CN117681245A - 一种关节模组及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种关节模组及机器人，关节模组包括模组壳体，具有相对的前端和后端；驱动件设置在模组壳体内；末端壳体设置在模组壳体的后端上，末端壳体的内侧具有安装空腔；触点结构设置在末端壳体上并位于安装空腔内，触点结构用于提供电源和通讯控制给末端执行器。通过驱动件驱动末端执行器，通过在末端壳体内形成一个能够容纳触点结构的安装空腔，利用触点结构与末端执行器连接并实现通信，从而能够对末端执行器提供电源和通讯控制，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。

Description

一种关节模组及机器人

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，特别涉及一种关节模组及机器人。

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、一般的关节模组上有1～2组IO接口，通常一个是相机模组，一个用于支持末端执行器，如在机器人关节模组上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。

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，本申请提出一种关节模组，能够对末端执行器提供电源和通讯控制，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。

根据本申请第一方面实施例的关节模组，包括：

模组壳体，具有相对的前端和后端；

驱动件，设置在所述模组壳体内；

末端壳体，设置在所述模组壳体的后端上，所述末端壳体的内侧具有安装空腔；

触点结构，设置在所述末端壳体上并位于所述安装空腔内，所述触点结构用于提供电源和通讯控制给末端执行器。

根据本申请的第一方面实施例的关节模组，至少具有如下有益效果：通过驱动件驱动末端执行器，通过在末端壳体内形成一个能够容纳触点结构的安装空腔，利用触点结构与末端执行器连接并实现通信，从而能够对末端执行器提供电源和通讯控制，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。

根据本申请的第一方面实施例所述的关节模组，所述触点结构包括触点电路板，所述触点电路板上设有多个顶针，所述顶针与末端执行器的接触片接触时，能够判断末端执行器的类型并提供对应的电流及控制模式。

根据本申请的第一方面实施例所述的关节模组，所述触点结构包括触点前盖和触点后盖，所述触点电路板设置在所述触点前盖和所述触点后盖之间，所述触点前盖上设有用于连接的法兰结构，所述触点后盖上设有用于定位所述触点电路板的定位槽。

根据本申请的第一方面实施例所述的关节模组，所述末端壳体上还设有快插接口，所述快插接口适于与所述触点电路板电连接。

根据本申请的第一方面实施例所述的关节模组，所述关节模组还包括控制装置，部分的所述顶针被配置为硬件ID识别接口，所述控制装置被配置为能够根据所述硬件ID识别接口的IO信息得到末端执行器的ID，并根据所述末端执行器的ID弹窗对应的界面。

根据本申请的第一方面实施例所述的关节模组，所述控制装置得到末端执行器的ID后确定为已知末端执行器时，所述控制装置适于弹窗对应的末端执行器控制模块；

所述控制装置得到末端执行器的ID后确定为未知硬件时，所述控制装置适于弹窗IO设定模块。

根据本申请的第一方面实施例所述的关节模组，所述驱动件包括电机，所述电机具有中空转轴，所述中空转轴适于与所述安装空腔连通，以使所述触点结构能够与从所述中空转轴伸出的连接线连接。

根据本申请的第一方面实施例所述的关节模组，所述关节模组还包括端盖和法兰盘，所述端盖设置在所述模组壳体的前端，所述法兰盘设置在所述模组壳体的后端并位于所述模组壳体和所述末端壳体之间。

根据本申请的第一方面实施例所述的关节模组，所述端盖与所述模组壳体的前端之间设有第一密封件，所述法兰盘与所述模组壳体的后端之间设有第二密封件，所述法兰盘与所述末端壳体之间设有第三密封件，所述驱动件与所述模组壳体之间设有第四密封件。

根据本申请第二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关节模组。

不难理解，本申请第二方面实施例中的机器人，具有如前所述第一方面实施例中的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为本申请实施例的触点结构的爆炸图；

图3为本申请实施例的系统流程图；

图4为本申请实施例的定义顶针作为识别接口的示意图；

图5为本申请实施例的12号末端执行器的触点结构图；

图6为本申请实施例的1号末端执行器的触点结构图；

图7为本申请实施例的15号末端执行器的触点结构图。

附图标记：

100、模组壳体；101、前端；102、后端；110、端盖；120、法兰盘；130、第一密封件；140、第二密封件；150、第三密封件；160、第四密封件；

200、驱动件；210、中空转轴；

300、末端壳体；310、安装空腔；

400、触点结构；410、触点电路板；411、顶针；420、触点前盖；421、法兰结构；430、触点后盖；431、定位槽；440、快插接口。

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7，本申请第一方面实施例的关节模组，包括模组壳体100、驱动件200、末端壳体300和触点结构400。

其中模组壳体100具有相对的前端101和后端102；驱动件200设置在模组壳体100内；末端壳体300设置在模组壳体100的后端102上，末端壳体300的内侧具有安装空腔310；触点结构400设置在末端壳体300上并位于安装空腔310内，触点结构400用于提供电源和通讯控制给末端执行器。

可以理解的是，通过在关节模组中加装由顶针411及电路板组成的触点结构400实现了给一个或多个的末端执行器提供电源及控制的能力，而且所有的末端执行器均可以通过机器人系统如控制装置来进行控制，降低了机器人的调试和部署时间及难度。

需要说明的是，本实施只是对关节模组的动力组件部分做了相关阐述，关节模组的其他部分，驱动电路板，输出端编码器，输入端等均为现在有技术，在此不再赘述。

参照图1至图7，本申请第一方面实施例的关节模组，通过驱动件200驱动末端执行器，通过在末端壳体300内形成一个能够容纳触点结构400的安装空腔310，利用触点结构400与末端执行器连接并实现通信，从而能够对末端执行器提供电源和通讯控制，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。

在本申请的一些实施例中，触点结构400包括触点电路板410，触点电路板410上设有多个顶针411，顶针411与末端执行器的接触片接触时，能够判断末端执行器的类型并提供对应的电流及控制模式。可以理解的是，内置触点电路板410和顶针411与末端执行器或相机模组进行电路连接，以避免管线和机器人关节活动干涉问题。触点电路板410上具有顶针411和通讯模块为不同的末端执行器提供对应的电流及切换控制模式，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。

一些实施例中，顶针411可以是接触式触点或磁性触点，用于将电源及控制信号传输给末端执行器并控制其运动方向与状态。

在本申请的一些实施例中，触点结构400包括触点前盖420和触点后盖430，触点电路板410设置在触点前盖420和触点后盖430之间，触点前盖420上设有用于连接的法兰结构421，触点后盖430上设有用于定位触点电路板410的定位槽431。可以理解的是，触点结构400是由触点前盖420，触点电路板410，触点后盖430组成，触点前盖420和触点后盖430用于保护和定位触点电路板410，触点电路板410可以将电源及控制信号传输给末端执行器并控制其运动方向与状态。

一些实施例中，触点前盖420的一表面设有法兰结构421，触点前盖420的相对另一表面具有槽以与触点后盖430的凸台嵌套连接，嵌套后触点电路板410被可靠固定在触点前盖420和触点后盖430之间。进一步的，触点后盖430的中部位置设有定位槽431，触点电路板410中相对靠近触点后盖430的一表面设有相应的凸起结构适于嵌入定位槽431实现定位，顶针411被该凸起结构相对固定从而能够与末端执行器的接触片顺利接触。

在本申请的一些实施例中，末端壳体300上还设有快插接口440，快插接口440适于与触点电路板410电连接。可以理解的是，快插接头内嵌到此关节模组的外圆侧，同时采用内置快插的接口，避免了管线和机器人关节活动的干涉，方便安装到机器人关节的末端执行器的接线，为协同控制和调试带来方便。

一些实施例中，快插接口440上设有可开合的防护盖以对该快插接口440进行防水防尘的防护。一些实施例中，快插接口440可设置为通用型号以应对大部分的模组连接需求。另一些实施例中，快插接口440内设有可拆卸地快插头，通过更换快插头的方式应对不同的模组连接需求，此实施例下需要保证快插头与触点电路板410能够顺利连接，以提供电源及控制的能力。

在本申请的一些实施例中，关节模组还包括控制装置，部分的顶针411被配置为硬件ID识别接口，控制装置被配置为能够根据硬件ID识别接口的IO信息得到末端执行器的ID，并根据末端执行器的ID弹窗对应的界面。可以理解的是，定义顶针411的配对，并对不同末端执行器的连接法兰板金属接触片作定义，定义末端执行器的唯一硬件ID，当末端执行器安装后，发送名称，型号，厂商信息，基于电压和信号电平，判断硬件类型，识别末端执行器的实现方法和判断逻辑如下：

一些实施例中，上述触点结构400中可定义其中5根顶针411作为硬件ID识别接口(定义多少根顶针411作为识别接口可根据实际使用情况规划)，如图4所示。

其中COM为公共端，接触发信号(如高电平信号)，设S1号口为1、S2号口为2、S3号口为4、S4号口为8，n号口为2^(n-1)。末端执行器编号计算公式为：∑Sn*2^n-1，其中n≥1，其中Sn为接口读取的信号，若与COM相连则为1(有触发信号)，否则为0(无触发信号)。例如若1号口与COM相连则S1为1。

一些实施例中，如图5所示，为12号末端执行器的触点结构400图：(12＝0*1+0*2+1*4+1*8，即S3、S4与COM相连)。

一些实施例中，如图6所示，为1号末端执行器的触点结构400图：(1＝1*1+0*2+0*4+0*8，即S1与COM相连)。

一些实施例中，如图7所示，为15号末端执行器的触点结构400图：(15＝1*1+1*2+1*4+1*8，即S1、S2、S3、S4与COM相连)。

机器人系统可通过读取上述触点结构400的硬件ID识别接口IO信号得到末端执行器的ID。

一些实施例中，控制装置得到末端执行器的ID后确定为已知末端执行器时，控制装置适于弹窗对应的末端执行器控制模块；控制装置得到末端执行器的ID后确定为未知硬件时，控制装置适于弹窗IO设定模块。可以理解的是，确认为已知末端执行器后，技术人员利用控制装置可对末端执行器或相机模块进行相应的运动状态、模式切换控制，以通过机器人执行相应作业。当确定为未知硬件时，根据安装的末端执行器对其控制方式进行设定，再通过控制装置进行相应控制。一些实施例中，设定后可录入控制系统中，以便后续切换到同类型的末端执行器时能够直接使用。

在本申请的一些实施例中，驱动件200包括电机，电机具有中空转轴210，中空转轴210适于与安装空腔310连通，以使触点结构400能够与从中空转轴210伸出的连接线连接。可以理解的是，将驱动件200设置为具有中空转轴210的电机，中空转轴210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，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，关节模组还包括端盖110和法兰盘120，端盖110设置在模组壳体100的前端101，法兰盘120设置在模组壳体100的后端102并位于模组壳体100和末端壳体300之间。可以理解的是，模组壳体100具有容纳空间以便设置驱动件200和其他结构件等，容纳空间的两端分别可拆卸地设置端盖110和法兰盘120从而形成整体，可拆卸的连接方式能够便于安装和维护。

一些实施例中，法兰盘120的设置便于与模组壳体100和驱动件200固定连接，也便于与末端壳体300连接形成整体，其中基于电机的中空转轴210设置，因此法兰盘120的中部位置也预留有相应的通孔与中空转轴210对应并连通，使得线束能够穿过中空转轴210、法兰盘120后与位于安装空腔310的触点结构400连接。

在本申请的一些实施例中，端盖110与模组壳体100的前端101之间设有第一密封件130，法兰盘120与模组壳体100的后端102之间设有第二密封件140，法兰盘120与末端壳体300之间设有第三密封件150，驱动件200与模组壳体100之间设有第四密封件160。可以理解的是，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130、第二密封件140、第三密封件150和第四密封件160可采用硅橡胶或NBR等材料，用于在安装末端执行器后，加强密封性和防护性。橡胶密封构件实现了防水防尘功能，保护顶针411不短路，同时采用内置快插的接口，避免了管线和机器人关节活动的干涉。一些实施例中，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。

参照图1至图6，本申请第一方面实施例的关节模组，包括依次设置的端盖110、第一密封件130、驱动件200、第四密封件160、模组壳体100、护环圈、外圈密封构件、第二密封件140、法兰盘120、第三密封件150以及末端壳体300。其中，驱动件200包括电机和做好密封的谐波减速机，电机具有中空的减速输出轴，模组壳体100的内部有中空型腔，型腔设置了第四密封件160，电机放入模组壳体100的中空型腔内紧贴台阶上锁紧，模组壳体100的后面台阶端面设置有第一密封件130，端盖110放入模组壳体100后面台阶上锁紧。这样形成内部的密封结构，电机减速输出轴和设置好第二密封件140的法兰盘120装配然后锁紧。其中，谐波减速机是有密封防护等级，可以做到防止油雾和颗粒从前端101减速机进入到电机内部，损害电机里面的元器件。上述的关节模组装配，可以防护油雾和颗粒进入，模组壳体100内部，损害里面的电机和线路，其中这种安装方式可以方便之后的维护和拆装，大大减少了维修的人员工作，同时也是紧凑结构，使用场景大大提高。

一些实施例中，电机为中空结构，可以从内部走线，为关节模组末端多个IO接口，还有触点顶针411电源，提供了前提条件。此外，末端壳体300内部腔体设置有一个中空台阶以便放入触点结构400固定，末端壳体300外部表面设置有两个凹陷位置作为快插接口440以便放入快插头，其中快插接口440是有一定防护等级的型号，还设有起保护作用的快插头端盖110，因为一些使用环境有粉尘和油雾，这个快插头端盖110可以很好防止粉尘和大部分油雾进入快插接口440，进而保护了末端壳体300内部的电路。

一些实施例中，上述的驱动件200和其他零件组合安装在模组壳体100后，再把第三密封件150放在法兰盘120的凹槽里，之后再把末端壳体300套进有第三密封件150的法兰盘120上，之后末端壳体300的外圈台阶用螺钉和法兰盘120上固定，之后外圈台阶上套有护环圈，加上外圈密封环，其中外圈密封环是橡胶类的有弹性可以夹固护环圈，因为护环圈是一些韧性好的塑料，存在容易松动、跌落的可能导致没办法夹紧，加了外圈密封环后可以密封性更好，也可以避免末端壳体300和模组壳体100干涉摩擦，更可以避免一些异物进入旋转法兰盘120中，起到防护保护的作用。

参照图1至图6，本申请第二方面实施例的机器人，机器人包括本申请第一方面实施例的关节模组，关节模组包括关节上设置的末端壳体300安装空腔310中的顶针411和通讯用的触点电路板410，以及具有中空转轴210的电机以避免管线和机器人关节活动干涉问题，具有更少的干涉和更实用的性能特点。通过顶针411和通讯模块，实现了对不同末端执行器连接类型的判断，并提供对应的电流及切换控制模式。最终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。

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)

1.一种关节模组，其特征在于，包括：

模组壳体，具有相对的前端和后端；

驱动件，设置在所述模组壳体内；

末端壳体，设置在所述模组壳体的后端上，所述末端壳体的内侧具有安装空腔；

触点结构，设置在所述末端壳体上并位于所述安装空腔内，所述触点结构用于提供电源和通讯控制给末端执行器。

2.根据权利要求1所述的关节模组，其特征在于：所述触点结构包括触点电路板，所述触点电路板上设有多个顶针，所述顶针与末端执行器的接触片接触时，能够判断末端执行器的类型并提供对应的电流及控制模式。

3.根据权利要求2所述的关节模组，其特征在于：所述触点结构包括触点前盖和触点后盖，所述触点电路板设置在所述触点前盖和所述触点后盖之间，所述触点前盖上设有用于连接的法兰结构，所述触点后盖上设有用于定位所述触点电路板的定位槽。

4.根据权利要求2所述的关节模组，其特征在于：所述末端壳体上还设有快插接口，所述快插接口适于与所述触点电路板电连接。

5.根据权利要求2所述的关节模组，其特征在于：所述关节模组还包括控制装置，部分的所述顶针被配置为硬件ID识别接口，所述控制装置被配置为能够根据所述硬件ID识别接口的IO信息得到末端执行器的ID，并根据所述末端执行器的ID弹窗对应的界面。

6.根据权利要求5所述的关节模组，其特征在于：所述控制装置得到末端执行器的ID后确定为已知末端执行器时，所述控制装置适于弹窗对应的末端执行器控制模块；

所述控制装置得到末端执行器的ID后确定为未知硬件时，所述控制装置适于弹窗IO设定模块。

7.根据权利要求1所述的关节模组，其特征在于：所述驱动件包括电机，所述电机具有中空转轴，所述中空转轴适于与所述安装空腔连通，以使所述触点结构能够与从所述中空转轴伸出的连接线连接。

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端盖和法兰盘，所述端盖设置在所述模组壳体的前端，所述法兰盘设置在所述模组壳体的后端并位于所述模组壳体和所述末端壳体之间。

9.根据权利要求8所述的关节模组，其特征在于：所述端盖与所述模组壳体的前端之间设有第一密封件，所述法兰盘与所述模组壳体的后端之间设有第二密封件，所述法兰盘与所述末端壳体之间设有第三密封件，所述驱动件与所述模组壳体之间设有第四密封件。

10.一种机器人，其特征在于，包括：如权利要求1至9任一项所述的关节模组。