一种紧凑型一体式双关节模组

摘要

本发明涉及了一种用于机械臂的双关节模组，该紧凑型一体式双关节模组集摆动关节和旋转关节于一体。本发明为使双关节模组结构紧凑，在关节外壳设计时就将关节的摆臂和旋转臂考虑进去，具体体现在摆动关节的静块壳体结构上延申出肋和装配环通过螺钉与旋转关节的动块壳体固接，实现双关节模组外壳的一体式设计，且每个关节内部都安装有谐波减速器、无刷直流电机、电磁制动器等传动元器件。本发明所述的一体式双关节模组不仅能够实现旋转和摆动两个方向的运动输出且关节模组内部高度集成力矩传感器、光电编码器、温度传感器等灵敏元器件，可对关节位置、转动角度等进行实时反馈，具有结构紧凑、精度高、易装配、重量轻等特点。

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种用于机械臂的紧凑型一体式双关节模组。

背景技术

机械臂，是模仿人的手臂而设计的机构，属于串联式机器人机构。通过于机械臂腕部装不同的执行构件，可以是手爪、钻头、焊枪等等一系列不同工作目的的执行构件，然后通过机械臂大臂与小臂甚至腕部的运动副去实现我们执行构件的目的位置和姿态。

为了满足机械臂多品种、小批量、柔性化的生产需求，人们将模块化思想引入机械臂设计中。但传统机械臂一般由多个模块化单关节组成，缺少手臂肩关节、肘关节、腕关节等的灵活性，存在一定的操作误差而且不能很好地解决机械臂批量小与设计制造周期长、成本高之间的矛盾。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种紧凑型一体式双关节模组。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的:

一种紧凑型一体式双关节模组设计，集摆动关节和旋转关节于一体，且每个关节都由动块和静块两部分组成，动块用于关节旋转输出，静块用于安装关节角度测量。本发明为使双关节模组结构紧凑，在关节外壳设计时就将关节的摆臂和旋转臂考虑进去，以实现双关节模组外壳的一体式设计。

进一步地摆动关节的静块延申出肋和装配环通过8个螺钉的连接与旋转关节的动块固连。摆动关节动块的顶部装配有连接肋和装配环，旋转关节静块的底部装配有装配环。

进一步地，摆动关节与旋转关节内部的结构设计与元器件布局完全相同。

进一步地，关节动、静块壳体通过螺钉与关节端盖固接，摆动关节和旋转关节都有中空的关节长主轴连接着关节动块和静块。

进一步地，关节动块端盖中固定安装有力矩传感器，所述关节动块壳体内部安装有谐波减速器、电机套端盖、电机、电机套等

进一步地，关节静块壳体内部安装有编码器、驱动控制器等，所述关节静块端盖中固定安装有电磁制动器。

进一步地，谐波减速器包括谐波减速器柔轮、谐波减速器刚轮和谐波减速器波发生器，谐波减速器柔轮的一侧与力矩传感器连接，谐波减速器刚轮与电机套端盖连接。

进一步地，无刷电机包括电机轴套、无刷电机转子、无刷电机定子，电机轴套安装在关节主轴的一端，无刷电机转子安装在电机轴套上。

进一步地，驱动控制器包括驱动控制器驱动板、驱动控制器功率板，安装在关节静块壳体内部。

进一步地，电磁制动器为空心结构，串联在关节主轴上，电磁制动器底部通过螺钉固定在静块端盖上，通过键与主轴配合连接，轴向通过轴肩和弹性挡圈跟主轴固定。

本发明的有益效果：

双关节模组集摆动关节与旋转关节于一体，具有摆动和旋转两个方向的输出自由度，且摆动关节与旋转关节通过装配环紧密连接，内部传动系统之间垂直分布，能够灵活实现机械臂的抓取操作。

双关节模组内部高度集成电机、减速器、绝对编码器、增量编码器、力矩传感器、制动器等元器件，提高关节的智能程度，重复定位精度、负载自重比等。

附图说明

图1为本发明一体化双关节模组的前视三维图；

图2为本发明一体化双关节模组的左视三维图；

图3为本发明一体化双关节模组的前视轴向剖面视图。

图中：1、摆动关节动外壳：2、深沟球轴承1：3、电机套：4、深沟球轴承2：5、电机套端盖：6-1、谐波减速器钢轮：6-2、谐波减速器柔轮：6-3、谐波减速器波发生器：7、力矩传感器：8、摆动关节动块端盖：9、摆动关节主轴：10、角接触轴承1：11-1、电机定子：11-2、电机转子：12、电机套筒：13、旋转关节静块端盖：14、旋转关节静外壳：15、旋转关节动外壳：16、摆动关节静外壳：17、角接触球轴承2：18、光电编码器：19-1、驱动控制器驱动板：19-2、驱动控制器功率板：20、电磁制动器：21、摆动关节静块端盖。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。

实施例如图1-3所示，本实施例的一种紧凑型一体化双关节模组，包括包括摆动关节和旋转关节。且摆动关节的静块16延申出肋和装配环通过螺钉与旋转关节的动块壳体15固连。摆动关节动块壳体1的顶部装配有连接肋和装配环，旋转关节的静块壳体14的底部装配有装配环。旋转关节动块壳体15可绕关节主轴9旋转运动，并将旋转运动通过连接肋和装配环传递给摆动关节的静块壳体16，而摆动关节的静块壳体16又将运动通过关节主轴9传递给摆动关节的动块壳体1。摆动关节既具有自身的摆转运动，又有旋转关节传递来的旋转运动，可实现两个方向的输出自由度。

摆动关节与旋转关节的动块壳体和静块壳体都通过螺栓与关节端盖固接，且关节内部都有中空的关节长主轴贯穿着关节动块和静块。

所述的摆动关节与旋转关节内部的结构设计与元器件布局完全相同。

本实施例的一种一体化双关节模组，其内部结构特征在于关节长主轴9依次贯穿力矩传感器7、减速器6、电机11、编码器18和制动器20。提高了关节的整体刚性，减少关节主轴9转动时因输入轴过长造成的编码器18晃动，谐波减速器6配合无刷电机使转动更加稳定,提高了编码器18反馈位置的准确性。提高轴系整体的刚度，确保各部位之间保持高同轴度。

关节静块壳体16中安装有制动器20、光电编码器18以及控制、驱动电路板19等，关节动块壳体1中安装有电机11、谐波减速器6、力矩传感器7与角接触轴承10等。

所述无刷电机包括电机轴套20、无刷电机转子22、无刷电机定子23，电机轴套20安装在关节轴19的一端，无刷电机转子22安装在电机轴套20上。

所述谐波减速器3包括谐波减速器柔轮3一1,谐波减速器刚轮3一2和谐波减速器波发生器3-3,谐波减速器柔轮3-1的一侧与关节壳体一2连接，另一侧与柔轮连接法兰4连接，谐波减速器刚轮3-2与刚轮连接法兰25连接。所述驱动控制器9安装在关节1静块壳体一2内部，关节壳体一2外壁连接有关节盖一12,关节壳体三24外壁连接有关节盖二170

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。