[发明专利]具有散热结构的机器人关节构件、动力关节和机器人

说明书

本发明提供一种具有散热结构的机器人关节构件、动力关节及机器人，关节构件具有中空的筒状结构，套置在热源部件外侧，关节构件具有多个相变散热单元，每个相变散热单元沿筒壁轴向分布；相变散热单元包括相变工质、毛细材料和密封的相变腔体，相变工质位于相变腔体的内部，相变腔体内为真空或负压环境，毛细材料位于相变腔体的内腔壁上；在关节构件的筒壁的外周、相变散热单元的远离热源部件的一侧布置有散热辅助筋，散热辅助筋限定形成有多个气流通道，形成的气流通道的横截面沿气流方向逐渐减小，以使气流在所述气流通道内加速流动。上述关节构件散热效果好，导热效率高，可快速消除关节动力源的热量聚集，且能使机器人的动力关节保持结构紧凑。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种具有散热结构的机器人关节构件、动力关节和机器人。

背景技术

如图1、图2和图3所示，机器人的动力关节10一般包括电机200、减速器400和关节构件100，电机200及减速器400安装在中空的关节构件100内，动力关节由电机200通电旋转提供动力源，电机200与减速器400间通过传动轴300连接传动，经减速器400转换后降低转速从而提高输出转矩，关节构件100提供各部件支撑、散热及安装构型等。电机为关节主要热源，热量需经过关节构件向动力关节外传递散热。也即，现有动力关节多采用无散热结构的关节构件，其基本是将电机发热源与关节构件直接连接，依靠金属关节构件的自身热量传导带走电机发热源产生的热量来进行散热。这样散热效率较低，仅可满足要求不高的一般性应用工况需求，不适用于大力矩的动力关节。

此外，部分设计人员对动力关节应用液体冷却方式，液体冷却方式一般是在动力关节中加装液流通道，通过液体的循环流动以带走电机产生的热量，此方式需要将液流通道连接至外部的液冷装置以实现液体的循环流动，例如在电机机壳内预留液冷冷却通道并外接液冷循环装置，这种液体冷却方式虽然散热效率优于无散热结构关节，但往往需要较大的外部散热循环装置，会导致动力关节体积较大且不利于安装。

无论是现有的靠关节构件自身热传导散热的方式，还是液体冷却方式，对机器人不断需求动力关节单元出力载荷更大、体积更小来说，这些散热方式已然无法满足需求。也即，现有的动力关节散热方式虽可满足一般散热性能需求，但无法应对持续大力矩输出或高爆发过载等客户逐渐期望的工况，或存在外部液冷辅助装置过大、影响较慢等问题，不能满足机器人动力关节出力载荷更大、结构尺寸紧凑的要求。

而随着目前各种机器人对持续大力矩、高爆发力、高过载能力的不断提高，动力关节和电机的载荷越来越大，就产生了电机热量聚集的问题，随着电机的持续输出，被聚集的热量若不能得到有效的散热，会影响电机及动力关节的稳定性。因此电机的散热问题成为机器人动力关节动力继续增大的阻碍因素且日益严峻，解决动力关节核心的散热问题变得越发迫切。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具有散热结构的机器人关节构件、动力关节和机器人，以解决现有技术中存在的一个或多个问题。

根据本发明的一个方面，本发明公开了一种具有散热结构的机器人关节构件，所述关节构件具有中空的筒状结构，用于套置在热源部件的外侧，所述关节构件具有多个相变散热单元，每个相变散热单元沿筒壁轴向分布；

所述相变散热单元包括相变工质、毛细材料和密封的相变腔体，所述相变工质位于所述相变腔体的内部，所述相变腔体内为真空或负压环境，所述毛细材料位于所述相变腔体的内腔壁上；

在所述关节构件的筒壁的外周、所述相变散热单元的远离所述热源部件的一侧布置有散热辅助筋，所述散热辅助筋限定形成有多个气流通道，形成的气流通道的横截面沿气流方向逐渐减小，以使气流在所述气流通道内加速流动。本发明通过在相变散热单元的低温侧设置变面积的调节气流辅助散热筋，根据伯努利原理及在热气流负压双重作用下，加快了气体的流动速度及换热效率。

在本发明的一些实施例中，所述相变散热单元为多个，多个相变散热单元沿筒壁周向均匀分布，并且所述多个相变散热单元位于筒壁外侧或内置于筒壁内部。