CN208759602U - 一种协作机器人一体化关节 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机器人关节技术领域，尤其是一种协作机器人一体化关节，包括：关节壳体；电机，具有定子和位于定子内部的转子，定子固定在关节壳体内；输入轴，同时与转子及谐波减速器的输入端固定连接；输出轴，固定连接在谐波减速器的输出端上；刹车盘，套设于输入轴上，刹车盘沿周向分布有多个齿部；以及电磁铁，本实用新型采用电磁铁断电后顶杆进入刹车盘上相邻两个齿部之间的方式进行制动，与传统制动器相比具有轴向尺寸小、重量轻、发热小、成本低、结构简单的优点，同时由于刹车盘是靠弹性件提供的弹力压在输入轴上，因此在发生意外碰撞时，刹车盘与输入轴之间可以相对转动，从而起到安全离合器的作用。

Description

一种协作机器人一体化关节

技术领域

本实用新型涉及机器人关节技术领域，尤其是一种协作机器人一体化关节。

背景技术

随着机器人领域技术的不断进步，协作机器人已经成为机器人领域发展的最新方向，与传统工业机器人相比，协作机器人具有模块化轻量化设计、大负载/自重比、内部走线、不需要安全护栏、可以拖拽示教等特点。而协作机器人的关键组成部分就是一体化关节，现有的一体化关节均会配置刹车装置，且所配置的刹车装置大多数以摩擦盘的形式制动，该类型的刹车装置在启动时，其输出轴会被完全锁死，那么所带来的问题就是如机器人的手臂发生碰撞压在某一物体上时，机器人会立刻触发刹车装置，使其手臂停止动作，在此情况下由于关节的输出轴被刹车装置完成锁死，导致机器人的手臂也无法被外界推动，不能及时将压在物体上的机器人手臂移开。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：为了解决现有技术中一体化关节中的刹车装置无法起到安全离合的问题，现提供一种协作机器人一体化关节。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种协作机器人一体化关节，包括：

关节壳体；

谐波减速器，配置于所述关节壳体内；

电机，具有定子和位于定子内部的转子，所述定子固定在关节壳体内；

输入轴，同时与转子及谐波减速器的输入端固定连接；

输出轴，固定连接在谐波减速器的输出端上；

刹车盘，套设于输入轴上，所述输入轴上固定有弹性件，所述弹性件用于对刹车盘施力使其抵接在输入轴的台阶面上，所述刹车盘沿周向分布有多个齿部；

以及电磁铁，所述电磁铁通电时将顶杆推动至第一工作位置，且顶杆远离电磁铁的一端设有复位弹簧，所述电磁铁断电时顶杆在复位弹簧的作用下位移至第二工作位置，其中，处于第一工作位置的顶杆不妨碍齿部随刹车盘的转动，处于第二工作位置的顶杆会对随刹车盘转动的齿部造成干涉，阻止刹车盘转动。

本方案中采用电磁铁断电后顶杆进入刹车盘上相邻两个齿部之间的方式进行制动，同时由于刹车盘是靠弹性件提供的弹力压在输入轴上，因此在发生意外碰撞时，刹车盘与输入轴之间可以相对转动，从而起到安全离合器的作用，以便在外力的推动下输出轴可以转动。

进一步地，所述输入轴上卡设有弹性挡圈，所述弹性件远离刹车盘的一侧抵在弹性挡圈上。

进一步地，所述电磁铁推动顶杆的移动方向与输入轴的轴线方向一致。

进一步地，所述关节壳体内设置有增量编码器和绝对编码器，所述增量编码器包括增量编码器读头和增量码盘，所述增量码盘安装在输入轴上，所述增量编码器读头固定在关节壳体内，且与增量码盘对置，所述绝对编码器包括绝对编码器读头与绝对码盘，所述绝对码盘固定在输出轴上，所述绝对编码器读头固定在关节壳体内，且与绝对码盘对置。

进一步地，所述关节壳体内固定有过渡板，所述增量编码器读头由读头安装板固定在过渡板上，所述增量码盘由增量码盘固定法兰安装在输入轴上。

进一步地，所述绝对码盘固定在绝对码盘安装法兰上，所述绝对码盘安装法兰的一端与输出轴固定连，另一端通过轴承安装在轴承座内，所述轴承座通过轴承座固定板固定在关节壳体内，所述绝对编码器读头固定在轴承座上。

进一步地，所述关节壳体的一端设有端盖，另一端固定有橡胶环，所述橡胶环的内侧固定有防尘圈，所述输出轴穿过所述防尘圈，橡胶环及防尘圈位于关节壳体和输出轴之间，防止外界的灰尘进入到关节内部。

进一步地，所述输出轴及绝对码盘安装法兰均内部中空，所述轴承座固定板上固定有用于穿设电缆的橡胶圈，输出轴及绝对码盘安装法兰设置成内部中空可便于线缆的布置，提高结构的紧凑型，同时橡胶圈可对从输出轴内部穿过的线缆进行保护。

为了防止电机运行过程中对增量编码器及绝对编码器产生干扰，进一步地，所述弹性件与刹车盘之间夹持有隔磁板，所述电机位于隔磁板的一侧，所述增量编码器和绝对编码器均位于隔磁板的另一侧。

进一步地，所述关节壳体、输入轴及输出轴的材质均可采用铝合金，所述端盖的材质为塑料，以便实现关节的轻量化设计，使该关节所搭建的模块化机器人具有较高的负载/自重比。

本实用新型的有益效果是：本实用新型协作机器人一体化关节采用电磁铁断电后顶杆进入刹车盘上相邻两个齿部之间的方式进行制动，与传统制动器相比具有轴向尺寸小、重量轻、发热小、成本低、结构简单的优点，同时由于刹车盘是靠弹性件提供的弹力压在输入轴上，因此在发生意外碰撞时，刹车盘与输入轴之间可以相对转动，从而起到安全离合器的作用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型协作机器人一体化关节的示意图；

图2是本实用新型协作机器人一体化关节中电磁铁、刹车盘及顶杆的配合示意图。

图中：1、输出轴，2、谐波减速器，3、定子，4、转子，5、过渡板，6、弹性挡圈，7、读头安装板，8、增量编码器读头，9、增量码盘，10、驱控电路板，11、绝对码盘安装法兰，12、轴承座，13、端盖，14、橡胶圈，15、轴承座固定板，16、轴承，17、绝对码盘，18、电磁铁固定板，19、增量码盘固定法兰，20、电磁铁，21、隔磁板，22、弹性件，23、刹车盘，23-1、齿部，24、输入轴，25、关节壳体，26、橡胶环，27、防尘圈，28、顶杆，29、复位弹簧。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成，方向和参照(例如，上、下、左、右、等等)可以仅用于帮助对附图中的特征的描述。因此，并非在限制性意义上采用以下具体实施方式，并且仅仅由所附权利要求及其等同形式来限定所请求保护的主题的范围。

实施例1

如图1和2所示，一种协作机器人一体化关节，包括：

关节壳体25，驱控电路板10固定在关节壳体25内；

谐波减速器2，配置于关节壳体25内；

电机，具有定子3和位于定子3内部的转子4，定子3固定在关节壳体25内；

输入轴24，同时与转子4及谐波减速器2的输入端固定连接；

输出轴1，固定连接在谐波减速器2的输出端上；

刹车盘23，套设于输入轴24上，输入轴24上固定有弹性件22，弹性件22用于对刹车盘23施力使其抵接在输入轴24的台阶面上，刹车盘23沿其周向分布有多个齿部23-1，其中，弹性件22可选用波形垫圈；

以及电磁铁20，电磁铁20通电时将顶杆28推动至第一工作位置，且顶杆28远离电磁铁20的一端设有复位弹簧29，电磁铁20断电时顶杆28在复位弹簧29的作用下位移至第二工作位置，其中，处于第一工作位置的顶杆28不妨碍齿部23-1随刹车盘23的转动，处于第二工作位置的顶杆28会对随刹车盘23转动的齿部23-1造成干涉，阻止刹车盘23转动。

该电磁铁20的结构具体可为包括外壳、固定在外壳内的定铁芯及滑动设置在壳体内的动铁芯，动铁芯与顶杆28固定连接，当电磁铁20通电时，动铁芯与定铁芯吸合，顶杆28处于第一工作位置；当电磁铁20断电时，顶杆28在复位弹簧29的作用下位移至第二工作位置。

顶杆28在第一工作位置时，顶杆28在径向上不与刹车盘23的齿部23-1产生干涉，刹车盘23可随输入轴24自由转动；而顶杆28处于第二工作位置时，顶杆28在径向上则会与刹车盘23的齿部23-1产生干涉，以达到阻止刹车盘23转动的目的。

输入轴24上卡设有弹性挡圈6，弹性件22远离刹车盘23的一侧抵在弹性挡圈6上。

电磁铁20推动顶杆28的移动方向与输入轴24的轴线方向一致。

关节壳体25内设置有增量编码器和绝对编码器，增量编码器包括增量编码器读头8和增量码盘9，增量码盘9安装在输入轴24上，增量编码器读头8固定在关节壳体25内，且与增量码盘9对置，绝对编码器包括绝对编码器读头与绝对码盘17，绝对码盘17固定在输出轴1上，绝对编码器读头固定在关节壳体25内，且与绝对码盘17对置。

关节壳体25内固定有过渡板5，增量编码器读头8由读头安装板7固定在过渡板5上，增量码盘9由增量码盘固定法兰19安装在输入轴24上，电磁铁20由电磁铁固定板18固定在过渡板5上。

绝对码盘17固定在绝对码盘安装法兰11上，绝对码盘安装法兰11的一端与输出轴1固定连，另一端通过轴承16安装在轴承座12内，轴承座12通过轴承座固定板15固定在关节壳体25内，绝对编码器读头固定在轴承座12上。

关节壳体25的一端设有端盖13，另一端固定有橡胶环26，橡胶环26的内侧固定有防尘圈27，输出轴1穿过防尘圈27，橡胶环26及防尘圈27位于在关节壳体25和输出轴1之间，防止外界的灰尘进入到关节壳体25内部。

输出轴1及绝对码盘安装法兰11均内部中空，轴承座固定板15上固定有用于穿设电缆的橡胶圈14，输出轴1及绝对码盘安装法兰11设置成内部中空可便于线缆的布置，提高结构的紧凑型，同时橡胶圈14可对从输出轴1内部穿过的线缆进行保护。

弹性件22与刹车盘23之间夹持有隔磁板21，电机位于隔磁板21的一侧，增量编码器和绝对编码器均位于隔磁板21的另一侧。

关节壳体25、输入轴24及输出轴1的材质均可采用铝合金，端盖13的材质为塑料，以便实现关节的轻量化设计，使该关节所搭建的模块化机器人具有较高的负载/自重比。

本实用新型协作机器人一体化关节的工作过程为：驱控电路板10驱动电机转动，电机转子4带动输入轴24旋转，从而带动谐波减速器2的输入端旋转，经过谐波减速器2减速后，谐波减速器2的输出端带动输出轴1旋转，增量编码器读取输入轴24的转动角度与转速，绝对编码器读取输出轴1的转动角度与转速，当电磁铁20通电时，电磁铁20驱动顶杆28从刹车盘23的两个相邻齿部23-1之间抽离，使刹车盘23可以自由转动；当电磁铁20断电时，顶杆28在复位弹簧29的作用下进入刹车盘23的两个相邻齿部3-1之间，且顶杆28在径向上会与刹车盘23的齿部23-1产生干涉，达到使刹车盘23无法转动的目的；

其中，由于刹车盘23是靠波形垫圈提供的正压力压在输入轴24上，因此在发生意外碰撞时，刹车盘23与输入轴24之间可以相对转动，从而起到安全离合器的作用，进而实现使用该关节搭建的协作机器人的手臂在碰撞压到某一物体上时，在机器人断电的情况下，关节的输入轴24与刹车盘23之间可以相对转动，且相邻的两个齿部23-1之间也可提供一定的转动余量，以此实现可通过外力推动机械人的手臂使其与所压住的物体分离。

上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种协作机器人一体化关节，其特征在于：包括：

关节壳体(25)；

谐波减速器(2)，配置于所述关节壳体(25)内；

电机，具有定子(3)和位于定子(3)内部的转子(4)，所述定子(3)固定在关节壳体(25)内；

输入轴(24)，同时与转子(4)及谐波减速器(2)的输入端固定连接；

输出轴(1)，固定连接在谐波减速器(2)的输出端上；

刹车盘(23)，套设于输入轴(24)上，所述输入轴(24)上固定有弹性件(22)，所述弹性件(22)用于对刹车盘(23)施力使其抵接在输入轴(24)的台阶面上，所述刹车盘(23)沿周向分布有多个齿部(23-1)；

以及电磁铁(20)，所述电磁铁(20)通电时将顶杆(28)推动至第一工作位置，且顶杆(28)远离电磁铁(20)的一端设有复位弹簧(29)，所述电磁铁(20)断电时顶杆(28)在复位弹簧(29)的作用下位移至第二工作位置，其中，处于第一工作位置的顶杆(28)不妨碍齿部(23-1)随刹车盘(23)的转动，处于第二工作位置的顶杆(28)会对随刹车盘(23)转动的齿部(23-1)造成干涉，阻止刹车盘(23)转动。

2.根据权利要求1所述的一种协作机器人一体化关节，其特征在于：所述输入轴(24)上卡设有弹性挡圈(6)，所述弹性件(22)远离刹车盘(23)的一侧抵在弹性挡圈(6)上。

3.根据权利要求1所述的一种协作机器人一体化关节，其特征在于：所述电磁铁(20)推动顶杆(28)的移动方向与输入轴(24)的轴线方向一致。

4.根据权利要求1所述的一种协作机器人一体化关节，其特征在于：所述关节壳体(25)内设置有增量编码器和绝对编码器，所述增量编码器包括增量编码器读头(8)和增量码盘(9)，所述增量码盘(9)安装在输入轴(24)上，所述增量编码器读头(8)固定在关节壳体(25)内，且与增量码盘(9)对置，所述绝对编码器包括绝对编码器读头与绝对码盘(17)，所述绝对码盘(17)固定在输出轴(1)上，所述绝对编码器读头固定在关节壳体(25)内，且与绝对码盘(17)对置。

5.根据权利要求4所述的一种协作机器人一体化关节，其特征在于：所述关节壳体(25)内固定有过渡板(5)，所述增量编码器读头(8)由读头安装板(7)固定在过渡板(5)上，所述增量码盘(9)由增量码盘固定法兰(19)安装在输入轴(24)上。

6.根据权利要求4所述的一种协作机器人一体化关节，其特征在于：所述绝对码盘(17)固定在绝对码盘安装法兰(11)上，所述绝对码盘安装法兰(11)的一端与输出轴(1)固定连，另一端通过轴承(16)安装在轴承座(12)内，所述轴承座(12)通过轴承座固定板(15)固定在关节壳体(25)内，所述绝对编码器读头固定在轴承座(12)上。

7.根据权利要求4所述的一种协作机器人一体化关节，其特征在于：所述关节壳体(25)的一端设有端盖(13)，另一端固定有橡胶环(26)，所述橡胶环(26)的内侧固定有防尘圈(27)，所述输出轴(1)穿过所述防尘圈(27)。

8.根据权利要求6所述的一种协作机器人一体化关节，其特征在于：所述输出轴(1)及绝对码盘安装法兰(11)均内部中空，所述轴承座固定板(15)上固定有用于穿设电缆的橡胶圈(14)。

9.根据权利要求4所述的一种协作机器人一体化关节，其特征在于：所述弹性件(22)与刹车盘(23)之间夹持有隔磁板(21)，所述电机位于隔磁板(21)的一侧，所述增量编码器和绝对编码器均位于隔磁板(21)的另一侧。

10.根据权利要求7所述的一种协作机器人一体化关节，其特征在于：所述关节壳体(25)、输入轴(24)及输出轴(1)的材质均可采用铝合金，所述端盖(13)的材质为塑料。