CN211362328U - 一种协作机器人的模块化关节及其编码器读头位置调节机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种协作机器人的模块化关节及其编码器读头位置调节机构。该编码器读头位置调节机构设置于编码器读头支架的一侧，包括读头位置调节机构下支架和读头位置调节机构上支架，下支架和上支架之间通过限位连接件相互连接并限位，上支架通过顶紧连接件顶紧于下支架，编码器读头固定于读头位置调节机构上支架的上表面，并与编码器磁环相对，编码器磁环固定于电机轴或中空轴。通过调整限位连接件及顶紧连接件可调整下支架和上支架之间的距离，从而使得读头与磁环的轴向间距调整至预定值。这一技术方案能够合理降低该尺寸链上相关零件的加工精度，降低加工成本，且在机器人关节装配调试时便于调节控制，因而取得了良好的技术效果。

Description

一种协作机器人的模块化关节及其编码器读头位置调节机构

技术领域

本实用新型涉及一种机器人领域，特别是涉及一种协作机器人的模块化关节及其内部的具体结构。

背景技术

机器人模块化关节的紧凑化和小型化是协作机器人的重要发展方向，并直接关系到整机的参数指标。模块化关节的运行稳定性和准确性对机械臂的性能至关重要。现有技术中模块化关节大多在紧凑的结构空间里采用无框中空电机，并且设计有高速轴和低速轴编码器用以读取电机和关节输出轴的转速，从而利用这些信息对关节进行控制。通常，编码器读头的检测面与编码器磁环的表面之间有精确的安装间距要求，在一些编码器手册中要求该实际安装间距与理论安装间距的误差≤0.5mm。

现有技术CN 207548790 U披露了一种驱动装置和机器人，现有技术CN 109715348A披露了用于操纵器的驱动单元。其机器人模块化关节的驱动传感器装置18和从动传感器装置22设置在电路板13上。电路板13又通过螺柱12固定在盖11上。对应驱动传感器装置18的传感器环17安装在保持环19上，使得传感器环17随驱动轴8转动。对应从动传感器装置22的传感器环20安装在传感器轴16上，并通过保持环21对其进行固定。该方案中驱动传感器装置18和传感器环17的间距，以及从动传感器装置22和传感器环20的间距无法调节。该间距的误差范围只能靠相关零件的尺寸公差来保证。但模块化关节零部件众多，尺寸链较为复杂，通过控制所有相应零件公差的方式来保证传感器装置和传感器环之间的距离将使制造成本升高，且在装配调试时不便于调节控制。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提供一种协作机器人的模块化关节，包括电机、减速器、中空轴、输出法兰、制动器、编码器，所述中空轴与所述输出法兰固定连接，所述电机通过减速器将动力输出到所述输出法兰，所述编码器用于检测所述电机输入端或所述中空轴的转速并将信息反馈至控制系统，所述编码器包括磁环、读头，所述磁环固定于所述电机的电机轴或所述中空轴；

设置有读头支架，所述读头支架上设置有读头位置调节机构，所述读头设置于所述读头位置调节机构上并与所述磁环相对，通过调节所述读头位置调节机构可以将所述读头与所述磁环的轴向间距调整至预定值。

进一步的，所述读头位置调节机构包括读头位置调节机构下支架和读头位置调节机构上支架，所述读头位置调节机构下支架和读头位置调节机构上支架之间通过限位连接件相互连接并限位，所述读头位置调节机构上支架通过顶紧连接件顶紧于所述读头位置调节机构下支架，所述读头固定于所述读头位置调节机构上支架的上表面。

进一步的，所述读头通过读头固定件固定于所述读头位置调节机构上支架的上表面。

进一步的，所述读头固定件为读头固定螺钉。

进一步的，所述限位连接件为限位螺钉。

进一步的，所述顶紧连接件为顶紧螺钉。

进一步的，所述编码器为高速编码器，所述磁环为高速侧磁环，所述读头为高速侧读头，所述读头支架为高速侧读头支架，所述高速侧读头支架固定在制动器外壳上。

进一步的，所述限位连接件为一组或多组，和/或所述顶紧连接件为一组或多组。

本实用新型还提供一种协作机器人的模块化关节的编码器读头位置调节机构，所述读头位置调节机构设置于编码器读头支架的一侧，包括读头位置调节机构下支架和读头位置调节机构上支架，所述读头位置调节机构下支架和读头位置调节机构上支架之间通过限位连接件相互连接并限位，所述读头位置调节机构上支架通过顶紧连接件顶紧于所述读头位置调节机构下支架，所述编码器读头固定于所述读头位置调节机构上支架的上表面，并与编码器磁环相对，所述编码器磁环固定于电机轴或中空轴，通过调整所述限位连接件及顶紧连接件可以调整所述读头位置调节机构下支架和读头位置调节机构上支架之间的距离，从而使得所述读头与所述磁环的轴向间距调整至预定值。

通过在协作机器人的模块化关节的读头支架上安装读头位置调节机构，可以以一种方便灵活的方式调整读头和磁环轴向上的相对距离，使得两者之间的距离满足安装的精度要求，从而使得编码器的测量读数更准确。这一技术方案能够合理降低该尺寸链上相关零件的加工精度，降低加工成本，且在机器人关节装配调试时便于调节控制，因而取得了良好的技术效果。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型的第一实施例的一种协作机器人的模块化关节的轴向截面示意图。

图2是本实用新型的第一实施例的一种协作机器人的模块化关节的爆炸示意图。

图3是本实用新型的第一实施例的一种协作机器人的模块化关节的读头位置调节机构的具体结构示意图。

图4是图3的A-A剖面示意图。

图5(a)是本发明的第一实施例的一种模块化的机器人关节的读头位置调节机构的d>Ds的具体调节过程示意图。

图5(b)是本发明的第一实施例的一种模块化的机器人关节的读头位置调节机构的d<Ds的具体调节过程示意图。

其中，1输出法兰，2轴承内圈压板，3轴承外圈压板，4交叉滚子轴承，5输出端外壳，6扭矩传感器，7电机外壳，8电机定子，9电机转子，10电机轴，11高速侧读头支架，12高速侧读头，13高速侧磁环，14制动器，15制动器外壳，16低速侧磁环支架，17低速侧磁环，18中空轴，19抱箍，20低速侧读头，21柔轮，22波发生器，23刚轮，24输入轴，25柔轮安装板，26密封圈，27转子毂，28摩擦结构件，29磁屏蔽板，30读头位置调节机构

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

进一步地，在下述任何方法的说明中，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本实用新型的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。

第一实施例

参照说明书附图1-5。本实施例披露一种协作机器人的模块化关节，其包括电机、减速器、中空轴18、输出法兰1、制动器14等部件。其中电机包括电机外壳8、电机定子9、电机转子10及电机轴11。减速器为柔轮21、刚轮23、波发生器22三者组成的谐波减速器。所述中空轴18与所述输出法兰1固定连接，所述电机通过减速器将动力输出到所述输出法兰1，所述编码器包括高速侧编码器及低速侧编码器，所述高速侧编码器用于检测所述电机输入端的转速，所述低速侧编码器用于检测输出端，即所述中空轴18的转速并将信息反馈至控制系统。

所述编码器包括磁环和读头，所述磁环固定于所述电机的电机轴10或所述中空轴18，还设置有读头支架，所述读头支架上设置有读头位置调节机构30，所述读头设置于所述读头位置调节机构30上并与所述磁环相对，通过调节所述读头位置调节机构(30)可以将所述读头与所述磁环的轴向间距调整至预定值。

无论是高速侧的读头还是低速侧读头均可以通过读头位置调节机构进行位置调节。本实施例以高速侧编码器为例，具体说明其读头通过读头位置调节机构进行位置调节的原理与结构。

具体如图3-图5所示。高速侧编码器包括高速侧磁环13和高速侧读头12。读头位置调节机构30设置于高速侧读头支架11的一侧，包括读头位置调节机构下支架301和读头位置调节机构上支架302，所述读头位置调节机构下支架301和读头位置调节机构上支架302之间通过限位连接件相互连接并限位，所述读头位置调节机构上支架302通过顶紧连接件顶紧于所述读头位置调节机构下支架301，所述高速侧读头12固定于所述读头位置调节机构上支架302的上表面。

具体来讲所述限位连接件为限位螺钉304，所述顶紧连接件为顶紧螺钉305，所述高速侧读头12通过读头固定件固定于读头位置调节机构上支架302的上表面，且该读头固定件具体为读头固定螺钉306。

其中，高速侧磁环13固定在电机轴10上，所述高速侧读头支架11通过螺钉与电机外壳7连接。

图5用于说明读头位置调节机构30的工作原理。该读头位置调节机构30在结构上为上下两个部分，即读头位置调节机构下支架301和读头位置调节机构上支架302，下支架301安装在高速侧读头支架11上，高速侧读头12安装在上支架302上。上下支架之间的间距通过限位螺钉304来进行限位，并通过顶紧螺钉305进行顶紧。限位螺钉304穿过上支架302的通孔并与下支架301的螺纹孔配合。顶紧螺钉305与上支架302的螺纹孔配合并顶紧下支架301。

通过调节限位螺钉304和顶紧螺钉305的拧入程度，即可调整上支架302和下支架301之间的间距，从而调整了高速侧读头和高速侧磁环之间的轴向距离。具体的为，如图5(a)所示，当装配后，读头与磁环的表面距离大于建议安装距离Ds时，先将2个限位螺钉304向上旋出一定距离，然后再将2颗顶紧螺钉305向下拧入，即可将读头与磁环表面距离d调整到建议安装距离Ds。当装配后，读头与磁环的表面距离小于建议安装距离时，如图5(b)所示，先将2个顶紧螺钉305向上旋出一定距离，然后再将2颗限位螺钉304向下拧入，即可将读头与磁环表面距离d调整到建议安装距离Ds。

所述限位连接件具体为一组、两组或多组，所述顶紧连接件具体也可以为一组、两组或多组。

通过在协作机器人的模块化关节的高速侧读头支架上安装读头位置调节机构，可以调整高速侧读头和高速侧磁环轴向上的相对距离，保证安装要求，从而使得编码器的读数更准确。从而合理降低该尺寸链上相关零件的加工加工精度，降低加工成本。

此外需要说明的是，电机定子8、电机转子9分别与电机外壳7、电机轴10连接。电机轴10与输入轴24连接，两者通过两个轴承支撑。转子毂27固定在电机轴10上。制动器外壳15固定在高速侧读头支架11上。制动器14固定在制动器外壳15上。输入轴24与波发生器22连接。柔轮21与扭矩传感器6之间设计有摩擦结构件28，并使柔轮21的配合面与扭矩传感器6的配合面同时压紧摩擦结构件28。扭矩传感器6与输出端外壳5、电机外壳7连接。刚轮23与输出法兰1连接。输出法兰1和轴承内圈压板2压紧交叉滚子轴承4内圈，输出端外壳5和轴承外圈压板3压紧交叉滚子轴承4外圈。磁屏蔽板29安装在高速侧读头支架11靠近电机定子8和电机转子9的一侧。

低速侧磁环17、抱箍19与低速侧磁环支架16连接，抱箍19与中空轴18连接。中空轴左侧与输出法兰1连接。低速侧读头支架16通过轴承和制动器外壳15连接。低速侧读头与制动器外壳15连接。

第二实施例

结合图3-5。本实施例披露一种模块化的机器人关节的编码器读头位置调节机构，所述读头位置调节机构设置于编码器读头支架11的一侧，包括读头位置调节机构下支架301和读头位置调节机构上支架302，所述读头位置调节机构下支架301和读头位置调节机构上支架302之间通过限位连接件相互连接并限位，所述读头位置调节机构上支架302通过顶紧连接件顶紧于所述读头位置调节机构下支架301，所述编码器读头固定于所述读头位置调节机构上支架302的上表面，并与编码器磁环相对，所述编码器磁环固定于电机轴10或中空轴18，通过调整所述限位连接件及顶紧连接件可以调整所述读头位置调节机构下支架301和读头位置调节机构上支架302之间的距离，从而使得所述读头与所述磁环的轴向间距调整至预定值。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨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权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种协作机器人的模块化关节，包括电机、减速器、中空轴(18)、输出法兰(1)、制动器(14)、编码器，所述中空轴与所述输出法兰固定连接，所述电机通过减速器将动力输出到所述输出法兰，所述编码器用于检测所述电机输入端或所述中空轴的转速并将信息反馈至控制系统，所述编码器包括磁环、读头，所述磁环固定于所述电机的电机轴(10)或所述中空轴(18)；其特征在于：

设置有读头支架，所述读头支架上设置有读头位置调节机构(30)，所述读头设置于所述读头位置调节机构(30)上并与所述磁环相对，通过调节所述读头位置调节机构(30)可以将所述读头与所述磁环的轴向间距调整至预定值。

2.根据权利要求1所述的模块化关节，其特征在于：所述读头位置调节机构(30)包括读头位置调节机构下支架(301)和读头位置调节机构上支架(302)，所述读头位置调节机构下支架(301)和读头位置调节机构上支架(302)之间通过限位连接件相互连接并限位，所述读头位置调节机构上支架(302)通过顶紧连接件顶紧于所述读头位置调节机构下支架(301)，所述读头固定于所述读头位置调节机构上支架(302)的上表面。

3.根据权利要求2所述的模块化关节，其特征在于：所述读头通过读头固定件固定于所述读头位置调节机构上支架(302)的上表面。

4.根据权利要求3所述的模块化关节，其特征在于：所述读头固定件为读头固定螺钉(306)。

5.根据权利要求2所述的模块化关节，其特征在于：所述限位连接件为限位螺钉(304)。

6.根据权利要求2所述的模块化关节，其特征在于：所述顶紧连接件为顶紧螺钉(305)。

7.根据权利要求1所述的模块化关节，其特征在于：所述编码器为高速编码器，所述磁环为高速侧磁环(13)，所述读头为高速侧读头(12)，所述读头支架为高速侧读头支架(11)，所述高速侧读头支架(11)固定在制动器外壳(15)上。

8.根据权利要求2所述的模块化关节，其特征在于：所述限位连接件为一组或多组，和/或所述顶紧连接件为一组或多组。

9.一种协作机器人的模块化关节的编码器读头位置调节机构，其特征在于：所述读头位置调节机构设置于编码器读头支架的一侧，包括读头位置调节机构下支架(301)和读头位置调节机构上支架(302)，所述读头位置调节机构下支架(301)和读头位置调节机构上支架(302)之间通过限位连接件相互连接并限位，所述读头位置调节机构上支架(302)通过顶紧连接件顶紧于所述读头位置调节机构下支架(301)，所述编码器读头固定于所述读头位置调节机构上支架(302)的上表面，并与编码器磁环相对，所述编码器磁环固定于电机轴(10)或中空轴(18)，通过调整所述限位连接件及顶紧连接件可以调整所述读头位置调节机构下支架(301)和读头位置调节机构上支架(302)之间的距离，从而使得所述读头与所述磁环的轴向间距调整至预定值。

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