一种紧凑型机器人一体化关节模组及紧凑型机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种紧凑型机器人一体化关节模组及紧凑型机器人。

背景技术：

协作机器人是机器人发展的一个重要方向，是人机协同工作的重要组成。协作机器人一般采用模块化设计，一体化关节模组是其最重要的模块。一体化关节模组的通用性、负载自重比和结构尺寸，极大地影响着协作机器人的性能和应用领域。

现有机器人一体化关节模组通常由谐波减速器、电机、制动器、光电编码器和力传感器简单串联组成，其轴向尺寸较长，且承载能力和动态性能受限。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于目前一体化关节模组承载能力和动态性能差，尺寸过长。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的。

一种紧凑型机器人一体化关节模组，包括单摆线针轮减速器、壳体、轴、电磁作动器、动销、集成电路模块、端盖、线缆保护套、爪式制动盘、线缆、光电编码器读头、光电编码盘、电机定子和电机转子；

所述单摆线针轮减速器、轴、光电编码盘、电机定子和电机转子同轴线；

所述单摆线针轮减速器固定在壳体的前端，所述电机定子固定在壳体内，电机转子与轴固定连接，轴的前端与单摆线针轮减速器的输入端固定连接，轴的后端依次与光电编码盘和刹车装置固定连接，光电编码器读头固定于壳体内部，并与光电编码盘位置相对，所述端盖固定在壳体的后端。

进一步的，所述单摆线针轮减速器为中空结构。

进一步的，还包括线缆保护套，所述单摆线针轮减速器为中空结构，所述线缆保护套从前往后依次贯穿单摆线针轮减速器、轴和端盖，线缆保护套的前端与单摆线针轮减速器固定连接，后端与端盖连接。

进一步的，所述刹车装置包括电磁作动器、动销和爪式制动盘，爪式制动盘固定在轴的后端，位于光电编码盘的后方，电磁作动器固定在端盖上位于壳体的内侧，动销设置在电磁作动器上，并在电磁作动器带动下沿轴向运动，爪式制动盘圆周上沿轴线方向均布一圈凸齿，动销沿轴线运动插入凸齿或缩回。

进一步的，还包括集成电路模块，所述集成电路模块固定在端盖上，分别与电机定子、电磁作动器和光电编码盘连接，线缆可从端盖上的通孔穿过，并从壳体下方穿出。

进一步的，所述光电编码盘和爪式制动盘为一体式结构。

进一步的，所述集成电路模块包括电机驱动模块、反馈信号采集模块、电流监控模块和温度监控模块，电机驱动模块与电机定子连接，反馈信号采集模块与光电编码器读头连接。

进一步的，所述单摆线针轮减速器通过螺钉固定在壳体的前端。

进一步的，所述单摆线针轮减速器的前端设置有螺纹孔。

一种包括紧凑型机器人一体化关节模组的紧凑型机器人，将一体化关节模组设置于紧凑型机器人的关节部位。

本发明的优点在于：1、采用单摆线针轮减速器，缩小了关节模组的轴向尺寸，提高了关节模组的承载能力和刚性；单摆线针轮减速器的输出端直接作为一体化关节模组的输出；

2、单摆线针轮减速器为中空结构，便于走线；

3、线缆保护套贯穿单摆线针轮减速器、轴和端盖，可以保护通过一体化关节模组中心孔的线缆；

4、电磁作动器使动销沿其自身轴线方向运动；电磁作动器消除吸力时，动销伸出，卡在爪式制动器的凸齿间，限制与爪式制动器固定连接的轴和电机转子的旋转运动，从而起到刹车的作用；电磁作动器产生吸力时，动销缩回，与爪式制动盘脱离接触，轴和电机转子正常运动；

5、集成电路模块用于驱动和控制一体化关节；

6、将电编码盘和爪式制动盘做成一体式结构；光电编码器读头和电磁作动器、动销相对一体化关节模组的中心，对称安装，简化了关节模组的结构，缩短了轴向尺寸，使得整个关节模组更为紧凑；

7、单摆线针轮减速器的前端设置有螺纹孔，用以连接负载；

本发明一种紧凑型机器人一体化关节模组集成度高、体积小、负载自重比大、刚性好、中空结构、碰撞检测，使机器人的设计、安装、使用和维护更为简便。

附图说明

图1为本发明实施例中一种紧凑型机器人一体化关节模组的剖视图。

图2为本发明实施例中一种紧凑型机器人一体化关节模组的爆炸结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例1

结合附图1和图2，本发明一种紧凑型机器人一体化关节模组，包括单摆线针轮减速器1、壳体2、轴3、电磁作动器4、动销5、集成电路模块6、端盖7、线缆保护套8、爪式制动盘9、线缆10、光电编码器读头11、光电编码盘12、电机定子13和电机转子14；

所述单摆线针轮减速器1、轴3、光电编码盘12、电机定子13和电机转子14同轴线；

所述单摆线针轮减速器1固定在壳体2的前端，所述电机定子13固定在壳体2内，电机转子14与轴3固定连接，轴3的前端与单摆线针轮减速器1的输入端固定连接，轴3的后端依次与光电编码盘12和刹车装置固定连接，光电编码器读头11固定于壳体2内部后侧，并与光电编码盘12位置相对，所述端盖7固定在壳体2的后端；

采用单摆线针轮减速器，缩小了关节模组的轴向尺寸，提高了关节模组的承载能力和刚性；单摆线针轮减速器的输出端直接作为一体化关节模组的输出。

实施例2

结合附图1和图2，与实施例1的区别在于，进一步的，还包括线缆保护套8，所述单摆线针轮减速器1为中空结构，所述线缆保护套8从前往后依次贯穿单摆线针轮减速器1、轴3和端盖7，并位于单摆线针轮减速器1、轴3和端盖7的内部，线缆保护套8的前端与单摆线针轮减速器1固定连接，后端与端盖7连接，信号线和电源线可从前端从线缆保护套8内穿入进行走线布置，可保护通过一体化关节模组中心孔的线缆。

实施例3

结合附图1和图2，与实施例2的区别在于，进一步的，所述刹车装置包括电磁作动器4、动销5和爪式制动盘9，爪式制动盘固定在轴3的后端，位于光电编码盘12的后方，电磁作动器4固定在端盖7上位于壳体2的内侧，动销5设置在电磁作动器4上，并在电磁作动器4带动下沿轴向运动，爪式制动盘9圆周上沿轴线方向均布一圈凸齿，动销5沿轴线运动插入凸齿或缩回。

电磁作动器4使动销5沿其自身轴线方向运动；电磁作动器4消除吸力时，动销5伸出，卡在爪式制动器9的凸齿间，限制与爪式制动器9固定连接的轴3和电机转子14的旋转运动，从而起到刹车的作用；电磁作动器4产生吸力时，动销5缩回，与爪式制动盘9脱离接触，轴3和电机转子14正常运动。

实施例4

结合附图1和图2，与实施例3的区别在于，进一步的，还包括集成电路模块6，所述集成电路模块6固定在端盖7上，分别与电机定子13、电磁作动器4和光电编码盘12连接，用于驱动和控制一体化关节。线缆10可从端盖7上的通孔穿过，并从壳体2下方穿出。

实施例5

结合附图1和图2，与实施例4的区别在于，进一步的，所述光电编码盘12和爪式制动盘9为一体式结构，将光电编码盘12和爪式制动盘9做成一体式结构；光电编码器读头11和电磁作动器4、动销5相对一体化关节模组的中心，对称安装，简化了关节模组的结构，缩短了轴向尺寸，使得整个关节模组更为紧凑。

实施例6

结合附图1和图2，与实施例5的区别在于，进一步的，所述集成电路模块6包括电机驱动模块、反馈信号采集模块、电流监控模块和温度监控模块，电机驱动模块与电机定子13连接，反馈信号采集模块与光电编码器读头11连接，电流监控模块用于监控集成电路的电流信息，温度监控模块用于监控关机模组内部的温度信息。

实施例7

结合附图1和图2，与实施例6的区别在于，进一步的，所述单摆线针轮减速器1通过螺钉固定在壳体2的前端，提高连接的稳定性。

实施例8

结合附图1和图2，与实施例7的区别在于，进一步的，所述单摆线针轮减速器1的前端设置有螺纹孔，用以连接负载。

本发明一种紧凑型机器人一体化关节模组集成度高、体积小、负载自重比大、刚性好、中空结构、碰撞检测，使机器人的设计、安装、使用和维护更为简便。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。