一种关节散热装置和协作机器人的制作方法

本申请涉及机器人技术领域，具体涉及一种具有散热功能的关节散热装置和协作机器人。

背景技术：

协作机器人将驱动机构集成到关节内部，在满负载高速运行时，机械损耗和伺服驱动器的功率损耗全部转化为热能，但机器人关节内部腔体较小，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。

目前行业内的协作机器人没有针对关节的散热方案，只是通过降低负载和速度来减少机器人关节的发热量。

技术实现要素：

本申请提供了一种具有良好散热效果的关节散热装置和协作机器人。

一种实施例中提供一种关节散热装置，包括分隔件和散热风扇，分隔件安装在协作机器人的第一关节和第一手臂之间的通道内，分隔件将通道分隔成出风道和进风道，第一关节和第一手臂之间形成循环风道，散热风扇安装在出风道的一端或内部，散热风扇用于将第一关节内的空气吹到第一手臂内。

进一步地，分隔件为管状结构，分隔件位于通道内，分隔件内的通道为出风道，分隔件外的环形通道为进风道，散热风扇位于出风道内。

进一步地，散热风扇包括散热电机、传动齿轮组、中空转轴和叶片，中空转轴可旋转的安装在安装架上，散热电机安装在安装架上，传动齿轮组连接散热电机和中空转轴，叶片安装在中空转轴上，线缆穿设在中空转轴内。

进一步地，分隔件为板块结构，分隔件位于通道的中部，分隔件两侧分别为出风道和进风道，散热风扇安装在安装架上，并位于出风道内。

进一步地，关节散热装置还包括导风件，导风件位于第一关节内，并与进风道连接，导风件用于将进风道内的空气引导到第一关节内部。

一种实施例中提供了一种协作机器人，包括机座、第一关节、第一手臂和上述的关节散热装置，第一关节与第一手臂连接，第一关节和第一手臂为中空结构，并且第一关节和第一手臂之间具有连通的通道，第一关节内安装有第一驱动机构，第一手臂内穿设有线缆，线缆穿过通道与第一驱动机构连接；第一关节可旋转的安装在机座的侧面，第一驱动机构的输出端与机座连接，第一驱动机构用于驱动第一关节和第一手臂相对机座旋转。

进一步地，第一驱动机构包括伺服驱动器、电机和减速器，电机分别与伺服驱动器和减速器连接，线缆与伺服驱动器连接，减速器与机座连接。

进一步地，协作机器人还包括第二关节和第二手臂，第二关节与第一手臂远离第一关节的一端固定连接，第二手臂与第二手臂的一端可旋转的连接，第二关节内安装有第二驱动机构，第二关节与第二手臂之间具有通孔，线缆穿过通孔与第二驱动机构连接。

进一步地，协作机器人还包括协作终端，协作终端安装在第二手臂远离第二关节的一端，协作终端用于安装机械夹具或加工工具。

依据上述实施例的关节散热装置和协作机器人，由于在第一关节和第一手臂之间的通道内安装有分隔件，将通道分隔成出风道和进风道，并且在出风道的一端或内部安装有散热风扇，第一关节和第一手臂之间形成一个循环的风道，循环的风道能够将第一关节内的热量转移到第一手臂内，第一手臂的臂面成为了散热面，扩大了散热面积，具有更好的散热效果，使得本关节散热装置和协作机器人无需降低负载和速度，也能避免第一关节内因温度过高对驱动机构的影响。

附图说明

图1为一种实施例中协作机器人的结构示意图；

图2为一种实施例中协作机器人的轴向剖视图；

图3为一种实施例中协作机器人的轴向剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

实施例一：

如图1和图2所示，本申请提供了一种协作机器人，协作机器人包括机座10、第一关节20、第一手臂30、第二关节40、第二手臂50和协作终端60，机座10用于固定整个协作机器人，第一关节20与机座10可旋转连接，第一关节20和第二关节40分别固定在第一手臂30的两端，第二关节40与第二手臂50可旋转连接，协作终端60安装在第二手臂50远离第二关节40的一端，协作终端60用于安装机械夹具或加工工具等终端，协作机器人用于驱动机械夹具或加工工具在空间内摆动作业。本实施例中，第一关节20位于最下端，第一关节20将带动第一手臂30以上的部件运动，故第一关节20的负载最大，第一关节20内的驱动发热量最大。

在其他实施例中，协作机器人仅包括第一关节20和第一手臂30，第一关节20安装在一个固定座上，第一手臂30远离第一关节20的一端直接安装机械夹具或加工工具，同样可实现一定空间内的作业。

在其他实施例中，协作终端60为可拆卸式安装，协作机器人可安装不同的协作终端60以安装不同的机械夹具或加工工具。

本实施例中，机座10内安装有线缆，机座10也设置上机座和下机座，上机座可旋转的安装在下机座上，并在上机座或下机座内安装驱动机构，驱动上机座相对下机座旋转。

第一关节20的一端可旋转的安装在机座10的侧面，第一关节20与第一手臂30固定安装，第一手臂30垂直于第一关节20与机座10的旋转轴，第一关节20和第一手臂30均为空心结构。第一关节20内安装有第一驱动机构70，第一关节20为热源，第一驱动机构70主要包括伺服驱动器71、电机72和减速器73，电机72分别与伺服驱动器71和减速器73连接，伺服驱动器71用于控制电机72转动，减速器73的输出端与机座10连接，使得第一关节20能够相对机座10转动。第一驱动机构70还可包括编码器，编码器与电机或减速器连接，编码器还与伺服驱动器71连接，用于反馈电机的输出圈数和转角度数。伺服驱动器71通过线缆与机座10内的驱动机构或过渡电连接组件连接，机座10的底部侧面设有对外的接口，伺服驱动器71通过线缆与该接口连接。

本实施例中，第一关节20和第一手臂30之间具有相互连通的通道m，该通道m为一个连接口，第一手臂30与第二关节40之间也有相互连通的通道。第二关节40内安装有第二驱动机构80，第二驱动机构80的结构与第一驱动机构70类似，第二驱动机构80的输出端与第二手臂50连接，第二驱动机构80用于驱动第二手臂50相对第二关节40旋转，并且第二手臂50与第一手臂30为与两个相互平行的面内。第一驱动机构70和第二驱动机构80通过线缆74连接，线缆74的大部分位于第一手臂30内，线缆74的下端穿过通道m与第一驱动机构70的伺服驱动器71连接，线缆74的上端延伸至第二驱动机构80连接。

本实施例中，在第一关节20和第一手臂30之间安装有关节散热装置90，关节散热装置90包括安装架91、分隔件92和散热风扇93，安装架91安装在第一手臂30与第二关节40之间的通道m内，安装架91由为支撑杆，或为布满通孔的圆盘结构。分隔件92为管状结构，分隔件92安装在安装架91的中部，并且分隔件92的中轴线与通道m的中轴线重合对齐，分隔件92将通道m分为出风道m1和进风道m2，其中分隔件92内的通道为出风道m1，分隔件92外与通道m形成的环形通道为进风道m2。散热风扇93同样安装在安装架91上，并且散热风扇93位于出风道内，散热风扇93为空心结构。线缆74穿设在中空的散热风扇93内，从而第一关节20与第一手臂30之间形成循环的风道，散热风扇93能够将第一关节20内的热空气吹到第一手臂30内，并且将第一手臂30内的冷空气排到第一关节20内(图2中箭头所示方向为风的循环流向)，使得第一手臂30的臂面作为散热面，增大了散热面积，提高了散热效果。具体的，本实施例中，第一关节20的有效散热面积为380平方厘米，第一关节20和第一手臂30形成循环散热风道后的有效散热面积为850平方厘米，散热面积增加至原来的近3倍，极大的提高了散热效果，并且能够维持第一驱动机构70的温度在60℃以下，保证了第一驱动机构70的平稳运行。在其他实施例中，安装架91和分隔件92也可为一体化结构，安装架91也可与第一关节20或第一手臂30为一体化接。在其他实施例中，散热风扇93也可安装在出风道的任一端。

本实施例中，散热风扇93包括散热电机、传动齿轮组、中空转轴和叶片，散热电机固定在安装架91上，中空转轴垂直可旋转的安装在安装架91上，中空转轴的中轴线与分隔件92的中轴线重合对齐，线缆74穿设在中空转轴内，传动齿轮组包括两个或多个齿轮，一个齿轮安装在散热电机的输出轴上，一个齿轮安装在中空转轴上，两个齿轮直接啮合连接或在通过其他齿轮啮合连接，最终传动齿轮组将散热电机和中空转轴连接，叶片安装在中空转轴上，从而散热电机可通过传动齿轮组和中空转轴驱动叶片旋转。散热风扇93用于将第一关节20内的热空气吹到第一手臂30内，并且散热风扇93的散热电机和传动齿轮组均为小型化散热电机和齿轮，使得散热电机和传动齿轮组仅隔档部分的出风道m1，不影响出风道m1的出风。

如图3所示，一种实施例中，关节散热装置90还包括导风件94，导风件94为导风管，也可导风板，导风件94位于第一关节20内，导风件94的一端与进风道连接，另一端延伸至伺服驱动器71附件，导风件94用于将第一手臂30内的冷空气吹到伺服驱动器71上，更为重要的是形成更大范围的空气循环，从而提高散热效率。导风件94也可包括两个，另一件导风件94将冷空气引导到电机72附件，以提高散热效率。

在其他实施例中，散热风扇93为无叶风扇，线缆74直接穿设在无叶风扇中间的风道中；或者，散热风扇93为正常的风扇，线缆74传送在进风道m2内，或线缆74安装在出风道m1的内侧壁上。均能够实现散热风扇93与的线缆74的错开安装。

在其他实施例中，分隔件92为板块结构，分隔件92垂直安装在安装架91上，分隔件92位于通道m的中部，分隔件92将通道m分隔成左右两个风道，左右两个风道分别为出风道m1和进风道m2，散热风扇93和线缆74可任意安装在出风道m1或进风道m2内，最好散热风扇93和线缆74分开，分别安装在出风道m1和进风道m2内，该结构同样可形成循环的风道，有利于第一关节20的散热。

本实施例中，线缆74内集合有电源线和通讯线，线缆74用于多个驱动机构的供电及数据传输。

本实施例的协作机器人，由于在第一关节20和第一手臂30之间的通道m内安装有分隔件92，将通道m分隔成出风道m1和进风道m2，并且在出风道m1的一端或内部安装有散热风扇93，第一关节20和第一手臂30之间形成一个循环的风道，循环的风道能够将第一关节20内的热量转移到第一手臂30内，第一手臂30的臂面成为散热面，扩大了散热面积，具有更好的散热效果，使得本协作机器人无需降低负载和速度，也能避免第一关节20内因温度过高对驱动机构的影响。

实施例二：

本实施例提供了一种关节散热装置，本关节散热装置为上述实施例中的关节散热装置90，本关节散热装置除了安装在协作机器人的关节和手臂之间外，还可用于安装在其他机器人的关节和手臂之间，或者安装在其他设备的两个相互连通部件之间。本关节散热装置能够将关节和手臂之间通道分隔成循环散热通道，增大散热面积，并且提供了散热风扇，能够主动驱动空气循环，提高散热效果。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

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