CN110722595A - 机器人一体化驱动关节模组 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人一体化驱动关节模组，包括：外壳(1)、电机定子(2)、电机转子(3)、谐波减速机(4)、编码器(7)、电机组件输出轴(9)以及电机驱动器(11)；所述电机定子(2)、电机转子(3)分别与外壳(1)连接；所述谐波减速机(4)安装在电机定子(2)与电机转子(3)的内部；所述编码器(7)安装在电机转子(3)与外壳(1)之间；所述电机驱动器(11)安装在外壳(1)上。本发明采用的谐波减速机完全安装在电机定子和电机转子的内部，不仅最大程度的降低了驱动关节模组轴线方向的长度，提高组件的紧凑程度，而且也可以减少连接组件，降低重量。

Description

机器人一体化驱动关节模组

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体地，涉及一种机器人一体化驱动关节模组。

背景技术

伴随着机器人技术的发展，人机交互越来越重要，对机器人开发设计也提出了新的要求。模块化、轻量化、柔顺力觉成为协作机器人以及其它便携机器人、移动机器人应用的共同需求。传统的如专利文献CN108724244A所公开的一种机器人关节模组，包括：前调磁支架、后调磁支架、调磁衔铁、电路板、定子铁芯和集电环；所述前调磁支架套接在所述直轴前端的外周上，所述后调磁支架套接在所述直轴的后段的外周上；所述后调磁支架向前伸出第一环形包绕部，所述前调磁支架向后伸出第二环形包绕部；所述调磁衔铁的两端分别插接在所述第一环形包绕部的前端面和所述第二环形包绕部后端面上；所述直轴、前调磁支架、后调磁支架、调磁衔铁的外侧构成半封闭空间；所述半封闭空间内的直轴上套接有电路板、定子铁芯，所述定子铁芯绕制有定子线圈；所述后调磁支架的后侧的所述直轴上套接所述集电环；所述直轴空心设置，所述直轴上设置有多个过线孔，所述电路板的导线穿过所述过线孔、所述直轴的内空部分分别连接所述集电环和定子线圈。

传统机器人关节硬件存在如下问题：

1、结构相对较为沉重，体积也较为庞大，功率自重比低。

2、非模块化设计令机器人在安装、维护过程中较为繁琐。

3、传统机器人关节缺乏力觉感知传感器；一些通过电机电流感知力觉的方法虽然简单，但是分辨率低；也有通过双编码器感知谐波减速机变形，并通过标定谐波旋转刚度的方式分辨外部载荷，但这样的方式也不足以让机器人具有灵敏感知的效果。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种机器人一体化驱动关节模组。

根据本发明提供的一种机器人一体化驱动关节模组，包括：外壳1、电机定子2、电机转子3、谐波减速机4、编码器7、电机组件输出轴9以及电机驱动器11；

所述电机定子2、电机转子3分别与外壳1连接；

所述谐波减速机4安装在电机定子2与电机转子3的内部；

所述编码器7安装在电机转子3与外壳1之间；

所述电机组件输出轴9一端安装在外壳1内，另一端与外部执行机构或负载连接；

所述电机驱动器11安装在外壳1上。

优选地，机器人一体化驱动关节模组还包括：转轴连接件5与输出扭矩传感器6；

所述谐波减速机4通过转轴连接件5与输出扭矩传感器6连接。

优选地，机器人一体化驱动关节模组还包括：十字交叉轴承10；

所述十字交叉轴承10与谐波减速机4共轴且固定安装在外壳1上。

优选地，所述谐波减速机4包括：钢轮41、柔轮42以及波发生器43；

所述柔轮42与转轴连接件5连接，并且穿过所述十字交叉轴承10内圈；

所述钢轮41与外壳1紧固连接；

所述波发生器43与电机转子3紧固连接。

优选地，机器人一体化驱动关节模组还包括：输出轴编码器8；

所述输出轴编码器8为中空结构；

所述电机组件输出轴9穿过输出轴编码器8。

优选地，所述电机转子3通过轴承与外壳1连接。

优选地，所述电机转子3的周向固定安装磁铁。

优选地，所述输出扭矩传感器6为中空结构。

优选地，所述电机驱动器11为中空结构。

优选地，所述电机定子2、电机转子3、谐波减速机4、编码器7以及电机组件输出轴9的中心设置有圆孔结构。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明提供的一种集成化的机器人关节模组，中心轴轴线采用中空设计，能够来安装各部件之间的线缆，节省了结构空间，同时简化了传动结构；内部结构紧凑，实现了机器人一站式关节解决方案，优化机器人整机结构。

2、本发明采用的谐波减速机完全安装在电机定子和电机转子的内部，不仅最大程度的降低了驱动关节模组轴线方向的长度，提高组件的紧凑程度，而且也可以减少连接组件，降低重量。

3、本发明采用三组件谐波减速机，最大限度降低了驱动模组的结构部件数量，降低了模组的重量。

4、本发明采用中空扭矩传感器，可以实现输出扭矩的实时精密测量，从而实现驱动模组的柔顺力觉控制。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的机器人一体化驱动关节模组整体结构示意图。

中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，根据本发明提供的一种机器人一体化驱动关节模组，包括：外壳1、电机定子2、电机转子3、谐波减速机4、编码器7、电机组件输出轴9以及电机驱动器11；所述电机定子2、电机转子3分别与外壳1连接；所述谐波减速机4安装在电机定子2与电机转子3的内部；所述编码器7安装在电机转子3与外壳1之间；所述电机组件输出轴9一端安装在外壳1内，另一端与外部执行机构或负载连接；所述电机驱动器11安装在外壳1上。机器人一体化驱动关节模组还包括：转轴连接件5与输出扭矩传感器6；所述谐波减速机4通过转轴连接件5与输出扭矩传感器6连接。在优选例中，电机组件输出轴用于连接外部执行机构和负载；所述输出扭矩传感器用于实时测量电机组件输出轴相外部执行机构输出的扭矩大小，用于驱动模组的柔顺力觉控制；输出轴编码器采用中空结构，可以让电机组件输出轴穿过，并实时测量其转速；所述低速转轴连接件用于连接谐波减速机和输出扭矩传感器。

进一步地，机器人一体化驱动关节模组还包括：十字交叉轴承10；所述十字交叉轴承10与谐波减速机4共轴且固定安装在外壳1上。所述谐波减速机4包括：钢轮41、柔轮42以及波发生器43；所述柔轮42与转轴连接件5连接，并且穿过所述十字交叉轴承10内圈；所述钢轮41与外壳1紧固连接；所述波发生器43与电机转子3紧固连接。机器人一体化驱动关节模组还包括：输出轴编码器8；所述输出轴编码器8为中空结构；所述电机组件输出轴9穿过输出轴编码器8。在优选例中，所述低速转轴连接件和所述谐波减速机的柔轮连接，并且穿过所述十字交叉轴承内圈，其外圈和电机组件外壳固定连接；所述谐波减速机的钢轮和电机组件外壳固定连接；所述谐波减速机的波发生器和电机转子固定连接；电机定子和电机组件外壳固定连接；电机转子外侧安装电机高速端编码器，用于实时测量电机转子转速；电机转子同一对轴承和机架连接并和电机定子、谐波减速机同轴线布置安装。谐波减速机完全安装在电机定子和电机转子的内部，以最大程度的降低驱动关节模组轴线方向的长度，提高组件的紧凑程度，也可以减少连接组件，降低质量。

更进一步地，所述电机转子3通过轴承与外壳1连接；所述电机转子3的周向固定安装磁铁；所述输出扭矩传感器6为中空结构；所述电机驱动器11为中空结构；所述电机定子2、电机转子3、谐波减速机4、编码器7以及电机组件输出轴9的中心设置有圆孔结构。在优选例中，电机组件外壳、电机定子、电机转子、谐波减速机、低速转轴连接件、输出扭矩传感器、电机高速端编码器、输出轴编码器、电机组件输出轴全部同轴线安装，并且所有构件中心都具有空心圆孔结构，电缆、数据线等可以从中间穿过整个驱动关节模组；电机定子包括矽钢片和线圈绕组，该电机定子内圈和机架固定连接；电机转子圆周固定安装磁铁，通过轴承与机架连接，确保只有转动中心轴和电机定子同轴的转动运动；电机转子另一端和谐波减速机的波发生器同轴固定安装；电机转子为中空结构，同时安装有电机高速端编码器用于测量其转动速度；谐波减速机采用三组件模式减速机结构，即该减速机只有钢轮、柔轮和波发生器，没有其它任何构件，这样可以最大限度降低驱动模组的质量；十字交叉轴承和谐波减速机共轴且固定安装在机架上；低速转轴连接件固定安装在十字交叉轴承的内圈上，谐波减速机柔轮作为电机高速运动减速后的输出端，与低速转轴连接件共旋转轴线安装，通过十字交叉轴承的约束，柔轮只能旋转运动；机器人输出扭矩传感器与低速转轴连接件共旋转轴线安装，通过十字交叉轴承的约束，只能旋转运动；机器人输出扭矩传感器为中空结构，中间可以通过线缆；但是，该输出扭矩传感器在应用过程中如果不需要测量输出扭矩则可以不予安装。电机驱动器安装在驱动模组的末端采用中空结构，一方面电机驱动器直接连接电机和编码器，进行底层的电机运动控制，另一方面负责整个驱动模组和外部的信号连接。特别的，该驱动器可以根据外部控制系统的需求选择安装和不安装

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种机器人一体化驱动关节模组，其特征在于，包括：外壳(1)、电机定子(2)、电机转子(3)、谐波减速机(4)、编码器(7)、电机组件输出轴(9)以及电机驱动器(11)；

所述电机定子(2)、电机转子(3)分别与外壳(1)连接；

所述谐波减速机(4)安装在电机定子(2)与电机转子(3)的内部；

所述编码器(7)安装在电机转子(3)与外壳(1)之间；

所述电机组件输出轴(9)一端安装在外壳(1)内，另一端与外部执行机构或负载连接；

所述电机驱动器(11)安装在外壳(1)上。

2.根据权利要求1所述的机器人一体化驱动关节模组，其特征在于，还包括：转轴连接件(5)与输出扭矩传感器(6)；

所述谐波减速机(4)通过转轴连接件(5)与输出扭矩传感器(6)连接。

3.根据权利要求2所述的机器人一体化驱动关节模组，其特征在于，还包括：十字交叉轴承(10)；

所述十字交叉轴承(10)与谐波减速机(4)共轴且固定安装在外壳(1)上。

4.根据权利要求3所述的机器人一体化驱动关节模组，其特征在于，所述谐波减速机(4)包括：钢轮(41)、柔轮(42)以及波发生器(43)；

所述柔轮(42)与转轴连接件(5)连接，并且穿过所述十字交叉轴承(10)内圈；

所述钢轮(41)与外壳(1)紧固连接；

所述波发生器(43)与电机转子(3)紧固连接。

5.根据权利要求1所述的机器人一体化驱动关节模组，其特征在于，还包括：输出轴编码器(8)；

所述输出轴编码器(8)为中空结构；

所述电机组件输出轴(9)穿过输出轴编码器(8)。

6.根据权利要求1所述的机器人一体化驱动关节模组，其特征在于，所述电机转子(3)通过轴承与外壳(1)连接。

7.根据权利要求6所述的机器人一体化驱动关节模组，其特征在于，所述电机转子(3)的周向固定安装磁铁。

8.根据权利要求2所述的机器人一体化驱动关节模组，其特征在于，所述输出扭矩传感器(6)为中空结构。

9.根据权利要求1所述的机器人一体化驱动关节模组，其特征在于，所述电机驱动器(11)为中空结构。

10.根据权利要求1所述的机器人一体化驱动关节模组，其特征在于，所述电机定子(2)、电机转子(3)、谐波减速机(4)、编码器(7)以及电机组件输出轴(9)的中心设置有圆孔结构。

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