一种制动器前置的机器人关节及协作机器人的制作方法

1.本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种将制动器前置的机器人关节及使用该种关节的协作机器人。


背景技术：

2.对于工业机器人等使用关节的机器人而言，机器人的关节是主要部件，关节内部存在众多元器件，内部空间有限，要容纳较多的元器件，不可避免的使得机器人关节通常体积较大。对于一些机器人而言，例如对于协作机器人来说，要求体积较小、结构较为紧凑，同时对自重等要求也较高，方能提升其性能及使用便利性，如何在有限的关节空间内，布置元器件的位置进而在保证关节功能的基础上减小关节体积，至关重要。
3.制动器运动时往往伴随着热量和粉尘的产生，机器人关节温度过高将会影响正常运行，同时，关节内部结构复杂，一些元器件，例如光编码器，对粉尘极为敏感，不做好防尘措施也会影响机器人的正常运行。传统的机器人制动器通过防护罩的方式导热和防止粉尘传播，防护罩的方式散热接触面积较小且导热路程较长，使得导热效率较低，同时，设置防护罩虽然一定程度上可以防止粉尘传播，但同时也增加了机器人关节的体积，不适合机器人关节空间非常有限的场景。
4.因此，有必要设计一种制动器前置的机器人关节及协作机器人。


技术实现要素：

5.鉴于此，本发明的目的在于提供一种结构紧凑、散热及防尘效果好的机器人关节及协作机器人，以解决现有技术中的机器人关节难以兼顾结构紧凑和散热效果、防尘效果的问题。
6.本发明可采用如下技术方案：一种机器人关节，包括关节外壳、减速器组件、驱动电机和制动器，所述驱动电机的电机轴连接于所述减速器组件的输入端，制动器设置于减速器组件和驱动电机之间，所述制动器包括制动盘、摩擦片和衔铁，所述摩擦片固定于所述电机轴并跟随旋转，所述制动盘能够根据通断电状态吸附或释放衔铁，所述减速器组件包括减速器主体和覆盖所述减速机主体的柔轮盖，所述柔轮盖周向接触所述关节外壳，所述制动盘与所述柔轮盖接触设置。
7.进一步的，所述制动器包括限位件，所述摩擦片和限位件设置于所述制动盘的周向内侧，所述摩擦片两侧分别为限位件和制动盘，所述限位件和所述衔铁固定连接以同向运动。
8.进一步的，所述限位件设置于所述减速器一侧，所述衔铁设置于所述驱动电机一侧。
9.进一步的，所述减速器主体包括密封轴承，所述柔轮盖和密封轴承形成密封结构以防止制动器的粉尘向减速器一侧传播。
10.进一步的，所述机器人关节包括衬套，所述衬套包括套设于所述电机轴沿轴向延
伸的第一部分和沿衬套端部向周向延伸的第二部分，所述衔铁和衬套的第二部分其中之一包括凹槽，其中另一包括与所述凹槽配合的凸起部以形成曲形密封结构。
11.进一步的，所述衔铁与所述驱动电机之间形成动密封结构。
12.进一步的，所述衔铁与所述驱动电机之间形成油封结构。
13.进一步的，所述机器人关节包括传感器组件以检测关节信息，所述传感器组件与所述制动器组件分布于驱动电机的不同侧。
14.进一步的，所述柔轮盖直接接触所述关节外壳，或所述柔轮盖通过导热材料间接接触所述关节外壳。
15.进一步的，所述制动器抵接于所述减速器组件和驱动电机之间，所述制动盘固定于所述柔轮盖。
16.本发明还可采用如下技术方案：一种协作机器人，包括底座支架和机械臂，其特征在于，所述机械臂包括若干个机械臂部分以及连接相邻机械臂部分的关节，所述关节为前文任一项所述的机器人关节。
17.与现有技术相比，本发明具体实施方式的有益效果为：机器人关节的制动器前置，同时将摩擦片设置于制动盘内侧，减小了制动器的轴向长度，制动器充分利用减速器和电机之间的空间，同时充分利用减速器进行散热和密封，进一步的，具体设计了电机侧的密封结构，使得机器人关节的结构紧凑且散热、防尘效果较好。
附图说明
18.以上所述的本发明的目的、技术方案以及有益效果可以通过下面附图实现：
19.图1是本发明一个实施例的机器人关节的示意图
20.图2是图1所示机器人关节的剖面图
21.图3是本发明一个实施例的制动器的剖面图
22.图4是本发明一个实施例的协作机器人的示意图
具体实施方式
23.为使本发明的目的、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方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的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，都属于本发明保护的范围。
24.其中，“上”、“下”、“左”、“右”等的用语，是用于描述各个结构在附图中的相对位置关系，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
25.本发明保护一种机器人关节，参图1
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图2，示出了本发明一个实施例的机器人关节的示意图和剖面图。机器人关节10包括关节外壳11，减速器组件12、驱动电机13和制动器14，驱动电机13包括电机轴131，减速器组件12包括输入端和输出端，减速器组件的输入端为高速端，输出端为低速端，所述电机轴131连接于减速器组件12的输入端。制动器14设置于减速器组件12和驱动电机13之间，制动器14包括制动盘141、摩擦片142和衔铁143，所述摩擦片142固定于电机轴131并跟随旋转，所述制动盘141包括电磁线圈和弹性元件，能够根
据通断电状态吸附或释放摩擦片142，所述减速器组件12包括减速器主体121和覆盖所述减速器主体121的柔轮盖122，所述柔轮盖122周向接触所述关节外壳11，所述制动盘141与所述柔轮盖122接触设置。减速器组件12和驱动电机13连接，驱动电机13的转子，也即电机轴131连接于减速器组件12，驱动电机13和减速器组件12之间通常存在间隙，将制动器14设置于减速器组件12和驱动电机13之间，能够更有效的利用关节空间。同时，减速器的柔轮盖122周向接触关节外壳11，制动盘141是制动器14的主要产生热量的元件，将制动盘141与减速器柔轮盖122接触，有利于快速、高效的将制动器14产生的热量传导至关节外壳11。进一步的，制动盘141被固定至所述柔轮盖122，以使得所述制动盘141和柔轮盖122紧密贴合，例如通过螺钉固定，以使得热传导的效果较好。具体的，柔轮盖122接触关节外壳11包括直接接触和间接接触两种，柔轮盖122可以直接接触关节外壳11，或者通过导热材料间接接触关节外壳11。
26.在一个具体的实施例中，参图3，制动器14包括限位件144，所述摩擦片142和限位件144设置于制动盘141的周向内侧，摩擦片142两侧分别为制动盘141和限位件144，所述限位件144和所述衔铁143固定连接以同向运动。具体的，所述制动盘141包括电磁线圈和弹性元件，制动盘141通电时，制动盘141根据所述电磁线圈产生磁场吸附所述衔铁143，衔铁143向制动盘141靠近，则限位件144向远离制动盘141方向运动，进而使得摩擦片142和两侧的限位件144、制动盘141存在间隙，进而处于解除制动状态；制动盘141断电时，制动盘141根据所述弹性元件产生弹力，使得所述衔铁143向远离制动盘141方向运动，同时，带动限位件144向靠近制动盘141方向运动，摩擦片142被限位件144和制动盘141夹紧，进而处于制动状态。制动盘141包括阶梯状结构，以分别支承所述限位件144和所述摩擦片142。通过将摩擦片142和限位件144均设置于制动盘141的周向内侧，则制动器14的轴向长度仅为制动盘141和衔铁143的轴向长度，制动器14的轴向长度被大幅缩小，有利于关节紧凑设计。具体的，所述限位件144设置于所述减速器一侧，所述衔铁143设置于所述驱动电机13一侧，制动盘141固定于所述柔轮盖122，制动盘141和柔轮盖122之间的空间可以容纳限位件144，利于关节结构紧凑。
27.制动器14的两侧均包括密封结构，其中，对于减速器一侧，减速器主体121包括密封轴承123，减速器组件12的密封轴承123和柔轮盖122形成密封结构以防止制动器14的粉尘向减速器侧传播。在驱动电机13侧，机器人关节10包括衬套132，所述衬套132包括套设于所述电机轴131沿轴向延伸的第一部分133和从衬套132端部向周向延伸的第二部分134，所述衔铁143和衬套132的第二部分134的其中之一包括凹槽，其中另一包括与所述凹槽配合的凸起部以形成曲形密封结构，曲形密封结构的设计使得粉尘向电机侧传播较为困难，同时，衬套132的第一部分133套设于电机轴131以避免电机轴131存在的缝隙容易传播粉尘的问题。在一个具体的实施例中，衔铁143包括凹槽，衬套132包括凸起结构，衔铁143的凹槽朝向驱动电机一侧，衬套132的凸起结构朝向制动器14一侧，以使得凹槽和凸起结构配合，达到防尘效果。通过在制动器14两侧分别设计了密封结构，使得粉尘的传播较为困难，制动器14的密封效果较好。电机侧的密封还可采用其他形式，例如，衔铁143和驱动电机13之间可以采用动密封的方式，例如，采用油封结构。
28.进一步的，机器人关节10设置有传感器组件以检测关节信息，传感器组件与制动器14分布于驱动电机13的不同侧，制动器产生的粉尘不易到达传感器组件，对于光编码器
等传感器，具有重要意义。
29.以上优选实施例的有益效果是：制动器设置于减速器组件12和驱动电机13之间，充分利用两者间的空隙，同时，摩擦片设置于制动盘周向内侧，以减小制动器轴向距离以及充分利用关节空间。制动盘和柔轮盖122固定，利用柔轮盖122进行散热和密封，同时对制动器两侧均设计密封结构，该方案的关节结构紧凑，无需使用防护罩，关节的散热和防尘性能较好。
30.本发明还保护一种协作机器人，参图4，协作机器人100包括底座支架30和机械臂，机械臂包括若干个机械臂部分20以及连接相邻机械臂部分20的关节10，所述关节为前文中任一项所述的机器人关节10。采用上述关节，关节结构紧凑，体积小，机器人整体的结构更为小巧、轻便，有利于提升协作机器人的性能。
31.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。