CN218659058U - 机械臂及其关节模组 - Google Patents

Abstract

本申请主要是涉及机械臂及其关节模组，关节模组包括屏蔽罩；屏蔽罩罩设在电磁抱闸器外，屏蔽罩与壳体固定连接，电磁抱闸器与屏蔽罩固定连接；第一磁编码器设置在屏蔽罩相对电磁抱闸器的另一侧，用于检测电机输出轴的位置；其中，屏蔽罩由软磁性材料制成，屏蔽罩用于屏蔽至少部分电磁抱闸器通电时产生的磁场。本申请提供的关节模组在电磁抱闸器外罩设一由软磁性材料制成的屏蔽罩，而屏蔽罩的导磁率远大于空气的导磁率，以屏蔽至少部分电磁抱闸器通电时产生的磁场，从而减弱电磁抱闸器工作时对检测电机输出轴的磁编码器造成干扰，进而增加磁编码器的可靠性。

Description

机械臂及其关节模组

技术领域

本申请涉及机械臂的技术领域，具体是涉及机械臂及其关节模组。

背景技术

随着科技的不断发展，生产制造不仅需要机械臂取代单调、重复性高、危险性强的工作，以提高自动化程度，降低人力成本，还需要机械臂与操作人员实现人机协作，以协同完成更加高难度、更加复杂、更加高精度的特殊任务。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种机械臂的关节模组，关节模组包括壳体、电机输出轴、电机转子、电磁抱闸器、刹车轮毂和第一磁编码器，电机转子套设在电机输出轴上，刹车轮毂套设在电机输出轴上且临近电机转子设置，电磁抱闸器位于刹车片背离电机转子的一侧，电磁抱闸器的摩擦片套设在刹车轮毂上，其特征在于，还包括：屏蔽罩；屏蔽罩罩设在电磁抱闸器外，屏蔽罩与壳体固定连接，电磁抱闸器与屏蔽罩固定连接；第一磁编码器设置在屏蔽罩相对电磁抱闸器的另一侧，用于检测电机输出轴的位置；其中，屏蔽罩由软磁性材料制成，屏蔽罩用于屏蔽至少部分电磁抱闸器通电时产生的磁场。

其中，屏蔽罩包括筒状侧壁和与筒状侧壁的一端连接的环状端壁，筒状侧壁套设在电磁抱闸器外，并与壳体固定连接，电磁抱闸器与环状端壁连接，刹车轮毂部分伸出环状端壁。

其中，电磁抱闸器包括安装座、设置在安装座内弹性件和线圈，以及沿电机输出轴的轴向依次层叠设置的衔铁盘、刹车片和盖板，安装座固定在环状端壁上，线圈断电时，衔铁盘在弹性件的弹力作用下沿电机输出轴的轴向推动刹车片与盖板接触，以使得电机输出轴由转动状态切换至制动状态，线圈通电时，线圈产生的磁场作用于衔铁盘，使得刹车片与盖板分离，以解除电机输出轴的制动状态；其中，环状端壁沿电机输出轴的轴向正投影至电磁抱闸器时至少部分覆盖线圈。

其中，第一磁编码器包括第一磁栅盘、第一读头和电路板，第一磁栅盘与刹车轮毂固定连接，第一读头设置在电路板上，并与第一磁栅盘配合以检测输出轴的位置，电路板固定在屏蔽罩上。

其中，屏蔽罩包括多个与环状端壁分别连接的支撑块，多个支撑块位于环状端壁背离筒状侧壁的一侧，并绕电机输出轴间隔设置，电路板固定在多个支撑块上，以允许第一磁栅盘在电机输出轴的轴向上位于环状端壁与电路板之间。

其中，关节模组包括减速组件和第二磁编码器，减速组件与电机输出轴连接，并包括穿设在电机输出轴和刹车轮毂内的中空轴，中空轴靠近电磁抱闸器的一端部分伸出刹车轮毂，第二磁编码器包括第二磁栅盘和第二读头，第二磁栅盘与中空轴连接，第二读头与第二磁栅盘配合以检测中空轴的位置。

其中，第二读头设置在电路板上，电路板在电机输出轴的轴向上位于第一磁栅盘与第二磁栅盘之间。

其中，关节模组包括轴承座和第一轴承，轴承座与壳体连接，第一轴承的内圈和外圈分别与电机输出轴和轴承座连接，减速组件包括第二轴承，第二轴承的内圈和外圈分别与中空轴和电机输出轴连接。

其中，屏蔽罩包括多个与筒状侧壁分别连接的凸缘，多个凸缘绕电机输出轴间隔设置，多个凸缘与轴承座可拆卸连接。

本申请实施例还提供了一种机械臂，机械臂包括上述实施例所述的关节模组。

本申请的有益效果是：本申请提供的关节模组在电磁抱闸器外罩设一由软磁性材料制成的屏蔽罩，而屏蔽罩的导磁率远大于空气的导磁率，以屏蔽至少部分电磁抱闸器通电时产生的磁场，从而减弱电磁抱闸器工作时对检测电机输出轴的磁编码器造成干扰，进而增加磁编码器的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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是本申请提供的关节模组一实施例的结构示意图；

图2是本申请提供的电磁抱闸器一实施例的分解结构示意图；

图3是图1中关节模组的部分结构示意图；

图4是本申请提供的屏蔽罩一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本申请作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本申请，但不对本申请的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本申请的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其他实施例相结合。

本申请中，机械臂可以包括关节模组、连接臂和基座，关节模组和连接臂的数量可以分别为多个，他们可以按照一定的排列方式直接地或者间接地与基座连接，以使得机械臂远离基座的末端在三维空间中具有不同的自由度和位置，进而满足各种应用场景的操作需求。

结合图1，关节模组10可以包括驱动组件11、减速组件12、电磁抱闸器13和磁编码器14。其中，驱动组件11主要是用于驱动与之连接的关节模组或者连接臂转动，减速组件12主要是用于在关节模组10、连接臂等结构之间实现不同的转速匹配和传递转矩，电磁抱闸器13主要是用于实现驱动组件11在转动状态与制动状态之间的切换，磁编码器14主要是用于检测驱动组件11和减速组件12中至少一者的诸如转速和位置的转动状态。进一步地，在驱动组件11的电机输出轴的轴向上，减速组件12和电磁抱闸器13可以设置在驱动组件11的相背两侧，磁编码器14可以设置在电磁抱闸器13背离驱动组件11的一侧。

作为示例性地，结合图1，驱动组件11可以包括机壳111、电机输出轴1121、与电机输出轴1121连接的电机转子113、嵌设在机壳111内的电机定子114和与所述机壳111的一端连接的轴承座115。其中，驱动组件11可以包括包括第一轴承116和第三轴承117，所述第一轴承116的内圈和外圈分别与电机输出轴1121和轴承座115连接，第三轴承117的内圈和外圈分别与电机输出轴1121和机壳111连接。进一步地，机壳111也可以作为整体关节模组10的外壳。

作为示例性地，结合图1，减速组件12可以设置成谐波减速器，其相关结构为本领域的技术人员所熟知，在次不再赘述。其中，减速组件12可以包括穿设在电机输出轴1121内的中空轴121，中空轴121可以在电机输出轴1121的轴向上依次贯穿减速组件12、驱动组件11和电磁抱闸器13。基于此，中空轴121一方面用于设置机械臂的走线，以避免走线外露；另一方面用于与磁编码器14连接，以便于磁编码器14检测减速组件12的转动状态。

进一步地，减速组件12可以包括第二轴承122，第二轴承122的内圈和外圈可以分别与中空轴121和电机输出轴1121连接，以增加中空轴121与电机输出轴1121之间的同轴度，避免中空轴121靠近电磁抱闸器13一端在中空轴121转动的过程中出现晃动，从而增加磁编码器14检测减速组件12的转动状态的可靠性。基于此，关节模组10还可以包括与电机输出轴1121可拆卸连接的刹车轮毂1122，电磁抱闸器13和第一磁编码器可以与刹车轮毂1122连接。

需要说明的是：为了便于描述和区分，本申请中用于检测电机输出轴1121的转动状态的磁编码器可以定义为第一磁编码器，以及用于检测减速组件113的转动状态的磁编码器可以定义为第二磁编码器。其中，第一磁编码器可以包括第一磁码盘1141和第一读头1142，第二磁编码器可以包括第二磁码盘1143和第二读头1144。

作为示例性地，结合图2，电磁抱闸器13可以包括安装座131、设置在安装座131内弹性件132和线圈133，以及沿电机输出轴1121的轴向依次层叠设置的衔铁盘134、刹车片135和盖板136。其中，刹车片135与电机输出轴1121连接，例如刹车片135套设在刹车轮毂1122上；盖板136可以与安装座131连接，以保持相对静止。进一步地，衔铁盘134和刹车片135可以分别为单独的结构件，也即两者可以发生相对运动；衔铁盘134和刹车片135也可以通过胶接、卡接、螺纹连接等组装方式中的一种或其组合连接在一起，也即两者保持相对静止。基于此，线圈133断电时，衔铁盘134在弹性件132的弹力作用下沿电机输出轴1121的轴向推动刹车片135与盖板136接触，以使得电机输出轴1121由转动状态切换至制动状态；线圈13通电时，线圈133产生的磁场作用于衔铁盘134，使得刹车片135与盖板136分离，以解除电机输出轴1121的制动状态。其中，沿电机输出轴1121的轴向观察，刹车轮毂1122与刹车片135配合的部分的外轮廓和刹车片135的内轮廓呈相匹配的非圆形，以允许刹车片135跟随刹车轮毂1122转动以及沿电机输出轴1121的轴向相对于刹车轮毂1122移动。

电磁抱闸器13的工作原理可以为：线圈133断电时，衔铁盘134在弹性件132的弹力作用下沿电机输出轴1121的轴向推动刹车片135与盖板136接触，以使得电机输出轴1121由转动状态切换至制动状态，也即电机输出轴1121停止转动；线圈133通电时，线圈133产生的磁场作用于衔铁盘134，使得刹车片135与盖板136分离，以解除电机输出轴1121的制动状态，也即电机输出轴1121继续转动。如此，相较于相关技术中通过一销钉止挡电机输出轴1121以制动，本申请中电磁抱闸器13借助摩擦阻力对电机输出轴1121进行制动，具有无空行程、响应快、无异响等优点。其中，线圈133断电之后，弹性件132所储存的弹性势能不仅可以推动衔铁盘134和刹车片135，还可以使得衔铁盘134与刹车片135之间以及刹车片135与盖板136之间具有一定的正压力，进而提供预设大小的摩擦阻力，以维持电机输出轴1121的制动状态。进一步地，线圈133通电之后，线圈133产生的磁场可以吸引衔铁盘134使之远离盖板136，以至少释放刹车片135与盖板136之间的正压力。

进一步地，电磁抱闸器13可以包括支撑在安装座131与盖板136之间的导向柱137，衔铁盘134可以在导向柱137的导向作用下靠近或者远离盖板136，以避免电磁抱闸器13卡死。其中，导向柱137的数量可以为多个，多个导向柱137可以绕电机输出轴1121间隔设置，例如三个导向柱137绕电机输出轴1121均匀地间隔分布。

作为示例性地，结合图2，安装座131可以包括底壁1311，以及与底壁1311连接的内侧壁1312和外侧壁1313，内侧壁1312位于电机输出轴1121的外围，外侧壁1313位于内侧壁1312的外围，并与内侧壁1312同向延伸。相应地，导向柱137可以支撑在外侧壁1313与盖板136之间。基于此，衔铁盘134在线圈133产生的磁场的作用下远离盖板136时能够被内侧壁1312和外侧壁1313中的至少一者止挡，以对衔铁盘134的运动进行限位。进一步地，弹性件132可以设置在外侧壁1313的盲孔内，线圈133可以设置在内侧壁1312与外侧壁1313之间，例如线圈133绕设在内侧壁1312上。其中，弹性件132的数量可以为多个，多个弹性件132可以绕电机输出轴1121间隔设置，例如四个弹性件132绕电机输出轴1121均匀地间隔分布。

本申请的发明人的在长期的研发过程中发现：电磁抱闸器13通电时会产生一定强度的磁场，磁场强度可以主要是取决于电磁抱闸器13解除电机输出轴1121的制动状态时所需的磁力大小。此时，对于磁编码器14而言，磁编码器14在电机输出轴1121的轴向上离电磁抱闸器13比较近，尤其是在电磁抱闸器13倒装的情况下，那么电磁抱闸器13通电时产生的磁场可能会影响磁编码器14，例如干扰磁编码器14的读头，再例如磁编码器14的磁栅盘被消磁，导致磁编码器14的可靠性变差。为此，本申请提供的关节模组10还可以包括屏蔽罩15，屏蔽罩15罩设在电磁抱闸器13外，用于屏蔽至少部分电磁抱闸器13通电时产生的磁场，以减弱电磁抱闸器13通电时产生的磁场对磁编码器14的干扰。其中，屏蔽罩15可以由诸如硅钢，铁镍合金等软磁性材料制成。进一步地，屏蔽罩15可以固定在轴承座115上，进而固定在壳体111上。

作为示例性地，结合图3，磁编码器14可以包括第一磁栅盘141和第一读头142，第一磁栅盘141可以与刹车轮毂1122连接，进而与电机输出轴1121连接，第一读头142与第一磁栅盘141配合以检测电机输出轴1121的转动状态。此时，由于屏蔽罩15罩设在电磁抱闸器13外，且屏蔽罩15的导磁率远大于空气的导磁率，使得电磁抱闸器13通电时产生的磁场会优先被屏蔽罩15汇聚，也即形成磁屏蔽效果，从而减弱电磁抱闸器13通电时产生的磁场对磁编码器14的干扰，进而增加磁编码器14的可靠性。

进一步地，磁编码器14可以包括与中空轴121连接的第二磁栅盘143和第二读头144，第二读头144与第二磁栅盘143配合以检测中空轴121的转动状态。其中，第二磁栅盘143位于第一磁栅盘141背离电磁抱闸器13的一侧。此时，由于屏蔽罩15罩设在电磁抱闸器13外，且屏蔽罩15的导磁率远大于空气的导磁率，使得电磁抱闸器13通电时产生的磁场会优先被屏蔽罩15汇聚，也即形成磁屏蔽效果，从而减弱电磁抱闸器13通电时产生的磁场对磁编码器14的干扰，进而增加磁编码器14的可靠性。

进一步地，磁编码器14还可以包括电路板145，电路板145可以在电机输出轴1121的轴向上位于第一磁栅盘141与第二磁栅盘143之间，以增大第一磁栅盘141与第二磁栅盘143在电机输出轴1121的轴向上的间距，降低两者的相互干扰。其中，第一读头142和第二读头144中的至少一者可以设置在电路板145上，例如前述两个读头分别设置在电路板145的相背两侧，也即第一读头142和第二读头144可以设置在同一电路板上，以简化磁编码器14的结构。进一步地，电路板145可以固定在屏蔽罩15上，使得关节模组10无需设置额外的用于固定电路板145的支架，从而简化关节模组10的结构，降低成本。换言之，本申请中屏蔽罩15可以“一件两用”。

基于上述的详细描述，结合图3及图2，电磁抱闸器13通电时产生的磁场的磁场方向与电机输出轴1121的轴向大体一致。

作为示例性地，结合图4，屏蔽罩15可以包括筒状侧壁151，筒状侧壁151套设在电磁抱闸器13外。如此，筒状侧壁151的延伸方向与电磁抱闸器13通电时产生的磁场的磁场方向大体一致，以便于引导电磁抱闸器13通电时产生的磁场由N极出发回到S极，从而使得屏蔽罩15屏蔽电磁抱闸器13通电时产生的磁场。

进一步地，屏蔽罩15还可以包括与筒状侧壁151的一端连接的环状端壁152，环状端壁152在电机输出轴1121的轴向上的正投影与电磁抱闸器13在电机输出轴1121的轴向上的正投影部分重叠。如此，有利于进一步降低电磁抱闸器13通电时产生的磁场朝磁编码器14所在一侧的漏磁，从而加强屏蔽罩15的屏蔽效果。相应地，刹车轮毂1122部分伸出环状端壁152，以与第一磁栅盘141连接。其中，环状端壁152沿电机输出轴1121的轴向正投影至电磁抱闸器13时可以至少部分覆盖线圈133，也即在电机输出轴1121的径向上，环状端壁152的环宽可以大于线圈133的直径，这样同样有利于进一步降低电磁抱闸器13通电时产生的磁场朝磁编码器14所在一侧的漏磁。相应地，安装座131可以固定在环状端壁152上，以使得电磁抱闸器13以倒装的方式被安装。

进一步地，屏蔽罩15还可以包括多个与环状端壁152分别连接的支撑块153，例如图4所示的三个，多个支撑块153位于环状端壁152背离筒状侧壁151的一侧，并绕电机输出轴1121间隔设置。其中，电路板145可以固定在多个支撑块153上，以允许第一磁栅盘141在电机输出轴1121的轴向上位于环状端壁152与电路板145之间，进而允许电路板145设置在第一磁栅盘141与第二磁栅盘143之间，从而增大第一磁栅盘141与第二磁栅盘143在电机输出轴1121的轴向上的间距。

需要说明的是：当第一读头142和第二读头144分别设置在不同的电路板上时，用于设置第一读头142的电路板可以相较于第一磁栅盘141更靠近电磁抱闸器13，例如直接固定在环状端壁152上，也即无需设置相应的支撑块153。

进一步地，屏蔽罩15还可以包括多个与筒状侧壁151分别连接的凸缘154，例如图4所示的三个，多个凸缘154绕电机输出轴1121间隔设置，以便于屏蔽罩15与诸如轴承座115的结构件固定连接。

以上所述仅为本申请的部分实施例，并非因此限制本申请的保护范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种机械臂的关节模组，所述关节模组包括壳体、电机输出轴、电机转子、电磁抱闸器、刹车轮毂和第一磁编码器，所述电机转子套设在所述电机输出轴上，所述刹车轮毂套设在所述电机输出轴上且临近所述电机转子设置，所述电磁抱闸器位于所述刹车片背离所述电机转子的一侧，所述电磁抱闸器的摩擦片套设在所述刹车轮毂上，其特征在于，还包括：屏蔽罩；

所述屏蔽罩罩设在所述电磁抱闸器外，所述屏蔽罩与所述壳体固定连接，所述电磁抱闸器与所述屏蔽罩固定连接；

所述第一磁编码器设置在所述屏蔽罩相对所述电磁抱闸器的另一侧，用于检测所述电机输出轴的位置；

其中，所述屏蔽罩由软磁性材料制成，所述屏蔽罩用于屏蔽至少部分所述电磁抱闸器通电时产生的磁场。

2.根据权利要求1所述的关节模组，其特征在于，所述屏蔽罩包括筒状侧壁和与所述筒状侧壁的一端连接的环状端壁，所述筒状侧壁套设在所述电磁抱闸器外，并与所述壳体固定连接，所述电磁抱闸器与所述环状端壁连接，所述刹车轮毂部分伸出所述环状端壁。

3.根据权利要求2所述的关节模组，其特征在于，所述电磁抱闸器包括安装座、设置在所述安装座内弹性件和线圈，以及沿所述电机输出轴的轴向依次层叠设置的衔铁盘、所述刹车片和盖板，所述安装座固定在所述环状端壁上，所述线圈断电时，所述衔铁盘在所述弹性件的弹力作用下沿所述电机输出轴的轴向推动所述刹车片与所述盖板接触，以使得所述电机输出轴由转动状态切换至制动状态，所述线圈通电时，所述线圈产生的磁场作用于所述衔铁盘，使得所述刹车片与所述盖板分离，以解除所述电机输出轴的制动状态；其中，所述环状端壁沿所述电机输出轴的轴向正投影至所述电磁抱闸器时至少部分覆盖所述线圈。

4.根据权利要求2所述的关节模组，其特征在于，所述第一磁编码器包括第一磁栅盘、第一读头和电路板，第一磁栅盘与所述刹车轮毂固定连接，所述第一读头设置在所述电路板上，并与所述第一磁栅盘配合以检测所述输出轴的位置，所述电路板固定在所述屏蔽罩上。

5.根据权利要求4所述的关节模组，其特征在于，所述屏蔽罩包括多个与所述环状端壁分别连接的支撑块，多个所述支撑块位于所述环状端壁背离所述筒状侧壁的一侧，并绕所述电机输出轴间隔设置，所述电路板固定在多个所述支撑块上，以允许所述第一磁栅盘在所述电机输出轴的轴向上位于所述环状端壁与所述电路板之间。

6.根据权利要求4所述的关节模组，其特征在于，所述关节模组包括减速组件和第二磁编码器，所述减速组件与所述电机输出轴连接，并包括穿设在所述电机输出轴和所述刹车轮毂内的中空轴，所述中空轴靠近所述电磁抱闸器的一端部分伸出所述刹车轮毂，所述第二磁编码器包括第二磁栅盘和第二读头，所述第二磁栅盘与所述中空轴连接，所述第二读头与所述第二磁栅盘配合以检测所述中空轴的位置。

7.根据权利要求6所述的关节模组，其特征在于，所述第二读头设置在所述电路板上，所述电路板在所述电机输出轴的轴向上位于所述第一磁栅盘与所述第二磁栅盘之间。

8.根据权利要求6所述的关节模组，其特征在于，所述关节模组包括轴承座和第一轴承，所述轴承座与所述壳体连接，所述第一轴承的内圈和外圈分别与所述电机输出轴和所述轴承座连接，所述减速组件包括第二轴承，所述第二轴承的内圈和外圈分别与所述中空轴和所述电机输出轴连接。

9.根据权利要求8所述的关节模组，其特征在于，所述屏蔽罩包括多个与所述筒状侧壁分别连接的凸缘，多个所述凸缘绕所述电机输出轴间隔设置，多个所述凸缘与所述轴承座可拆卸连接。

10.一种机械臂，其特征在于，所述机械臂包括权利要求1-9任一项所述的关节模组。

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