CN206085093U - 一种机械臂及机械臂关节 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了机械臂及机械臂关节，机械臂关节包括沿动力传递方向顺次设置的电机模块、制动模块和减速模块；其中，电机模块包括转动连接的电机定子和电机转子；制动模块包括转动连接的制动壳体和制动轴；减速模块包括转动连接的减速壳体和动力输入轴；电机定子、制动壳体和减速壳体三者中相邻两者可拆卸连接，电机转子、制动轴和动力输入轴三者中相邻两者直接且可拆卸地周向连接。该机械臂关节包括拆分成结构和功能独立的若干个模块，升级或维护时，只需要升级或者维修相应的模块即可，从而降低了升级和维修成本。此外，同一种类型的模块只需要进行一次结构设计，当需要不同参数的模块时，只需要对相应尺寸进行调整，降低了设计和加工成本。

Description

一种机械臂及机械臂关节

技术领域

本实用新型涉及机械臂技术领域，特别涉及一种机械臂及机械臂关节。

背景技术

机械臂关节是机械臂的动力部件和核心部件，决定着机械臂的动力学性能的优劣。

机械臂关节包括驱动电机、制动和减速三部分；其中，驱动电机部分的动力经由制动部分传递至减速部分，最后由减速机构带动机械臂的执行元件转动。传统的关节是将驱动电机、制动和减速三部分传动连接为一体再后封装于关节壳体内，最后通过伸出于关节壳体外的动力输出轴带动执行元件转动。

这种机械臂关节作为一个整体，用户不能对其进行自定义拆解组装，这样会导致某些关键部件损坏之后整个关节的维修困难；或者用户需要对关节进行升级时需要更换整个关节。

鉴于此，本领域技术人员亟待优化机械臂关节结构，以便于维护和升级。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种便于维护和升级的机械臂关节。在此基础上，本实用新型还提供一种包括该机械臂关节的机械臂。

这种机械臂关节包括沿动力传递方向顺次设置的电机模块、制动模块和减速模块；其中，所述电机模块包括电机定子和电机转子，所述电机转子和所述电机定子转动连接；所述制动模块包括制动壳体和制动轴，所述制动壳体和所述制动轴转动连接；所述减速模块包括减速壳体和动力输入轴，所述减速壳体和所述动力输入轴转动连接；

所述电机定子、所述制动壳体和所述减速壳体三者中相邻两者可拆卸连接，且，所述电机转子、所述制动轴和所述动力输入轴三者中相邻两者直接且可拆卸地周向连接。

可选地，所述电机转子和所述制动轴通过相啮合的内花键和外花键连接，所述内花键和所述外花键中一者设置于所述电机转子，另一者设置于所述制动轴；和/或，

所述制动轴和所述动力输入轴通过相啮合的内花键和外花键连接，所述内花键和所述外花键中一者设置于所述制动轴，另一者设置于所述动力输入轴。

可选地，还包括线束固定环和线束，所述线束包括通信线缆和电源线缆；所述减速模块还包括动力输出轴，所述动力输入轴输入的动力经减速处理后由所述动力输出轴输出；

所述电机转子、所述制动轴、所述动力输入轴和所述动力输出轴均为中空轴，所述线束固定环与所述动力输出轴固定连接，所述线束内置于所述电机转子、所述制动轴、所述动力输入轴、所述动力输出轴和所述线束固定环内。

可选地，所述电机定子包括电机主壳、电机端盖和定子，所述电机模块还包括电路板保护壳、转子、码盘、编码器电路板和驱动电路板；

所述电机主壳和所述电机端盖固定连接，所述电机转子与所述电机主壳和所述电机端盖均转动连接，所述转子和所述定子均位于所述电机主壳并且所述转子与所述电机转子固定连接，所述码盘与所述电机转子固定连接，所述编码器电路板与所述电机定子固定连接，且所述编码器电路板和所述驱动电路板信号连接；所述电路板保护壳与所述电机端盖固定连接并用于罩盖所述码盘、所述编码器驱动板和所述驱动电路板，且，所述电路板保护壳开设有电气接口；所述电机主壳与所述制动壳体可拆卸连接。

可选地，所述制动模块还包括电磁制动器和制动轮毂；所述电磁制动器固定安装于所述制动壳体内，所述制动轮毂和所述电磁制动器弹性连接；

所述电磁制动器失电，所述制动轮毂在弹性力作用下移动至与所述制动轴周向固定连接；所述电磁制动器得电，所述制动轮毂克服弹性力移动至与所述制动轴分离。

可选地，所述减速模块具体为谐波减速器；

所述谐波减速器还包括柔轮和刚轮，所述刚轮与所述减速壳体固定连接并与所述柔轮内齿啮合，所述柔轮与所述动力输入轴转动连接，所述减速模块的动力输出轴与所述柔轮固定连接。

可选地，所述动力输出轴包括定位轴、转动环和输出端盖；

所述定位轴与所述动力输入轴同轴设置并转动连接，所述转动环、所述输出端盖和所述定位轴三者均固定连接，且，所述转动环的外周壁具有沿圆周均布的多个输出法兰孔；所述定位轴为中空轴，所述输出端盖具有线束贯穿孔，所述线束固定环与所述输出端盖固定连接。

可选地，所述减速壳体包括固定连接的固定环和输入端盖，所述输入端盖与所述动力输入轴转动连接，所述固定环的外周壁具有沿圆周均布的多个固定法兰孔。

可选地，所述电机定子、所述制动壳体和所述减速壳体三者中相邻两者通过螺钉可拆卸连接。

此外，本实用新型还提供一种机械臂，该机械臂包括至少两个连杆和关节，相邻两个所述连杆通过关节转动连接；其中，所述关节具体为如上所述的机械臂关节，相邻两个所述连杆中一者与所述电机定子、所述制动壳体和所述减速壳体中一者固定连接，另一者与所述减速模块的动力输出轴固定连接。

与现有技术相比，这种机械臂关节包括沿动力传递方向顺次设置的电机模块、制动模块和减速模块；其中，电机模块包括电机定子和电机转子，电机转子和电机定子转动连接；制动模块包括制动壳体和制动轴，制动壳体和制动轴转动连接；减速模块包括减速壳体和动力输入轴，减速壳体和动力输入轴转动连接；电机定子、制动壳体和减速壳体三者中相邻两者可拆卸连接，且，电机转子、制动轴和动力输入轴三者中相邻两者直接且可拆卸地周向连接。

该机械臂关节包括拆分成结构和功能独立的若干个模块，升级或维护时，只需要升级或者维修相应的模块即可，这将大大降低升级和维修的成本和维护升级成本。此外，同一种类型的模块(如电机驱动模块)只需要进行一次结构设计，当需要不同参数的模块时，只需要对相应尺寸进行调整，从而降低了关节的设计和加工成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供机械臂关节具体实施例的轴向剖视结构示意图；

图2为图1所示机械臂关节的立体结构示意图；

图3为图2所示机械臂关节的主视结构示意图；

图4和5分别为电机模块两个不同视角的结构示意图；

图6和7分别为制动模块两个不同视角的结构示意图；

图8和9分别为减速模块两个不同视角的结构示意图。

其中，图1至9中各组件名称与相应附图标记之间的对应关系为：

电机模块：

10电机转子、11电机主壳、12电机端盖、13电路板保护壳、13a电气接口、14定子、15转子、16码盘、18编码器电路板、19驱动电路板；

制动模块：

20制动轴、21制动壳体、22电磁制动器；

减速模块：

30动力输入轴、31固定环、31a固定法兰孔、32输入端盖、33转动环、33a输出法兰孔、34输出端盖、34a线束贯穿孔、35刚轮、36柔轮、37定位轴；

4线束固定环；

5线束。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参见图1，该图为本实用新型所提供机械臂关节具体实施例的轴向剖视结构示意图。

本具体实施例所提供的机械臂关节包括沿动力传递方向顺次设置的电机模块、制动模块和减速模块；其中，电机模块包括电机定子和电机转子10，电机转子10和电机定子转动连接；制动模块包括制动壳体21和制动轴20，制动壳体21和制动轴20转动连接；减速模块包括减速壳体和动力输入轴30，减速壳体和动力输入轴30转动连接；电机定子、制动壳体21和减速壳体三者中相邻两者可拆卸连接，且，电机转子10、制动轴20和动力输入轴30三者中相邻两者直接且可拆卸地周向连接。为了便于更好地理解机械臂关节的具体结构，请一并参见图2和3，其中，图2为图1所示机械臂关节的立体结构示意图，图3为图2所示机械臂关节的主视结构示意图。

详细地，电机模块中的电机具体为永磁同步电机。

参见图1所示，除了电机转子10和电机定子外，这种电机模块还包括电路板保护壳13、转子15、码盘16、编码器电路板18和驱动电路板19；其中，电机转子10的两端部贯穿电机定子并与电机定子转动连接，转子15位于电机定子内并电机转子10固定连接，码盘16与电机转子10固定连接，编码器电路板18与电机定子固定连接，且编码器电路板18和驱动电路板19通过连接器插接连接；电路板保护壳13与电机定子固定连接并用于罩盖码盘16、编码器电路板18和驱动电路板19四者，且，电路板保护壳13开设有电气接口13a，电气接口13a为空对空插接件公头，用于与制动模块连接。为了便于更好地理解电机模块的具体结构，请一并参见图4和5，图4和5分别为电机模块两个不同视角的结构示意图。

更为详细地，电机定子包括电机主壳11、电机端盖12和定子14，电机主壳11具有一敞口端，电机端盖12和电机主壳11固定连接以封堵该敞口端，电机转子10贯穿电机主壳11和电机端盖12，并通过两个深沟球轴承分别与电机主壳11和电机端盖12转动连接，定子14固定安装于电机主壳11内。

制动模块具体为无励磁电磁制动器。

详细地，继续参见图1所示，除了制动轴20和制动壳体21外，制动模块还包括电磁制动器22和制动轮毂(图中未示出)；其中，电磁制动器22固定安装于制动壳体21内，制动轮毂和电磁制动器22弹性连接；当电磁制动器22失电时，在弹性力作用下，制动轮毂和制动轴20周向固定连接，以便限定制动轴20和电机转子10的转动；反之，当电磁制动器22得电，制动轮毂在磁力作用下克服弹性力相对于制动轴20沿轴向移动直至与制动轴20分离，以便电机转子10带动制动轴20转动。为了便于更好地理解电机模块的具体结构，请一并参见图6和7，图6和7分别为制动模块两个不同视角的结构示意图。

需要说明的是，电机模块和制动模块由同一电源供电。也就是说，当电机模块得电工作时，制动模块同时得电，制动轮毂和制动轴20分离，以便制动轴20与电机转子10同步转动；当电机模块失电停机时，制动模块也处于失电状态，此时制动轮毂和制动轴20插接连接，以限定电机转子10和制动轴20的转动。机械臂关节设置制动模块的目的在于，为了避免在电机模块失电状态下，因其他外载荷导致电机转子10转动而引起机械臂关节意外转动的问题。

减速模块具体为谐波减速器。

继续参见图1所示，具体地，除了减速壳体和动力输入轴30外，该谐波减速器还包括柔轮36、刚轮35和动力输出轴；其中，刚轮35与减速壳体固定连接并与柔轮36内齿啮合，柔轮36与动力输入轴30转动连接，动力输出轴与柔轮36固定连接。为了便于更好地理解电机模块的具体结构，请一并参见图8和9，图8和9分别为减速模块两个不同视角的结构示意图。

更为具体地，减速器壳体包括固定连接的固定环31和输入端盖32；其中，输入端盖32与动力输入轴30通过深沟球轴承转动连接，固定环31的外周壁具有圆周均布的多个固定法兰孔31a。固定环31和制动壳体21通过螺钉可拆卸连接，并与减速模块的动力输出轴动密封连接。

为了便于加工和装配，减速模块的动力输出轴也为拼装结构。

具体地，参见图1所示，动力输出轴包括转动环33、输出端盖34和定位轴37；其中，定位轴37与动力输入轴30同轴设置，转动环33、输出端盖34和定位轴37三者均固定连接，且，定位轴37与动力输入轴30通过深沟球轴承转动连接，输出端盖34和固定环31通过交叉滚子轴承转动连接。转动环33的外周壁具有圆周均布的多个输出法兰孔33a。线束固定环

应用于机械臂时，机械臂的相邻两个连杆中一者通过这些固定法兰孔31a与固定环31固定连接，另一者通过输出法兰孔33a与转动环33固定连接。机械臂关节启动后，相邻两个连杆可绕机械臂关节的轴线相对回转。

需要说明的是，谐波减速器的动力输入轴30即为谐波减速器的波发生器。

继续参见图1所示，本具体实施例中，电机转子10具体为外花键轴，制动轴20包括内花键轴段和外花键轴段，动力输入轴30为内花键轴，动力输入轴30具有中心孔，其中心孔内加工有花键，其外轮廓则为椭圆或其他现有波发生器的外轮廓相同，也就是说，波发生器的外轮廓只要满足谐波减速器的减速功能即可。

电机转子10和制动轴20的内花键轴段直接且可拆卸周向连接，动力输入轴30和制动轴20和外花键轴段直接且可拆卸周向连接。

当然，在满足电机转子10与制动轴20两者以及制动轴20与动力输入轴30两者直接且可拆卸地周向连接功能、加工及装配工艺要求的基础上，电机转子10和制动轴20通过相啮合内花键和外花键连接，内花键和外花键中一者设置于电机转子10，另一者设置于制动轴20；同样，制动轴20和动力输入轴30通过相啮合内花键和外花键连接，内花键和外花键中一者设置于制动轴20，另一者设置于动力输入轴30。

需要说明的是，电机转子10、制动轴20和动力输入轴30三者中相邻两者可相匹配的内花键和外花键相啮合连接，使得机械臂具有传动平稳性高、结构稳定等优点。当然，电机转子10、制动轴20和动力输入轴30三者中相邻两者还可通过键连接或无键连接方式实现直接且可拆卸地周向连接。

此外，为了便于本领域技术人员更好地理解本实用新型的创新点，本具体实施例中结合图1，以永磁同步电机、电磁制动器和谐波减速器为例对本实用新型的创新点进行了详细说明。

当然，在满足机械臂关节的电机转子10、制动轴20和动力输入轴30三者中相邻两者直接且可拆卸地周向连接，电机定子、制动壳体21和减速壳体三者中相邻两者可拆卸连接的基础上，电机模块、制动模块和减速模块三者也可以为本领域中能实现同等功能的其他结构。

进一步地，该机械臂减速器还包括线束固定环4和线束5；其中，线束5包括通信线缆和电源线缆，通信线缆用于给电机模块或制动模块输送通信信号，电源线缆用于给电机模块或制动模块输送电能。

需要说明的是，通信线缆和电源线缆具体的连接关系取决于电机模块和制动模块的具体结构，本领域技术人员可基于现有技术根据实际需求排线，故而本文在此不再加以赘述。

线束固定环4与减速模块的输出端盖34通过螺栓组件固定连接，输出端盖34具有线束贯穿孔34a，且，定位轴37、动力输入轴30、制动轴20和电机转子10均为中空轴，线束5内置于线束固定环4、定位轴37、动力输入轴30、制动轴20和电机转子10。

可以想见，这种机械臂关节的线束5内置于各个功能元件的中空轴内，可保持机械臂关节整体结构的整洁美观。最主要的是，对具有多个机械臂关节的机械臂而言，多个机械臂关节的线束5均可沿轴向内置，某一电子元件需要与线束5中线缆连接时，只需将相应线缆由该线束5引出即可，这样可防止因机械臂转动而引起的线束5卷绕问题，从而可延长线束5的使用寿命。

与现有技术相比，这种机械臂关节的优点在于：

1、设计成本低；

同一种类型的模块(如电机模块)只需要进行一次结构设计，当需要不同参数的模块时，只需要对相应尺寸进行调整。

2、装配难度低且装配效率和良品率高；

不同的模块同步进行装配、测试，最后完成总装，模块的不良率可以在模块装配完成之后通过相应测试降低，从而使关节的良品率提高。尤其是，由于单个模块的结构是独立的，所以检测会很方便。

3、机械臂关节型号多样；

一种电机模块和三种减速模块便可以组装出六个型号的机械臂关节。对于用户来说，可以匹配出更加适合其需求的关节。

4、升级和维修成本低、过程简单；

很多场合下，机械臂关节需要升级或者维修的仅仅是某一个部分，当机械臂关节在结构上是一个整体时，需要对整个机械臂关节进行升级或者维修，但是当机械臂关节是有不同的模块组成时，只需要升级或者维修相应的模块，这将大大降低升级和维修的成本。同时，由于模块间的连接方式简单，所以在拆装关节的时候也将非常方便。

除这种机械臂关节外，本实用新型还提供一种机械臂，该机械臂包括至少两个连杆和关节，相邻两个连杆通过关节转动连接；其中，该关节具体为如上所述的机械臂关节，相邻两个连杆中一者与电机定子、制动壳体21和减速壳体中一者固定连接，另一者与减速模块的动力输出轴固定连接。

需要说明的是，本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅你、包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种机械臂关节，包括沿动力传递方向顺次设置的电机模块、制动模块和减速模块；其特征在于，所述电机模块包括电机定子和电机转子(10)，所述电机转子(10)和所述电机定子转动连接；所述制动模块包括制动壳体(21)和制动轴(20)，所述制动壳体(21)和所述制动轴(20)转动连接；所述减速模块包括减速壳体和动力输入轴(30)，所述减速壳体和所述动力输入轴(30)转动连接；

所述电机定子、所述制动壳体(21)和所述减速壳体三者中相邻两者可拆卸连接，且，所述电机转子(10)、所述制动轴(20)和所述动力输入轴(30)三者中相邻两者直接且可拆卸地周向连接。

2.如权利要求1所述的机械臂关节，其特征在于，所述电机转子(10)和所述制动轴(20)通过相啮合的内花键和外花键连接，所述内花键和所述外花键中一者设置于所述电机转子(10)，另一者设置于所述制动轴(20)；和/或，

所述制动轴(20)和所述动力输入轴(30)通过相啮合的内花键和外花键连接，所述内花键和所述外花键中一者设置于所述制动轴(20)，另一者设置于所述动力输入轴(30)。

3.如权利要求1或2所述的机械臂关节，其特征在于，还包括线束固定环(4)和线束(5)，所述线束(5)包括通信线缆和电源线缆；所述减速模块还包括动力输出轴，所述动力输入轴(30)输入的动力经减速处理后由所述动力输出轴输出；

所述电机转子(10)、所述制动轴(20)、所述动力输入轴(30)和所述动力输出轴均为中空轴，所述线束固定环(4)与所述动力输出轴固定连接，所述线束(5)内置于所述电机转子(10)、所述制动轴(20)、所述动力输入轴(30)、所述动力输出轴和所述线束固定环(4)内。

4.如权利要求3所述的机械臂关节，其特征在于，所述电机定子包括电机主壳(11)、电机端盖(12)和定子(14)，所述电机模块还包括电路板保护壳(13)、转子(15)、码盘(16)编码器电路板(18)和驱动电路板(19)；

所述电机主壳(11)和所述电机端盖(12)固定连接，所述电机转子(10)与所述电机主壳(11)和所述电机端盖(12)均转动连接，所述转子(15)和所述定子(14)均位于所述电机主壳(11)并且所述转子(15)与所述电机转子(10)固定连接，所述码盘(16)与所述电机转子(10)固定连接，所述编码器电路板(18)与所述电机定子固定连接，且所述编码器电路板(18)和所述驱动电路板(19)信号连接；所述电路板保护壳(13)与所述电机端盖(12)固定连接并用于罩盖所述码盘(16)、所述编码器电路板(18)、所述编码器电路板(18)和所述驱动电路板(19)，且，所述电路板保护壳(13)开设有电气接口(13a)；所述电机主壳(11)与所述制动壳体可拆卸连接。

5.如权利要求3所述的机械臂关节，其特征在于，所述制动模块还包括电磁制动器(22)和制动轮毂；所述电磁制动器(22)固定安装于所述制动壳体内，所述制动轮毂和所述电磁制动器(22)弹性连接；

所述电磁制动器(22)失电，所述制动轮毂在弹性力作用下移动至与所述制动轴(20)周向固定连接；所述电磁制动器(22)得电，所述制动轮毂克服弹性力移动至与所述制动轴(20)分离。

6.如权利要求3所述的机械臂关节，其特征在于，所述减速模块具体为谐波减速器；

所述谐波减速器还包括柔轮(36)和刚轮(35)，所述刚轮(35)与所述减速壳体固定连接并与所述柔轮(36)内齿啮合，所述柔轮(36)与所述动力输入轴(30)转动连接，所述减速模块的动力输出轴与所述柔轮(36)固定连接。

7.如权利要求6所述的机械臂关节，其特征在于，所述动力输出轴包括转动环(33)、输出端盖(34)和定位轴(37)；

所述定位轴(37)与所述动力输入轴(30)同轴设置并转动连接，所述转动环(33)、所述输出端盖(34)和所述定位轴(37)三者均固定连接，且，所述转动环(33)的外周壁具有沿圆周均布的多个输出法兰孔(33a)；所述定位轴(37)为中空轴，所述输出端盖(34)具有线束贯穿孔(34a)，所述线束固定环(4)与所述输出端盖(34)固定连接。

8.如权利要求6所述的机械臂关节，其特征在于，所述减速壳体包括固定连接的固定环(31)和输入端盖(32)，所述输入端盖(32)与所述动力输入轴(30)转动连接，所述固定环(31)的外周壁具有沿圆周均布的多个固定法兰孔(31a)。

9.如权利要求1或2所述的机械臂关节，其特征在于，所述电机定子、所述制动壳体和所述减速壳体三者中相邻两者通过螺钉可拆卸连接。

10.一种机械臂，包括至少两个连杆和关节，相邻两个所述连杆通过关节转动连接，其特征在于，所述关节具体为权利要求1至8任一项所述的机械臂关节，相邻两个所述连杆中一者与所述电机定子、所述制动壳体和所述减速壳体中一者固定连接，另一者与所述减速模块的动力输出轴固定连接。