一种协作机器人关节结构的制作方法

本实用新型涉及一种机械关节结构，具体涉及一种协作机器人关节结构。

背景技术：

目前，协作机器人已应用在各个工业领域，与人共同工作，协作机器人作为工业机器人中的轻型机器人，协助人类并且与人类一同作业，且不需要使用安全围栏进行隔离，解决人类较难以达成的精确度或让人类远离危险的环境和工作。协作机器人关节结构作为协作机器人的核心组成部件，它的性能在整个协作机器人运动过程中显得至关重要。协作机器人关节中主要通过伺服驱动方式进行，目前，伺服驱动方法主要分为两种：一种是采用伺服电机配减速器的驱动方法，一类是伺服电机直接驱动的方法。电机带减速器驱动通过减速器机构按照100:1的速比关系，将电机的速度降低，力矩增大到控制机构需要的范围内，但目前伺服电机的机械结构存在整体机构复杂，控制机构不能快速精确的作用到伺服机构，运行时振动噪声大，在有限的空间里无法实现机电一体化，尤其在经过装配后，不能够精确控制其位置。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了解决上述问题而提供一种结构紧凑、输出转矩大、运行可靠、控制精确的协作机器人关节结构。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一种协作机器人关节，包括壳体以及设置在壳体内的伺服电机、谐波减速器、制动器以及驱动器，所述的伺服电机包括定子和转子，所述的定子与壳体连接，所述的转子与输入轴连接，所述的谐波减速器的输入端与输入轴连接，谐波减速器的输出端与输出轴连接，所述的输入轴在远离谐波减速器的一端设置制动器和输入端编码器，所述的输出轴在远离谐波减速器的一端设置输出端编码器，所述的驱动器设置在输入端编码器和输出端编码器之间。

所述的输入端编码器和输出端编码器均采用独立式磁式编码器，包括编码器电路板、与输入轴或输出轴连接的导磁环支架、设于导磁环支架上的多对极检测磁环和单对极检测磁环。

所述的制动器为电磁制动器，所述的电磁制动器与制动组件连接，所述的制动组件包括制动器挡柱、安装在输入轴上的制动器挡圈、波形垫圈以及摩擦片，所述的制动器挡圈、波形垫圈以及摩擦片两侧通过轴用弹性挡圈固定。

该协作机器人关节末端设有引出线支架以及与引出线支架连接的护线套。

所述的谐波减速器设于伺服电机的一侧，所述的制动器、驱动器、输入端编码器和输出端编码器设于伺服电机的另一侧。

所述的壳体上安装有用于封装的后罩，对内部部件提供结构保护。

所述的定子包括定子铁芯和定子绕组，采用18槽结构。

所述的转子包括转子铁芯和永磁体，采用16极表贴式结构。

本实用新型的具体工作原理为，电机通过对定子提供相位相差固定的三相交流电信号，产生旋转磁场驱动永磁转子旋转，转子带动输入轴转动，输入端编码器检测电机输入轴旋转位置信号，反馈给驱动器，驱动器可根据反馈信号控制电机的运转；输入轴与谐波减速器连接，将电机的转速降低后，传递给输出轴，设置在输出轴上的输出端编码器对实际输出的旋转位置进行实时检测，并将信号输出给外部控制器，及时调整因机械误差带来的偏差，对关节的位置进行全闭环控制，从而能够精确控制输出的位置，编码器能够达到高精度的分辨率，实现电流、速度、位置的全闭环伺服反馈。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型通过设置两个独立式磁式编码器，分别对输入轴及输出轴进行闭环控制，不仅使控制更加灵敏，且可有效消除由于机械装配时产生的误差，对实际输出轴的位置实现精确控制。

2、定子、转子的槽型、开口大小、极槽数配比都会影响转矩波动大小，本实用新型采用定子多槽、转子多极的结构实现伺服电机大力矩、高能量密度的输出要求。

3、本实用新型将谐波减速器设于伺服电机的一侧，制动器、驱动器、输入端编码器和输出端编码器设于伺服电机的另一侧，从而使关节结构位置布置合理、结构紧凑，内部机构简单化，做到尽可能缩小内部空间，在有限空间里实现机电一体化。

附图说明

图1为本实用新型的剖视结构示意图；

图2为图1的局部放大示意图；

图3为本实用新型定子结构示意图；

图4为本实用新型转子结构示意图；

图中：谐波减速器1、伺服电机2、定子201、转子202、制动器3、制动器挡柱301、轴用弹性挡圈302、制动器挡圈303、波形垫圈304、摩擦片305、输入端编码器4、编码器电路板401、单对极检测磁环402,502、多对极检测磁环403,503、导磁环支架404,504、驱动器5、输出端编码器6、输入轴7、输出轴8、后罩9、引出线支架10、护线套11、壳体12。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例1

一种协作机器人关节，如图1、2所示，包括壳体12以及设置在壳体12内的伺服电机2、谐波减速器1、制动器3以及驱动器5，伺服电机2包括定子201和转子202，定子201与壳体12连接，转子202与输入轴7连接，谐波减速器1的输入端与输入轴7连接，谐波减速器1的输出端与输出轴8连接，输入轴7在远离谐波减速器1的一端设置制动器3和输入端编码器4，输出轴8在远离谐波减速器1的一端设置输出端编码器6，驱动器5设置在输入端编码器4和输出端编码器6之间。

其中，输入端编码器4和输出端编码器6均采用独立式磁式编码器，包括编码器电路板401、与输入轴7或输出轴8连接的导磁环支架404,504、设于导磁环支架上的多对极检测磁环403,503和单对极检测磁环402,502。制动器3为电磁制动器，电磁制动器3与制动组件连接，制动组件包括制动器挡柱301、安装在输入轴7上的制动器挡圈303、波形垫圈304以及摩擦片305，制动器挡圈303、波形垫圈304以及摩擦片305两侧通过轴用弹性挡圈302固定。该协作机器人关节末端设有引出线支架10以及与引出线支架10连接的护线套11。谐波减速器1设于伺服电机2的一侧，制动器3、驱动器5、输入端编码器4和输出端编码器6设于伺服电机2的另一侧。壳体12上安装有用于封装的后罩9，定子201包括定子铁芯和定子绕组，采用18槽结构，如图3所示；转子202包括转子铁芯和永磁体，采用16极表贴式结构，如图4所示。

具体的加工过程如下：

电机定子-----叠片落料-----线切割------绕线------测试------真空浸漆-----测试；

电机转子-----磁钢及转轴加工------磁钢粘接-----磨磁钢；

机壳、端盖设计-------机壳、端盖加工；

固定端盘、输出轴结构设计------减速器厂家定制加工；

制动器结构设计------挡片零件加工-----制动器盒、弹簧、波形垫圈、挡圈采购；

控制器原理图设计-------控制器接插件元器件选型-------控制器结构设计-------PCB设计(元器件定型采购)------PCB板加工-------元器件齐套--------贴片焊接-------检测------调试------三防-----装配--------测试--------灌封-------测试；

磁环设计(单、多对极)------编码器原理图设计------编码器PCB板设计(元器件采购)-----PCB板加工------元器件齐套------贴片焊接------检测----调试------标定(工装)----测试------三防-----复测；

电机装配-------减速器装配------制动器装配------编码器安装------驱动器安装-----线缆接入；

性能测试-------调试电机(确定控制参数)------电机性能测试------额定工况性能试验------过载性能试验。