一种机械臂的关节的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于机械技术领域，涉及一种机械臂，尤其涉及一种机械臂的关节。
【背景技术】
[0002]机器人技术是近十年来迅速发展起来的一门综合技术，它集中了机械工程、自动控制以及人工智能等多种技术的最新研宄成果，体现了光电一体化的最新成就，是当代科学技术发展最为活跃的领域之一。机械臂是目前在机器人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在生产生活中具有极其重要的作用，在实践应用中，很多的工业流程环节都需要机械臂进行组装和提取作业。机械臂能够接受指令，精确地定位到三维(或二维)空间上的某一点进行作业，能过极大地提高劳动效率。
[0003]机械臂关节是机械臂构成的核心部件，关节的整体结构、负载能力及感知能力直接影响着机械臂整体的作业水平。目前常见的机械臂关节普遍采用电机、谐波减速器、关节输出轴直接串联的传动机构。目前，国内市场上机械臂关节普遍存在重量大、负载能力低、体积大、集成度低、感知能力差等问题，限制了机械臂性能的进一步提升。
[0004]如中国专利公开了一种具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节，该机械臂模块化关节包括机械系统、关节电气系统、传感器系统及失电制动系统，机械及关节电气系统、传感器系统和失电制动器集成一体，该机械臂模块化关节利用内置的增量式磁编码器检测电机转子相对电机定子的相对转动位置，并利用绝对式编码器检测关节输出端相对关节固定端的绝对位置，通过增量式磁编码器与绝对式编码器的融合，从而实现关节位置的检测。另外，该机械臂模块化关节还利用失电制动器在停机时进行抱死制动。尽管该机械臂模块化关节提高了感知能力，但是由于绝对式编码器及失电制动器都是另外增加的结构，因此导致整个机械臂关节的体积较大。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种能够有效减小体积的机械臂的关节。
[0006]本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现:
[0007]一种机械臂的关节，包括外壳以及集成于外壳内的电机与谐波减速器，所述的电机的转轴的内端与谐波减速器的输入端相连接，所述的谐波减速器的输出端连接有输出轴，其特征在于，所述的电机的转轴呈中空状，所述的输出轴的内端与谐波减速器的输出端相固定且输出轴的外端穿过电机的转轴的外端，所述的电机转轴的外端固定有电机光栅，所述的输出轴外端固定有输出轴光栅，所述的外壳内固定有编码器，所述的输出轴光栅及电机光栅分别位于编码器的上下侧，且编码器的上下侧分别设有与上述输出轴光栅及电机光栅配合的光电开关。
[0008]本机械臂的关节中的电机转轴做成中空状，将输出轴穿过电机转轴，这样可以缩短电机转轴与输出轴之间的相对长度。电机光栅固定在电机转轴上用于检测电机位置，输出轴光栅固定在输出轴上用于检测输出轴的相对位置，由于输出轴端部穿出电机转轴端部，因此将输出轴光栅固定于输出轴的端部，缩短了输出轴光栅与电机光栅之间的相对位置，然后在一个编码器上设置两个光电开关，达到了同一个编码器分别对输出轴光栅及电机转轴光栅进行控制的目的，从而很好地缩小了整个外壳的体积。
[0009]在上述的机械臂的关节中，所述的电机位于外壳的中部，所述的谐波减速器位于外壳的一端，所述的电机的转轴伸入谐波减速器内，且转轴伸入谐波减速器内的部分与谐波减速器之间设置有轴承，所述的输出轴的内端一体成型有法兰盘，所述的输出轴与谐波减速器的输出端通过穿过法兰盘并穿入谐波减速器内的紧固件相固定，所述的输出轴自谐波减速器的输出端穿入电机的转轴且输出轴的外端自电机的转轴外端伸出。
[0010]电机的转轴伸入谐波减速器内，并利用轴承对转轴进行定位，这样电机的转轴便同时作为谐波减速器的输入端使用，这样的方式可以进一步缩短长度，减小体积，同时输出轴通过穿过法兰盘并穿入谐波减速器内的紧固件与谐波减速器相固定，然后输出轴从谐波减速器的输出端穿入到电机的转轴内，从而实现了输出轴与电机的转轴之间连接长度的缩短。
[0011]在上述的机械臂的关节中，所述的输出轴的外端固定有呈筒状的连接套，所述的连接套的外端具有呈环形凸起的定位部，所述的定位部的外侧具有环形凸出的定位面，所述的输出轴光栅呈环形，所述的输出轴光栅套在定位部上并通过紧固件固定于定位面上。
[0012]输出轴的大部分位于电机转轴内，为了能够更加方便地将输出轴光栅固定在输出轴的端部，因此在输出轴的端部连接一个连接套，利用连接套来固定输出轴光栅。而尽管增加了连接套，但由于大部分输出轴是穿设在电机转轴内，因此增加了连接套后的长度也要远远小于现有技术中的长度，
[0013]在上述的机械臂的关节中，所述的外壳内侧具有环形的安装台阶，所述的安装台阶上凸起有若干连接柱，所述的编码器套在上述连接套的外侧，所述的编码器的外缘与各连接柱相固定。
[0014]编码器套在连接套的外侧，并固定在外壳内侧的各连接柱上，通过连接套及外壳内部结构的设置很好地对编码器进行了定位，而且由于编码器是套在连接套上的，而连接套又用于固定输出轴光栅，因此将编码器套在连接套上可以很好地利用连接套上的空间，从而使外壳内的结构更加紧凑，进一步缩小体积。
[0015]在上述的机械臂的关节中，所述的输出轴光栅上方设有连接板，所述的编码器上侧与连接柱位置对应处连接有六角铜柱，所述的编码器固定于六角铜柱与连接柱之间，所述的连接板的外缘与各六角铜柱的端部相抵靠并通过紧固件相固定。
[0016]利用六角铜柱将编码器固定在六角铜柱与连接柱之间，并通过紧固件在各六角铜柱的端部固定连接板，可以提高编码器在外壳内定位的牢固性，而且由于六角铜柱也是位于外壳内的，因此并不需要增大外壳的体积。
[0017]在上述的机械臂的关节中，所述的电机的转轴外端沿周向均布有若干呈弧形凸起的凸条，所述的电机光栅呈环形，所述的电机光栅内缘沿周向具有若干呈弧形凸出的限位部，所述的凸条卡入相邻的两限位部之间，所述的电机光栅与电机的转轴外端通过紧固件相固定。
[0018]电机光栅固定在电机转轴的端部，固定时，将电机转轴端部的凸条嵌入电机光栅内缘相邻两限位部之间，电机光栅由此固定在电机转轴端部，然后再利用紧固件将两者固连在一起。由于编码器固定在连接套上，为了方便与编码器配合，因此将电机光栅固定在电机转轴的端部，可以缩短电机光栅与编码器之间的距离。
[0019]在上述的机械臂的关节中，所述的编码器上固定有电磁铁，所述的安装台阶上具有与电磁铁正对的定位孔，所述的定位孔内设有刹车杆及弹簧，所述的电机转轴上固定有刹车盘，所述的刹车盘的边缘沿周向均布有若干向外发散的挡脚，当电机停机时所述的刹车杆在弹簧的弹力作用下顶靠在电磁铁的底部且挡脚能够与刹车杆侧部相抵靠，而当电机启动时所述的刹车杆在电磁铁的作用下克服弹簧的弹力作用而向下移动。
[0020]电机停机时，电机转轴在失电状态下仍然会继续转动一段时间，但转速会逐渐减小至O。刹车盘固定在电机转轴上，因此会随着一同转动，而刹车杆在失电状态下通过弹簧的弹力作用而顶靠在电磁铁的底部，当电机转轴转动至刹车盘上的其中一个挡脚与刹车杆的侧部相抵靠时，通过刹车杆的阻挡作用，使得电机转轴停止转动。
[0021 ] 与现有技术中增加制动器对电机转轴进行抱死制动相比，本申请中利用刹车盘、刹车杆及电磁铁的配合来实现制动，刹车盘、刹车杆及电磁铁分别集成于电机转轴、外壳及编码器上，相对于增加整个制动器而言，所要占用的体积更小。另外，与抱死制动不同的是，利用刹车盘与刹车杆配合的制动方式更加柔和，对电机转轴的损伤更小，使用寿命更长。