协作机器人模块化关节(一体化关节模组)本体组成
模块化关节本体是机电一体化独立单元,一个关节对应 1 个自由度,分为机械本体、动力传动、传感检测、驱控电气、制动机构、壳体连接结构六大板块。
一、机械本体结构
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关节壳体:航空铝合金壳体,轻量化、散热,防护等级一般 IP54,分直筒型、T 型转角壳体。
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中空输出法兰:对外连接下一级连杆 / 关节,中心大中空孔,用于内部线缆贯通,避免外部走线磨损。
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交叉滚子轴承:支撑输出法兰,承受径向、轴向、倾覆力矩,保证关节刚度。
二、动力传动部件
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无框力矩电机(无外壳):协作机器人标配,高扭矩密度、低转动惯量,提供旋转动力,直接嵌入关节壳体内部。
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谐波减速器:协作机器人主流,大减速比、零背隙,降低转速、放大扭矩,连接电机与输出法兰。
三、传感检测组件(协作机器人核心,实现力控、拖动示教、碰撞检测)
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双绝对值编码器
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电机端编码器:采集电机转子位置,做速度环、电流环闭环。
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输出端编码器:直接采集输出法兰实际角度,补偿减速器弹性形变误差,实现全闭环高精度定位。
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力矩传感器(扭矩传感器):输出端集成,实时检测关节输出扭矩,实现拖动示教、碰撞检测、柔顺力控,部分经济型方案靠电机电流估算力矩替代。
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温度传感器:监测电机绕组温度,过热保护,防止烧毁电机。
四、制动机构(抱闸)
常闭式电磁摩擦抱闸制动器,断电抱闸锁死关节,防止自重下坠;通电释放,实现拖动示教时的力矩随动,是安全关键部件。
五、驱控电气单元(集成在关节内部)
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关节内置伺服驱动器(驱控一体板卡):集成 FOC 磁场定向控制,实现电流‑速度‑位置三环控制,每个关节自带驱动,不需要外置伺服柜。
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通信接口:EtherCAT / CANopen 总线,接收上位控制器指令;具备 STO 安全扭矩关断接口,满足功能安全要求。
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内部走线:动力线、信号线全部走关节中空内部。
六、外部连接部分
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机械接口:两端标准法兰,快速拼接连杆,多个关节直接串联就组成 6 轴协作臂。
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电气接口:航空插头,供电、总线通讯。
协作机器人模块化关节本体主要包含:无框力矩电机、谐波减速器、双绝对值编码器、力矩传感器、常闭电磁抱闸、内置伺服驱动器、中空输出法兰、交叉滚子轴承、铝合金壳体、温度传感器,采用中空走线,驱控一体化,单模块即为一个运动自由度。
补充:普通工业机器人关节电机、驱动器外置;协作机器人模块化关节把电机、驱动、传感、刹车全部封装进单一体,是实现拖动示教、人机安全的硬件基础。