CN113894836A - 一种用于加工机器人的一体化机器人关节 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于加工机器人的一体化机器人关节,其包括:外部轴系和内部轴系,外部轴系包括主动关节、从动关节、固定法兰、输出法兰及抱闸,内部轴系包括交叉滚子轴承、无框电机、编码器、减速器输入轴、RV减速器、光栅、减速器输出轴、扭矩传感器,无框电机包括无框电机定子、无框电机转子、电机轴。本发明采用非模块集成化的一体化机器人关节配置,采用将驱动器、电源、控制器等电气设备外置于机器人关节的方法,简化了机器人关节的设计难度,减小机器人关节的体积和重量,可提高加工机器人的加工精度、延长使用寿命。
Description
技术领域
本发明设计一种用于加工机器人的一体化机器人关节,它可以用于加工制造,针对不同工件提供良好的加工精度和效率,属于加工制造技术领域。
背景技术
随着社会工业自动化的不断发展,机械加工领域中开始采用工业机器人代替人工完成产品的加工制造过程,工业机器人凭借其灵活性高、操作空间大、可配置性强等优势实现了各种复杂工件的精确加工,成为了机械、自动化领域的重要研究对象。机器人关节是机器人的重要组成部分,为机械臂提供方向、速度、力矩等重要执行参数,是评价机器人性能的主要参考对象。
目前,大多数机器人关节的结构采用模块化的集成设计方法,将驱动器、控制器、电源、等电气相关元件全部集成在机器人关节内部,这种机器人关节的设计方法存在几点缺陷:
(1)与通常的协作机器人不同,加工机器人需要长期在大负载条件下工作,将电机、减速器、驱动器和控制器完全集成集体化的方法并不适用,会导致机器人关节体积和重量大,影响影响机器人关节的体积设计,适用性差;
(2)采用集成的方式会引入更多的加工和安装误差,影响加工机器人的加工精度,并且安装难度大;
(3)缩短加工机器人的使用寿命。
发明内容
(1)目的
本发明的目的在于提供一种用于加工机器人的一体化机器人关节,为加工机器人提供动力和自由度,进行力学和加工研究;具有体积小、重量轻、可配置性强、集成度高的优点。
(2)技术方案
本发明一种用于加工机器人的一体化机器人关节,它包括了外部轴系组件和内部轴系组件;它们相互之间的关系是:内部轴系组件通过螺钉固定在外部轴系组件内部;
所述的外部轴系组件包括主动关节(4)、从动关节(1)、固定法兰(3)、输出法兰(2)以及抱闸(5);它们相互之间的关系是:主动关节(4)和从动关节(1)通过固定法兰(3)和输出法兰(2)连接,抱闸(5)通过螺栓与主动关节(4)连接;
该主动关节(4)的形状构造是:圆柱型外壳,内部空腔用于放置内部轴系组件;本发明采用轻量式设计,将传统机器人关节中电源、驱动器、控制器等电气元件放置于关节外部,对于该主动关节(4)内部空腔用于放置内部轴系组件的计有抱闸(5)、无框电机定子(7)、无框电机转子(9)、编码器(10)扭矩传感器(15)、电源总闸的走线空间等;
该从动关节(1)的形状构造是:圆柱型外壳,内部空腔用于放置内部轴系组件;该从动关节(1)的内部空腔用于放置内部轴系组件的计有抱闸(5)、无框电机定子(7)、无框电机转子(9)、编码器(10)扭矩传感器(15)、电源总闸的走线空间等;
该输出法兰(2)与固定法兰(3)的形状构造是,选用现有产品;型号为:中国锦洋不锈钢有限公司DN125;
该抱闸(5)的型状构造是,选用现有产品;型号为:中国北京海博华科技有限公司CZ-5;
所述内部轴系包括交叉滚子轴承(6)、无框电机定子(7)、电机轴(8)、无框电机转子(9)、编码器(10)、减速器输入轴(11)、RV减速器(12)、光栅(13)、减速器输出轴(14)、扭矩传感器(15);它们相互之间的关系是:交叉滚子轴承(6)用于RV减速器(12)与从动关节(1)的连接,并传递运动,无框电机定子(7)通过锁栓与电机轴(8)连接,无框电机转子(9)通过螺栓连接至轴连接器,编码器(10)通过联轴器和电机轴(8)连接,减速器输入轴(11)与电机轴(8)直联,RV减速器(12)安装于从动关节(1)和主动关节(4)内部,将定位孔对齐,通过螺栓固定,光栅(13)与减速器输出轴(14)通过轴承连接,扭矩传感器(15)与减速器输出轴(14)通过联轴器连接,所述机器人关节内部运动部件均设置为同轴安装;
该交叉滚子轴承(6)的形状构造是,采用现有产品;型号为:中国洛阳珏帆达精密轴承制造有限公司RB1000110;
该无框电机定子(7)的形状构造是:不锈钢圆柱型外壳,内部中空打孔;
该电机轴(9)的形状构造是:不锈钢材料圆柱型,末端设置键槽;
该编码器(10)的形状构造是,选用现有产品;型号为:中国倍加福过程自动化控制设备有限公司MNI40N-0T01DY41N-01000,用于测量所述电机轴的转角和转速;
该减速器输入轴(11)的形状构造是:圆柱型,不锈钢材料,末端设置键槽;
该RV减速器(12)的形状构造是,选用现有产品;型号为:中国上海兆迈传动机械有限公司RV025-RV150;
该光栅(13)的形状构造是,采用现有产品,型号为:海德汉RON886,光栅用于所述减速器输出轴位移和转角的测量;
该减速器输出轴(14)的形状构造是:圆柱型,不锈钢材料,末端设置键槽;
该扭矩传感器(15)的形状构造是,采用现有产品。型号为:中国江苏兰陵机电科技有限公司ZJ-20A,用来测量所述减速器输出轴扭矩;
(3)优点和功效
1.采用将主动关节、从动关节作为机器人关节内部运动部件的外壳的设计
方法,可以简化运动部件的安装难度;
2.采用轻量化的设计方法,将电源、驱动器、控制器等电气设备从机器人关节内部移到外部,通过在机器人关节内腔中留有引线空间的方法与内部运动部件连接方法可以减小机器人关节的体积和重量,降低机器人关节结构设计难度,使内部布局更清晰合理,提高加工机器人的加工精度和延长加工机器人的使用寿命;
3.本发明所述一体化机器人关节,其结构科学,工艺性好,具有广阔推广应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一体化机器人关节的外部结构示意图。
图2是本发明实施例提供的一体化机器人关节的剖面结构示意图。
图中具体标号如下:
1-从动关节;2-输出法兰;3-固定法兰;4-主动关节;5-抱闸;
6-交叉滚子轴承;7-无框电机定子;8-电机轴;9-无框电机转子;
10-编码器;11-减速器输入轴;12-RV减速器;13-光栅;
14-减速器输出轴;15-扭矩传感器。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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、完整的描述,显然,所述实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此附图中描述和示出的本申请实施例可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,一下对在附图中提供和说明本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的实施例。基于本申请的实施例,本领域普通技术人员在没有作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。
见图1-2,本发明一种用于加工机器人的一体化机器人关节,它包括了外部轴系组件和内部轴系组件;它们相互之间的关系是:内部轴系组件通过螺钉固定在外部轴系组件内部;
所述的外部轴系组件包括主动关节(4)、从动关节(1)、固定法兰(3)、输出法兰(2)以及抱闸(5);它们相互之间的关系是:主动关节(4)和从动关节(1)通过固定法兰(3)和输出法兰(2)连接,抱闸(5)通过螺栓与主动关节(4)连接;
该主动关节(4)的形状构造是:圆柱型外壳,内部空腔用于放置内部轴系组件,所述空腔设置有用于内部轴系中动力元件与外部控制器、驱动器、电源的走线专门配置的空间;
该从动关节(1)的形状构造是:圆柱型外壳,内部空腔用于放置内部轴系组件,所所述空腔设置有用于内部轴系中动力元件与外部控制器、驱动器、电源的走线专门配置的空间;
该输出法兰(2)与固定法兰(3)的形状构造是,选用现有产品,型号为:中国锦洋不锈钢有限公司DN125;
该抱闸(5)的形状构造是,选用现有产品,型号为:中国北京海博华科技有限公司CZ-5,该抱闸(5)采用电磁抱闸,输入端与外部的控制器及电源连接,用于所述电机轴(8)的机械制动来控制加工机器人的运动;
所述内部轴系包括交叉滚子轴承(6)、无框电机定子(7)、电机轴(8)、无框电机转子(9)、编码器(10)、减速器输入轴(11)、RV减速器(12)、光栅(13)、减速器输出轴(14)、扭矩传感器(15);它们相互之间的关系是:交叉滚子轴承(6)用于RV减速器(12)与从动关节(1)的连接,并传递运动,无框电机定子(7)通过锁栓与电机轴(8)连接,无框电机转子(9)通过螺栓连接至轴连接器,编码器(10)通过联轴器和电机轴(8)连接,减速器输入轴(11)与电机轴(8)直联,RV减速器(12)安装与从动关节(1)和主动关节(4)内部,将定位孔对齐,通过螺栓固定,光栅(13)与减速器输出轴(14)通过轴承连接,扭矩传感器(15)与减速器输出轴(14)通过联轴器连接,所述机器人关节内部运动部件均设置为同轴安装;
该交叉滚子轴承(6)的形状构造是,采用现有产品,型号为:中国洛阳珏帆达精密轴承制造有限公司RB1000110;
该无框电机定子(7)的形状构造是:不锈钢圆柱型外壳,内部中空打孔,采用螺旋正位器确定正确的安装部位;
该电机轴(9)的形状构造是:不锈钢材料圆柱型,末端设置键槽;
该编码器(10)的形状构造是,选用现有产品,型号为:中国倍加福过程自动化控制设备有限公司MNI40N-0T01DY41N-01000,用于测量所述电机轴的转角和转速;
该减速器输入轴(11)的形状构造是:圆柱型,不锈钢材料,末端设置键槽;
该RV减速器(12)的形状构造是,选用现有产品,型号为:中国上海兆迈传动机械有限公司RV025-RV150;
该光栅(13)的形状构造是,采用现有产品,型号为:海德汉RON886,光栅用于所述减速器输出轴位移和转角的测量;
该减速器输出轴(14)的形状构造是:圆柱型,不锈钢材料,末端设置键槽;
该扭矩传感器(15)的形状构造是,采用现有产品,型号为:中国江苏兰陵机电科技有限公司ZJ-20A,用来测量所述减速器输出轴扭矩;
具体的试验方法,主要包含如下步骤:
第一步:关闭抱闸(5)的制动作用,上级电源、驱动器、控制器根据加工机器人的动作来驱动无框电机定子(7)和无框电机转子(9)使电机轴(8)开始转动。
第二步:编码器(10)实时读取所述电机轴(8)的转角及位置,旋转运动通过减速器输入轴(11)输入至RV减速器(12)内部,输入的运动经过RV减速器(12)减速增扭的作用后通过减速器输出轴(14)输出,运动通过设置于从动关节(1)内部的交叉滚子轴承(6)传递给从动关节(1)从而驱动机器人外部机械臂运动。
第三步:光栅(13)读取减速器输出轴(14)的角度值,扭矩传感器(15)用于测量从动关节(1)的输出扭矩,测量数值反馈至上级控制系统中可以进行径向误差和RV减速器(12)传动误差的补偿和修正,以便对整个运动系统进行功能优化。
最后应说明的是:本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型,倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种用于加工机器人的一体化机器人关节,其特征在于:它包括了外部轴系组件和内部轴系组件;其内部轴系组件通过螺钉固定在外部轴系组件内部;
所述的外部轴系组件包括主动关节(4)、从动关节(1)、固定法兰(3)、输出法兰(2)以及抱闸(5);该主动关节(4)和从动关节(1)通过固定法兰(3)和输出法兰(2)连接,抱闸(5)通过螺栓与主动关节(4)连接;
该主动关节(4)是:圆柱型外壳,内部空腔用于放置内部轴系组件;
该从动关节(1)是:圆柱型外壳,内部空腔用于放置内部轴系组件;
所述内部轴系包括交叉滚子轴承(6)、无框电机定子(7)、电机轴(8)、无框电机转子(9)、编码器(10)、减速器输入轴(11)、RV减速器(12)、光栅(13)、减速器输出轴(14)、扭矩传感器(15);该交叉滚子轴承(6)用于RV减速器(12)与从动关节(1)的连接,并传递运动,无框电机定子(7)通过锁栓与电机轴(8)连接,无框电机转子(9)通过螺栓连接至轴连接器,编码器(10)通过联轴器和电机轴(8)连接,减速器输入轴(11)与电机轴(8)直联,RV减速器(12)安装于从动关节(1)和主动关节(4)内部,将定位孔对齐,通过螺栓固定,光栅(13)与减速器输出轴(14)通过轴承连接,扭矩传感器(15)与减速器输出轴(14)通过联轴器连接,所述机器人关节内部运动部件均设置为同轴安装;
该无框电机定子(7)为不锈钢圆柱型外壳,内部中空打孔;
该电机轴(9)为不锈钢材料圆柱型,末端设置键槽;
该减速器输入轴(11)为圆柱型,不锈钢材料,末端设置键槽;
该减速器输出轴(14)为圆柱型,不锈钢材料,末端设置键槽。
2.根据权利要求1所述的一种用于加工机器人的一体化机器人关节,其特征在于:对于该主动关节(4)内部空腔用于放置内部轴系组件的计有抱闸(5)、无框电机定子(7)、无框电机转子(9)、编码器(10)扭矩传感器(15)和电源总闸的走线空间。
3.根据权利要求1所述的一种用于加工机器人的一体化机器人关节,其特征在于:该从动关节(1)的内部空腔用于放置内部轴系组件的计有抱闸(5)、无框电机定子(7)、无框电机转子(9)、编码器(10)扭矩传感器(15)和电源总闸的走线空间。
4.根据权利要求1所述的一种用于加工机器人的一体化机器人关节,其特征在于:该编码器(10)选用型号为:中国倍加福过程自动化控制设备有限公司MNI40N-0T01DY41N-01000,用于测量所述电机轴的转角和转速。
5.根据权利要求1所述的一种用于加工机器人的一体化机器人关节,其特征在于:该光栅(13)选用型号为:海德汉RON886,光栅用于所述减速器输出轴位移和转角的测量。
6.根据权利要求1所述的一种用于加工机器人的一体化机器人关节,其特征在于:该扭矩传感器(15)选用型号为:中国江苏兰陵机电科技有限公司ZJ-20A,用来测量所述减速器输出轴扭矩。
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