机器人关节模组及机器人的制作方法

1.本技术涉及机器人技术领域，特别涉及一种机器人关节模组及机器人。


背景技术：

2.现阶段，随着机器人技术的日趋进步和完善，协作机器人作为一种与传统工业机器人在设计及应用理念上完全不同的机器人类型，凭借其所具备的人机安全性，广泛应用于汽车零部件、金属加工以及医疗器械、消费餐饮、科研教育等诸多领域，提高了劳动作业效率，改善了消费生活模式。
3.在关节模组结构设计上，编码器读头与码盘表面的装配距离公差完全由组成零部件的尺寸公差进行保证，如若存在组成零部件尺寸超差的情况，将会直接影响到安装距离公差要求，进而导致编码器工作时检测精度下降甚至出错。一旦出现该问题，只能更换零件或整个组件，操作复杂且降低了效率。


技术实现要素：

4.本技术提供一种机器人关节模组，本技术还提供一种具有上述机器人关节模组的机器人。
5.第一方面，本技术提供一种机器人关节模组，包括第一关节主体、第二关节主体、编码器组件、安装支柱以及调节件。第一关节主体包括固定壳和转轴体，转轴体穿设于固定壳，第二关节主体与固定壳沿转轴体的轴向并列间隔设置，第二关节主体设有读头。编码器组件包括第一安装座以及设置于第一安装座的第一磁环，第一安装座连接于转轴体且位于第二关节主体和固定壳之间。安装支柱支撑于第二关节主体和第一关节主体之间，使读头和第一磁环之间存在间隔。调节件设置于编码器组件和第一关节主体之间，用于调节读头和第一磁环之间的间隔距离。
6.第二方面，本技术还提供一种机器人，包括机体以及上述的机器人关节模组，机器人关节模组连接于机体。
7.相对于现有技术，本技术提供的机器人关节模组中，第一关节主体和第二关节主体之间通过安装支柱连接，安装支柱支撑于第二关节主体和第一关节主体之间，使读头和第一磁环之间存在间隔，满足读头和第一磁环之间预留检测距离的要求。调节件设置于编码器组件和第一关节主体之间，当上述检测距离出现超差现象时，可以通过调节件调节编码器组件和第二关节主体之间的距离，进而调节读头和第一磁环之间的检测距离。本技术的机器人关节模组利用调节件调节检测距离，无需增加额外的工装，且操作简单，效率高。
附图说明
8.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施方式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技术的一些实施方式，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。
9.图1是本技术一实施例提供的机器人的模块框图。
10.图2是本技术一实施例提供的机器人关节模组的简化结构示意图。
11.图3是图2所示机器人关节模组的编码器组件和固定壳的剖面结构示意图。
12.图4是图3所示编码器组件的第二安装座的立体结构示意图。
13.图5是图2所示机器人关节模组的固定壳的立体结构示意图。
14.图6是图3中a区域的放大图。
15.图7是图2所示机器人关节模组部分结构的剖面结构示意图。
具体实施方式
16.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
17.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
18.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
19.请参阅图1，本技术实施例提供一种机器人关节模组100，机器人关节模组100应用于机器人200中。
20.本说明书对机器人200的具体类型不作限制，例如，机器人200可以为工业机械臂机器人或行车机器人，也可以为协作机器人，在本实施例中，机器人200为协作机器人。机器人200可以包括机体201、执行端203以及机器人关节模组100。机器人关节模组100连接于执行端203和机体201之间，其用于驱使执行端203相对于机体201运动。在一些实施例中，机器人200可以包括多个执行端203，相应地，机器人200也包括与多个执行端203一一对应的机器人关节模组100，每个执行端203均通过对应的机器人关节模组100连接于机体201。
21.请参阅图2，机器人关节模组100包括第一关节主体10、第二关节主体30以及编码器组件50，第一关节主体10包括固定壳112以及穿设于固定壳112的转轴体14。第二关节主体30与固定壳112沿转轴体14的轴向并列间隔设置。编码器组件50连接于转轴体14且位于固定壳112和第二关节主体30之间。
22.本说明书对第一关节主体10的具体结构不作限制，例如，第一关节主体10可以包括制动组件11、电机12等，电机12、制动组件11、编码器组件50以及第二关节主体30沿转轴体14的轴向依次并列设置，制动组件11连接于转轴体14，并位于编码器组件50和电机12之间。
23.在本实施例中，电机12包括转子123以及定子125，转子123可转动地容置于定子125内。转轴体14包括输入轴141以及输出轴143。输入轴141穿设于转子123内且与转子123止转连接。其中，输入轴141与转子123之间的“止转连接”应理解为，输入轴141与转子123之间相对固定，输入轴141可随转子123的转动而转动。本说明书对输入轴141和转子123之间的连接方式不作限制，例如，输入轴141和转子123之间可以通过花键连接。
24.输出轴143用于驱使执行端203相对于机体201运动。输出轴143可以通过输入轴141连接于电机12，以在电机12的驱动下转动，从而实现机器人200部分关节的运动。在本实施例中，输出轴143同轴穿设于输入轴141，输出轴143的一端延伸至输入轴141外形成安装端1432，安装端1432用于安装编码器组件50。输出轴143与输入轴141传动（例如可转动地）连接。输出轴143可以通过减速机构或者其他传动机构连接于输入轴141，并通过输入轴141连接于电机12，以在电机12的驱动下转动，从而实现机器人200部分关节的运动。
25.在一些实施例中，固定壳112可以为制动组件11的制动壳体，制动组件11还包括主体114。主体114套设于输入轴141；固定壳112连接于主体114远离电机12的一端，固定壳112套设于输入轴141。本说明书对制动组件11的具体结构不作限制，例如，制动组件11可以为电磁式抱闸机构，则主体114可以包括制动电磁铁和闸瓦制动器。电机12运行时，制动电磁铁通电，闸瓦制动器放松，电机12断电时，闸瓦制动器抱紧输入轴141，迫使电机12尽快停转或减速。
26.在本实施例中，制动组件11可以为无励磁制动器，固定壳112为刹车固定壳，主体114包括制动器定子、制动器转子和摩擦片，制动器定子固定安装于固定壳112。在失电的情况下，摩擦片被制动器定子自身的弹簧机构压紧，与制动器定子保持相对静止。制动器转子固定安装于输入轴141，制动器转子止转连接于摩擦片；当制动组件11通电时，摩擦片将会被释放，此时输入轴141通过制动器转子带动摩擦片同步转动。在另一些实施例中，固定壳112也可以为电机12的外壳，例如，制动组件11安装于电机12背离编码器组件50一侧或者其他不与编码器组件50相邻的位置时，电机12临近编码器组件50，则此时固定壳112可以为电机12的外壳。
27.请参阅图3，编码器组件50设置于输出轴143，其用于与第二关节主体30的读头配合采集输出轴143的运动参数。在本技术实施例中，编码器组件50包括第一安装座51以及第一磁环52。
28.在本实施例中，第一安装座51连接于输出轴143的安装端1432。第一安装座51包括相接续的第一安装部512以及第二安装部514，第一安装部512以及第二安装部514沿输出轴143的轴向依次连接。进一步地，第一安装座51设有供安装端1432穿过的内孔511，内孔511与输出轴143大致同轴，内孔511沿轴线方向贯穿第一安装部512和第二安装部514。第一安装座51通过内孔511套设于安装端1432，并与安装端1432止转连接。第一安装部512和第二安装部514在垂直于输出轴143的平面的横截面均大致呈环状，第一安装部512的外径小于第二安装部514的外径，使第一安装座51呈阶梯结构。
29.第一安装部512用于安装第一磁环52，并位于第二安装部514背离固定壳112的一侧。第二安装部514的外径大于第一安装部512的外径，第二安装部514朝向第一安装部512的一侧设有用于抵持第一磁环52的限位挡板5142，限位挡板5142在输出轴143的径向上相对第一安装部512凸出，以对第一磁环52进行轴向限位，减小第一磁环52偏移而影响精度的
可能性。
30.第一磁环52设置于第一安装部512，其用于反馈输出轴143的转速信息或/及转角信息。进一步地，第一磁环52同轴套设于第一安装部512的外周，第一磁环52朝向第二安装部514的一侧叠置于限位挡板5142。第一磁环52远离第二安装部514的一侧与第一安装部512远离第二安装部514的端面共面。本说明书对第一磁环52和第一安装部512的具体连接方式不作限制，例如，第一磁环52可以采用胶粘的方式固定在第一安装部512，也可以通过在第一安装部512上设置限位结构来固定第一磁环52；在本实施例中，第一磁环52通过轴孔配合以胶粘的方式固定于第一安装部512。
31.在本实施例中，编码器组件50还包括第二安装座53以及设置于第二安装座53的第二磁环54，第二安装座53可转动地套设于第二安装部514外以形成编码器组件50的模块化结构。进一步地，第二安装座53还连接于输入轴141，例如，第二安装座53包括连接部531以及收纳部533。收纳部533连接于连接部531背离固定壳112的一侧，收纳部533具有空腔，空腔贯穿收纳部533和连接部531，空腔在收纳部533处的内径大于空腔在连接部531处的内径，从而使第二安装座53形成一个杯状结构，连接部531为该杯状结构的底壁。
32.连接部531通过空腔套设于输入轴141外，且第二安装座53通过螺钉固定于输入轴141。收纳部533通过空腔套设于第二安装部514外且与第二安装部514可转动地连接。第二安装座53通过收纳部533与第一安装座51嵌套连接，提高了编码器组件50轴向结构的紧凑性，缩短了其装配尺寸链，有利于提高安装精度。
33.在一些实施例中，编码器组件50还可以包括轴承56，第二安装座53通过轴承56可转动地连接于第二安装部514。进一步地，限位挡板5142在输出轴143的径向上凸出于第二安装部514，轴承56的一侧抵持于限位挡板5142，另一侧抵持于第二安装座53的收纳部533，限位挡板5142和收纳部533共同对轴承56进行轴向限位，提高了轴承56安装的稳定性以及一定程度上保证了轴承56的精度。轴承56一方面尽可能地保证第一磁环52和第二磁环54的同轴性，另一方面提高了编码器组件50的转动平稳性。
34.第二磁环54设置于连接部531且套设于连接部531外周，连接部531外周壁还可以设有用于轴向限位第二磁环54的限位板，第二磁环54朝向收纳部533的一侧叠置于该限位板。第二磁环54背离第二安装座53的一侧与第一磁环52背离第一安装座51的一侧共面，能够提高信息采集的稳定性。本说明书对第二磁环54和第二安装座53的具体连接方式不作限制，例如，第二磁环54可以采用胶粘的方式固定于第二安装座53，也可以通过在第二安装座53上设置限位结构来固定第二磁环54；在本实施例中，第一磁环52通过轴孔配合以胶粘的方式固定于第二安装座53。
35.上述编码器组件50轴向结构紧凑，装配尺寸链短，有利于提高安装精度。例如，在装配机器人关节模组100时，编码器组件50可以作为整体模组来料，在该整体模组来料之前的装配中，先把轴承56安装于在第一安装座51和第二安装座53之间，使第一安装座51和第二安装座53可转动地连接在一起，由于限位挡板5142和连接部531分别抵顶在轴承56的两个端面，能够保证安装公差较小，尺寸得到有效控制。轴承56安装完毕后，安装第一磁环52至第一安装座51，安装第二磁环54至第二安装座53，从而形成编码器组件50的整体模块化结构来料。然后，通过套接的方式即可将这个整体模组安装到转轴体14上，具体地，编码器组件50能够通过第一安装座51连接于输出轴143，或/及通过第二安装座53连接于输入轴
141。编码器组件50的模块化设计提高了各组件之间装配和拆卸的效率，便于后期的调试与维护。
36.在本实施例中，编码器组件50和固定壳112之间设有迷宫密封结构60。请同时参阅图4至图6，第二安装座53的连接部531的端面上设有密封件61，固定壳112朝向第二安装座53的端面上开设有密封槽63，密封件61为成型于连接部531端面上的凸台，密封件61嵌入密封槽63内以共同形成上述的迷宫密封结构60。本说明书对密封件61的具体结构不作限制，例如，密封件61可以包括成型于连接部531的多个矩形条，也可以为多个弧形条或者圆环形条，或者可以包括多个彼此分散或者相连的矩形条和弧形条，在本实施例中，密封件61为环形凸台612，环形凸台612设置有两个，两个环形凸台612同心设置。对应地，密封槽63为环形凹槽632，环形凹槽632也设置有两个，两个环形凹槽632同轴设置且与两个环形凸台612一一对应设置。环形凸台612嵌设于对应的环形凹槽632内形成迷宫密封结构60。
37.环形凸台612和环形凹槽632的内壁之间留有间隙，该间隙形成一系列截流间隙与膨胀空腔，即使制动组件11（如图2所示）中的摩擦片在转动过程中产生“磨粉”，该粉末在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应，达到阻漏的目的，不会进入编码器组件50中污染第一磁环52或/及第二磁环54。迷宫密封结构60可以可靠防止磨粉从制动组件11端进入编码器组件50侧，有效提高了编码器组件50的稳定性，且迷宫密封结构60为一种非接触密封，不影响传动效率。
38.在其他实施例中，密封件61和密封槽63的位置可以互换，例如密封件61设置于固定壳112，密封槽63开设于连接部531，密封件61和密封槽63二者相互嵌套形成迷宫密封结构60。
39.请同时参阅图3和图7，第二关节主体30连接于固定壳112，本说明书对第二关节主体30的具体结构不做限制，在本实施例中，第二关节主体30为驱动控制板。第二关节主体30包括安装板32以及驱动板34，驱动板34与安装板32沿输出轴143的轴向并列间隔设置，安装板32位于驱动板34和编码器组件50之间。其中，驱动板34可以为控制电路板。安装板32与固定壳112同轴设置，安装板32朝向编码器组件50的一侧设有用于与第一磁环52和第二磁环54配合的读头36，读头36包括第一读头361以及第二读头363，第一读头361与第一磁环52相对间隔设置，第二读头363与第二磁环54相对间隔设置。
40.第一读头361用于读取第一磁环52反馈的输出轴143的转速信息或/及转角信息；第二读头363用于读取第二磁环54反馈的输入轴141的转速信息或/及转角信息。第一读头361和第一磁环52之间、第二读头363与第二磁环54之间需要相对安装且保留理论值0.4mm左右的检测距离，在理论值0.4mm的容许误差范围内检测为有效。为了保证上述检测距离，在本实施例中，机器人关节模组100还包括安装支柱70，安装支柱70支撑于第二关节主体30和固定壳112之间，一方面用于安装第二关节主体30，另一方面用于保证读头36与第一磁环52和第二磁环54之间的检测距离。
41.安装支柱70包括连接件72和支撑件74，支撑件74支撑于固定壳112与第二关节主体30之间，连接件72穿过第二关节主体30并连接于支撑件74，连接件72和支撑件74沿输出轴143的轴向延伸设置。
42.连接件72抵持于驱动板34和安装板32之间，使驱动板34和安装板32相对间隔，以在驱动板34和安装板32之间留有其他元件的安装空间，同时利于二者的散热。连接件72靠
近安装板32的一端设有第一配合柱721，第一配合柱721沿输出轴143轴向延伸，第一配合柱721穿设于安装板32并连接于支撑件74。第一配合柱721的端面面积小于连接件72的端面面积，以使第一配合柱721和连接件72的连接处形成阶梯结构，从而使得连接件72作为前述阶梯结构阶梯面的端面抵持于安装板32。连接件72抵持于驱动板34和安装板32之间，能够限定驱动板34和安装板32之间的间隔大小，该间隔大小可以通过更换不同尺寸的连接件72来调节；选用不同尺寸的连接件72，实现不同大小的间隔，以利于配合驱动板34和安装板32之间不同尺寸的元件的安装，提高了机器人关节模组100的适应性。
43.为了便于连接件72和支撑件74的连接，支撑件74和第一配合柱721嵌套配合。在本实施例中，支撑件74包括支撑部741以及配合部743，支撑部741大致呈柱状，支撑部741沿输出轴143的长度方向延伸设置，且大致平行于输出轴143。支撑部741的一端套设于第一配合柱721，且抵持于安装板32，另一端连接抵持于固定壳112。配合部743连接于支撑部741背离第一配合柱721的一端，配合部743嵌设于固定壳112内。配合部743的端面面积小于支撑部741的端面面积，以使配合部743和支撑部741的连接处形成阶梯结构，从而使得支撑部741作为该阶梯结构阶梯面的端面抵持于固定壳112。支撑部741抵持于安装板32和固定壳112之间，用于限定第一读头361和第一磁环52之间、第二读头363与第二磁环54之间的检测距离；选用不同尺寸的支撑部741，实现不同大小的检测距离，以利于配合不同尺寸或不同类型的编码器组件。
44.支撑件74和连接件72实现了第二关节主体30和第一关节主体10的两段式安装，不仅提高了拆装地便捷性，还提高了机器人关节模组100的适应性。
45.安装支柱70还包括固定件76，固定件76穿设于驱动板34，且连接于连接件72朝向驱动板34的一端。为了便于更换不同尺寸的连接件72，在本实施例中，固定件76为螺栓，固定件76穿过驱动板34的一端螺纹连接于连接件72。
46.本说明书对安装支柱70的数量不作限制，安装支柱70可以设置为多个，在本实施例中，安装支柱70的数量设置有三个，三个安装支柱70沿驱动板34的周向大致等间距地排列。三个安装支柱70提高了第二关节主体30安装的稳定性，同时保证了第一读头361和第一磁环52之间、第二读头363与第二磁环54之间的检测距离，提高了检测的稳定性。
47.在一些特殊情况下，第一磁环52的表面和第一读头361表面、第二磁环54的表面与第二读头363的表面之间的检测距离可能会存在超差现象，其中，“超差”是产品外形尺寸超出了产品标准规定的公差范围，是金属塑性加工产品的一种质量缺陷。为了减小超差现象对检测的影响，在本实施例中，机器人关节模组100还包括调节件90。
48.调节件90设置于编码器组件50和第一关节主体10之间，其用于调节第一读头361和第一磁环52之间、第二读头363与第二磁环54之间的检测距离。进一步地，转轴体14具有用于与调节件90配合的支撑面145，支撑面145朝向编码器组件50。调节件90的一端穿设于第一安装座51，另一端连接于支撑面145。本说明书对支撑面145的具体位置不作限制，在本实施例中，支撑面145位于输入轴141的靠近安装端1432（参考图3）的端部。上述“调节件90的一端连接于支撑面145”可以包括调节件90的一端与支撑面145直接连接或者间接连接，也可以包括调节件90的一端与支撑面145二者表面接触的情况。
49.在一些实施例中，若转轴体14为单个轴体（也即，转轴体14只包括输入轴141、输出轴143的其中一个），则支撑面145可以为该轴体外凸起的表面，例如，该轴体为阶梯轴，支撑
面145为阶梯轴上的阶梯凸缘的表面。在另一些实施例中，支撑面145也可以设置于固定壳112上。
50.在本实施例中，调节件90为螺纹连接件，通过调整调节件90与第一安装座51之间的螺合深度，能够改变编码器组件50和安装板32之间的距离。本说明书对调节件90与第一安装座51以及支撑面145的具体连接关系不作限制，例如，在一些实施例中，第一安装座51可以设有螺纹孔516，调节件90与螺纹孔516螺合，且其一端抵持于支撑面145。需要调节检测距离时，将调节件90向内(朝向支撑面145的一侧）旋入，由于调节件90的端部始终抵住支撑面145，调节件90转动时会带动第一安装座51朝向安装板32移动，进而将第一读头361和第一磁环52之间、第二读头363与第二磁环54之间的检测距离误差调小。
51.本说明书对调节件90的数量不作限制，为了提高调节的稳定性，在本实施例中，调节件90设置有两个，两个调节件90关于输出轴143对称设置且位于输出轴143的同一根径线上。需要调节检测距离时，先将两个调节件90旋入螺纹孔516内，直至调节件90的端面抵住支撑面145。如果检测距离误差较大，继续将调节件90向内旋入，为保证受力均匀可同时转动两个调节件90。调节件90转动时会带动第一安装座51朝向或者远离安装板32移动，进而调整第一读头361和第一磁环52之间、第二读头363与第二磁环54之间的检测距离误差，最后通过塞尺检测，直至检测距离达到公差要求。
52.若编码器组件50和第二关节主体30初始装配节后，检测距离就偏小，可以先手动滑动编码器组件50背离第二关节主体30移动，使检测距离扩大，然后再通过上述螺纹孔516设置于第一安装座51的实施例中的方法进行调节，直至检测距离达到理想公差要求的范围。利用调节件90调节检测距离，无需增加额外的工装，且操作简单，效率高。
53.本技术实施例提供的机器人关节模组100中，编码器组件50的模块化设置使其能够通过第一安装座51连接于输出轴143，或/及通过第二安装座53连接于输入轴141，提高了各组件之间装配和拆卸的效率，便于后期的调试与维护。编码器组件50和制动组件11之间的迷宫密封结构60可以可靠防止磨粉从制动组件11端进入编码器组件50侧，有效减小了第一磁环52或/及第二磁环54被污染的现象发生的可能性，且迷宫密封结构60为一种非接触密封，不影响传动效率。
54.进一步地，第一关节主体10和第二关节主体30之间通过三个安装支柱70连接，安装支柱70实现了第二关节主体30和第一关节主体10的两段式安装，不仅提高了拆装地便捷性，还提高了机器人关节模组100的适应性，同时保证了第一读头361和第一磁环52之间、第二读头363与第二磁环54之间的检测距离，提高了检测的稳定性。当检测距离出现超差现象时，可以通过调节件90调节编码器组件50和第二关节主体30之间的距离，进而调节第一读头361和第一磁环52之间、第二读头363与第二磁环54之间的检测距离。利用调节件90调节检测距离，无需增加额外的工装，且操作简单，效率高。
55.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技术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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结
合和组合。
56.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
57.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：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，并不驱使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。