[發明專利]一種中空式智能模塊化關節

有效

• 申請號: 201310397792.6
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN104416579A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 韓建達;趙憶文;趙新剛;孫維;陳晨;于海斌
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 何麗英

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，具體地說是一種中空式智能模塊化關節。

背景技術

近些年來，隨著機器人技術的發展，醫療服務、航空航天、工業等對機器人的要求越來越高，而決定機器人性能的核心部件就是關節。在目前，大多的機器人關節設計是與機器人設計同時進行的，使得設計流程較復雜，設計周期較長；關節之間的走線十分復雜，繞線問題較難解決；關節輸出一定轉矩時，體積與重量大，無法滿足輕量化的發展要求；關節的集中程度較低，感知能力較差；關節本身裝配復雜，不容易實現關節的模塊化替換。上述問題直接影響了關節模塊的性能，阻礙的關節技術的發展。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種中空式智能模塊化關節。該中空式智能模塊化關節解決走線困難、質量與體積大、感知能力差、關節模塊化程度差等問題。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種中空式智能模塊化關節，包括電機、制動器、增量式編碼器、諧波減速器、絕對編碼器、力矩傳感器、中空走線管及末端輸出軸，其中制動器和增量式編碼器設置于所述電機的電機后端蓋上并分別通過傳動裝置與電機輸出軸的后端傳動連接，所述電機輸出軸的前端與諧波減速器連接，所述諧波減速器與末端輸出軸的一端連接，所述末端輸出軸的另一端與力矩傳感器連接，所述絕對編碼器安裝于末端輸出軸上；所述電機輸出軸和末端輸出軸均為中空結構，所述中空走線管依次穿過末端輸出軸、諧波減速器及電機輸出軸，中空走線管的一端與電機后端蓋連接，另一端與末端輸出軸轉動連接。

所述絕對編碼器的轉軸安裝在末端輸出軸上，絕對編碼器的外殼通過絕對編碼器安裝架與所述諧波減速器的柔輪連接。所述絕對編碼器安裝架的外側設有末端軸承，所述末端軸承的外側設有與所述力矩傳感器連接的末端軸承支撐架，所述末端軸承的兩端分別通過末端軸承壓緊端蓋和彈簧卡圈軸向限位。

所述絕對編碼器安裝架上沿圓周方向設有多個凹槽，所述彈簧卡圈內壁上沿圓周方向設有多個凸起，所述彈簧卡圈套設于絕對編碼器安裝架上、并多個凸起卡接于絕對編碼器安裝架上相對應的多個凹槽內。

所述絕對編碼器安裝架和末端軸承壓緊端蓋上設有機械限位與電氣限位，所述電氣限位包括霍爾傳感器和磁鐵，所述磁鐵安裝在末端軸承壓緊端蓋上，所述霍爾傳感器安裝在絕對編碼器安裝架上，所述霍爾傳感器的引出線，經過絕對編碼器安裝架、電機外殼上的走線孔及電機后端蓋上走線孔，再與安裝在所述電機后端蓋上的電路板連接。

所述制動器的制動軸與電機后端蓋轉動連接、并位于電機后端蓋內側的一端上設有抱閘用小齒輪，所述抱閘用小齒輪與設置在電機輸出軸后端上的大齒輪嚙合傳動，所述制動器外殼與電機后端蓋固接。

所述增量式編碼器通過增量式編碼器用小齒輪與電機輸出軸后端設有的大齒輪嚙合，所述制動器和增量式編碼器外側設有籠形保護罩，所述中空走線管與籠形保護罩連接。

所述諧波減速器的諧波發生器安裝在電機輸出軸上，所述諧波減速器的剛輪與末端輸出軸連接，所述諧波減速器的交叉滾子軸承外殼安裝在電機外殼上。

所述力矩傳感器包括一個保護梁、四個承受并傳遞關節轉矩的應變梁和八個應變片，所述八個應變片分別貼在每個應變梁的兩側，所述保護梁采用切微縫設計，實現過載而出現過大變形的保護。

所述電機后端蓋上設有電路板，所述力矩傳感器的引出線，由中空走線管穿出、并與所述電路板連接；所述絕對編碼器的引出線經過絕對編碼器安裝架、電機外殼及電機后端蓋上的走線孔與所述電路板連接；所述電機的引出線經由電機后端蓋的走線孔與所述電路板連接；所述增量式編碼器和制動器的引出線直接與所述電路板連接。

本發明的優點及有益效果是：

1.本發明是一種輕質、大轉矩、集成多種傳感器的機電一體化關節，以更小的體積實現更完備的功能。

2.本發明采用了力矩由電機經諧波減速器輸出，保證在低速時能夠輸出較大且平穩的轉矩。

3.本發明輸出端安裝絕對位置編碼器和一維力矩傳感器，實現對關節力位信息的檢測。

4.本發明采用增量式編碼器，實現對電機的速度的測量與控制。

5.本發明采用制動與保持兩用制動器，可以實現掉電電機抱死，能夠在電機失控狀態下進行剎車制動，保證關節安全可靠運轉。

6.本發明具備機械限位與電氣限位，保證關節的運動范圍。

7.本發明按照模塊化設計，應用于機器人關節，且各組成部分均具有可替換性，方便進行改造。