CN116021547B - 关节模组及协作机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动控制技术领域，特别是涉及一种关节模组及协作机器人。关节模组包括关节驱动件、编码器和送风件。关节驱动件包括驱动定子和驱动转子，驱动定子构造有与外部环境连通的出风口。编码器连接于驱动转子，送风件与编码器沿驱动转子的轴向间隔。编码器、送风机和驱动定子之间形成流动通道，以形成在送风件的作用下灰尘能够依次经过的流动路径，经过流动路径的灰尘经过出风口排出。当送风件运行时，送风件送出的气流能够将流动通道内的灰尘例如制动器摩擦产生的灰尘，经出风口排出到关节模组外部。通过将关节模组内部的灰尘吹出，保持编码器所在环境的洁净度，进而保证编码器稳定可靠的运行，使得关节模组的运行更为精确。

Description

关节模组及协作机器人

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，特别是涉及一种关节模组及协作机器人。

背景技术

随着工业自动化技术的快速发展，机器人作为一种重要的工业自动化设备，越来越得到重视，并且应用越来越广泛。

关节模组作为协作机器人的核心单元，对机器人的性能起着至关重要的作用。关节模组主要由减速机、电机、编码器和制动器等组成。减速机用于输出扭矩，编码器用于记录关节模组的位置信息，制动器用于在急停状态下对关节模组的输出扭矩进行摩擦制动。

现有的关节模组在运行过程中，编码器码盘容易受到灰尘例如制动器摩擦产生的灰尘的污染，导致编码器的信号异常，关节模组的位置信息的输出产生偏差，从而影响关节模组的运行准确性。

发明内容

基于此，有必要针对传统的关节模组存在编码器易受到灰尘污染的问题，提供一种解决上述问题的关节模组。

一种关节模组，包括：

关节驱动件，包括驱动定子和驱动转子，所述驱动定子构造有与外部环境连通的出风口；

编码器，连接于所述驱动转子；

送风件，与所述编码器沿所述驱动转子的轴向间隔设置；

其中，所述编码器、所述送风件和所述驱动定子之间形成流动通道，以形成在送风件的作用下灰尘能够依次经过的流动路径；经过所述流动路径的所述灰尘经所述出风口排出。

在其中一个实施例中，所述送风件包括风扇，所述风扇位于所述关节模组的制动器远离所述编码器的一端。

在其中一个实施例中，所述风扇的扇叶能够抵接于所述驱动转子，且能够随所述驱动转子同步转动。

在其中一个实施例中，所述风扇包括风扇外壳；沿所述驱动转子的径向，所述扇叶远离所述驱动转子的一端转动连接于所述风扇外壳；

所述风扇外壳具有限位面，所述限位面与所述扇叶沿所述驱动转子的轴向布置；

所述扇叶以所述驱动转子的径向为轴偏转至抵接于所述限位面时，所述限位面限制所述扇叶的偏转。

在其中一个实施例中，所述驱动转子连接有第一拨动部，所述扇叶设置有第二拨动部，所述第一拨动部被所述驱动转子带动，以转动至与所述第二拨动部抵接；

所述扇叶未处于最大偏转角度时，所述第一拨动部通过所述第二拨动部带动所述扇叶以所述驱动转子的径向为轴偏转，直至所述扇叶抵接于所述限位面；

所述扇叶处于所述最大偏转角度时，所述第一拨动部通过所述第二拨动部带动所述扇叶以所述驱动转子的径向为轴同步转动。

在其中一个实施例中，所述第一拨动部为连接于所述驱动转子的拨动杆，所述第二拨动部为连接于所述扇叶的拨动块，所述拨动块沿所述轴向位于所述拨动杆的一端；

所述驱动转子带动所述拨动杆转动，以使所述拨动杆能够抵接于所述拨动块，并带动所述拨动块偏转预设角度直至所述扇叶抵接于所述限位面。

在其中一个实施例中，所述关节模组包括偏转驱动件，所述偏转驱动件的数量与所述扇叶的数量对应；

每一所述偏转驱动件与对应位置的所述扇叶连接，以驱动所述扇叶以驱动转子的径向为轴偏转预设角度。

在其中一个实施例中，所述风扇与所述驱动转子沿驱动转子的径向间隔设置；

所述关节模组包括风扇驱动件，所述风扇驱动件与所述风扇连接，以驱动所述风扇的扇叶绕所述轴向转动。

在其中一个实施例中，所述关节模组还包括过滤部；

所述过滤部设置于所述编码器背离所述送风件的一侧，所述过滤部用于将所述编码器与外部环境隔开。

一种协作机器人，包括基座及如上所述的关节模组，所述关节模组连接于所述基座。

本技术方案具有以下有益效果：上述关节模组，包括关节驱动件、编码器和送风件。关节驱动件中的驱动定子构造有与外部环境连通的出风口，编码器、送风机和驱动定子之间形成流动通道。当送风件运行时，送风件送出的气流能够将流动通道内的灰尘例如制动器摩擦产生的灰尘，经出风口排出到关节模组外部。通过将关节模组内部的灰尘吹出，保持编码器所在环境的洁净度，进而保证编码器稳定可靠的运行，使得关节模组的运行更为精确。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的关节模组的示意图；

图2为图1所示的关节模组沿A-A截面的示意图；

图3为本发明第二实施例提供的关节模组的示意图；

图4为图3所示的关节模组沿B-B截面的示意图；

图5为本发明第三实施例提供的关节模组中的风扇的示意图；

图6为图5所示的关节模组沿C-C截面的示意图。

附图标记：100-关节模组；110-关节驱动件；111-驱动转子；112-驱动定子；113-出风口；120-编码器；131-制动器；132-制动安装座；140-风扇；141-风扇外壳；142-扇叶；1421-第一端；1422-第二端；144-第一拨动部；145-第二拨动部；146-连接轴；150-偏转驱动件；161-过滤部；162-过滤安装部；170-风扇驱动件；181-轴承；182-轴承安装座；190-减速器。

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”、“驱动转子的径向”、“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。

正如背景技术中所述，用于记录关节模组位置信息的编码器码盘容易受到灰尘例如制动器摩擦产生的灰尘的污染，导致编码器的信号异常，使得关节模组的位置信息的输出产生偏差，从而影响关节模组的运行准确性。基于此，本发明提供了一种能够解决上述问题的关节模组。下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。

如图1和图3所示，本发明一实施例提供了一种关节模组100，包括关节驱动件110、编码器120和送风件。关节驱动件110具有驱动定子112和驱动转子111，驱动定子112构造有与外部环境连通的出风口113；编码器120连接于驱动转子111。送风件与编码器120沿驱动转子111的轴向间隔设置。其中，编码器120、送风件和驱动定子112之间形成流动通道，以形成在送风机的作用下灰尘能够依次经过的流动路径，经过流动路径的灰尘经出风口113排出。

具体地，当送风件运行时，送风件送出的气流能够将流动通道内的灰尘例如制动器131摩擦产生的灰尘，经出风口113排出到关节模组100外部。通过将关节模组100内部的灰尘吹出，保持编码器120所在环境的洁净度，进而保证编码器120稳定可靠的运行，使得关节模组100的运行更为精确。

如图3所示，可以理解地，关节模组100包括关节外壳(图未示)、制动器131和减速器190。关节外壳的内部为中空状，关节外壳采用轻量化硬质铝合金材料，重量轻，负载比重比大。制动器131通过制动安装座132设置于关节外壳内，制动器131可以为现有技术所采用的电磁制动，包括刹车片和连接于驱动转子111的摩擦片，在刹车片与摩擦片之间的摩擦力矩下，使得驱动转子111快速停转。驱动转子111通过轴承181连接于减速器190的波发生器，驱动转子111带动波发生器转动，使得关节模组100输出扭矩。轴承181通过轴承安装座182设置于关节壳体内。

如图3所示，制动器131与编码器120沿轴向例如图示中的Z方向间隔设置。编码器120与制动安装座132之间具有第一间隙，制动器131和制动安装座132之间具有第二间隙，送风件与制动安装座132之间具有第三间隙，第一间隙、第二间隙和第三间隙形成上述的流动通道，流动通道与出风口113连通，以将关节模组100内的灰尘排出。其中，编码器包括读头安装座、第一磁环和读数头，第一读头安装座连接于驱动转子，第一磁环安装于第一读头安装座，第一磁环随驱动转子同步转动，读数头用于读取第一磁环的转动速度和转动位置。第一磁环随着驱动转子一起转动，并将转速信号转发为电信号，以反馈至控制器，进而获取到关节模组的运动位置信息。

如图3所示，在其中一个实施例中，送风件包括风扇140，风扇140位于制动器131远离编码器120的一端，且靠近出风口113位置。

具体地，风扇140可以为吸气扇。以图3所示的视图为例，风扇140的扇叶142转动时会推动空气流通，形成向下的气流，使得制动器131摩擦制动产生的灰尘随着气流向下运动，依次经过制动器131、风扇140和出风口113，并经出风口113排出至外部环境，而不会向上流动至编码器120位置，从而保证编码器120所在位置的清洁度。当然，风扇140的设置位置并不以此为限，也可以是位于编码器远离制动器的一侧，或者是位于编码器和制动器之间，只要能够在流动通道内形成向外流动的气流即可。

在其他实施方式中，送风件可以为气枪。也可在编码器位置设置压缩机等，使得编码器位置的气压升高，使得空气朝向出风口流动。或者是在制动器位置设置真空发生器等，使得制动器位置的气压降低，从而使得气流朝向出风口流出，进而将关节模组内部的灰尘带走。

如图5和图6所示，在其中一个实施例中，风扇140的扇叶142能够抵接于驱动转子111，且能够随驱动转子111同步转动。如此，当驱动转子111转动时，能够带动扇叶142同步转动，从而在关节模组100内部形成气流，进而使得内部的灰尘流出，无需设置单独的驱动件驱动扇叶142转动，从而节省关节模组100内部的空间，且能降低制造成本。

如图2所示，在其他实施方式中，风扇140与驱动转子111沿驱动转子111的径向间隔设置。关节模组100包括风扇驱动件170，风扇驱动件170与风扇140连接，以驱动风扇140的扇叶142绕轴向转动。

也就是说，风扇140和驱动转子111相对独立，驱动转子111的转动不会带动风扇140运动。关节模组100运行时，驱动转子111与风扇140独立旋转，驱动转子111可由关节主电机带动旋转，风扇140的旋转由风扇驱动件170带动。无论驱动转子111是正转还是反转，扇叶142的旋转方向始终保持不变，由此形成固定方向的内外气压差，即关节模组100内部灰尘的流动方向保持不变，使关节内外形成一个稳定的空气对流。从而将制动摩擦产生的灰尘或其他灰尘朝远离编码器120的方向带走，并且排出到关节模组100外部，保证编码器120所在环境的清洁度。

如图6所示，在其中一个实施例中，风扇140的扇叶142能够抵接于驱动转子111，且能够随驱动转子111同步转动。风扇140包括风扇外壳141，沿驱动转子111的径向，扇叶142远离驱动转子111的一端转动连接于风扇外壳141。其中，风扇外壳141具有限位面，限位面与扇叶142沿驱动转子111的轴向布置。扇叶142以驱动转子111的径向为轴偏转至抵接于限位面时，限位面限制扇叶142的偏转。

由于驱动转子111能够与风扇140同步旋转，那么当驱动转子111的转向发生改变后，若扇叶142的倾斜方向不变，则导致气流的流向会发生改变。因此通过扇叶142和风扇外壳141转动连接，使得扇叶142能够以驱动转子111的径向为轴发生偏转，即扇叶142相对水平面(与驱动转子111的径向平行的平面)的倾斜角度发生改变，使得送风量或送风方向发生改变，从而能够适应驱动转子111的正转或反转，使得驱动转子111无论是正转还是反转，扇叶142都有一个对应的偏转方向，以使关节模组100内部的气流方向保持一致，即气流始终是从制动器131朝向远离编码器120的方向流动，降低制动器131产生的灰尘进入到编码器120的风险。具体地，沿驱动转子111的径向，扇叶142远离驱动转子111的一端设置有连接轴146，连接轴146转动连接于风扇外壳141。

通过设置限位面，从而限制扇叶142的偏转角度，保证扇叶142偏转至最大偏转角度后，驱动转子111的转动能够拨动扇叶142的转动，从而产生气流。如图6所示，扇叶142当前所在的位置对应驱动转子111顺时针转动时扇叶142所能偏转的最大偏转角度，即扇叶142的第一端1421抵接于限位面，例如扇叶142与水平面之间的夹角为30度。当驱动转子111逆时针转动时，扇叶142从当前位置沿图6中的S方向先偏转30度，从而与水平面平行，然后继续沿S方向偏转30度，即到达逆时针转动时对应的最大偏转角度，即扇叶142的第二端1422抵接于限位面。

如图6所示，在其中一个实施例中，驱动转子111沿径向向外连接有第一拨动部144，扇叶142设置有第二拨动部145，第一拨动部144被驱动转子111带动，以转动至与第二拨动部145抵接。

当扇叶142未处于最大偏转角度时，例如，扇叶142与水平面的夹角小于30度。当驱动转子111带动第一拨动部144顺时针转动至与第二拨动部145抵接时，随着第一拨动部144的继续转动，在第一拨动部144的拨动作用下，扇叶142以驱动转子111的径向为轴偏转，直至扇叶142的第一端1421抵接于风扇外壳141的限位面。当驱动转子111带动第一拨动部144逆时针转动至与第二拨动部145抵接时，扇叶142会偏转至第二端1422抵接于限位面。

当扇叶142处于最大偏转角度时，即扇叶142的第一端1421或第二端1422抵接于限位面。限位面限制扇叶142的偏转，因此第一拨动部144的转动会带动第二拨动部145及扇叶142绕驱动转子111转动，从而使得关节模组100内部产生气流流动，以将内部的灰尘排出。

如图6所示，在其中一个实施例中，第一拨动部144为连接于驱动转子111的拨动杆，第二拨动部145为连接于扇叶142的拨动块，拨动块沿轴向位于拨动杆的一端。驱动转子111带动拨动杆转动，以使拨动杆抵接于拨动块，并带动拨动块偏转预设角度直至扇叶142抵接于限位面。通过拨动杆和拨动块的配合，使得驱动转子111转动时，先带动扇叶142偏转至最大偏转角度，而后带动扇叶142同步转动，从而无需设置额外的驱动件带动扇叶142偏转或者是绕驱动转子111转动，也能保证内部气流流向的一致性，使得关节模组100的构造更为精简。

如图3和图4所示，在其他实施例中，也可以不设置第一拨动部和第二拨动部。关节模组100包括偏转驱动件150，偏转驱动件150的数量与扇叶142的数量对应。每一偏转驱动件150与对应位置的扇叶142连接，以驱动扇叶142以驱动转子111的径向为轴偏转预设角度。通过偏转驱动件150驱动风扇140的扇叶142偏转预设角度，从而适配驱动转子111的实际转向，使得关节模组100内部的气流流向保持一致，控制更为简单可靠。

如图3所示，在其中一个实施例中，关节模组100还包括过滤部161；过滤部161设置于编码器120背离送风件的一侧，过滤部161用于将编码器120与外部环境隔开。由于气流是从上往下流动，通过设置过滤部161并将过滤部161设置在编码器120上方，从而对流入编码器120的空气进行过滤，提升空气的洁净度，降低灰尘进入编码器120的风险，保证编码器120正常运行的可靠性。具体地，过滤部161连接于过滤安装座162上，过滤安装座162连接于制动安装座132。过滤部161具体可以为具有吸附功能的过滤网。

进一步地，本发明还提供一种协作机器人(图未示)，包括基座及上述的关节模组，关节模组连接于基座。该协作机器人由于具有上述的关节模组，因此当送风件运行时，送风件送出的气流能够将流动通道内的灰尘例如制动器摩擦产生的灰尘，经出风口排出到关节模组外部。通过将关节模组内部的灰尘吹出，保持编码器所在环境的洁净度，进而保证编码器稳定可靠的运行，使得协作机器人的运行更为精确。

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 (4)

1.一种关节模组，其特征在于，包括：

关节驱动件（110），包括驱动定子（112）和驱动转子（111），所述驱动定子（112）构造有与外部环境连通的出风口（113）；

编码器（120），连接于所述驱动转子（111）；

送风件，与所述编码器（120）沿所述驱动转子（111）的轴向间隔设置；

其中，所述编码器（120）、所述送风件和所述驱动定子（112）之间形成流动通道，以形成在所述送风件的作用下灰尘能够依次经过的流动路径；经过所述流动路径的所述灰尘经所述出风口（113）排出；

所述送风件包括风扇（140），所述风扇（140）位于所述关节模组的制动器（131）远离所述编码器（120）的一端；

所述风扇（140）的扇叶（142）能够抵接于所述驱动转子（111），且能够随所述驱动转子（111）同步转动；

所述风扇（140）包括风扇外壳（141）；沿所述驱动转子（111）的驱动转子的径向，所述扇叶（142）远离所述驱动转子（111）的一端转动连接于所述风扇外壳（141）；

所述风扇外壳（141）具有限位面，所述限位面与所述扇叶（142）沿所述驱动转子（111）的轴向布置；

所述扇叶（142）以所述驱动转子的径向为轴偏转至抵接于所述限位面时，所述限位面限制所述扇叶（142）的偏转；

所述驱动转子（111）连接有第一拨动部（144），所述扇叶（142）设置有第二拨动部（145），所述第一拨动部（144）被所述驱动转子（111）带动，以转动至与所述第二拨动部（145）抵接；

所述扇叶（142）未处于最大偏转角度时，所述第一拨动部（144）通过所述第二拨动部（145）带动所述扇叶（142）以所述驱动转子的径向为轴偏转，直至所述扇叶（142）抵接于所述限位面；

所述扇叶（142）处于所述最大偏转角度时，所述第一拨动部（144）通过所述第二拨动部（145）带动所述扇叶（142）以所述驱动转子的径向为轴同步转动。

2.根据权利要求1所述的关节模组，其特征在于，所述第一拨动部（144）为连接于所述驱动转子（111）的拨动杆，所述第二拨动部（145）为连接于所述扇叶（142）的拨动块，所述拨动块沿所述轴向位于所述拨动杆的一端；

所述驱动转子（111）带动所述拨动杆转动，以使所述拨动杆能够抵接于所述拨动块，并带动所述拨动块偏转预设角度直至所述扇叶（142）抵接于所述限位面。

3.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过滤部（161）；

所述过滤部（161）设置于所述编码器（120）背离所述送风件的一侧，所述过滤部（161）用于将所述编码器（120）与外部环境隔开。

4.一种协作机器人，其特征在于，包括基座及权利要求1-3任一项所述的关节模组，所述关节模组连接于所述基座。