[實用新型]中空式智能模塊化關(guān)節(jié)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320547818.6
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN203471790U
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓建達;趙憶文;趙新剛;孫維;陳晨;于海斌
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)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(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種中空式智能模塊化關(guān)節(jié)。

背景技術(shù)

近些年來，隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)療服務(wù)、航空航天、工業(yè)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(guān)節(jié)。在目前，大多的機器人關(guān)節(jié)設(shè)計是與機器人設(shè)計同時進行的，使得設(shè)計流程較復(fù)雜，設(shè)計周期較長；關(guān)節(jié)之間的走線十分復(fù)雜，繞線問題較難解決；關(guān)節(jié)輸出一定轉(zhuǎn)矩時，體積與重量大，無法滿足輕量化的發(fā)展要求；關(guān)節(jié)的集中程度較低，感知能力較差；關(guān)節(jié)本身裝配復(fù)雜，不容易實現(xiàn)關(guān)節(jié)的模塊化替換。上述問題直接影響了關(guān)節(jié)模塊的性能，阻礙的關(guān)節(jié)技術(shù)的發(fā)展。

實用新型內(nèi)容

針對上述問題，本實用新型的目的在于提供一種中空式智能模塊化關(guān)節(jié)。該中空式智能模塊化關(guān)節(jié)解決走線困難、質(zhì)量與體積大、感知能力差、關(guān)節(jié)模塊化程度差等問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案：

一種中空式智能模塊化關(guān)節(jié)，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(shè)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(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)動連接。

所述絕對編碼器的轉(zhuǎn)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(cè)設(shè)有末端軸承，所述末端軸承的外側(cè)設(shè)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(shè)有多個凹槽，所述彈簧卡圈內(nèi)壁上沿圓周方向設(shè)有多個凸起，所述彈簧卡圈套設(shè)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(yīng)的多個凹槽內(nèi)。

所述絕對編碼器安裝架和末端軸承壓緊端蓋上設(shè)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(jīng)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(zhuǎn)動連接、并位于電機后端蓋內(nèi)側(cè)的一端上設(shè)有抱閘用小齒輪，所述抱閘用小齒輪與設(shè)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(shè)有的大齒輪嚙合，所述制動器和增量式編碼器外側(cè)設(shè)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(fā)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(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的應(yīng)變梁和八個應(yīng)變片，所述八個應(yīng)變片分別貼在每個應(yīng)變梁的兩側(cè)，所述保護梁采用切微縫設(shè)計，實現(xiàn)過載而出現(xiàn)過大變形的保護。

所述電機后端蓋上設(shè)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(jīng)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(jīng)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。

本實用新型的優(yōu)點及有益效果是：

1.本實用新型是一種輕質(zhì)、大轉(zhuǎn)矩、集成多種傳感器的機電一體化關(guān)節(jié)，以更小的體積實現(xiàn)更完備的功能。

2.本實用新型采用了力矩由電機經(jīng)諧波減速器輸出，保證在低速時能夠輸出較大且平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩。

3.本實用新型輸出端安裝絕對位置編碼器和一維力矩傳感器，實現(xiàn)對關(guān)節(jié)力位信息的檢測。

4.本實用新型采用增量式編碼器，實現(xiàn)對電機的速度的測量與控制。

5.本實用新型采用制動與保持兩用制動器，可以實現(xiàn)掉電電機抱死，能夠在電機失控狀態(tài)下進行剎車制動，保證關(guān)節(jié)安全可靠運轉(zhuǎn)。

6.本實用新型具備機械限位與電氣限位，保證關(guān)節(jié)的運動范圍。

7.本實用新型按照模塊化設(shè)計，應(yīng)用于機器人關(guān)節(jié)，且各組成部分均具有可替換性，方便進行改造。