CN116021546B - 一种关节模组及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种关节模组及机器人，关节模组包括转动轴、码盘组件、制动器和静电吸尘组件，码盘组件安装于转动轴的一端；制动器设置于码盘组件的一侧，并连接转动轴；静电吸尘组件设于制动器背离码盘组件的一侧，且与码盘组件同轴设置。其中，静电吸尘组件包括相互转动套设的摩擦辊和静电摩擦件，摩擦辊连接于转动轴，并与静电摩擦件摩擦接触。本发明的关节模组通过转动轴带动摩擦辊转动，以使摩擦辊与静电摩擦件进行摩擦而产生静电，利用静电吸尘组件产生的静电将制动器产生的灰尘朝向静电吸尘组件的一侧吸附并聚集，使得灰尘吸附在静电摩擦件上及其附近区域，从而防止灰尘越过制动器进入到码盘组件运行的空间，保证码盘组件所在空间的洁净度。

Description

一种关节模组及机器人

技术领域

本发明涉及机器人设备技术领域，特别是涉及一种关节模组及机器人。

背景技术

随着制造业的不断发展，针对高端智能设备的要求也在不断地提高。智能机器人的关节模组在运行时需要保证工作环境洁净，否则将会影响机器人的正常运作。但由外界进入关节模组内的粉尘，或是关节模组运行时制动器产生的灰尘，均会污染关节模组的编码器系统，从而导致编码器信号异常，无法正常运行。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中由于灰尘污染编码器系统导致编码器无法正常运行的问题，提供一种关节模组及机器人。

一种关节模组，所述关节模组包括：

转动轴；

码盘组件，安装于所述转动轴的一端；

制动器，设置于所述码盘组件的一侧，并连接所述转动轴；

静电吸尘组件，设于所述制动器背离所述码盘组件的一侧，且与所述码盘组件同轴设置；

其中，所述静电吸尘组件包括相互转动套设的摩擦辊和静电摩擦件，所述摩擦辊连接于所述转动轴，并与所述静电摩擦件摩擦接触。

在其中一个实施例中，所述摩擦辊包括转动环和摩擦部，所述转动环套设于所述转动轴上，所述摩擦部设置于所述转动环的径向外侧，并与所述静电摩擦件摩擦接触。

在其中一个实施例中，所述静电摩擦件的径向内侧设置有静电摩擦层，所述摩擦部与所述静电摩擦层摩擦接触。

在其中一个实施例中，所述关节模组还包括连接于所述静电摩擦件上的壳体，所述壳体与所述静电吸尘组件共同围设形成容纳腔，所述码盘组件和所述制动器收容于所述容纳腔中。

在其中一个实施例中，所述制动器远离所述静电吸尘组件的一侧连接于所述壳体，所述壳体与所述制动器之间夹设有第一密封件。

在其中一个实施例中，所述壳体包括固定环和盖板，所述固定环的一端连接于所述静电摩擦件，另一端连接所述盖板，所述盖板位于所述码盘组件远离制动器的一侧，所述固定环与所述盖板之间夹设有第二密封件。

在其中一个实施例中，所述壳体内壁上设置有凸台，所述凸台位于所述码盘组件的径向外侧，并沿所述码盘组件的周向延伸，所述制动器安装于所述凸台朝向所述静电吸尘组件的一侧。

在其中一个实施例中，所述静电吸尘组件位于所述制动器的径向内侧与所述转动轴之间，所述静电摩擦件连接于所述制动器。

在其中一个实施例中，所述关节模组还包括减速机和电机定子，所述减速机与所述转动轴的另一端连接，所述电机定子沿轴向设置于所述静电摩擦件和所述减速机之间，并套设于所述转动轴的外侧。

在其中一个实施例中，还提供一种机器人，所述机器人包括如上任一项所述的关节模组。

上述关节模组，码盘组件设置于转动轴的一端，制动器设置于码盘组件的一侧，用于制动转动轴，静电吸尘组件设置于制动器背离码盘组件的一侧，由相互转动套设的摩擦辊和静电摩擦件组成静电吸尘组件。在转动轴的转动下带动摩擦辊转动，以使摩擦辊与静电摩擦件进行摩擦而产生静电，利用静电吸尘组件产生的静电能够将制动器和转动轴作业时产生的灰尘朝向静电吸尘组件的一侧吸附并聚集，吸附在静电摩擦件上及其附近区域，从而防止灰尘越过制动器进入到码盘组件运行的空间中，保证码盘组件所在空间的洁净度。

上述机器人，通过关节模组内码盘组件、制动器、静电吸尘组件和转动轴的位置设置，以及在静电吸尘组件的配合下，能够在关节模组作业时，将关节内的灰尘朝向静电吸尘组件的一侧聚集，以使工作环境保持洁净，机器人运行可靠。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的关节模组的结构示意图；

图2为图1中A-A向的剖视图；

图3为本发明实施例二提供的关节模组的剖视图；

图4为本发明实施例三提供的关节模组的剖视图。

附图标记说明：

1-转动轴；

2-码盘组件；

3-制动器；

4-静电吸尘组件；41-摩擦辊；411-转动环；412-摩擦部；42-静电摩擦件； 421-静电摩擦层；

5-壳体；51-固定环；511-凸台；52-盖板；

501-第一密封件；502-第二密封件；

6-减速机；61-波发生器；

7-电机定子；

8-轴承固定环；

9-轴承。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

结合图1和图2，图1示出了本发明一实施例中的关节模组的结构示意图，图2示出了图1中A-A向的剖视图。

本发明一实施例提供了一种机器人，机器人包括关节模组。在一些实施例中，关节模组包括转动轴1、码盘组件2、制动器3和静电吸尘组件4。

本申请实施例公开的机器人可以但不限用于汽车、医疗、物流、航空航天等领域。关节模组集成电机、传感器、减速机、驱动器和制动组件于一体，满足机器人紧凑和灵活的结构特点。码盘组件2是一种传感器，其通过感光元件在遮光与通光状态下输出相应的信号，再将输出的信号转化为相应的角度信息，用于采集关节角度或速度。

在传统技术中，当机器人关节转动时，电机转轴带动制动器内部的摩擦片转动，使得摩擦片与制动器摩擦，进而在急停状态下通过制动器对关节模组输出扭矩进行制动，但电机转轴带动摩擦片与制动器进行摩擦时会产生灰尘，而灰尘容易通过制动器周围的间隙进入到编码器运行的区域，从而导致编码器信号异常，出现运行故障。

在一些实施例中，码盘组件2安装于转动轴1的一端；制动器3设置于码盘组件2的一侧，制动器3内部的摩擦片连接转动轴1；静电吸尘组件4设于制动器3背离码盘组件2的一侧，且与码盘组件2同轴设置。其中，静电吸尘组件4包括相互转动套设的摩擦辊41和静电摩擦件42，摩擦辊41连接于转动轴 1，并与静电摩擦件42摩擦接触。

本申请实施例公开的关节模组中，码盘组件2设置于转动轴1的一端，用于采集关节角度或速度，制动器3设置于码盘组件2的一侧，用于制动转动轴1，静电吸尘组件4设置于制动器3背离码盘组件2的一侧，由相互转动套设的摩擦辊41和静电摩擦件42组成静电吸尘组件4。机器人关节转动时，在转动轴1 的转动下带动摩擦辊41转动，以使摩擦辊41与静电摩擦件42进行摩擦而产生静电，利用静电吸尘组件4产生的静电能够将制动器3和与转动轴1连接的摩擦片相互摩擦产生的灰尘朝向静电吸尘组件4的一侧聚集，吸附在静电摩擦件42上及其附近区域，从而防止灰尘越过制动器3进入到码盘组件2运行的空间中，保证码盘组件2所在空间的洁净度。

在一些实施例中，码盘组件2的一部分套设于转动轴1的一端，且位于制动器3径向内侧，码盘组件2的另一部分位于制动器3远离静电吸尘组件4的一侧。通过码盘组件2、制动器3和静电吸尘组件4的位置设置，以及在摩擦辊 41和静电摩擦件42摩擦产生的静电的作用下，减少灰尘从制动器3与部分码盘组件2之间的间隙中穿过的几率，使灰尘聚积在制动器3朝向静电吸尘组件4 的一侧，对码盘组件2起到的防尘效果好。

在一些实施例中，摩擦辊41与静电摩擦件42摩擦接触的部位需要具有毛毡或丝绸结构，静电摩擦件42与摩擦辊41摩擦接触的部位需要为塑料或橡胶材质。这样摩擦辊41与静电摩擦件42转动摩擦时，摩擦辊41和静电摩擦件42 携带静电，进而将制动器3产生的灰尘向静电吸尘组件4附近吸引，尽量避免灰尘扩散至码盘组件2运行的空间中。

在一些实施例中，摩擦辊41包括转动环411和摩擦部412，转动环411套设于转动轴1上，摩擦部412设置于转动环411的径向外侧，并沿转动环411 的周向延伸。在转动环411静止时，摩擦部412与静电摩擦件42相贴靠，进而在转动环411转动时，转动环411上的摩擦部412与静电摩擦件42摩擦接触产生静电，利用摩擦部412与静电摩擦件42携带的静电吸引制动器3产生的灰尘向静电吸尘组件4附近聚集，防止灰尘越过制动器3而进入到码盘组件2运行的空间中。

上述结构设置中，通过将摩擦辊41设置为由转动环411和摩擦部412组成，使得转动环411的选材更加灵活，只需将与静电摩擦件42相摩擦412选用毛毡或丝绸材质即可，而转动环411可选用结构强度更高的材质，以保证关节模组整体强度不受影响。

在一些实施例中，摩擦部412为毛毡，静电摩擦件42为塑料；或者，摩擦部412为丝绸，静电摩擦件42为橡胶。

在一些实施例中，摩擦部412可通过铆钉或粘接剂固定于转动环411上。

在一些实施例中，关节模组还包括连接于静电摩擦件42上的壳体5，壳体 5与静电吸尘组件4共同围设形成容纳腔，码盘组件2和制动器3收容于容纳腔中。通过设置壳体5将码盘组件2和制动器3封闭起来，既能够避免关节外部的灰尘进入关节内而污染码盘组件2，也能利用静电吸尘组件4产生的静电，将制动器3产生的灰尘聚积在靠近静电吸尘组件4处的容纳腔中。

在一些实施例中，沿静电吸尘组件4的轴向，容置于容纳腔中的制动器3 与静电吸尘组件4之间具有间隙，此间隙可用于积存制动器3产生的灰尘。

在一些实施例中，制动器3安装固定在壳体5上，具体地，壳体5内壁上设置有凸台511，凸台511位于码盘组件2的径向外侧，并沿码盘组件2的周向延伸，制动器3安装于凸台511朝向静电吸尘组件4的一侧，制动器3可通过螺钉与凸台511连接。通过壳体5上设置凸台511，使得相对于码盘组件2，制动器3安装于靠近静电吸尘组件4的部分容纳腔中，既便于固定制动器3，也能利用凸台511对制动器3附近的灰尘进行阻挡，使得灰尘较为集中地吸附在静电吸尘组件4附近的容纳腔中。

在一些实施例中，壳体5包括固定环51和盖板52，固定环51的一端连接于静电摩擦件42，另一端连接盖板52，制动器3和码盘组件2位于固定环51 的内腔中，盖板52位于码盘组件2远离制动器3的一侧，以将容纳腔封闭，使码盘组件2和制动器3不受外界灰尘污染。

在一些实施例中，凸台511设置于固定环51的内周面上，且远离静电吸尘组件4。凸台511朝向静电吸尘组件4的表面用于安装制动器3，凸台511远离静电吸尘组件4的表面与盖板52连接，既通过凸台511对制动器3附近的灰尘起到了阻挡作用，也能使得盖板52与固定环51连接更加牢固，密封性更好。

结合图3，图3示出了本发明一实施例中的关节模组的剖视图。

在一些实施例中，静电摩擦件42的径向内侧设置有静电摩擦层421，摩擦部412与静电摩擦层421摩擦接触，转动环411带动其上的摩擦部412转动时，摩擦部412与静电摩擦层421摩擦接触产生静电。通过设置静电摩擦层421，使得静电摩擦件42的选材更加灵活，只需将与摩擦部412摩擦接触的静电摩擦层 421选用塑料或橡胶材质，而静电摩擦件42可选用结构强度更高的材质，以保证关节模组整体强度不受影响。

在一些实施例中，摩擦部412为毛毡，静电摩擦层421为环形的塑料板；或者，摩擦部412为丝绸，静电摩擦层421为环形的橡胶板。

在一些实施例中，静电摩擦层421与静电摩擦件42可采用注塑工艺一体成型，或通过铆钉、粘接剂将静电摩擦层421固定于静电摩擦件42的内周面上。

结合图4，图4示出了本发明一实施例中的关节模组的剖视图。

在一些实施例中，制动器3远离静电吸尘组件4的一侧连接于壳体5，壳体 5与制动器3之间夹设有第一密封件501。通过在制动器3与壳体5之间设置第一密封件501，能够增强制动器3与壳体5连接部位处的密封性，防止通过静电吸附作用聚积在静电吸尘组件4附近的灰尘通过制动器3与壳体5之间的间隙进入到码盘组件2的运行空间中。

在一些实施例中，制动器3远离静电吸尘组件4的一侧与壳体5内壁上的凸台511连接，第一密封件501为环状结构，并夹设于凸台511朝向静电吸尘组件4的表面与制动器3之间，以全方位的密封制动器3与壳体5的连接处。

在一些实施例中，第一密封件501可选用橡胶密封件或金属密封件。

在一些实施例中，固定环51与盖板52之间夹设有第二密封件502，第二密封件502为环状结构，增强盖板52与固定环51之间的密封性，防止外界的灰尘进入密封腔，防尘效果更好。

在一些实施例中，第二密封件502的位置可根据需要灵活设置，可夹设于盖板52与固定环51内周面上的凸台511之间。

在一些实施例中，第二密封件502可选用橡胶密封件或金属密封件。

在一些实施例中，关节模组还包括减速机6和电机定子7，减速机6的输入端通过联轴器与转动轴1的另一端连接，电机定子7沿转动轴1的轴线方向设置于静电摩擦件42和减速机6之间，并套设于转动轴1的外侧。利用关节模组中的减速机6以及电机的电机定子7、转动轴1，将静电吸尘组件4的摩擦辊41 和静电摩擦件42安装在关节模组中，以实现对码盘组件2进行防尘的效果，同时也不影响关节模组正常运行。

本申请实施例中的转动轴1和电机定子7为关节模组中电机的主要部件，通过设置减速机6能够有效的降低电机的转速和增加转矩，电机的具体结构以及减速机6对电机起到的作用均为现有技术，在此不在赘述。

在一些实施例中，电机定子7和外壳5分别位于静电摩擦件42的两侧，静电摩擦件42安装于电机定子7上，外壳5安装于静电摩擦件42远离电机定子7 的表面上，即容置于外壳5中的码盘组件2是位于静电吸尘组件4远离减速机6 和电机定子7的一侧，从而静电吸尘组件4设置还能进一步起到防止减速机6 一侧的灰尘进入码盘组件2运行的区域中。

在一些实施例中，静电吸尘组件4位于所述制动器3的径向内侧与转动轴1 之间，且相对于码盘组件2，静电吸尘组件4朝向制动器3背离码盘组件2所在区域的一侧；静电摩擦件42连接于制动器3背离码盘组件2的一端内侧；壳体 5可直接与电机定子7连接，或通过固定件与电机定子7连接。

上述结构设置中，通过将静电吸尘组件4安装在制动器3和转动轴1之间，且位于制动器3远离码盘组件2一端的径向内侧，使得静电吸尘组件4能够直接阻断制动器3径向内侧灰尘穿过的通道，同时静电吸尘组件4产生的静电还能吸附一些灰尘，从而取得防止灰尘进入到码盘组件2码盘运行区域的效果，保证关节模组正常运行。

在一些实施例中，减速机6包括波发生器61、柔轮和钢轮，作为减速机6 输入端的波发生器61内置于柔轮的内部安装腔，柔轮外套设钢轮，并与钢轮啮合，转动轴1背离码盘组件2的一端通过联轴器与波发生器61连接。机器人关节转动时，波发生器61连续转动，迫使柔轮不断产生变形，柔轮和钢轮的轮齿在进行啮入、啮合、啮出、脱开的过程中不断改变各自的工作状态，产生错齿运动，从而实现了波发生器61与柔轮的运动传递。

上述结构设置，在运转中减速机6接受较大的扭矩，避免在过载时，关节模组的电机直接承担过载量而发生损坏，减速机6在传动中对关节模组的电机起到维护效果。

在一些实施例中，减速机6还包括交叉滚子轴承，交叉滚子轴承与柔轮连接，电机定子7通过轴承固定环8连接于交叉滚子轴承。交叉滚子轴承安装简单，且能够承载来自各个方向荷重，有效保证轴承固定环8、电机定子7以及设置于电机定子7上的静电摩擦件42稳定性好，不受减速机6运行干扰。

在一些实施例中，轴承固定环8与波发生器61之间设置有轴承9。轴承9 套设于波发生器61的径向外侧，轴承固定环8套设于轴承9的径向外侧。通过设置轴承9使得轴承固定环8不受波发生器61运动干扰，能够稳定支撑电机定子7以及电机定子7上的静电摩擦件42。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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 (9)

1.一种关节模组，其特征在于，所述关节模组包括：

转动轴(1)；

码盘组件(2)，安装于所述转动轴(1)的一端；

制动器(3)，设置于所述码盘组件(2)的一侧，并连接所述转动轴(1)；

静电吸尘组件(4)，设于所述制动器(3)背离所述码盘组件(2)的一侧，且与所述码盘组件(2)同轴设置；其中，所述静电吸尘组件(4)包括相互转动套设的摩擦辊(41)和静电摩擦件(42)，所述摩擦辊(41)连接于所述转动轴(1)，并与所述静电摩擦件(42)摩擦接触；以及

壳体(5)，连接于所述静电摩擦件(42)上，所述壳体(5)与所述静电吸尘组件(4)共同围设形成容纳腔，所述码盘组件(2)和所述制动器(3)收容于所述容纳腔中。

2.根据权利要求1所述的关节模组，其特征在于，所述摩擦辊(41)包括转动环(411)和摩擦部(412)，所述转动环(411)套设于所述转动轴(1)上，所述摩擦部(412)设置于所述转动环(411)的径向外侧，并与所述静电摩擦件(42)摩擦接触。

3.根据权利要求2所述的关节模组，其特征在于，所述静电摩擦件(42)的径向内侧设置有静电摩擦层(421)，所述摩擦部(412)与所述静电摩擦层(421)摩擦接触。

4.根据权利要求1所述的关节模组，其特征在于，所述制动器(3)远离所述静电吸尘组件(4)的一侧连接于所述壳体(5)，所述壳体(5)与所述制动器(3)之间夹设有第一密封件(501)。

5.根据权利要求1所述的关节模组，其特征在于，所述壳体(5)包括固定环(51)和盖板(52)，所述固定环(51)的一端连接于所述静电摩擦件(42)，另一端连接所述盖板(52)，所述盖板(52)位于所述码盘组件(2)远离制动器(3)的一侧，所述固定环(51)与所述盖板(52)之间夹设有第二密封件(502)。

6.根据权利要求1所述的关节模组，其特征在于，所述壳体(5)内壁上设置有凸台(511)，所述凸台(511)位于所述码盘组件(2)的径向外侧，并沿所述码盘组件(2)的周向延伸，所述制动器(3)安装于所述凸台(511)朝向所述静电吸尘组件(4)的一侧。

7.根据权利要求1所述的关节模组，其特征在于，所述静电吸尘组件(4)位于所述制动器(3)的径向内侧与所述转动轴(1)之间，所述静电摩擦件(42)连接于所述制动器(3)。

8.根据权利要求1所述的关节模组，其特征在于，所述关节模组还包括减速机(6)和电机定子(7)，所述减速机(6)与所述转动轴(1)的另一端连接，所述电机定子(7)沿轴向设置于所述静电摩擦件(42)和所述减速机(6)之间，并套设于所述转动轴(1)的外侧。

9.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括如权利要求1-8任一项所述的关节模组。