[发明专利]一种抱闸与自冷风扇一体化协作机器人关节结构

说明书

本发明公开了一种抱闸与自冷风扇一体化关节结构，包括机壳，机壳内设有谐波减速器、高速轴及高速轴编码器、低速轴及低速轴编码器、伺服电机、伺服驱动系统、风扇一体式刹车盘及电磁铁组件；风扇一体式刹车盘固定在高速轴上与电磁铁组件组成插销式抱闸系统，机壳的后端设有后罩，后罩上设有通风孔，机壳侧壁设有连通机壳内外腔的通风道。本发明具有外部散热回路，有利于伺服电机的散热，可以将电机体积缩小，提高伺服电机的功率密度，整体可以减小协作机器人重量，达到轻量化及提高整个协助机器人的性能。

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，具体涉及一种抱闸与自冷风扇一体化协作机器人关节结构。

背景技术

协作机器人(collaborative robot)简称cobot或co-robot，是设计和人类在共同工作空间中有近距离互动的一种机器人设备。大部分的工业机器人是设计自动作业或是在有限的导引下作业，因此不用考虑和人类近距离互动，其动作也不用考虑对于周围人类的安全保护，而这些都是协作机器人需要考虑的机能。协作机器人关节安全与否的关键在于其抱闸系统，现有协作机器人一般都采用插销式抱闸或传统电磁抱闸制动系统，传统电磁抱闸由于自身结构的特殊性，中空孔径很难做到很大，一体机内部空间不能得到充分利用，不能很好地适配到力求小体积、轻量化和大中空孔径的一体机上，同时传统电磁抱闸体容易产生粉尘，需要增加密封结构，使得其关节体积大、重量重、成本高。插销式抱闸成本低廉、发热少、噪音小、结构紧凑，重量轻，是目前协作机器人多数采用的制动系统。然而，插销式抱闸的制动力主要由电磁推杆和刹车挡片的强度决定，在有限的关节空间内，电磁推杆及挡片卡爪的尺寸受限，相应制动力受限，插销式抱闸的协作机器人在断电或紧急制动，由于惯性力作用下，对电磁铁杆和刹车挡片卡爪造成很大的冲击力，推杆容易折弯或折断，易造成插销式抱闸失效。

例如，中国专利CN108890688A公开一种协作机器人一体化关节，包括：关节壳体；电机，具有定子和位于定子内部的转子，定子固定在关节壳体内；输入轴，同时与转子及谐波减速器的输入端固定连接；输出轴，固定连接在谐波减速器的输出端上；刹车盘，套设于输入轴上，刹车盘沿周向分布有多个齿部；以及电磁铁。如图1所示，当电磁铁20通电时，电磁铁20驱动顶杆28从刹车盘23的两个相邻齿部23-1之间抽离，使刹车盘23可以自由转动；当电磁铁20断电时，顶杆28在复位弹簧29的作用下进入刹车盘23的两个相邻齿部23-1之间，且顶杆28在径向上会与刹车盘23的齿部23-1产生干涉，达到使刹车盘23无法转动的目的。插销式抱闸原理是通过通断电时电磁推杆伸缩来阻挡刹车盘的相邻齿部23-1之间并接触齿部达到刹车的功能，制动力主要由电磁铁杆和刹车盘齿部强度决定，在有限的关节空间内，电磁推杆及刹车盘齿部尺寸受限，相应制动力受限。所以插销式抱闸的协作机器人在断电或紧急制动，由于惯性力作用下，直接对电磁铁杆和刹车盘齿部有很大的冲击力，推杆容易折弯或折断，容易造成插销式抱闸失效。

另外，更多的行业要求协作机器人具有模块轻量化、大负载/自重比、内部走线、不需要安全护栏、可以拖拽示教等特点，因此对协作机器人关节集成度提出了非常高的要求，要求协作机器人关节的几大核心零部件：控制器、减速机、中空伺服电机、模块化编码器及伺服驱动器集成在尽可能小的空间内，但由于减速机机械损耗产生的发热、伺服电机绕组及铁芯产生的发热、伺服驱动器开关管产生的发热，在狭小的空间内无法很好的散出，限制了关节的性能，进而影响协作机器人的整体性能。另外，伺服驱动器和编码器上面的电子元件一般要求温度不能超过85℃，若无法为伺服驱动器提供有效的散热措施，将导致伺服驱动器和编码器工作不稳定，从而导致机器人故障。现有协作机器人没有针对关节散热的技术方案，通常采用降低负载和速度来减少机器人关节的发热量。