CN117359680A - 关节模组及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种关节模组及机器人，其中关节模组包括第一关节件、动力组件、减速组件、第二关节件以及第一监测组件。动力组件固定在第一关节件上，且动力组件具有用于输出扭矩的第一输出件；减速组件与第一输出件传动连接，且减速组件具有用于输出扭矩的第二输出件；第二关节件与第二输出件固定连接；第一监测组件用于监测第二输出件相对第二关节件的位移。采用该技术方案，通过于第二输出件与第二关节件处设置第一监测组件，使得应用该关节模组的机器人能够获取关节输出端的反馈信号，通过配置相应的控制方法，实现对机器人末端位姿的修正，降低减速机加工误差、装配误差、变形和滞回等因素带来的传动误差，提升关节模组的精度。

Description

关节模组及机器人

技术领域

本发明涉及机器设备技术领域，特别涉及一种关节模组及机器人。

背景技术

关节模组是机器人的核心结构之一，设于相邻的两个机械臂之间或底座与机械臂之间，以使得二者发生相对转动。

现有技术中，关节模组主要是电机与减速组件的简单集成，关节结构紧凑性相对较低。再者，关节模组多是在输入端设置编码器，以获取关节模组输入端转轴的角位移。但对于通用的机器人来说，由于减速机的加工和装配误差，以及变形、滞回等特性的存在，关节模组的输入端与输出端存在一定的偏差，影响机器人的运动精度。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种关节模组，旨在解决现有技术中关节模组精度低的问题。

为实现上述目的，本发明提出的关节模组，包括：

第一关节件；

动力组件，所述动力组件固定在第一关节件上，且所述动力组件具有用于输出扭矩的第一输出件；

减速组件，所述减速组件与所述第一输出件传动连接，且所述减速组件具有用于输出扭矩的第二输出件；

第二关节件，所述第二关节件与所述第二输出件固定连接；以及

第一监测组件，所述第一监测组件用于监测所述第二关节件相对所述第二输出件的位移。

在一实施例中，所述第一监测组件包括固定设置在所述第二输出件上的监测光栅，以及固定设置在所述第二关节件上的读数件，所述读数件用于读取所述监测光栅的信息。

在一实施例中，所述关节模组还包括第二监测组件，用于监测所述第一输出件相对所述第一关节件的角位移。

在一实施例中，所述第二监测组件包括固定在所述第一输出件外周的编码器，以及固定设置在所述第一关节件上的控制件，所述控制件用于读取所述编码器的信息。

在一实施例中，所述第一关节件远离减速组件的一端开设有放置槽，所述第一输出件延伸至所述放置槽内，所述控制件固定在所述放置槽内。

在一实施例中，所述第一关节件具有第一容纳腔，所述动力组件收纳于所述第一容纳腔内。

在一实施例中，所述动力组件还包括固定在所述第一容纳腔内的定子以及转动设于所述定子内的转子，所述转子与所述第一输出件固定连接，所述第一输出件与所述第一关节件转动连接。

在一实施例中，所述第一关节件的外壁上开设有多个散热槽。

在一实施例中，所述减速组件包括安装座、第一传动轮以及第二传动轮；

所述安装座固定于所述第一关节件上且具有第二容纳腔，所述第一传动轮收纳于所述第二容纳腔内并套设于所述第一输出件的外周，所述第二传动轮与所述第一传动轮以及所述安装座的内壁啮合，且所述第二传动轮与所述第二输出件传动连接；

当所述第一输出件转动时，所述第二传动轮绕所述第一传动轮转动，并驱使所述第二输出件转动。

在一实施例中，所述减速组件还包括第三输出件、第三传动轮以及第四传动轮；

所述第三输出件与第二传动轮转动连接，所述第三传动轮固定在所述第三输出件上，所述第四传动轮与所述第三传动轮以及所述安装座的内壁啮合，且所述第四传动轮与所述第二输出件传动连接；

当所述第二传动轮驱使所述第三输出件转动时，所述第四传动轮绕所述第三传动轮转动，并驱使所述第二输出件转动。

本发明还提出一种机器人，包括根据上述任意实施例所述的关节模组。

采用本实施例技术方案，通过于第二输出件与第二关节件处设置第一监测组件，使得应用该关节模组的机器人能够获取关节输出端的反馈信号，通过配置相应的控制方法，实现对机器人末端位姿的修正，降低减速机加工误差、装配误差、变形和滞回等因素带来的传动误差，提升关节模组的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明关节模组一实施例的结构示意图；

图2为图1中关节模组的剖视图。

附图标记：

100-关节模组；

110-第一关节件，110a-第一容纳腔，110b-散热槽，110c-放置槽，112-封盖板；

120-动力组件，122-第一输出件，124-定子，126-转子；

130-减速组件，131-第二输出件，132-安装座，132a-第二容纳腔，133-第一传动轮，134-第二传动轮，135-第三输出件，136-第三传动轮，137-第四传动轮；

140-第二关节件；

150-第一监测组件，152-监测光栅，154-读数件；

160-第二监测组件，162-编码器，164-控制件。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参阅图1与图2，本发明提出一种关节模组100，包括第一关节件110、动力组件120、减速组件130、第二关节件140以及第一监测组件150。动力组件120固定在第一关节件110上，且动力组件120具有用于输出扭矩的第一输出件122；减速组件130与第一输出件122传动连接，且减速组件130具有用于输出扭矩的第二输出件131；第二关节件140与第二输出件131固定连接；第一监测组件150用于监测第二输出件131相对第二关节件140的位移。

依据本实施例提出的关节模组100工作时，固定于第一容纳腔110a内的动力组件120驱使第一输出件122转动，第一输出件122驱使与其传动连接的减速组件130工作，并使得第二输出件131转动，最后第二输出件131驱使与其固定连接的第二关节件140转动，从而实现第一关节件110与第二关节件140的相对转动。其中，第一监测组件150能够实时监测第二输出件131与第二关节件140之间的相对位移量，并进行反馈。

采用本实施例技术方案，通过于第二输出件131与第二关节件140处设置第一监测组件150，使得应用该关节模组100的机器人能够获取关节输出端的反馈信号，通过配置相应的控制方法，实现对机器人末端位姿的修正，降低减速机加工误差、装配误差、变形和滞回等因素带来的传动误差，提升关节模组100的精度。

本实施例第一监测组件150所获取的相对位移，可以是角位移，也可以是线位移。

可以理解的是，基于加工成本问题，第二关节件140与第二输出件131并非为一体式结构，故存在一定的装配误差。再者，第二关节件140具有一定的负载，该负载会给第二关节件140的转动带来一定的阻力，且还会使得第二关节件140产生轻微的形变。这些因素以及其他未列举的因素组合，影响第二输出件131与第二关节件140之间的传动，本实施例提出的关节模组100则能够在一定程度上消除这些因素带来的影响。

在一种可行的实施方式中，第一监测组件150在监测时获知，第二关节件140相对第二输出件131偏转一定位置，则第一监测组件150将该信息反馈至控制器，控制器接收该信息后对该信息进行转化，转化为与动力组件120相关的参数，以控制动力组件120对第二输出件131进行补偿，修正第二输出件131的位姿。

在一种进一步的实施方式中，可预先设置第一监测组件150的反馈值，当获知第二输出件131相对第二关节件140位移数值超过一定范围，则将该信息反馈至控制器，以使得动力组件120对该位移数值进行修正。

另外，本实施例提及的第一关节件110与第二关节件140，仅表示两个相对运动的结构，第一关节件110可以作为运动臂，也可以作为安装底座，第二关节件140亦是如此。

请继续参阅1与图2，在一种实施例中，第一监测组件150包括固定设置在第二输出件131上的监测光栅152，以及固定设置在第二关节件140上的读数件154，读数件154用于读取监测光栅152的信息。

监测光栅152，指的是由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件。本实施例采用监测光栅152与读数件的组合结构，能够提高对于第二输出件131与第二关节件140的监测精度。

在一种具体的实施例中，关节模组100还包括第二监测组件160，用于监测第一输出件122相对第一关节件110的角位移。如此设置，便能够同时对输入端与输出端进行监控，实现对于关节模组100的闭环控制，指作为被控的输出量以一定方式返回到作为控制的输入端，并对输入端施加控制影响的一种控制关系。

在一种更具体的实施例中，第二监测组件160包括固定在第一输出件122外周的编码器162，以及固定设置在第一关节件110上的控制件164，控制件164用于读取编码器162的信息。

编码器162是一种将信号或数据进行编制、转化为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。本实施例应用该编码器162，能够监测第一输出件122的转动圈数与实时位置。

如图2所示，第一关节件110远离减速组件130的一端开设有放置槽110c，第一输出件122延伸至放置槽110c内，控制件164固定在放置槽110c内。

本实施例中，通过第一关节件110的壁厚设置放置槽110c以实现控制件164的安装与固定，无需占用第一容纳腔110a内的空间，提高了该关节模组100结构的紧凑性。

可选地，该放置槽110c呈多阶梯状设置，以适应第一输出件122、编码器162以及控制器。

进一步地，该第一关节件110还包括封盖板112，该封盖板112用于封盖放置槽110c。

可选地，第一关节件110还开设有与放置槽110c连通的沉槽，封盖板112固定于沉槽内，并封堵放置槽110c。这样可以保证第一关节件110的表面平整，以提高关节模组100的美观性。

请继续参阅图2，在又一种实施例中，第一关节件110具有第一容纳腔110a，动力组件120收纳于第一容纳腔110a内。本实施例技术方案中以第一关节件110作为动力组件120的壳体，相对减少了关节模组100的体积，提高了结构紧凑性，同时还能够有效利用空间以增加动力组件120的输出力矩。

进一步地，动力组件120还包括固定在第一容纳腔110a内的定子124以及转动设于定子124内的转子126，转子126与第一输出件122固定连接，第一输出件122与第一关节件110转动连接。

需要重点说明的是，在本实施例中，定子124的外周与第一容纳腔110a的内壁抵接，去除动力组件120的外壳，并以第一关节件110作为动力组件120的壳体，相对减小了关节模组100的体积。

再者，本实施例中，转子126固定设于第一输出件122的外周，转子126相对定子124转动便能够直接驱使第一输出件122在第一关节件110上转动，以使得无需设置其他传动结构，体现了关节模组100结构的紧凑性。

另外，第一输出件122的外周形成用于安装滚动轴承的台阶，该滚动轴承安装在第一关节件110内，以使得第一输出件122相对第一关节件110转动。

在一种具体的实施例中，第一关节件110的外壁上开设有多个散热槽110b，多个散热槽110b沿第一输出件122的轴向排列。

由于动力组件120与第一关节件110直接接触，故第一关节件110能够传导动力组件120产生的热量。本实施例通过设置多个散热槽110b，可增加第一关节件110的表面积，提高其散热效果。

可选地，该散热槽110b沿第一关节件110的周向延伸。

如图2所示，在另一种实施例中，减速组件130包括安装座132、第一传动轮133以及第二传动轮134；安装座132固定于第一关节件110上且具有第二容纳腔132a，第一传动轮133收纳于第二容纳腔132a内并套设于第一输出件122的外周，第二传动轮134与第一传动轮133以及安装座132的内壁啮合，且第二传动轮134与第二输出件131传动连接；当第一输出件122转动时，第二传动轮134绕第一传动轮133转动，并驱使第二输出件131转动。

动力组件120工作后，第一输出件122带动套设于其外周的第一传动轮133转动，由于第一传动轮133与第二传动轮134啮合，且第二传动轮134与安装座132的内壁啮合，故第二传动轮134绕第一传动轮133作圆周运动，继而使得第二输出件131自转以输出扭矩。

采用本实施例技术方案，通过径向设置的第一传动轮133与第二传动轮134以实现一级减速，占用轴向的空间相对较少，进一步减小了关节模组100的体积，使得关节模组100能够应用在更多狭窄的应用场景内。

可选地，第二传动轮134的数量为两个或多个。

进一步地，减速组件130还包括第三输出件135、第三传动轮136以及第四传动轮137；第三输出件135与第二传动轮134转动连接，第三传动轮136固定在第三输出件135上，第四传动轮137与第三传动轮136以及安装座132的内壁啮合，且第四传动轮137与第二输出件131传动连接；当第二传动轮134驱使第三输出件135转动时，第四传动轮137绕第三传动轮136转动，并驱使第二输出件131转动。

本实施例以前述实施例为基础，第二传动轮134绕第一传动轮133转动时，第二传动轮134驱使第三输出件135自转，第三输出件135再驱使与其固定连接的第三传动轮136自转，由于第四传动轮137与第三传动轮136以及安装座132的内壁啮合，故第四转动轮绕第三传动轮136作圆周运动，继而带动第二输出件131转动。采用本实施例技术方案，在实现两级减速的同时，其轴向的占用空间更小。

可选地，第四转动轮的数量为两个或多个。

另外，为了便于第二传动轮134与第四传动轮137的转动输出，第二传动轮134的中部设有滚动轴承以及连接轴，该连接轴与第三输出件135连接；第四传动轮137与第二输出件131的连接方式亦是如此。

请继续参阅图2，为了便于第二输出件131与安装座132的转动，第二输出件131与安装座132之间设有角接触球轴承。

进一步地，安装座132远离第一关节件110的一端设有转动密封件，该转动密封件设于第二输出件131与安装座132之间。

在一种具体的实施例中，该关节模组100包括第一关节件110、动力组件120、减速组件130、第二关节件140、第一监测组件150以及第二监测组件160。第一关节件110具有第一容纳腔，动力组件120收纳于第一容纳腔内。关于动力组件、减速组件或其他组件的特征可参阅上述实施例，于此不做赘述。如此设计，将第一关节件110作为动力组件120的外壳，将二者进行集成，提高了关节模组100结构的紧凑性以及动力组件120的输出力矩。在此基础上，于第一输出件122上设置编码器162、第一关节件110上设置读数件、第二输出件131设置监测光栅152、第二关节件140上设置154，便能够采集输入、输出端的位置信息，实现对关节模组的全闭环或双闭环控制。根据光栅尺的反馈信号，通过算法修正机器人末端的位姿，消除机器人传动链间隙，避免机器人本体重力引起的关节变形对绝对精度的影响，实现对机器人残余振动和运行抖动等的抑制，提升机器人的精度性能。

本发明还提出一种机器人，包括根据上述任意实施例的关节模组100。该关节模组100的具体结构参照上述实施例，由于本机器人采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种关节模组，其特征在于，包括：

第一关节件；

动力组件，所述动力组件固定在第一关节件上，且所述动力组件具有用于输出扭矩的第一输出件；

减速组件，所述减速组件与所述第一输出件传动连接，且所述减速组件具有用于输出扭矩的第二输出件；

第二关节件，所述第二关节件与所述第二输出件固定连接；以及

第一监测组件，所述第一监测组件用于监测所述第二关节件相对所述第二输出件的位移。

2.根据权利要求1所述的关节模组，其特征在于，所述第一监测组件包括固定设置在所述第二输出件上的监测光栅，以及固定设置在所述第二关节件上的读数件，所述读数件用于读取所述监测光栅的信息。

3.根据权利要求2所述的关节模组，其特征在于，所述关节模组还包括第二监测组件，用于监测所述第一输出件相对所述第一关节件的位移。

4.根据权利要求3所述的关节模组，其特征在于，所述第二监测组件包括固定在所述第一输出件外周的编码器，以及固定设置在所述第一关节件上的控制件，所述控制件用于读取所述编码器的信息。

5.根据权利要求4所述的关节模组，其特征在于，所述第一关节件远离减速组件的一端开设有放置槽，所述第一输出件延伸至所述放置槽内，所述控制件固定在所述放置槽内。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的关节模组，其特征在于，所述第一关节件具有第一容纳腔，所述动力组件收纳于所述第一容纳腔内。

7.根据权利要求6所述的关节模组，其特征在于，所述动力组件还包括固定在所述第一容纳腔内的定子以及转动设于所述定子内的转子，所述转子与所述第一输出件固定连接，所述第一输出件与所述第一关节件转动连接。

8.根据权利要求7所述的关节模组，其特征在于，所述第一关节件的外壁上开设有多个散热槽。

9.根据权利要求1-5任意一项所述的关节模组，其特征在于，所述减速组件包括安装座、第一传动轮以及第二传动轮；

所述安装座固定于所述第一关节件上且具有第二容纳腔，所述第一传动轮收纳于所述第二容纳腔内并套设于所述第一输出件的外周，所述第二传动轮与所述第一传动轮以及所述安装座的内壁啮合，且所述第二传动轮与所述第二输出件传动连接；

当所述第一输出件转动时，所述第二传动轮绕所述第一传动轮转动，并驱使所述第二输出件转动。

10.根据权利要求9所述的关节模组，其特征在于，所述减速组件还包括第三输出件、第三传动轮以及第四传动轮；

所述第三输出件与第二传动轮转动连接，所述第三传动轮固定在所述第三输出件上，所述第四传动轮与所述第三传动轮以及所述安装座的内壁啮合，且所述第四传动轮与所述第二输出件传动连接；

当所述第二传动轮驱使所述第三输出件转动时，所述第四传动轮绕所述第三传动轮转动，并驱使所述第二输出件转动。

11.一种机器人，其特征在于，包括根据权利要求1-10任意一项所述的关节模组。