多功能大扭矩一體化機器人關節制造技術

本發明專利技術提供了一種多功能大扭矩一體化機器人關節，包括直流伺服電機、帶輪組、齒輪組、中空諧波減速器、中空輸出軸、中空編碼器以及中空輸出軸端軸承；其中，所述帶輪組包括大帶輪和小帶輪；所述齒輪組包括小齒輪和大齒輪；所述直流伺服電機驅動所述小帶輪；所述小帶輪驅動所述大帶輪；所述大帶輪通過帶輪軸連接所述小齒輪，所述小齒輪與所述大齒輪嚙合；所述中空輸出軸的一端連接所述大齒輪和所述中空編碼器，另一端連接所述中空諧波減速器、所述中空輸出軸端軸承的內圈。本發明專利技術中三級減速減速比的優選及組合可以實現不同場所、不同領域的應用需求。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及機器人，具體地，涉及一種多功能大扭矩一體化機器人關節。
技術介紹
隨著機器人的使用越來越廣泛，在工業、服務等行業到處都有機器人的存在，但是涉及機器人售后和維護等因素都是阻礙機器人廣泛應用的障礙之一，使之不能大規模應用。機器人的標準化和模塊化將大大降低機器人的成本，提高機器人的精度，簡化機器人的維修，是機器人發展的趨勢和研究的熱點。模塊化關節的研究使關節模塊化和標準化，將提高機器人結構的可重構性，便于機械臂的選用和更替，降低了成本，減輕了重量，提高了可靠性，縮短了研發和制造周期，適合多領域多行業應用，具有較高的價值和前景。模塊化關節目前已經有一定的研究，具體描述如下：公開號為CN 105313134A，名稱為輕量型機械臂模塊化關節的專利技術專利中，公開了一種輕量型機械臂模塊化關節，包括：中空電機，具有：中空電機轉子，中空電機定子，以及中空電機軸；減速器；高速電機軸承；模塊化關機輸出軸；第一編碼器以及第二編碼器。該專利技術結構簡單、質量輕。但該專利技術的電機為特制中空電機，制造電機的難度和成本較高；編碼器數量兩個，占據較大空間；只有一級諧波減速，傳動比較小。公開號為CN 103802125 A，名稱為一種單自由度的旋轉關節模塊的專利技術專利中，公開了一種旋轉關節模塊，包括伺服電機及編碼器組件、行星齒輪減速器、關節基座、軸承、軸承基座、軸承端蓋、上旋轉外殼、下旋轉外殼，控制器圓周搭載系統、控制器軸向搭載系統等。該專利技術結構簡單緊湊，上下旋轉關節可分離，方便裝配和拆卸。關節基座和上旋轉外殼均設有與其它零部件相接的孔位，方便搭建不同的機器人構型或系統。但是該專利技術采用行星齒輪減速器，體積較大，重量較重，關節運輸、安裝比較繁瑣，不易實現標準化，而且價格會比較高；沒有描述編碼器，可能存在無法定零位及在機械關節意外斷電后無法判斷位置的問題。公開號為CN 103273499 A，名稱為緊湊型機器人模塊化關節及機器人的專利技術專利中，公開了一種緊湊型關節，該緊湊型機器人模塊化關節通過輸入軸使該關節自轉，并通過相嚙合的第一、第二圓錐齒輪傳動帶動轉動件轉動，且其承載部和轉動部之間形成T形結構。該專利技術結構緊湊，占用空間小，但是其結構包括兩個電機，加大了控制難度；而且由于其結構特點，限制了其可重構的多樣性。其他一些模塊化關節，如“空間機械臂模塊化關節”(CN 1807032 A)、“一體化柔性旋轉關節”(CN 203371554 U)等，其不足之處在于只適用于特定場合，不能多領域多行業應用，難以實現跨行業的模塊化推廣。
技術實現思路
針對現有技術中的缺陷，本專利技術的目的是提供一種多功能大扭矩一體化機器人關節。根據本專利技術提供的多功能大扭矩一體化機器人關節，包括直流伺服電機、帶輪組、齒輪組、中空諧波減速器、中空輸出軸、中空編碼器以及中空輸出軸端軸承；其中，所述帶輪組包括大帶輪和小帶輪；所述齒輪組包括小齒輪和大齒輪；所述直流伺服電機驅動所述小帶輪；所述小帶輪驅動所述大帶輪；所述大帶輪通過帶輪軸連接所述小齒輪，所述小齒輪與所述大齒輪嚙合；所述中空輸出軸的一端連接所述大齒輪和所述中空編碼器，另一端連接所述中空諧波減速器、所述中空輸出軸端軸承的內圈。優選地，還包括電機軸端軸承；所述的直流伺服電機的軸連接電機軸端軸承的內圈。優選地，還包括軸承調整墊片和軸用卡簧；軸承調整墊片用于調整電機軸端軸承的軸向游隙，所述軸用卡簧用于進行電機軸端軸承的軸向固定。優選地，所述的中空諧波減速器包括波發生器、鋼輪、柔輪以及十字交叉滾子軸承；所述發生器通過中空輸出軸與大齒輪相連；所述柔輪與所述十字交叉滾子軸承的外圈、輸入端相連；所述鋼輪與所述的十字交叉滾子軸承的內圈、輸出端相連。優選地，還包括驅動控制板；所述驅動控制板電連接所述直流伺服電機、所述中空諧波減速器、所述中空編碼器。優選地，所述的驅動控制板接受所述的中空編碼器的反饋控制所述的直流伺服電機。與現有技術相比，本專利技術具有如下的有益效果：1、本專利技術中直流伺服電機輸出端連接有帶輪組、齒輪組、中空諧波減速器三級減速，在提高減速比的同時，增加了一體化機器人關節的輸出力矩。中空諧波減速器位于第三級減速，依據諧波減速特有的回差小、精度高等優勢，提高了一體化機器人關節的輸出精度；同時，三級減速減速比的優選及組合可以實現不同場所、不同領域的應用需求；2、本專利技術中中空編碼器與中空輸出軸直接相連，在實現運動位置反饋的同時，保證了意外斷電情況下對絕對位置信息的記錄，使得系統重新上電后無需重復定零位；3、本專利技術中中空編碼器、中空輸出軸確保了一體化機器人關節具有中空布線功能，其結構簡單可靠，避免一體化機器人關節組裝所產生的布線復雜問題；同時，驅動控制板具有EtherCAT總線功能，簡潔的線路及中空布線確保了一體化機器人關節之間的360度旋轉；4、本專利技術中輸入端、輸出端具有模塊化輸入、輸出接口，可以方便的和其他關節或機械臂相連，具有較強的可重構性，連接和拆卸方便快捷；同時，還具有方便制造加工，易于裝配和拆卸維護等特點；5、本專利技術中驅動控制板可布置在一體化機器人關節內部空閑空間內，巧妙地利用了內部空閑空間，使得整個關節結構緊湊，易于實現模塊化銜接，且拆裝方便；6、本專利技術由于三級減速比具有多重優選可能，且輸出端精度好、可靠性高，可用于工業領域或服務行業，滿足了一體化機器人關節的模塊化和標準化需求，利于大規模生產。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本專利技術的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：圖1為本專利技術的結構布置示意圖；圖中：101為輸出端；102為輸入端；2為直流伺服電機；3為電機軸端軸承；4為中空編碼器；501為小齒輪；502為大齒輪；6為中空諧波減速器；601為波發生器；602為柔輪；603為剛輪；604為十字交叉滾子軸承；7為中空輸出軸；8為中空輸出軸端軸承；9為帶輪軸軸承；10為大帶輪；1101、1102均為軸套。圖2為本專利技術中直流伺服電機與電機軸端軸承連接示意圖；圖中：2位直流伺服電機；3位電機軸端軸承。圖3為本專利技術中諧波減速器與中空輸出端連接示意圖；圖中：601為波發生器；602為柔輪；603為剛輪；604為十字交叉滾子軸承；8為中空輸出軸端軸承。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本專利技術，但不以任何形式限制本專利技術。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本專利技術構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本專利技術的保護范圍。在本實施例中，本專利技術提供的多功能大扭矩一體化機器人關節，包括直流伺服電機2、帶輪組、齒輪組、中空諧波減速器6、中空輸出軸7、中空編碼器4、中空輸出軸端軸承8、以及驅動控制板；其中，所述帶輪組包括大帶輪10和小帶輪；所述齒輪組包括小齒輪501和大齒輪502；所述直流伺服電機2驅動所述小帶輪；所述小帶輪驅動所述大帶輪10；所述大帶輪10通過帶輪軸連接所述小齒輪501，所述小齒輪501與所述大齒輪502嚙合；所述中空輸出軸7的一端連接所述大齒輪502和所述中空編碼器4，另一端連接所述中空諧波減速器6、所述中空輸出軸端軸承8的內圈；所述驅動控制板電連接所述直流伺服電機2、所述中空諧波減速器6、所述中空編碼器4。本專利技術提供的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多功能大扭矩一體化機器人關節，其特征在于，包括直流伺服電機(2)、帶輪組、齒輪組、中空諧波減速器(6)、中空輸出軸(7)、中空編碼器(4)以及中空輸出軸端軸承(8)；其中，所述帶輪組包括大帶輪(10)和小帶輪；所述齒輪組包括小齒輪(501)和大齒輪(502)；所述直流伺服電機(2)驅動所述小帶輪；所述小帶輪驅動所述大帶輪(10)；所述大帶輪(10)通過帶輪軸連接所述小齒輪(501)，所述小齒輪(501)與所述大齒輪(502)嚙合；所述中空輸出軸(7)的一端連接所述大齒輪(502)和所述中空編碼器(4)，另一端連接所述中空諧波減速器(6)、所述中空輸出軸端軸承(8)的內圈。

【技術特征摘要】
1.一種多功能大扭矩一體化機器人關節，其特征在于，包括直流伺服電機(2)、帶輪組、齒輪組、中空諧波減速器(6)、中空輸出軸(7)、中空編碼器(4)以及中空輸出軸端軸承(8)；其中，所述帶輪組包括大帶輪(10)和小帶輪；所述齒輪組包括小齒輪(501)和大齒輪(502)；所述直流伺服電機(2)驅動所述小帶輪；所述小帶輪驅動所述大帶輪(10)；所述大帶輪(10)通過帶輪軸連接所述小齒輪(501)，所述小齒輪(501)與所述大齒輪(502)嚙合；所述中空輸出軸(7)的一端連接所述大齒輪(502)和所述中空編碼器(4)，另一端連接所述中空諧波減速器(6)、所述中空輸出軸端軸承(8)的內圈。2.根據權利要求1所述的多功能大扭矩一體化機器人關節，其特征在于，還包括電機軸端軸承(3)；所述的直流伺服電機(2)的軸連接電機軸端軸承(3)的內圈。3.根據權利要求1所述的多功能大扭矩一體化機器人關節，其特征在于，還...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曹其新，宿鵬飛，王鵬飛，范成杰，鳳玉明，呂石磊，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：上海;31