[發明專利]一種帶位置和速度反饋的水下電動關節結構

在審

• 申請號: 201810107613.3
• 申請日: 2018-02-02
• 公開（公告）號: CN110125973A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 張奇峰;何旭歡;張運修
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;B63C11/52
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 白振宇

本發明涉及一種帶位置和速度反饋的水下電動關節結構，包括輸出軸、密封殼體及分別容置于密封殼體內的單圈絕對式編碼器、諧波減速機、無框力矩電機、電機軸、多圈絕對式編碼器和驅動器，輸出軸密封轉動連接于密封殼體的一端，輸出軸上設有得到輸出軸任意時刻位置的單圈絕對式編碼器；電機軸轉動安裝于密封殼體內，一端通過諧波減速機與輸出軸位于密封殼體內的一端連接，電機軸的另一端連接有可反饋電機軸精準速度信息的多圈絕對式編碼器；電機軸上設有帶動電機軸旋轉的無框力矩電機，無框力矩電機、單圈絕對式編碼器及多圈絕對式編碼器分別與安裝于密封殼體內部的驅動器電連接。本發明具有檢測傳動精度高、性能可靠、結構緊湊、功能齊全等優點。

技術領域

本發明屬于水下機器人工程領域，具體地說是一種帶位置和速度反饋的水下電動關節結構，可應用于水下機器人關節驅動。

背景技術

水下機械手是海洋開發或水下作業的主要工具，面向未來作業型AUV(無纜水下機器人)/ARV(深海潛水器)及中小型作業型ROV(遙控水下機器人)的應用需求，水下機械手要求具有輕型化、低功耗等特點。電機驅動具有體積重量小、功耗低、控制精度高，通過壓力補償器可實現全海深作業等優點，因此電機驅動的水下機械手具有廣闊的應用前景。

目前，水下電動機械手關節常采用有框電機加齒輪箱進行驅動，這種方式存在負載能力低，體積重量大，結構單一的問題；同時，輸出端電位計傳感器測量精度較低，用霍爾傳感器控制電機低速運轉時存在抖動的問題。要研制出體積重量輕、檢測傳動精度高、結構緊湊、性能穩定的輕量化水下電動機械手關節成為亟待解決的問題。

發明內容

為了滿足水下電動機械手關節的使用要求，本發明的目的在于提供一種帶位置和速度反饋的水下電動關節結構。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明包括輸出軸、密封殼體及分別容置于該密封殼體內的單圈絕對式編碼器、諧波減速機、無框力矩電機、電機軸、多圈絕對式編碼器和驅動器，其中輸出軸密封轉動連接于密封殼體的一端，該輸出軸的兩端分別位于所述密封殼體的內部和外部，所述輸出軸上設有得到輸出軸任意時刻位置的單圈絕對式編碼器；所述電機軸轉動安裝于密封殼體內，一端通過所述諧波減速機與輸出軸位于密封殼體內的一端連接，所述電機軸的另一端連接有反饋電機軸速度信息的多圈絕對式編碼器；所述電機軸上設有帶動電機軸旋轉的無框力矩電機，該無框力矩電機、單圈絕對式編碼器及多圈絕對式編碼器分別與安裝于密封殼體內部的驅動器電連接；

其中：所述密封殼體內部安裝有對電機軸實現制動的制動器，該制動器外罩有降低制動器對多圈絕對式編碼器磁場干擾的防磁罩；所述制動器與驅動器電連接；

所述單圈絕對式編碼器包括單圈絕對式編碼器定子及單圈絕對式編碼器轉子，該單圈絕對式編碼器定子套在所述輸出軸上，并安裝于所述密封殼體內壁上，所述單圈絕對式編碼器轉子位于單圈絕對式編碼器定子的一側、且套在所述輸出軸上，并與該輸出軸連動，所述單圈絕對式編碼器定子與單圈絕對式編碼器轉子之間留有預設距離；所述單圈絕對式編碼器轉子通過輸出軸帶動旋轉，單圈絕對式編碼器定子對單圈絕對式編碼器轉子發送的載波信號進行計數，進而得到所述輸出軸任意時刻位置；

所述多圈絕對式編碼器包括磁感應元件及位于該磁感應元件內部的磁體，所述磁感應元件與驅動器電連接，所述磁體與電機軸的另一端螺紋連接；

所述諧波減速機包括柔輪、鋼輪及波發生器，該鋼輪為內齒圈結構、安裝在所述密封殼體的內壁上，所述波發生器連接于電機軸的一端、位于電機軸與鋼輪之間，所述柔輪的一端安裝在輸出軸位于密封殼體內的一端，該柔輪的另一端位于所述波發生器與鋼輪之間，且另一端的外表面上設有齒；所述波發生器隨電機軸旋轉，在旋轉過程中使所述柔輪設有齒的另一端發生彈性變形，進而與所述鋼輪相嚙合，帶動所述輸出軸減速輸出；