CN208681643U - 一种用于机器人的一体化高精度伺服关节模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于机器人的一体化高精度伺服关节模组，壳体的下方设置有底座；壳体的左侧端部通过长螺栓安装有减速机；减速机的外端中央通过输出轴固定连接有输出法兰；壳体的内部安装有无框电机定子；无框电机定子的内部安装有无框电机转子；无框电机转子的右侧端部设置有制动片；制动片的外边缘均匀加工有制动卡齿；从动齿轮的中心处嵌入安装有编码器磁钢；编码器磁钢的侧面安装有编码器；安装板右侧还通过铜柱安装有电机驱动器；电机驱动器与安装板之间还安装有制动器；制动器的左端设置有制动伸缩杆。本实用新型能够提供一种结构合理、安装维修简便、驱动灵活、散热性好且制造成本低的用于机器人的一体化高精度伺服关节模组。

Description

一种用于机器人的一体化高精度伺服关节模组

技术领域

本实用新型涉及机器人设备技术领域，具体为一种用于机器人的一体化高精度伺服关节模组。

背景技术

近年来，随着人力成本的上升，很多其他以前没有或很少使用机器人的行业开始寻求机器人自动化解决方案，例如：3C行业、医药、食品、物流等行业。这些新兴行业中的特点是产品种类很多、体积普遍不大、对操作人员的灵活度（柔性）要求高。在此需求下，协作机器人需求急速增加，并且协作机器人将成为未来发展的主流机器人。当人与协作机器人共同工作的时候，安全是首要考虑的指标之一，而安全则意味着动能小。为了减少机器人运动时的动能，协作机器人结构需要尽可能简单、轻量化。在协作机器人中，通常需要使用无框直接驱动电机以减小关节尺寸、减小机器人人重量，并提升工作效率。然而，直接使用无框电机也会带来一个新问题，就是技术实施难度和集成成本过高。

针对上述问题，著名的科尔摩根公司推出了一款集电机、减速机、编码器、伺服驱动器以及抱闸于一体的关节模组。该关节模组采用中空的结构设计，将减速机输出端的转动运动通过一转轴引回至电机端环形编码器，实现运动反馈，又便于走线。该种设计方案避免了传动过程中的间隙，从而具有较高的控制精度。但是，该技术方案仍然存在不足，由于环形编码器价格昂贵，使得关节模组产品成本显著上升。目前单个关节模组产品售价约2万人民币。采用科尔摩根公司的关节模组产品组装机械臂，将使得机械臂成本显著增加，无法满足中小企业对高性价比机械臂的需求。

为此，我们研发设计了一款成本有较大优势的一体化高精度伺服关节模组。该关节模组同样采用了中空的结构设计，并将减速机输出端回转运动通过一转轴引回至电机端，并且设计了一对外啮合精密齿轮将转轴回转运动输送至高精度磁编码器，实现输出回转运动的高精度测量，由于外啮合齿轮的使用，可以选用非环形编码器，使得成本大大降低，对于3C、医药、食品、物流等行业，研发高性价比的机器人意义重大。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种结构合理、安装维修简便、驱动灵活、散热性好且制造成本低的用于机器人的一体化高精度伺服关节模组。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种用于机器人的一体化高精度伺服关节模组，包括壳体、底座、安装通道、减速机、长螺栓、输出轴、输出法兰、无框电机定子、无框电机转子、制动片、制动卡齿、安装板、通孔、从动齿轮、主动齿轮、编码器磁钢、编码器、铜柱、电机驱动器、制动器和制动伸缩杆，所述壳体的下方设置有底座；所述壳体的内部中央贯穿设置有安装通道；所述壳体的左侧端部通过长螺栓安装有减速机；所述减速机的外端中央通过输出轴固定连接有输出法兰；所述壳体的内部安装有无框电机定子；所述无框电机定子的内部安装有无框电机转子；所述无框电机转子的右侧端部设置有制动片；所述制动片的外边缘均匀加工有制动卡齿；所述制动片右侧面固定有安装板；所述安装板的表面开设有多个通孔；所述制动片的右侧安装有从动齿轮和主动齿轮；所述从动齿轮和主动齿轮的并排相互齿合连接；所述从动齿轮的中心处嵌入安装有编码器磁钢；所述编码器磁钢的侧面安装有编码器；所述安装板右侧还通过铜柱安装有电机驱动器；所述电机驱动器与安装板之间还安装有制动器；所述制动器的左端设置有制动伸缩杆；所述制动伸缩杆的外端部、所述安装板侧面的通孔以及所述制动卡齿的中心线均设置在同一直线上。

作为本实用新型的进一步改进，所述减速机为谐波减速机。

作为本实用新型的进一步改进，所述制动器为电磁阀制动器，所述制动卡齿的形状为半圆弧形。

本实用新型提供了一种用于机器人的一体化高精度伺服关节模组，具备以下有益效果：本技术方案通过在壳体内设置无框电机定子、无框电机转子和电机驱动器，左侧面还设置有减速器、输出轴和输出法兰，可以实现将右侧驱动高效传递至左侧输出法兰上，具有结构紧凑、传动效率高、布置合理且体积小的有益技术效果；本技术方案还设置主动齿轮和从动齿轮，通过这对精密配合的齿轮可以实现将关节输出端回转运动输入至高精度编码器，具有能够避免选用昂贵的额环形编码器，使得成本显著降低的有益技术效果；本技术方案还通过采用谐波减速机与关节外壳为非嵌入式设计，这样的结构设计具有谐波减速机散热性能好、寿命更长、关节加工工艺更为简单，安装更加方便的有益技术效果；本技术方案还通过在从动齿轮上安装编码器磁钢，并正对设置了编码器，具有可以实现对运动速度等参数采集并进行反馈控制调节的有益技术效果；本技术方案还设置了制动片，在制动片的边缘均匀开设有制动卡齿，并设置了制动器和制动伸缩杆，具有可以在设备断电或需要采取制动时，通过制动器内的电磁阀将制动伸缩杆弹出实现对转子及其连接部件的制动操作，具有结构合理、制动可靠且动作快速灵敏的有益技术效果。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图中：1.壳体；2.底座；3.安装通道；4.减速机；5.长螺栓；6.输出轴；7.输出法兰；8.无框电机定子；9.无框电机转子；10.制动片；11.制动卡齿；12.安装板；13.通孔；14.从动齿轮；15.主动齿轮；16.编码器磁钢；17.编码器；18.铜柱；19.电机驱动器；20.制动器；21.制动伸缩杆。

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。

如图1所示，本实用新型提供一种技术方案：一种用于机器人的一体化高精度伺服关节模组，包括壳体1、底座2、安装通道3、减速机4、长螺栓5、输出轴6、输出法兰7、无框电机定子8、无框电机转子9、制动片10、制动卡齿11、安装板12、通孔13、从动齿轮14、主动齿轮15、编码器磁钢16、编码器17、铜柱18、电机驱动器19、制动器20和制动伸缩杆21，所述壳体1的下方设置有底座2；所述壳体1的内部中央贯穿设置有安装通道3；所述壳体1的左侧端部通过长螺栓5安装有减速机4；所述减速机4的外端中央通过输出轴6固定连接有输出法兰7；所述壳体1的内部安装有无框电机定子8；所述无框电机定子8的内部安装有无框电机转子9；所述无框电机转子9的右侧端部设置有制动片10；所述制动片10的外边缘均匀加工有制动卡齿11；所述制动片10右侧面固定有安装板12；所述安装板12的表面开设有多个通孔13；所述制动片10的右侧安装有从动齿轮14和主动齿轮15；所述从动齿轮14和主动齿轮15的并排相互齿合连接；所述从动齿轮14的中心处嵌入安装有编码器磁钢16；所述编码器磁钢16的侧面安装有编码器17；所述安装板12右侧还通过铜柱18安装有电机驱动器19；所述电机驱动器19与安装板12之间还安装有制动器20；所述制动器20的左端设置有制动伸缩杆21；所述制动伸缩杆21的外端部、所述安装板12侧面的通孔13以及所述制动卡齿11的中心线均设置在同一直线上；所述减速机4为谐波减速机；所述制动器为电磁阀制动器，所述制动卡齿11的形状为半圆弧形。

本技术方案将无框电机定子以嵌入的方式安装于关节外壳内部，无框电机转子与谐波减速机输入轴相连，输出轴通过螺栓安装于输出端法兰上，输出轴、输出端法兰一起固连于谐波减速机的输出轴，无框电机转子、输出端法兰、输出轴以及谐波减速机通过谐波减速机的安装面与关节外壳外表面螺纹孔进行连接，使得谐波减速机安装面附近外表面与关节外壳严格对齐，由于谐波减速机运行发热，将谐波减速机安装于关节外壳外部能够显著改善谐波减速机的散热效果，提高其寿命。

谐波减速机的输出轴转动通过输出端法兰、输出轴引回至关节外壳内部，通过齿轮对驱动编码器磁钢转动，并通过编码器本体完成运动数据测量，测量的运动数据反馈至电机驱动器后通过伺服控制算法生产控制量，实现对无框电机转子的闭环驱动。

制动片通过四组螺栓与无框电机转子连接，在制动片结构外围为一圈均布制动卡齿，当断电时，制动器电磁线圈失电，电磁阀芯将被弹簧弹出，并插入制动片的制动齿内，实现对断电制动功能，确保安全。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种用于机器人的一体化高精度伺服关节模组，其特征在于：包括壳体（1）、底座（2）、安装通道（3）、减速机（4）、长螺栓（5）、输出轴（6）、输出法兰（7）、无框电机定子（8）、无框电机转子（9）、制动片（10）、制动卡齿（11）、安装板（12）、通孔（13）、从动齿轮（14）、主动齿轮（15）、编码器磁钢（16）、编码器（17）、铜柱（18）、电机驱动器（19）、制动器（20）和制动伸缩杆（21），所述壳体（1）的下方设置有底座（2）；所述壳体（1）的内部中央贯穿设置有安装通道（3）；所述壳体（1）的左侧端部通过长螺栓（5）安装有减速机（4）；所述减速机（4）的外端中央通过输出轴（6）固定连接有输出法兰（7）；所述壳体（1）的内部安装有无框电机定子（8）；所述无框电机定子（8）的内部安装有无框电机转子（9）；所述无框电机转子（9）的右侧端部设置有制动片（10）；所述制动片（10）的外边缘均匀加工有制动卡齿（11）；所述制动片（10）右侧面固定有安装板（12）；所述安装板（12）的表面开设有多个通孔（13）；所述制动片（10）的右侧安装有从动齿轮（14）和主动齿轮（15）；所述从动齿轮（14）和主动齿轮（15）的并排相互齿合连接；所述从动齿轮（14）的中心处嵌入安装有编码器磁钢（16）；所述编码器磁钢（16）的侧面安装有编码器（17）；所述安装板（12）右侧还通过铜柱（18）安装有电机驱动器（19）；所述电机驱动器（19）与安装板（12）之间还安装有制动器（20）；所述制动器（20）的左端设置有制动伸缩杆（21）；所述制动伸缩杆（21）的外端部、所述安装板（12）侧面的通孔（13）以及所述制动卡齿（11）的中心线均设置在同一直线上。

2.根据权利要求1所述的一种用于机器人的一体化高精度伺服关节模组，其特征在于：所述减速机（4）为谐波减速机。

3.根据权利要求1所述的一种用于机器人的一体化高精度伺服关节模组，其特征在于：所述制动器为电磁阀制动器，所述制动卡齿（11）的形状为半圆弧形。