连接臂和机械臂

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，特别涉及一种连接臂和机械臂。

背景技术

目前，机械臂已经在工业制造、医学治疗、智能服务、军事等多个领域广泛应用，机械臂通常都包括多个关节，以实现多个自由度运动，部分相邻的关节之间通过连接臂相连，以达到所需的作业范围。在机械臂的运行过程中，连接臂两端的关节电机会产生较大的热量，需要给关节电机散热以保证关节电机稳定工作，现有的散热方案通常为针对每个关节电机，均在关节电机的后端设置散热扇，这种散热方案对关节电机的安装空间要求较大，增大了关节的体积，导致机械臂的整体尺寸较大。

发明内容

本发明提供一种连接臂和机械臂，旨在减小连接臂两端的关节体积的，进而减小机械臂的整体尺寸。

为实现上述目的，本发明提出的连接臂，应用于机械臂，包括：

臂壳，包括主体段和分别设于所述主体段两端的两个安装段，所述安装段设有用于安装关节电机的安装空间，所述主体段内设有连通腔，两个所述安装段的安装空间经所述连通腔连通，一所述安装段设有进风口，另一所述安装段设有出风口；

风扇，设于所述连通腔中，用于使从所述进风口吸入的空气经所述连通腔从所述出风口排出。

在一些实施例中，所述连通腔的腔壁上设有隔板，所述隔板将所述风扇的进风侧和出风侧隔开。

在一些实施例中，所述风扇设于所述连通腔靠近所述出风口一端。

在一些实施例中，所述连通腔中设有至少一个第一安装位，用于安装所述关节电机的电路板组件。

在一些实施例中，所述第一安装位设于所述风扇的进风侧。

在一些实施例中，至少一个所述安装段相对所述主体段弯折设置。

在一些实施例中，两个所述安装段均相对所述主体段弯折设置，且两个所述安装段朝所述主体段的同一侧弯折。

在一些实施例中，所述连接臂还包括第一关节电机和第二关节电机，所述第一关节电机安装于设有所述进风口的安装段的安装空间，且所述第一关节电机的输出端远离所述主体段；所述第二关节电机的电机本体安装于设有所述出风口的安装段的安装空间，且所述第二关节电机的电机本体的输出端远离所述主体段，所述第二关节电机的电路板组件安装于所述连通腔中。

在一些实施例中，所述第一关节电机为带减速器的电机，所述第二关节电机为直驱电机。

在一些实施例中，所述连接臂还包括两个关节电机；

两个所述关节电机分别安装于两个所述安装段的安装空间，且所述关节电机的输出端远离所述主体段；

或，两个所述关节电机的电机本体分别安装于两个所述安装段的安装空间，两个所述关节电机的电路板组件安装于所述连通腔中，且所述关节电机的电机本体的输出端远离所述主体段。

本发明还提出一种机械臂，包括基座关节模组、末端关节模组和上述的连接臂，所述基座关节模组经所述连接臂与所述末端关节模组相连。

本发明连接臂的技术方案，通过在臂壳的主体段的两端分别设置具有安装空间的安装段，以分别用于安装关节电机，在一安装段设置进风口，另一安装段设置出风口，并在主体段中设置连通两个安装段的安装空间的连通腔，以及在连通腔中设置风扇，使即进风口、第一安装段的安装空间、连通腔、第二安装段的安装空间和出风口形成与臂壳外部连通的气流散热通道，如此，连接臂在机械臂上使用时，在连通腔中的风扇的作用下，连接臂两端的关节电机产生的热量均被从出风口排出，有效满足了连接臂两端的关节电机的散热需求；并且，由于连接臂两端的关节电机均由设置在连通腔中的风扇实现散热，因此，无需在连接臂两端的关节电机的后端再设置散热扇，有效降低了关节电机的安装空间的尺寸，进而减小了关节的体积，降低了机械臂的整体尺寸。

附图说明

图1为本发明一实施例中的连接臂的结构示意图；

图2为图1所示连接臂在C-C方向的剖视图；

图3为图1所示连接臂的臂壳的部分结构示意图；

图4为本发明另一实施例中的连接臂的结构示意图；

图5为图4所示连接臂的部分分解示意图；

图6为本发明一实施例中的机械臂的结构示意图。

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。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

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。

本发明提出一种连接臂，应用于机械臂，该机械臂可包括基座关节模组、末端关节模组，基座关节模组通过该连接臂与末端关节模组相连。

参照图1和图2，在本实施例中，该连接臂100包括臂壳10和风扇20，其中，臂壳10包括主体段11和分别设于主体段11两端的两个安装段12，安装段12设有用于安装关节电机的安装空间S，主体段11内设有连通腔Q，两个安装段12的安装空间S经连通腔Q连通，两个安装段12中的一个安装段12(记为第一安装段)设有进风口A，另一个安装段12(记为第二安装段)设有出风口B；风扇20设于连通腔Q中，用于使从进风口A吸入的空气经连通腔Q从出风口B排出(如图2中虚线箭头所示的气流流向)，即进风口A、第一安装段的安装空间S、连通腔Q、第二安装段的安装空间S和出风口B形成与臂壳10外部连通的气流散热通道，进风口A位于风扇20的进风侧，出风口B位于风扇20的出风侧。其中，安装段12远离主体段11的一端通常设有开口，供安装在安装空间S的关节电机将其输出端露出，以与机械臂的其它关节进行连接。

连接臂100在机械臂上应用时，由于臂壳10的两个安装空间S中都安装了关节电机，当机械臂运行，两个关节电机的电机本体和电路板组件都会发热，会使臂壳10的连通腔Q内产生很大的热量(尤其在关节电机用的是直驱电机时，热量更大)，而若连通腔Q中的热空气只通过进风口A、出风口B与外部空气对流而自然向外散发，连通腔Q内的热空气排出会非常缓慢，散热效率会远小于两个关节电机产生热量的效率，这样会导致连通腔Q内会持续处于高温状态，缩短关节电机的使用寿命，且会使臂壳10比较烫手，存在烫伤使用者的安全隐患。对此，本实施例在连通腔Q内增设了风扇20，在机械臂运行时，风扇20启动工作，将连通腔Q内的热空气快速的从出风口B吹出到臂壳10外，并从进风口A不断吸入外部的低温的空气到连通腔Q，低温的空气吸入连通腔Q后，与两个关节电机的电机本体和电路板组件换热后被从出风口B吹出，如此，在臂壳10内外形成了一个持续快速的空气循环换热系统，使连通腔Q内一直保持较低温度状态，进而关节电机始终在较低温度状态下工作，有效延长了关节电机的使用寿命，且臂壳10的温度也会较低，消除了烫伤使用者的安全隐患。

本实施例的连接臂100应用在机械臂中时，可以在连接臂100的两个安装段12中分别安装关节电机，通过两个安装段12中的关节电机的输出端与机械臂的其它关节部分相连，例如，第一安装段中的关节电机的输出端与基座关节模组相连，第二安装段中的关节电机的输出端与末端关节模组相连。在机械臂运行过程中，连通腔Q中的风扇20工作，使进风口A、连通腔Q和出风口B三者形成与臂壳10外部连通的气流散热通道，臂壳10外部的空气被从进风口A吸入，臂壳10内部的空气被从出风口B排出，从而使两个安装段12中的关节电机产生的热量在风扇20的作用下，不断的被从出风口B排出到臂壳10外，有效的实现了对连接臂100两端的关节电机的散热。

本实施例的连接臂100，通过在臂壳10的主体段11的两端分别设置具有安装空间S的安装段12，以分别用于安装关节电机，在一安装段12设置进风口A，另一安装段12设置出风口B，并在主体段11中设置连通两个安装段12的安装空间S的连通腔Q，以及在连通腔Q中设置风扇20，使即进风口A、第一安装段的安装空间S、连通腔Q、第二安装段的安装空间S和出风口B形成与臂壳10外部连通的气流散热通道，如此，连接臂100在机械臂上使用时，在连通腔Q中的风扇20的作用下，连接臂100两端的关节电机产生的热量均被从出风口B排出，有效满足了连接臂100两端的关节电机的散热需求；并且，由于连接臂100两端的关节电机均由设置在连通腔Q中的风扇20实现散热，因此，无需在连接臂100两端的关节电机的后端再设置散热扇，有效降低了关节电机的安装空间S的尺寸，进而减小了关节的体积，降低了机械臂的整体尺寸。

参照图2和图3，在一些实施例中，在连通腔Q的腔壁上设有隔板111，隔板111将风扇20的进风侧和出风侧隔开。通过隔板111将风扇20的进风侧和出风侧进行隔开，以杜绝风扇20的出风侧的气流回流至风扇20的进风侧，保证气流散热通道中的气流有序，热量能更充分的随气流从出风口B排出到臂壳10外，保证散热效果。

参照图2，在一些实施例中，可将风扇20设于连通腔Q靠近出风口B一端，使风扇20的出风侧与出风口B之间的路径更短，增大臂壳10内位于风扇20的进风侧的空间，并减小臂壳10内位于风扇20的出风侧的空间，进而减少风扇20的出风侧的气流在臂壳10内打转停留的情况，使得风扇20的出风侧的热风能够更快且更充分的被排出到臂壳10外，提升散热效果。

参照图2，在一些实施例中，连通腔Q中设有至少一个第一安装位112，第一安装位112用于安装关节电机的电路板组件；其中，电路板组件可为关节电机的驱动器组件，可包括驱动板和控制板。本实施例方案中，通过在连通腔Q中设置有第一安装位112，使得可以将关节电机的电路板组件与电机本体分开，即可以将原先安装电机本体后端的电路板组件，搬到第一安装位112处进行安装，并通过线缆使电路板组件与电机本体电连接。通过将关节电机的电路板组件安装在第一安装位112，使得臂壳10内的气流由原先的只集中在安装空间S位置处与关节电机的发热部件进行换热，变为了在安装空间S的位置处和第一安装位112的位置处均与关节电机的发热部件进行换热，大幅提升了气流与关节电机的发热部件的换热效率，进而大幅提升了对关节电机的散热效果。

在一些实施例中，第一安装位112设于风扇20的进风侧。通过如此设置，第一方面可以使风扇20能设置在连通腔Q中更靠近出风口B的位置，更好的提升散热效率；第二方面可以减少风扇20的出风侧阻挡部件，减小出风侧的风阻，使出风侧的热风能够更快的排出到臂壳10外，进一步提升散热效率；第三方面，由于进风侧的气流是被朝风扇20的进风侧抽吸过去的，可以更好的与第一安装部安装的电路板组件进行接触换热，对电路板组件的降温效果更佳。

当然，在其他的一些实施例中，第一安装位112还可以设置在风扇20的出风侧，也可以在连通腔Q中设有多个第一安装位112时，部分第一安装位112设于风扇20的进风侧，另一部分第一安装位112设于风扇20的出风侧。

其中，第一安装位112与风扇20不仅可以采用沿连通腔Q依次设置的方式。在一些实施例中，第一安装位112与风扇20也可以采用堆叠设置的方式，如风扇20采用离心风机，离心风机的进风侧朝向连通腔Q的腔壁设置，离心风机的出风侧朝向上述第二安装段的安装空间S，这样第一安装位112就可堆叠设置在离心风机的进风侧，在离心风机工作过程中，气流先经过安装于第一安装位112的电路板组件再进入离心风机的进风侧。这种第一安装位112与风扇20堆叠设置的方式，可以适用于那些主管段较短的连接臂100。当然，第一安装位112与风扇20的位置关系还可以为其它设置方案。

在一些实施例中，臂壳10可以由两个或两个以上的壳体部分拼接而成，例如图5所示，臂壳10由两个壳体部分拼接而成，两个壳体部分通过卡扣结构扣接固定或螺钉等紧固件连接固定，第一安装位112和风扇20可分别固定在其中一个壳体部分上，这样可通过打开臂壳10，以安装或维护风扇20及电路板组件。

在一些实施例中，臂壳10的两个安装段12可以与主体段11沿一条直线延伸分布，即连接臂100整体为一条直臂。

在一些实施例中，臂壳10的至少一个安装段12相对主体段11弯折设置，即连接臂100至少有一端为弯折设置，如此，以适应机械臂的更多方向的自由度运动需求。

参照图1至图5，在一些实施例中，两个安装段12均相对主体段11弯折设置，且两个安装段12朝主体段11的同一侧弯折。两个安装段12朝主体段11的同一侧弯折，则两个安装段12安装的关节电机位于主体段11的同一侧，这样可以减小机械臂在安装段12轴向上的尺寸，使得机械臂更加紧凑，占用空间更小。其中，两个安装段12相对主体的弯折角可以优选为直角，当然也可以为其它角度。

在一些实施例中，在两个安装段12均相对主体段11弯折设置的基础上，可优选采用，进风口A设置在第一安装段远离第二安装段的一侧，出风口B设置在第二安装段远离第一安装段的一侧，这样，让气流充分流经安装空间S与连通腔Q连通的一端，提升气流与关节电机的换热量。当然，在其他实施例中，进风口A和出风口B还可以设置在安装段12的其它位置。

参照图4和图5，在一些实施例中，连接臂100还包括第一关节电机40和第二关节电机50，第一关节电机40安装于设有进风口A的安装段12(即前述第一安装段)的安装空间S，且第一关节电机40的输出端远离主体段11；第二关节电机50的电机本体51安装于设有出风口B的安装段12(即前述第二安装段)的安装空间S，且第二关节电机50的电机本体51的输出端远离主体段11，第二关节电机50的电路板组件52安装于连通腔Q中。

本实施例中，将第二关节电机50的电路板组件52安装于连通腔Q中(如安装在连通腔Q中的第一安装位112)，仅将第二关节电机50的电机本体51安装在第二安装段的安装空间S，如此，第一关节电机40的电机本体的轴向尺寸，相较于第二关节电机50的电机本体51的轴向尺寸来说，要大出一个电路板组件所占用的轴向尺寸，即连接臂100两端的轴向尺寸不同，从而当连接臂100在机械臂使用时，若第一关节电机40的输出端为连接未设电机的部件，且第二关节电机50的输出端为连接设有电机的部件，则可以使机械臂在连接臂100两端的整体轴向尺寸相差不会太大，使机械臂整体宽度尺寸较为统一，进而保证了机械臂的紧凑性和美观。

在一些实施例中，第一关节电机40为带减速器的电机，第二关节电机50为直驱电机。

当连接臂在机械臂上应用时，由于第一关节电机40和第二关节电机50是分别位于臂壳10的两端，第一关节电机40和第二关节电机50的其中一个(例如第一关节电机40)会更靠近机械臂的底座(即第一关节电机40要驱动的负载重量更大)，其中另一个(例如第二关节电机50)会更靠近机械臂的末端(即第二关节电机50要驱动的负载重量更小)，也就是，第一关节电机40的转矩相对要更大一些，第二关节电机50的转矩相对要更小一些。而在一些实施例中，连接臂通常应用于教学领域的机械臂中，教学领域的机械臂主要用于示教，对机械臂的精度要求相对较低，因此，在综合考虑成本的前提下，第一关节电机40可选用带减速器的电机(即由转矩较小的中空电机和减速器组合的电机)，通过减速器对中空电机的输出转矩进行放大，以达到第一关节电机40所需的较大的转矩，相较于第一关节电机40直接选用直驱电机达到所需的转矩(即采用转矩大的直驱电机)而言，第一关节电机40选用中空电机和减速器组合的电机可以使成本更低，而且体积也会相对更小；而第二关节电机50的转矩要求相对较小，可以选用直驱电机，保证末端部分的精度，同时转矩较小的直驱电机成本也不会过高，使得机械臂的整体精度不会太低，保证机械臂准确的示教效果。

由于直驱电机没有减速器等中间传动件，所以第一关节电机40的电机本体的轴向尺寸，相较于第二关节电机50的电机本体51的轴向尺寸来说，要大出一个减速器占用的轴向尺寸，进而第一关节电机40的轴向尺寸相较于第二关节电机50的轴向尺寸，要大出一个电路板组件和一个减速器占用的轴向尺寸，从而连接臂100在机械臂使用时，当第一关节电机40的输出端为连接未设电机的部件，且第二关节电机50的输出端为连接设有电机的部件的情形，则可以使机械臂在连接臂100两端的整体轴向尺寸基本相当，使机械臂整体宽度尺寸更为统一，进一步提升了机械臂的紧凑性和美观。例如，如图6所示，第二关节电机50的输出端可以连接末端关节模组，末端关节模组与第二关节电机50的输出端直接相连的部件为设有电机的一个关节，而第一关节电机40的输出端可以连接基座关节模组，基座关节模组与第一关节电机40的输出端相连的部件为未设置电机的大臂，这样可以使机械臂在连接臂100两端的整体宽度相差很小，机械臂整体的紧凑性更好，也更美观。

在一些实施例中，连接臂100还可包括两个关节电机，两个关节电机分别安装于两个安装段12的安装空间S，且关节电机的输出端远离主体段11，以用于与其他关节模组相连。即两个关节电机均可以采用整体(包括电机本体和电路板组件)安装在安装段12的安装空间S，电路板组件与电机本体不分开安装。

在一些实施例中，连接臂100还可包括两个关节电机，两个关节电机的电机本体分别安装于两个安装段12的安装空间S，两个关节电机的电路板组件安装于连通腔Q中，且关节电机的电机本体的输出端远离主体段11，以用于与其他关节模组相连。例如，连通腔Q中设置有两个第一安装位112，两个关节电机的电路板组件分别安装于两个第一安装位112，即两个关节电机的电路板组件均与电机本体分开安装。通过将两个关节电机的电机本体和电路板组件均分开安装在不同位置，使得两个关节电机的发热部件，分别在气流散热通道的不同位置进行换热，以大幅提升气流与关节电机的发热部件的换热效率，进而大幅提升了对关节电机的散热效果。

参照图6，本发明进一步提出一种机械臂，该机械臂包括基座关节模组、末端关节模组和上述的连接臂100，基座关节模组经连接臂100与末端关节模组相连，该连接臂100的具体结构参照上述实施例，由于本机械臂采用了上述连接臂100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。

在一些实施例中，基座关节模组可包括依次相连的底座200、第一关节300、第二关节400和大臂500，大臂500远离第二关节400的一端与连接臂100的上述第一关节电机40的输出端相连，且大臂500远离第二关节400的一端未设有电机；末端关节模组可包括第五关节600和与第五关节600连接的执行关节700，第五关节600与连接臂100的上述第二关节电机50的输出端相连，且第五关节600设有电机。如此，可以使机械臂在连接臂100两端的整体宽度相差很小，机械臂整体的紧凑性更好，也更美观。

以上所述的仅为本发明的部分或优选实施例，无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围，凡是在与本发明一个整体的构思下，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保护的范围内。