CN117601170A - 一种机器人关节模组、安装方法及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种机器人关节模组、安装方法及机器人，机器人关节模组包括壳体，具有相对的前端和后端，前端上设有前盖，后端上设有后盖；驱动件设在壳体内，驱动件上具有中空区域，前盖上设有与中空区域连通的连接孔；电路板组件包括IO电路板和线束，IO电路板设在壳体内并位于驱动件和后盖之间，线束的一端连接于IO电路板，线束的另一端穿过中空区域、连接孔并引出至前盖外。通过在壳体的后端设置电路板组件，从而可以控制工具端的动作，提高机器人的性能和精确度，通过在壳体上预留中空区域，将接在IO电路板上的线束从中空区域穿过，引出可以给到末端执行器和相机模块使用，从而尽可能地避免走线凌乱和减少输入输出的线径占用空间的情况出现。

Description

一种机器人关节模组、安装方法及机器人

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，特别涉及一种机器人关节模组、安装方法及机器人。

背景技术

机器人关节是机器人的重要组成部分，主要起到传递动力、控制末端执行器运动方向、控制末端执行器状态和实时反馈等作用。现有的机器人关节模组有如下问题：

1、安装到机器人关节的末端执行器的要另外接线，所接的线在多关节旋转的时候，带来干涉问题，从而导致机器人停机或者线束被扯断；

2、安装到机器人的末端执行器，需要很多线连接到末端执行器处，线太多维修不方便，通常机器人前端有一个是相机模组，一个用于支持末端执行器接口，如在机器人同时使用多个末端执行器，则需要另外接线到机器人的控制箱或者其他供电及通讯模块，带来协同控制和调试的困扰；

3、机器人大多数的相机模组，末端执行器的线在外部，对机器人活动带来一下限制，也会在粉尘环境容易堆积，加大维护的成本。

发明内容

本申请的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种机器人关节模组，尽可能地避免走线凌乱和减少输入输出的线径占用空间的情况出现，可以做到精简轻量化，并提高机器人的性能和精确度。

本申请还提出一种上述机器人关节模组的安装方法。

本申请还提出一种包括上述机器人关节模组的机器人。

根据本申请第一方面实施例的机器人关节模组，包括：

壳体，具有相对的前端和后端，所述前端上设有前盖，所述后端上设有后盖；

驱动件，设置在所述壳体内，所述驱动件上具有中空区域，所述前盖上设有与所述中空区域连通的连接孔；

电路板组件，包括IO电路板和线束，所述IO电路板设置在所述壳体内并位于所述驱动件和所述后盖之间，所述线束的一端连接于所述IO电路板，所述线束的另一端穿过所述中空区域、所述连接孔并引出至所述前盖外。

根据本申请的第一方面实施例的机器人关节模组，至少具有如下有益效果：通过在壳体的后端设置电路板组件，从而可以控制壳体前端工具端的动作，提高机器人的性能和精确度，通过在壳体上预留中空区域，将接在IO电路板上的线束从中空区域穿过，引出就可以给到末端执行器和相机模块使用，从而尽可能地避免走线凌乱和减少输入输出的线径占用空间的情况出现，进而更加简洁美观。

根据本申请的第一方面实施例所述的机器人关节模组，所述电路板组件包括多个支撑柱和多个隔离柱，各所述支撑柱彼此间隔地固定设置在所述驱动件上，所述IO电路板设置在各所述支撑柱上，各所述隔离柱分别套设在各所述支撑柱上以锁紧所述IO电路板。

根据本申请的第一方面实施例所述的机器人关节模组，所述电路板组件包括连接块，所述连接块固定设置在各所述隔离柱上以锁紧各所述隔离柱。

根据本申请的第一方面实施例所述的机器人关节模组，所述驱动件包括电机，所述电机的中部位置具有中空转轴以形成所述中空区域。

根据本申请的第一方面实施例所述的机器人关节模组，所述壳体的一侧设有缺口，所述驱动件还包括连接线，所述连接线的一端设置在所述电机上，所述连接线的另一端适于从所述缺口伸出。

根据本申请的第一方面实施例所述的机器人关节模组，所述缺口的端部设有护环圈和第一密封件。

根据本申请的第一方面实施例所述的机器人关节模组，所述后盖和所述壳体之间设有第二密封件，所述驱动件和所述壳体之间设有第三密封件，所述前盖和所述壳体之间设有第四密封件。

根据本申请的第一方面实施例所述的机器人关节模组，所述前盖设置为法兰盘，所述连接孔形成于所述法兰盘的中心位置，所述驱动件上形成有台阶结构，所述法兰盘套设在所述台阶结构上。

根据本申请第二方面实施例的机器人关节模组的安装方法，包括以下步骤：

将所述驱动件从所述壳体的前端放入，并将所述前盖安装在所述壳体上，使所述驱动件的位置固定；

按照接线需求把所述线束的一端插到所述IO电路板上，将所述线束的另一端穿过所述中空区域并引出至所述前盖外供末端执行器或相机模块使用；

将所述IO电路板从所述壳体的后端放入并固定，然后将所述后盖安装在所述壳体上。

根据本申请第三方面实施例的机器人，包括：如本申请的第一方面实施例所述的机器人关节模组。

不难理解，本申请第二方面实施例中的机器人关节模组的安装方法和本申请第三方面实施例中的机器人，均具有如前所述第一方面实施例中的机器人关节模组的技术效果，因而不再赘述。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请进一步地说明；

图1为本申请实施例的剖面图；

图2为本申请实施例的电路板组件的结构示意图；

图3为本申请实施例的系统组成示意图。

附图标记：

100、壳体；101、前端；102、后端；110、前盖；111、连接孔；120、后盖；130、缺口；140、护环圈；150、第一密封件；160、第二密封件；170、第三密封件；180、第四密封件；

200、驱动件；210、中空区域；220、台阶结构；

300、电路板组件；310、IO电路板；320、支撑柱；330、隔离柱；340、连接块。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是至少两个，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以在结合技术方案的具体内容后，合理确定上述词语在本申请中的具体含义。

参照图1至图3，本申请第一方面实施例的机器人关节模组，包括壳体100、驱动件200和电路板组件300。

其中壳体100具有相对的前端101和后端102，前端101上设有前盖110，后端102上设有后盖120；驱动件200设置在壳体100内，驱动件200上具有中空区域210，前盖110上设有与中空区域210连通的连接孔111；电路板组件300包括IO电路板310和线束，IO电路板310设置在壳体100内并位于驱动件200和后盖120之间，线束的一端连接于IO电路板310，线束的另一端穿过中空区域210、连接孔111并引出至前盖110外。

可以理解的是，IO电路板310装在驱动件200后端102上这样方便后期维护，驱动件200前端101用于安装末端执行器和相机模块，利用中空区域210作为走线空间，使得末端执行器和相机模块能够通过线束连接IO电路板310，可以做到关节模组精简轻量化，同时IO电路板310可以控制工具端动作，控制传感器，提供模拟量输入，最终该发明可大大简化机器人的控制系统，并提高机器人的性能和精确度。

需要说明的是，IO电路板310可以控制信号传输给末端执行器并控制其运动方向与状态，同时可以输出模拟量，控制传感器，减少线束数量避免了机器人关节活动的干涉，可以控制多于1个的末端执行器提供电源及控制的能力，而且也方便了后期维护，降低了机器人的调试和部署时间及难度。

更为具体的实施例中，IO电路板310有2个数字输出24V/0.1A、1个数字输出24V/5A、2个模拟量输入(0-10V)、4个数字输入(12-24V),可以提供传感器信号控制末端执行器、相机模块的动作控制，线束可以通过IO电路板310进行转接。这样就可以解决，多线束通过电机中空通道，空间不够的问题，可以把关节模组做到很紧凑，体积外形很巧小，同时也可以解决外部走线不美观的问题，也可以减少在特殊粉尘环境下，粉尘堆积问题，减少了维护保护工作量，可以延长关节模组使用寿命。用到关节模组机器人可以更加简洁美观，不需要额外的附加接线束，和追加零件固定线束，就可以使用IO电路板310的输出。

一些实施例中，壳体100具有容纳空间以便设置驱动件200和IO电路板310，容纳空间的两端分别可拆卸地设置前盖110和后盖120从而便于安装和维护驱动件200和IO电路板310。

参照图1至图3，本申请第一方面实施例的机器人关节模组，通过在壳体100的后端102设置电路板组件300，从而可以控制壳体100前端101工具端的动作，提高机器人的性能和精确度，通过在壳体100上预留中空区域210，将接在IO电路板310上的线束从中空区域210穿过，引出就可以给到末端执行器和相机模块使用，从而尽可能地避免走线凌乱和减少输入输出的线径占用空间的情况出现，进而更加简洁美观。

在本申请的一些实施例中，电路板组件300包括多个支撑柱320和多个隔离柱330，各支撑柱320彼此间隔地固定设置在驱动件200上，IO电路板310设置在各支撑柱320上，各隔离柱330分别套设在各支撑柱320上以锁紧IO电路板310。可以理解的是，驱动件200的后端102设有若干孔位，支撑柱320安装在驱动件200中对应的孔位上，IO电路板310穿过各支撑柱320以安装在预设的位置，从而保证线束能够顺利从中空区域210引出的同时，减少驱动件200与IO电路板310之间的相互影响情况，保证使用安全。隔离柱330用于与支撑柱320配合从而锁定电路板组件300所处在支撑柱320上的位置，一些实施例中，支撑柱320和隔离柱330通过螺纹连接的方式相互连接。另一些实施例中，支撑柱320和隔离柱330通过嵌套、卡扣等方式进行连接以固定IO电路板310，可根据实际情况选择支撑柱320和隔离柱330的连接方式，在此不作进一步限定。

一些实施例中，支撑柱320是绝缘材料，可以防止IO电路板310的电流流到驱动件200上从而导致壳体100导电，进而引发故障，绝缘的设计可以很好避免了事故的发生。

在本申请的一些实施例中，电路板组件300包括连接块340，连接块340固定设置在各隔离柱330上以锁紧各隔离柱330。可以理解的是，支撑柱320和隔离柱330相互连接后，再设置连接块340固定各隔离柱330，能够起到防松的作用，进一步保证连接效果，实现可靠安装。

一些实施例中，固定柱和隔离柱330设置三根，连接块340设置为三等分结构并分别预留有孔位与隔离柱330配合，并通过螺纹连接的方式将连接块340锁紧于各隔离柱330上，从而实现防松。

在本申请的一些实施例中，驱动件200包括电机，电机的中部位置具有中空转轴以形成中空区域210。可以理解的是，将驱动件200设置为具有中空转轴的电机，中空转轴能够便于线束穿过，从而适应于精密、小型模组的应用场景，做到关节模组精简轻量化。

另一些实施例中，电机采用具有输出轴的结构，并在旁侧设置通孔以形成中空区域210，其中通孔可为平行于输出轴的通孔，也可为其他形状的通孔，以便线束引出，但此实施例下需要对电机的壳体100进行改装，需要付出一定的成本。

一些实施例中，驱动件200还包括谐波减速机，谐波减速机与电机配合设置并安装于壳体100内，谐波减速机是有做密封防护处理，其中电机谐波减速机为现有技术，对于谐波减速机的结构和工作原理不再赘述。

在本申请的一些实施例中，壳体100的一侧设有缺口130，驱动件200还包括连接线，连接线的一端设置在电机上，连接线的另一端适于从缺口130伸出。可以理解的是，IO电路板310安装于电机的后端102，这个位置安装可以很好减去维修人员的过多劳动量，因为把模组组装好后，需要进行一系列标定等精密的措施来调试好机器人，如果在其他地方安装会，加大工作量，机器人需要重新测量标定，成本，时间和人力会加大很多。而缺口130用于把电机所需要的线引出，以进一步拨正精简和轻量化。

一些实施例中，缺口130的端部设有护环圈140和第一密封件150。可以理解的是，利用护环圈140和第一密封件150的配合设置能够实现防水防尘功能，保护IO电路板310和电机。

一些实施例中，后盖120和壳体100之间设有第二密封件160，驱动件200和壳体100之间设有第三密封件170，前盖110和壳体100之间设有第四密封件180。通过在各连接处都设置密封结构，从而加强密封性和防护性。

可以理解的是，第一密封件150、第二密封件160、第三密封件170和第四密封件180可采用硅橡胶或NBR等材料，用于安装在其他组件时，加强密封性和防护性。一些实施例中，集成了IO电路板310的关节模组的其他位置也进行了密封处理，在此只对部分结构部件做了相关阐述，其他位置可参照上述阐述进行相应处理。

在本申请的一些实施例中，前盖110设置为法兰盘，连接孔111形成于法兰盘的中心位置，驱动件200上形成有台阶结构220，法兰盘套设在台阶结构220上。可以理解的是，法兰盘便于安装末端执行器和相机模块，法兰盘安装于电机的台阶结构220上能够提高安装的精度和效率，中部预留的连接孔111也能与电机的中空转轴相对应，从而通过IO电路板310对工具端、传感器等进行控制。

参照图1至图3，本申请第二方面实施例的机器人关节模组的安装方法，机器人关节模组的安装方法可以是本申请第一方面实施例的机器人关节模组的安装方法，机器人关节模组的安装方法包括以下步骤：

将驱动件200从壳体100的前端101放入，并将前盖110安装在壳体100上，使驱动件200的位置固定；

按照接线需求把线束的一端插到IO电路板310上，将线束的另一端穿过中空区域210并引出至前盖110外供末端执行器或相机模块使用；

将IO电路板310从壳体100的后端102放入并固定，然后将后盖120安装在壳体100上。

可以理解的是，本申请第一方面实施例的机器人关节模组包括依次设置的壳体100、电机、第三密封件170，第四密封件180，法兰盘，第二密封件160，护环圈140、第一密封件150，其中电机有包括了密封的谐波减速机，电机具有中空转轴。把上述部件依次装配好，再依次把3根支撑柱320装到电机的对应孔位上，之后再把电机的所需要的线通过缺口130引出，然后按照标签把线束插到IO电路板310上，之后把IO电路板310放到装好的支撑柱320上，然后再把隔离柱330按照对应支撑柱320通过螺纹拧紧，从而把IO电路板310固定，然后再把连接块340放到隔离柱330上方按照孔位拧紧，之后就可以把线束穿过电机中空孔，引出去就可以给到末端执行器和相机模块使用了，然后再把后盖120合上固定。这样就可以把IO电路板310固定在电机后端102上。

参照图1至图3，本申请第三方面实施例的机器人，包括本申请第一方面实施例的机器人关节模组，具有更小的机器人干涉和更实用的性能特点，简化中空走线凌乱和减少输入输出的线径占用空间，可以做到关节模组精简轻量化，同时IO电路板310可以控制工具端动作，控制传感器，提供模拟量输入，最终该发明可大大简化机器人的控制系统，并提高机器人的性能和精确度。

参照图1至图3，本申请一些实施例的机器人关节模组及机器人，IO板通过RS485总线与机器人控制器连接并提供丰富的IO控制接口，在机器人软件系统中通过这些接口，可以对IO板进行设置，具体参考如下：

1.数字输出控制：提供数字输出通道的控制界面，用户可以设置输出通道的状态(高/低)和输出模式(脉冲/持续)。

2.数字输入监控：提供数字输入通道的监控界面，实时显示输入通道的状态。

3.模拟量输入曲线：提供模拟量输入通道的曲线显示功能，用户可以实时查看模拟量输入的变化情况，并提供阈值设置等功能。

4.模拟量输入设置：提供模拟量输入通道的配置界面，用户可以设置输入范围、采样率等参数。

5.末端执行器控制：提供末端执行器的控制界面，用户可以设置执行器的位置、速度、力等参数，并进行实时控制。

6.系统日志：提供系统日志显示界面，用户可以查看IO板的运行日志，以便进行故障诊断和维护。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意组合，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。

上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种机器人关节模组，其特征在于，包括：

壳体，具有相对的前端和后端，所述前端上设有前盖，所述后端上设有后盖；

驱动件，设置在所述壳体内，所述驱动件上具有中空区域，所述前盖上设有与所述中空区域连通的连接孔；

电路板组件，包括IO电路板和线束，所述IO电路板设置在所述壳体内并位于所述驱动件和所述后盖之间，所述线束的一端连接于所述IO电路板，所述线束的另一端穿过所述中空区域、所述连接孔并引出至所述前盖外。

2.根据权利要求1所述的机器人关节模组，其特征在于：所述电路板组件包括多个支撑柱和多个隔离柱，各所述支撑柱彼此间隔地固定设置在所述驱动件上，所述IO电路板设置在各所述支撑柱上，各所述隔离柱分别套设在各所述支撑柱上以锁紧所述IO电路板。

3.根据权利要求2所述的机器人关节模组，其特征在于：所述电路板组件包括连接块，所述连接块固定设置在各所述隔离柱上以锁紧各所述隔离柱。

4.根据权利要求1所述的机器人关节模组，其特征在于：所述驱动件包括电机，所述电机的中部位置具有中空转轴以形成所述中空区域。

5.根据权利要求4所述的机器人关节模组，其特征在于：所述壳体的一侧设有缺口，所述驱动件还包括连接线，所述连接线的一端设置在所述电机上，所述连接线的另一端适于从所述缺口伸出。

6.根据权利要求5所述的机器人关节模组，其特征在于：所述缺口的端部设有护环圈和第一密封件。

7.根据权利要求1所述的机器人关节模组，其特征在于：所述后盖和所述壳体之间设有第二密封件，所述驱动件和所述壳体之间设有第三密封件，所述前盖和所述壳体之间设有第四密封件。

8.根据权利要求1所述的机器人关节模组，其特征在于：所述前盖设置为法兰盘，所述连接孔形成于所述法兰盘的中心位置，所述驱动件上形成有台阶结构，所述法兰盘套设在所述台阶结构上。

9.一种如权利要求1至8任一项所述的机器人关节模组的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述驱动件从所述壳体的前端放入，并将所述前盖安装在所述壳体上，使所述驱动件的位置固定；

按照接线需求把所述线束的一端插到所述IO电路板上，将所述线束的另一端穿过所述中空区域并引出至所述前盖外供末端执行器或相机模块使用；

将所述IO电路板从所述壳体的后端放入并固定，然后将所述后盖安装在所述壳体上。

10.一种机器人，其特征在于，包括：如权利要求1至8任一项所述的机器人关节模组。