和电容式增量式编码器动编码盘(13),所述电容式增量式编码器动编码盘(13)安装于磁粉式制动器(11)的中部,电容式绝对编码器静编码盘(17)和电容式增量式编码器静编码盘(15)通过铜螺柱固定于磁粉式制动器(11)上,伺服驱动器上板(19)、伺服驱动器下板(18)通过铜螺柱固定于电容式绝对编码器静编码盘(17)上;电容式绝对式编码器动编码盘(16)固定于绝对式编码器法兰(14)上。
3.根据权利要求2所述的一种中空型协作机器人机械臂关节,其特征在于,所述磁粉式制动器(11)的中部开设有贯穿的外花键,所述外花键内啮合有内花键(12),所述内花键(12)固定在转子轴(9)的端部,所述电容式增量式编码器动编码盘(13)安装于内花键(12)上。
4.根据权利要求1所述的一种中空型协作机器人机械臂关节,其特征在于,所述力矩传感器组件(1)包括力矩传感器本体(25)和力矩传感器安装盘(24),所述力矩传感器安装盘(24)的横截面呈U字型,力矩传感器本体(25)有四个,力矩传感器本体(25)等间距的内嵌在力矩传感器安装盘(24)的外侧面,力矩传感器安装盘(24)的内侧面和谐波减速机的输出轴(21)连接。
5.根据权利要求1所述的一种中空型协作机器人机械臂关节,其特征在于,所述力矩传感器组件(1)和谐波减速机(5)之间安装有十字交叉滚子轴承(20),十字交叉滚子轴承(20)安装于壳体(4)上,且通过轴承外挡圈(3)和轴承内挡圈(23)压紧。
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