CN112045713B - 外壳罩及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种外壳罩及机器人，该外壳罩用于罩设在机器人的旋转臂本体上，以使旋转臂本体上的电机组件容置在外壳罩的内部，外壳罩具有一对相对设置的两侧板侧板，至少一侧板上开设有通孔，通孔的开设方向与旋转臂本体的转动方向一致。本申请改进了外壳罩的结构，使机器人的旋转臂本体在摆动过程中，外壳罩内的热空气通过外壳罩上的通孔与外壳罩外的空气形成对流，提高了外壳罩内部的散热效率。

Description

外壳罩及机器人

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，尤其涉及一种外壳罩及机器人。

背景技术

在工业生产中，机器人的旋转臂采用高速快节拍的工作方式大大提高了生产效率。但是，在机器人工作过程中，安装在其旋转臂内的电机、导线等会产生大量的热量，这些热量不易散出，会使得机器人内部的电机的温度升高，从而影响电机的使用寿命。

发明内容

为克服上述缺陷，本申请提出一种外壳罩及机器人，进而至少在一定程度上能够提高外壳罩内部的散热效率，以降低外壳罩内的温度，延长外壳罩内的电机组件的使用寿命。

本申请的目的是通过以下技术方案来实现的：

本申请提出一种外壳罩，用于罩设在机器人的旋转臂本体上，以使所述旋转臂本体上的电机组件容置在所述外壳罩的内部，所述外壳罩具有一对相对设置的侧板，至少一所述侧板上开设有通孔，所述通孔的开设方向与所述旋转臂本体的转动方向一致。

在一实施例中，所述外壳罩的内部设有挡板和连接在所述挡板与所述侧板之间的连接板；所述挡板对应所述通孔设置，该挡板与所述侧板的内壁之间具有间隔。

在一实施例中，所述连接板由所述挡板的底部及两侧朝向所述侧板折弯而成，所述挡板、所述连接板以及所述侧板围合形成导流槽，所述导流槽连通所述通孔与所述外壳罩的内部空间。

在一实施例中，所述导流槽具有与所述外壳罩的内部空间连通的连通口，所述连通口位于所述通孔的上方。

在一实施例中，所述通孔在所述侧板的外表面上形成有第一开口，所述通孔在所述侧板的内壁上形成有第二开口，所述第一开口的下边缘与所述第二开口的上边缘的连线所在的直线与所述挡板面向所述侧板的表面相交。

在一实施例中，所述挡板与所述侧板的内壁之间的间隙小于或等于1mm。

在一实施例中，两个所述侧板上均开设有所述通孔，两所述侧板上的通孔对应设置。

在一实施例中，所述通孔设有多个，多个所述通孔在所述侧板上间隔布置。

本申请还提出一种机器人，所述机器人包括：

基座；

旋转臂，包括旋转臂本体和设置在旋转臂本体上的电机组件，所述旋转臂本体与所述基座转动连接；及

及如上所述的外壳罩，罩设在机器人的旋转臂本体上，所述电机组件容置在所述外壳罩的内部，所述外壳罩具有一对相对设置的侧板，至少一所述侧板上开设有通孔，所述通孔的开设方向与所述旋转臂本体的转动方向一致。

在一实施例中，所述旋转臂本体包括相互转动连接的大臂和小臂，所述大臂与所述基座转动连接，所述小臂上设置有所述电机组件，所述外壳罩罩设在所述小臂，所述电机组件容置在外壳罩的内部。

在一实施例中，所述通孔对应所述电机组件设置。

本申请的外壳罩主要用于罩设在机器人的旋转臂本体上，以使旋转臂本体上的电机组件容置在外壳罩的内部，该外壳罩具有相对设置的两个侧板，至少一个侧板上开设有通孔，且该通孔的开设方向与旋转臂本体的转动防止一致，使外壳罩内部的热空气能够通过该通孔散发到外壳罩的外部，尤其是当外壳罩随着旋转臂本体一起摆动时，外壳罩的内部能够通过通孔与外壳罩的外部形成对流，从而使外壳罩内部的热空气更快的散发到外壳罩的外部，使得外壳罩内部的电机组件温度更低，不仅延长了电机组件的使用寿命，而且还能够提高电机组件的工作效率。

附图说明

为了易于说明，本申请由下述的较佳实施例及附图作详细描述。

图1为本申请一实施例中的机器人的结构示意图；

图2为本申请一实施例中的外壳罩的结构示意图；

图3为本申请一实施例中外壳罩的剖视图；

图4为本申请一实施例中的外壳罩的挡板与通孔的位置关系图；

图5为本申请另一实施例中的外壳罩的挡板与通孔位置关系图；

图6为电机组件的自身温度与电机组件的工作效率的关系示意图；

图7为传统机器人的热仿真；

图8为本申请一实施例中的机器人的热仿真图。

标号说明：

机器人10；基座11；第一电气面板111；旋转臂12；旋转臂本体121；大臂1211；小臂1212；外壳罩122；侧板1221；通孔1222；第一开口1222a；第一开口1222a1；第二开口1222b；挡板1223；连接板1224；连通口1225；导流槽1226；内部空间1227；安装口1228；安装住1229；安装孔1229a；第二电气面板123；执行机构13；波纹管14。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

图1为本申请一实施例的机器人结构示意图。参照图1，机器人10包括基座11，以及与基座11转动连接的旋转臂12，该旋转臂12包括与基座11转动连接的旋转臂本体121及设置在旋转臂本体121上的电机组件(图中未示出)，在旋转臂本体121上还罩设有外壳罩122，电机组件容置在外壳罩122内，以防止灰尘、水等与电机组件相接触，而造成电机组件短路。

机器人10还包括设置在旋转臂12的执行机构13，电机组件通过传动机构与执行机构13连接以驱动执行机构活动。当机器人10工作时，通过控制旋转臂12转动设定角度以将执行机构13移动至设定位置，并通过电机组件对执行机构13的运动进行控制，使执行机构13执行装配、搬运等工业作业。

如图1所示，机器人10的基座11用于与支撑台或支撑架连接，在基座11内还安装有第一驱动电机(图中未示出)，该第一驱动电机的驱动轴直接或通过减速机构间接与旋转臂12连接，以驱动旋转臂12转动。

在基座11上设置有用于与外部电源、外部控制系统、外部气源等连接的第一电气面板111，在旋转臂本体121上设置有安装架(图中未示出)，该安装架具有位于外壳罩122顶部的安装口1228处的安装部，第二电气面板123安装在安装架的安装部上，该第二电气面板123用于与旋转臂本体121上的电机组件或气动部件连接，以对电机组件进行控制。第一电气面板111通过导线、气管等与第二电气面板123连接。

其中，机器人10还包括波纹管14，该波纹管14的一端安装在基座11的顶部，另一端安装在安装架的安装部上，连接在第一电气面板111和第二电气面板123之间的导线、气管等设置在波纹管14内，以防止旋转臂12在摆动的过程中导线、气管等产生晃动。

继续参照图1，旋转臂本体121包括相互转动连接的大臂1211和小臂1212，大臂1211与基座11转动连接，基座11内的第一驱动电机的驱动轴直接或间接与大臂1211连接，以驱动大臂1211转动。由此，机器人10的旋转臂本体121运动更加灵活，执行机构的移动范围更广。

其中，大臂1211和小臂1212均沿水平方向摆动。当然，大臂1211和小臂1212也可以沿其它方向摆动，此处不作限制。

可以理解地是，旋转臂本体121也可以为一个整体结构。或者，旋转臂本体121也可以为三个或三个以上的子旋转臂依次转动连接形成的结构。

在本实施例中，电机组件及执行机构13设置在小臂1212上，外壳罩122罩设在小臂1212上。电机组件包括第二驱动电机和第三驱动电机，第二驱动电机的转轴直接或间接与大臂1211连接，以驱动小臂1212相对大臂1211转动；第三驱动电机的转轴通过传动机构与执行机构13连接，以驱动执行机构13活动。此外，该电机组件还可以设置在大臂1211上。

通过分析温度对机器人电机组件工作效率的影响，可以得出在不同温度下电机组件的效率值，二者关系如图6所示，随着电机组件的自身温度降低，电机组件的工作效率也会随之提高。当电机组件的功率为400W时，电机组件的温度每降低10℃，电机组件的效率大约能够提升0.6％。

对于具有永磁体的电机组件，当电机组件的自身温度降低后，永磁体的磁性也会得到改善，在保持输出转矩不变的情况下，需要的电流将变小；同时电机组件的绕组的电阻也将变小，使得电机组件的效率得到提升。因此，电机的自身温度越高，电机的工作效率越低。其中，降低电机组件的自身温度多电机组件的效率的提升效果具体可根据电机组件的类型而定。

另外，电机组件的寿命与自身温度的关系如下表所示：

自身温度(℃)	MTBF/h	1年故障率/ppm
			50	84198	104040
45	132339	66194
			40	210972	41522
35	341457	25655
			30	561594	15598

从上表中可以看出，当电机组件的自身温度每降低10℃，电机组件的MTBF(平均故障间隔时间)将升高大约2.5倍，而当电机组件的自身温度每升高10℃，电机组件1年故障率将提高大约2.5倍。

此外，如图1所示，机器人10的执行机构13包括穿设在旋转臂本体121端部的丝杆及与丝杆下端连接的操作机构(图中未示出)，旋转臂本体121上的第三驱动电机通过传动组件与丝杆连接并驱动丝杆沿轴线旋转运动和/或在竖直方向上伸缩运动，进而将丝杆下端的操作机构(图中未示出)移动至预设位置进行搬运、装配等操作。

当机器人10工作时，通过控制大臂1211和小臂1212的旋转角度，能够将小臂1212上的执行机构13移动至设定位置，然后通过控制电机组件转动以驱动执行机构13的丝杆沿轴线旋转运动和/或在竖直方向上伸缩运动，以使丝杆下端的操作机构执行搬运、装配等工业作业。

如图1及图2所示，在外壳罩122的前端还具有安装柱1229，该安装柱1229凸设于外壳罩122的上表面并沿上下方向延伸，在安装柱1229内还设置有安装孔1229a，且该安装孔1229a穿过外壳罩122，当将外壳罩122罩设在小臂上时，丝杆穿过安装孔1229a并伸出到外壳罩122上方。

如图1及图2所示，外壳罩122具有一对相对设置的侧板1221。在两个侧板1221上均开设通孔1222，通孔1222的开设方向与旋转臂本体121的转动方向一致。

当外壳罩122随着旋转臂本体121一起摆动时，外壳罩122外部的气体能够通过一个侧板1221上的通孔1222进入到外壳罩122的内部，然后从另一个侧板1221上的通孔1222排出，从而使外壳罩122内部空间1227的高温气体更快的流到外壳罩122外部，以提高外壳罩122的散热效率。而且，当旋转臂本体121摆动时，外壳罩122的侧板1221受到的空气阻力更小，从而降低机器人10的负载。

而如图6所示的电机组件的自身温度与电机组件的工作效率的关系示意图及上述电机组件的寿命与自身温度的关系表可知，电机组件的工作效率及寿命均与自身温度呈反比。当电机组件温度降低时，工作效率和寿命均会提高。因此，本申请通过在外壳罩122的侧板1221上开设通孔1222后以提高外壳罩122的散热效率后，能够使外壳罩122内部的电机组件温度更低，从而提高电机组件的工作效率，并延长电机组件的寿命。

可以理解的是，也可以在其中一个侧板1221上开设通孔1222，此时，随着旋转臂本体121摆动，外壳罩122内部的空气同样能够通过通孔1222与外壳罩122外部的空气形成对流，从而使外壳罩122内部的热空气更快的散发到外壳罩122的外部，以提高外壳罩122的散热效率。

进一步地，如图3所示，外壳罩122内设置有挡板1223和连接在挡板1223与侧板1221之间的连接板1224，该挡板1223对应侧板1221上的通孔1222设置，挡板1223与外壳罩122的内壁之间具有间隔。

其中，通孔1222能够通过挡板1223与外壳罩122的内壁之间的间隙与外壳罩122的内部连通，以达到对外壳罩122内部进行散热的目的。挡板1223对应通孔1222设置，挡板1223能够对进入到通孔1223内的灰尘、水等污染物进行阻挡，在一定程度上避免外壳罩122外部的灰尘、水等污染物通过通孔1222进入到外壳罩122内而对外壳罩122的内部空间1227造成污染。

或者，连接板1224也可以连接在挡板1223与旋转臂本体121之间，也即挡板1223通过连接板1224连接在旋转臂本体121上，当将外壳罩122罩设在旋转臂本体121上后，挡板1223覆盖外壳罩122上的通孔1222，且与外壳罩122的内壁之间具有间隙。

可选地，使挡板1223与侧板1221的内壁之间的间隙小于或等于1mm，以提高挡板1223对进入到通孔1222内的灰尘的遮挡效果，防止直径大于1mm的灰尘通过通孔1222进入到外壳罩122的内部空间1227而污染电机组件。

其中，挡板1223与侧板1221的内壁之间的间隙具体可以为0.2mm、0.5mm、0.8mm等等。当然，挡板1223与侧板1221的内壁之间的间隔也可以大于1mm，具体可根据外壳罩122设计的防护等级而定。

当挡板1223朝向侧板1221的表面与侧板1221的内壁平行时，挡板1223与侧板1221的内壁之间的间隙为挡板1223的任何位置与侧板1221的内壁之间的距离；当挡板1223朝向侧板1221的表面与侧板1221的内壁不平行时，若需外壳罩达到最高的防护等级，只需挡板1223与侧板1221的内壁之间的最小间隔小于或等于1mm即可。

在本实施例中，如图3所示，连接板1224由挡板1223的底部以及两侧朝向侧板1221折弯而成。该挡板1223、连接板1224以及侧板1221围合形成导流槽1226，导流槽1226连通通孔1222与外壳罩122的内部空间1227，以避免进入到通孔1223内的污染物从挡板1223的底部与侧板1221的内壁之间的间隙进入到外壳罩122的内部空间1227，或者，从挡板1223的两侧与侧板1221的内壁之间的间隙进入到外壳罩122的内部空间1227。

可选地，挡板1223、连接板1224和侧板1221围合形成的导流槽1226具有与外壳罩122的内部空间1227连通的连通口1225，该连通口1225位于通孔1222的上方，以防止进入到通孔1222内的污染物通过导流槽1226的连通口1225进入到外壳罩122的内部空间1227。

可选地，如图4所示，通孔1222在侧板1221的外表面形成有第一开口1222a，通孔1222在侧板1221的内壁上形成有第二开口1222b，第一开口1222a的下边缘与第二开口1222b的上边缘的连线所在的直线L与挡板1223面向侧板1221的表面相交，以防止液体进入到通孔1222内后飞溅到外壳罩122的内部空间1227内，进一步提高挡板1223的防水效果。

当外壳罩122外部的水滴进入到通孔1222内后，其向上运动的极限高度为沿图4中直线L所处的高度。当直线L与挡板1223面向侧板1221的表面相交时，进入到通孔1222内的水滴会被挡板1223阻挡，从而有效防止水滴进入到外壳罩122的内部空间1227。

其中，当第一开口1222a的下边缘与第二开口1222b的上边缘为直线段且相互平行时，第一开口1222a的下边缘与第二开口1222b的上边缘的连线为第一开口1222a的下边缘的任意一点与第二开口1222b的上边缘的任意一点之间的连线。当第一开口1222a的下边缘与第二开口1222b的上边缘不平行时，第一开口1222a的下边缘与第二开口1222b的上边缘的连线为第一开口1222a的下边缘上的最低点与第二开口1222b的上边缘上的最高点之间的连线。

如图4所示，挡板1223与侧板1221之间的间隙为s(mm)，挡板1223的顶部与第一开口1222a的下边缘的高度差为H(mm)，第一开口1222a的高度为h(mm)，通孔1222的深度(也即侧板1221靠近通孔1222处的厚度)为d(mm)，挡板1223的顶部与第一开口1222a的下边缘在水平方向上的相对距离为s+d，挡板1223满足：H≥h(s+d)/d，以确保第一开口1222a的下边缘与第二开口1222b的上边缘的连线所在的直线L与挡板1223面向所述侧板1221的表面相交，使挡板1223具有较好的挡水效果。

或者，如图5所示，通孔1222的第一开口1222a1处设置有倒角时，通孔1222的上表面与第一开口1222a1的下边缘的高度差为h1(mm)，挡板1223的顶部与第一开口1222a1的下边缘的高度差为H1(mm)，此时，挡板1223满足：H1≥h1(s+d)/d，以确保第一开口1222a的下边缘与第二开口1222b的上边缘的连线所在的直线L1与挡板1223面向所述侧板1221的表面相交，使挡板1223具有较好的挡水效果。

在本实施例中，如图3所示，外壳罩122的两个侧板1221上的通孔1222对应设置，以使旋转臂本体121转动时，穿过两个侧板1221上的通孔1222的气流更加流畅。

在本实施例中，外壳罩122的侧板1221上的通孔1222对应旋转臂本体121上的电机组件设置，以使通过通孔1222进入到外壳罩122内部空间1227的气体流到电机组件上，以快速对电机组件进行降温，或者，使电机组件附近的热空气通过通孔1222快速的排到外壳罩122外，以快速降低电机组件的温度。

具体地，挡板1223、连接板1224和侧板1221围合形成的导流槽1226的连通口1225的高度小于或等于电机组件的顶部的高度。从而使通过通孔1222进入到外壳罩122的内部空间1227的空气能够更多的流到电机组件附近或流经电机组件，以降低电机组件的温度。

在本实施例中，如图1及图2所示，通孔1222位于外壳罩122的下部。可以理解的是，由于电机组件安装在旋转臂本体121上，而外壳罩122罩设在旋转臂本体121上，因此，电机组件更靠近外壳罩122的下部，通过使通孔1222位于外壳罩122的下部，能够使通孔1222更靠近电机组件，从而提高对电机组件的散热效果。

在本实施例中，通孔1222的数量为多个，且多个通孔1222在侧板1221上间隔布置，以使外壳罩122的内部空间1227中更多的热空气散热到外壳罩122外，并使更多的冷空气进入到外壳罩122的内部空间1227内。

其中，多个通孔1222沿外壳罩122的长度方向分布，以使多个通孔1222均比较靠近电机组件，提高对电机组件的散热效果。当然，多个通孔1222也可以沿外壳罩122的高度方向分布，或者，在侧板1221上杂乱排布等等。

需要说明的是，通孔1222的具体数量可根据通孔1222的横截面面积及外壳罩122的具体结构而定。例如图2所示，外壳罩122的两个侧板1221上分别开设有5个通孔1222。

在本实施例中，通孔1222为矩形或近似矩形的孔。由此，在保持通孔1222的横截面面积不变的情况下，能够使通孔1222的宽度较小，从而在一定程度上避免直径较大的污染物进入到通孔1222内而阻塞通孔1222。

矩形或近似矩形的通孔1222的长度方向与外壳罩122的长度方向一致，以使通孔1222的第一开口1222a的下边缘与第二开口1222b的上边缘的连线所在直线L倾斜角度较小，进而降低挡板1223的高度。

为了确定本实施例中在机器人10的外壳罩122上开设通孔1222后对外壳罩122内部的散热效果，将传统的机器人与本申请中的机器人分别通过软件进行了热仿真实验，得到了图7所示的传统的机器人的热仿真图和图8所示的本申请一实施例的机器人的热仿真图。

如图7所示，传统机器人在工作过程中，电机组件的自身温度一般大于92℃。而如图8所示，本申请中机器人10的电机组件的自身温度一般小于85℃。通过比较可知，机器人10采用本申请中的外壳罩122结构后，能够在机器人10工作过程中使电机组件的温度降低的温度接近10℃。

因此，通过本申请的技术方案能够提高外壳罩122内部的散热效率，使得外壳罩122内部的电机组件温度更低，不仅延长了电机组件的使用寿命，而且还能够提高电机组件的工作效率。

本申请中，上述机器人10可以为SCARA(Selective Compliance Assembly RobotArm，选择顺应性装配机器手臂)机器人,也可以为其它任何具有上述外壳罩122的机器人，此处不作限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种外壳罩，用于罩设在机器人的旋转臂本体上，以使所述旋转臂本体上的电机组件容置在所述外壳罩的内部，其特征在于，所述外壳罩具有一对相对设置的侧板，至少一所述侧板上开设有通孔，所述通孔的开设方向与所述旋转臂本体的转动方向一致；

所述外壳罩的内部设有挡板和连接在所述挡板与所述侧板之间的连接板；所述挡板对应所述通孔设置，该挡板与所述侧板的内壁之间具有间隔；

所述连接板由所述挡板的底部及两侧朝向所述侧板折弯而成，所述挡板、所述连接板以及所述侧板围合形成导流槽，所述导流槽连通所述通孔与所述外壳罩的内部空间；

所述导流槽具有与所述外壳罩的内部空间连通的连通口，所述连通口位于所述通孔的上方；

所述通孔在所述侧板的外表面上形成有第一开口，所述通孔在所述侧板的内壁上形成有第二开口，所述第一开口的下边缘与所述第二开口的上边缘的连线所在的直线与所述挡板面向所述侧板的表面相交；

所述挡板与所述侧板的内壁之间的间隙小于或等于1mm；

两个所述侧板上均开设有所述通孔，两所述侧板上的通孔对应设置。

2.如权利要求1所述的外壳罩，其特征在于，所述通孔设有多个，多个所述通孔在所述侧板上间隔布置。

3.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括：

基座；

旋转臂，包括旋转臂本体和设置在旋转臂本体上的电机组件，所述旋转臂本体与所述基座转动连接；及

如权利要求1至2中任意一项所述的外壳罩，所述外壳罩罩设在所述旋转臂本体上，所述电机组件容置在外壳罩的内部。

4.如权利要求3所述的机器人，其特征在于，所述通孔对应所述电机组件设置。

5.如权利要求4所述的机器人，其特征在于，所述旋转臂本体包括相互转动连接的大臂和小臂，所述大臂与所述基座转动连接，所述小臂上设置有所述电机组件，所述外壳罩罩设在所述小臂，所述电机组件容置在外壳罩的内部。