CN113500625A - 一种机器人关节、协作机器人、减速器组件及制动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人关节、协作机器人、减速器组件及制动器，所述机器人关节，包括关节外壳、动力装置和制动器，所述制动器包括制动盘、摩擦片和限位件，所述动力装置包括固定部件和可运动部件，所述限位件和所述固定部件的相对位置固定，所述摩擦片和制动盘分布于限位件和所述固定部件之间，所述摩擦片能够被制动盘和限位件夹紧，制动盘能够产生弹力或吸附力，制动盘能够沿电机轴运动以远离固定部件或靠近固定部件，从而夹紧摩擦片以实现制动或释放摩擦片以解除制动。本发明具体实施例的机器人关节将动力装置的固定部件和制动器的衔铁功能融合，关节轴向所需空间被极大程度压缩，同时散热和防制动器掉粉性能较好。

Description

一种机器人关节、协作机器人、减速器组件及制动器

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种将制动器和减速器部分结构融合的机器人关节和协作机器人，以及对应的减速器组件和制动器设计。

背景技术

对于工业机器人等使用关节的机器人而言，机器人的关节是主要部件，关节内部存在众多元器件，内部空间有限，要容纳较多的元器件，不可避免的使得机器人关节通常体积较大。对于一些机器人而言，例如对于协作机器人来说，要求体积较小、结构较为紧凑，同时对自重等要求也较高，方能提升其性能及使用便利性，为尽量减小机器人关节的设计同时保证关节内各元器件的使用，元器件的结构设计和布置方式对于减小机器人关节体积具有重要作用。

制动器运动时往往伴随着热量和粉尘的产生，机器人关节温度过高将会影响正常运行，同时，关节内部结构复杂，一些元器件，例如光编码器，对粉尘极为敏感，不做好防尘措施也会影响机器人的正常运行，如何在保证制动器体积小、占据空间小的基础上尽可能的保证其散热和防掉粉效果，是需要重点关注的问题。传统的机器人制动器通过防护罩的方式导热和防止粉尘传播，防护罩的方式散热接触面积较小且导热路程较长，使得导热效率较低，同时，设置防护罩虽然一定程度上可以防止粉尘传播，但同时也增加了机器人关节的体积，不适合机器人关节空间非常有限的场景。

因此，有必要设计一种结构紧凑、散热及防掉粉性能好的机器人关节、协作机器人、减速器组件以及制动器。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种动力装置和制动器结构部分融合的机器人关节、协作机器人、减速器组件以及制动器，以解决现有技术中机器人关节难以兼顾结构紧凑和散热效果、防尘效果的问题。

本发明可采用如下技术方案：一种机器人关节，包括关节外壳、动力装置和制动器，所述制动器包括制动盘、摩擦片和限位件，所述动力装置包括固定部件和可运动部件，所述限位件和所述固定部件的相对位置固定，所述摩擦片和制动盘分布于限位件和所述固定部件之间，所述摩擦片能够被制动盘和限位件夹紧，制动盘能够产生弹力或吸附力，制动盘能够沿电机轴运动以远离固定部件或靠近固定部件，从而夹紧摩擦片以实现制动或释放摩擦片以解除制动。

进一步的，所述摩擦片和限位件分布于所述制动盘周向内侧，所述制动盘包括阶梯状环面结构以分别支承所述摩擦片和限位件。

进一步的，所述动力装置包括减速器组件和驱动电机，所述驱动电机的电机轴连接于所述减速器组件的输入端，所述减速器组件包括减速器主体和覆盖所述减速器主体的柔轮盖，所述动力装置的固定部件形成为所述减速器组件的柔轮盖。

进一步的，所述制动盘减速器组件包括密封轴承，所述密封轴承和所述柔轮盖形成密封结构以阻挡制动器产生的粉尘向减速器方向移动。

进一步的，所述制动器设置于所述减速器组件和所述驱动电机之间，所述关节包括套设于所述电机轴的衬套，所述衬套包括沿电机轴方向的第一部分和沿第一部分端部周向延伸的第二部分，所述限位件和所述第二部分的其中之一包括凹槽，其中另一包括与所述凹槽配合的凸起以形成曲形密封结构。

进一步的，所述制动器设置于所述减速器组件和所述驱动电机之间，所述机器人关节包括传感器组件，所述制动器和传感器组件设置于驱动电机的不同侧。

进一步的，所述制动盘能够紧密接触所述柔轮盖，所述柔轮盖周向直接接触关节外壳或通过导热材料接触关节外壳。

本发明还可采用如下技术方案：一种协作机器人，包括底座支架和机械臂，所述机械臂包括若干关节和多个机械臂部分，所述关节用于连接相邻的机械臂部分，所述关节为前文任一项所述的机器人关节。

本发明还可采用如下技术方案：一种减速器组件，包括减速器主体和柔轮盖，所述柔轮盖覆盖所述减速器主体，所述柔轮盖能够用作制动器的衔铁。

进一步的，所述柔轮盖用于和制动器配合使用，制动器包括制动盘，制动盘能够产生吸附力或弹性力而靠近或远离所述柔轮盖，从而实现制动或解除制动。

进一步的，所述减速器组件包括密封轴承，所述密封轴承和柔轮盖形成密封结构。

本发明还可采用如下技术方案：一种制动器，包括衔铁、制动盘、摩擦片和限位件，所述衔铁和限位件的相对位置固定，所述衔铁可被固定安装至其他部件，所述制动盘和摩擦片位于所述衔铁和限位件之间，所述摩擦片两侧分别为制动盘和限位件，制动盘能够产生弹力或吸附力，制动盘能够向远离衔铁方向运动或向靠近衔铁方向运动，从而夹紧摩擦片以实现制动或释放摩擦片以解除制动。

进一步的，所述衔铁可被固定至减速器主体，所述衔铁可用作减速器的柔轮盖。

进一步的，所述摩擦片和所述限位件位于所述制动盘周向内侧，所述制动盘包括阶梯状环面结构以分别支承摩擦片和限位件。

与现有技术相比，本发明具体实施方式的有益效果在于：将动力装置和制动器部分结构进行融合，并适当的改变制动器结构设计，从而将制动器的轴向距离大幅减小，关节结构紧凑,制动器的轴向所需空间被最大化的压缩。同时，通过制动器的结构设计，将制动盘与柔轮盖紧密贴合以利于散热，同时，对制动器两侧均有密封措施，以保证机器人关节的防掉粉干扰性能。

附图说明

以上所述的本发明的目的、技术方案以及有益效果可以通过下面附图实现：

图1是本发明一个实施例的机器人关节的示意图

图2是图1所示机器人关节的剖面图

图3是本发明一个实施例的减速器组件的示意图

图4是本发明一个实施例的制动器的示意图

图5是图4所示制动器的剖面图

图6是本发明一个实施例的协作机器人的示意图

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的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，都属于本发明保护的范围。

本发明保护一种机器人关节，包括关节外壳、动力装置和制动器，动力装置包括固定部件和可运动部件，制动器和动力装置的固定部件可部分结合，在一个具体的实施例中，动力装置包括减速器组件和驱动电机，动力装置的固定部件形成为减速器组件的柔轮盖。参图1-图2，机器人关节10包括关节外壳11、减速器组件12、驱动电机13和制动器14，驱动电机13包括电机轴131，减速器组件12包括输入端和输出端，输入端为高速端，输出端为低速端，电机轴131连接于所述减速器组件12的输入端，参图3，减速器组件12包括减速器主体121和覆盖所述减速器主体121的柔轮盖122。其中，参图4-5，制动器14包括制动盘141、摩擦片142和限位件144，所述限位件144和所述柔轮盖122的相对位置固定，即所述柔轮盖122和所述限位件144之间形成一个空间，所述制动盘141和摩擦片142分布于所述限位件144和柔轮盖122之间，具体的，摩擦片142和制动盘141、限位件144之间存在间隙，当所述间隙消除时摩擦片142能够被制动盘141和限位件144夹紧，制动盘141能够根据通断电状态产生弹力或吸附力，制动盘141能够沿电机轴131运动以远离柔轮盖122或靠近柔轮盖122，从而夹紧摩擦片142以实现制动或释放摩擦片142以解除制动。在本发明的一个实施例中，制动盘141向远离柔轮盖122方向运动以夹紧摩擦片142，或向靠近柔轮盖122方向运动以释放摩擦片142，从而实现制动或解除制动。或者，通过调整制动器14的结构设计，也可以使得制动盘141向远离柔轮盖122方向运动时释放摩擦片142，制动盘141向靠近柔轮盖122方向运动时夹紧摩擦片142。优选的，制动盘141向远离柔轮盖122方向运动时能够夹紧摩擦片142，即摩擦片142被制动盘141和限位件144夹紧，制动盘141相对靠近柔轮盖122设置，限位件144相对靠近驱动电机设置。具体的，在优选的实施例中，制动盘141可以沿电机轴131移动，限位件144和柔轮盖122的位置固定，柔轮盖122固定于减速器主体121外部，柔轮盖122为金属材质，制动盘141包括弹性元件和电磁线圈，当制动盘141得电时，制动盘141产生吸附力，能够吸附柔轮盖122，柔轮盖122的位置固定，制动盘141能够沿电机轴131移动以靠近柔轮盖122，从而使得摩擦片142与制动盘141和限位件144之间存在间隙，制动器14处于解除制动状态；以及，当制动盘141失电时，制动盘141的弹性元件产生弹力，制动盘141向远离柔轮盖122方向运动，制动盘141和限位件144夹紧摩擦片142，进而实现制动。该方案中，减速器组件12的柔轮盖122兼具制动器14的衔铁功能，从而使得制动器的结构少去了衔铁所需空间，有利于减小制动器的轴向长度，以减小机器人关节体积。

其中，关节包括动力装置，动力装置包括制动器，动力装置包括减速器组件和驱动电机，在一个实施例中，动力装置的固定部件形成为减速器组件的柔轮盖，在其他的实施例中，动力装置的固定部件还可以形成为驱动电机的外壳等其他形式。通过设置动力装置的固定部件和制动器的衔铁相对位置固定，制动盘相对于所述固定部件运动的方式，所述固定部件实质上发挥制动器的衔铁的功能，即制动盘相对于固定部件产生运动，从而能够将固定部件和制动器的衔铁功能二合一，简化了机器人的关节结构，有利于机器人关节的轻量化和紧凑化设计。

进一步的，摩擦片142和限位件144分布于制动盘141的周向内侧，所述制动盘141包括阶梯状环面结构以分别支承所述摩擦片142和限位件144，所述限位件144和所述柔轮盖122的位置固定。即，制动盘141内侧包括两个环状面，使得制动盘141具有阶梯状的截面，所述两个环形面分别支承摩擦片142和限位件144，以使得摩擦片142和限位件144被设置于制动盘141内侧。更进一步的，摩擦片142两侧分别为制动盘141和限位件144，优选的，限位件144的边缘不超过制动盘141的边缘，也即，此时制动器14的轴向长度主要为制动盘141的轴向长度，制动器14的轴向长度被压缩到极致。制动器14所需的衔铁，由减速器组件12的柔轮盖122兼用作衔铁功能，对关节空间也是一种节约。

进一步的，制动器设置于减速器组件12和驱动电机13之间。驱动电机13的电机轴131连接于减速器组件12的输入端，两者之间存在空隙，通过将制动器14设置于减速器组件12和驱动电机13之间，能够有效利用已有的空隙，增强机器人关节的结构紧凑性。

在本发明的具体实施例中，一方面保证制动器14的体积足够小，尤其是制动器14轴向长度足够小，另一方面需要保证制动器14的工作性能，主要是保障其散热和防止粉尘污染的性能。对于散热而言，本方案的制动盘141紧贴柔轮盖122设置，当制动盘141的电磁线圈产生吸附力时，制动盘141靠近柔轮盖122，制动盘141产生的热量被传导至柔轮盖122，柔轮盖122周向直接接触关节外壳11或通过导热材料接触关节外壳11，以将制动盘141的热量传递至柔轮盖122，再通过柔轮盖122将热量传递至关节外壳11进行散热，散热效率较高。对于密封而言，在制动器14和减速器组件12之间，通过减速器组件12的柔轮盖122和减速器组件12的密封轴承123形成密封结构，在制动器14和驱动电机13之间，具体的，关节包括套设于电机轴131的衬套132，所述衬套132包括套设于所述电机轴131沿轴向延伸的第一部分134和从衬套132端部向周向延伸的第二部分133，所述限位件144和所述第二部分133的其中之一包括凹槽，其中另一包括与所述凹槽配合的凸起以形成曲形密封结构，曲形密封结构的设计使得粉尘向电机侧传播较为困难，同时，衬套132的第一部分134套设于电机轴131以避免电机轴131存在的缝隙容易传播粉尘的问题。通过上述方式，实现制动器14与减速器组件12一侧，以及与驱动电机13一侧的密封。在其他的实施例中，电机侧的密封还可采用其他方式，例如限位件144和驱动电机13之间可以采用动密封的方式，例如，采用油封结构。传统的机器人关节的散热和密封通过在制动器14外加设防护罩实现，针对散热而言，防护罩方式的散热难以快速将热量传递至关节外壳11，可能会使得关节内部温度较高；针对密封而言，要使得密封性能好，需要使得防护罩覆盖面积足够广，但此种情况下，对关节空间也造成较大的占用。本发明具体实施例中的方式，将制动盘141产生的热量直接通过柔轮盖122传递至关节外壳11，传导路径短，散热面积大，同时，对密封结构的设计，并不会造成对关节空间的浪费。

进一步的，制动器14设置于所述减速器组件12和所述驱动电机13之间，机器人关节10设置有传感器组件以检测关节信息，传感器组件与制动器14分布于驱动电机13的不同侧，制动器产生的粉尘不易到达传感器组件，对于光编码器等传感器，具有重要意义。

以上优选实施例的有益效果是：减速器组件和制动器相邻设置，减速器组件的柔轮盖可用作制动器的衔铁，从而简化了制动器的结构组成，减小了制动器所需的安装空间，同时，对制动器结构的设计，能够将制动器的轴向距离极大压缩，机器人关节的紧凑性好。进一步的，密封和散热的设计能够在保证机器人关节紧凑性的基础上，保证其散热和防制动器掉粉干扰的性能。

本发明还保护一种协作机器人，参图6，协作机器人100包括底座支架30和机械臂，底座支架30支撑所述机械臂，机械臂包括若干个关节和多个机械臂部分20，相邻的机械臂部分通过所述关节连接，所述关节为前文中任一项所述的机器人关节10。前述的机器人关节结构紧凑、且结构得到简化，有利于实现轻量型协作机器人的设计。

本发明还保护一种减速器组件，参图3，所述减速器组件12包括减速器主体121和柔轮盖122，所述柔轮盖122覆盖所述减速器主体121，所述柔轮盖122能够用作制动器14的衔铁。进一步的，柔轮盖122和制动器14配合使用，制动器14包括制动盘141，制动盘141能够产生吸附力或弹性力而靠近或远离所述柔轮盖122，从而实现制动或解除制动。更进一步的，减速器组件12包括密封轴承123，密封轴承123和柔轮盖122能够形成密封结构，以避免制动器14产生的粉尘向减速器组件12一侧传播。该减速器组件能够实现功能复用，便于机器人关节的紧凑化设计。

本发明还保护一种制动器14，参图4-5，包括衔铁143、制动盘141、摩擦片142和限位件144，所述衔铁143和限位件144的相对位置固定，所述衔铁可被固定安装至其他部件，所述制动盘141和摩擦片142位于衔铁143和限位件144之间，所述摩擦片142两侧分别为制动盘141和限位件144，即所述摩擦片142能够被制动盘141和限位件144夹紧或释放从而实现制动或解除制动。制动盘141能够产生弹力或吸附力，衔铁为金属材质，所述制动盘141和衔铁相邻设置，制动盘141能够向远离衔铁143方向运动或向靠近衔铁方向运动，从而夹紧摩擦片142以实现制动或释放摩擦片142以解除制动。即由于衔铁143被固定设置，制动盘141产生弹力或吸附力时，制动盘141和衔铁之间产生相对运动，制动盘141因此而靠近或远离衔铁143，进而实现制动器14的制动或解除制动。通过将衔铁143固定至其他部件，衔铁易于和其他部件融合设置，简化制动器结构，减小制动器安装的轴向所需空间。

一个具体的实施例中，衔铁143可被固定至减速器主体121，减速器主体121外侧通常需要设置柔轮盖，所述衔铁可用作减速器的柔轮盖，功能的复用能够简化相应的结构设计。进一步的，摩擦片142和限位件144设置于制动盘141周向内侧，制动盘141包括阶梯状环面结构以分别支承摩擦片142和限位件144，从而能够使得摩擦片和限位件144几乎不增加制动器的轴向长度，制动器的轴向长度被极大缩小，有利于紧凑的机器人关节的设计。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种机器人关节，包括关节外壳、动力装置和制动器，其特征在于，所述制动器包括制动盘、摩擦片和限位件，所述动力装置包括固定部件和可运动部件，所述限位件和所述固定部件的相对位置固定，所述摩擦片和制动盘分布于限位件和所述固定部件之间，所述摩擦片能够被制动盘和限位件夹紧，制动盘能够产生弹力或吸附力，制动盘能够沿电机轴运动以远离固定部件或靠近固定部件，从而夹紧摩擦片以实现制动或释放摩擦片以解除制动。

2.根据权利要求1所述的机器人关节，其特征在于，所述摩擦片和限位件分布于所述制动盘周向内侧，所述制动盘包括阶梯状环面结构以分别支承所述摩擦片和限位件。

3.根据权利要求1所述的机器人关节，其特征在于，所述动力装置包括减速器组件和驱动电机，所述驱动电机的电机轴连接于所述减速器组件的输入端，所述减速器组件包括减速器主体和覆盖所述减速器主体的柔轮盖，所述动力装置的固定部件形成为所述减速器组件的柔轮盖。

4.根据权利要求3所述的机器人关节，其特征在于，所述减速器组件包括密封轴承，所述密封轴承和所述柔轮盖形成密封结构以阻挡制动器产生的粉尘向减速器组件方向移动。

5.根据权利要求3所述的机器人关节，其特征在于，所述制动器设置于所述减速器组件和所述驱动电机之间，所述关节包括套设于所述电机轴的衬套，所述衬套包括沿电机轴方向的第一部分和沿第一部分端部周向延伸的第二部分，所述限位件和所述第二部分的其中之一包括凹槽，其中另一包括与所述凹槽配合的凸起以形成曲形密封结构。

6.根据权利要求3所述的机器人关节，其特征在于，所述制动器设置于所述减速器组件和所述驱动电机之间，所述机器人关节包括传感器组件，所述制动器和传感器组件设置于驱动电机的不同侧。

7.根据权利要求3所述的机器人关节，其特征在于，所述制动盘能够紧密接触所述柔轮盖，所述柔轮盖周向直接接触关节外壳或通过导热材料接触关节外壳。

8.一种协作机器人，包括底座支架和机械臂，其特征在于，所述机械臂包括若干关节和多个机械臂部分，所述关节用于连接相邻的机械臂部分，所述关节为权利要求1-7中任一项所述的机器人关节。

9.一种减速器组件，其特征在于，包括减速器主体和柔轮盖，所述柔轮盖覆盖所述减速器主体，所述柔轮盖能够用作制动器的衔铁。

10.根据权利要求9所述的减速器组件，其特征在于，所述柔轮盖用于和制动器配合使用，制动器包括制动盘，制动盘能够产生吸附力或弹性力而靠近或远离所述柔轮盖，从而实现制动或解除制动。

11.根据权利要求9所述的减速器组件，其特征在于，所述减速器组件包括密封轴承，所述密封轴承和柔轮盖形成密封结构。

12.一种制动器，其特征在于，包括衔铁、制动盘、摩擦片和限位件，所述衔铁和限位件的相对位置固定，所述衔铁可被固定安装至其他部件，所述制动盘和摩擦片位于所述衔铁和限位件之间，所述摩擦片两侧分别为制动盘和限位件，制动盘能够产生弹力或吸附力，制动盘能够向远离衔铁方向运动或向靠近衔铁方向运动，从而夹紧摩擦片以实现制动或释放摩擦片以解除制动。

13.根据权利要求12所述的制动器，其特征在于，所述衔铁可被固定至减速器主体，所述衔铁可用作减速器的柔轮盖。

14.根据权利要求12所述的制动器，其特征在于，所述摩擦片和所述限位件位于所述制动盘周向内侧，所述制动盘包括阶梯状环面结构以分别支承摩擦片和限位件。

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