[發明專利]一種高集成度機電控一體化機器人關節模組

在審

• 申請號: 201811559194.3
• 申請日: 2018-12-19
• 公開（公告）號: CN109366480A
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 王永波;張靖;吳玉謙;胡俊章;謝發祥;嚴亮;張琦
• 申請（專利權）人: 浙江雙環傳動機械股份有限公司
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10;B25J13/00;B25J17/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了一種高集成度機電控一體化機器人關節模組，關節模組包括殼體、制動裝置、中空無框電機、諧波減速器，低壓直流驅動器及相應PCB電路板，還包括用于測量電機輸入轉速的增量式編碼器和測量諧波減速器輸出的絕對式編碼器；所述關節模組所有轉動部件均為同軸設置并設計為中空模式以便走線。本發明的優點之一是采用了帶應變片的諧波減速器，此設計可大大節約單獨采購力矩傳感器的成本，并且使得結構更緊湊，空間占比更少。由于直接利用了諧波減速器柔輪的柔性而減少了額外力矩傳感器的柔性單元，關節的總體剛性會更強。本發明的另一個優點是采用了固定諧波減速器的柔輪而剛輪作為輸出單元，此布置使得從柔輪采集力矩信號更穩定，更精確。

技術領域

本發明屬于機器人技術領域。具體來說是涉及一種中空走線的適用于協作機器人的模塊化關節模組。

背景技術

隨著機電一體化技術的發展、產業的升級換代和機器人產業發展的需要。近年來，面向中小企業和3C行業的協作機器人和輕型機械臂得到了迅速的發展。集機、電、控一體的機器人關節模組應運而生。但由于集成部件太多而關節空間有限，所以對如何減小關節體積、如何減少用戶的入門難度和增加關節的剛度和精度就提出了更高的要求。

現有的協作機器人關節模組由于成本和空間的考慮基本都沒安裝力矩傳感器，要實現力控主要是通過間接測量電機的電流來計算力矩的，如專利CN104552329A。這種間接測量的方式算法復雜，精度也不是很高。因此，亟待解決機器人關節模組的高集成度、高性能、低成本和互換性強的問題。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的是提供一種高集成度的機電控一體化機器人關節模組。

為了實現上述目的，本發明提供如下解決方案：

本發明首先公開了一種高集成度機電控一體化機器人關節模組，其包括殼體和設置在殼體內的諧波減速器、無框電機、輸入軸、輸出軸和制動裝置，諧波減速器包括剛輪、與剛輪嚙合的柔輪和使柔輪產生彈性形變的波發生器，輸入軸與波發生器相連；所述的無框電機的定子固定在殼體上，無框電機的轉子與輸入軸固連；輸入軸上設有增量式編碼器；所述柔輪與殼體固定并與交叉滾子軸承的外圈緊固；所述的剛輪與輸出軸固定并與交叉滾子軸承的內圈相連，所述的輸出軸上設有絕對值編碼器；所述的柔輪上貼有應變片；所述的制動裝置用于對輸入軸進行制動。

按照工作原理，編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉換成周期性的電信號，再把這個電信號轉變成計數脈沖，用脈沖的個數表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個位置對應一個確定的數字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關，而與測量的中間過程無關。

進一步的，所述的關節模組內的轉動部件均為同軸設置；如諧波減速器的波發生器、無框電機、輸入軸、輸出軸均為同軸設置；所述的輸入軸、輸出軸均為中空式結構，且中空的輸出軸套接于中空的輸入軸內部；輸出軸套一端與剛輪固連輸出動力，另一端上裝有絕對值編碼器以測量關節輸出；輸入軸的一端與諧波減速器的波發生器固連以輸入動力，另一端與增量式編碼器的碼盤固連以測量電機的轉動速度。

進一步的，所述的制動裝置包括剎車擋片和剎車彈簧機構；所述剎車擋片固定在輸入軸上，其邊緣沿周向設有多個向外發散的擋腳；所述的剎車彈簧機構固定在殼體上，在電機失電時剎車彈簧機構會伸出一剎車桿與剎車擋片接觸而鎖死使其不能自由轉動。

進一步的，所述的高集成度機電控一體化機器人關節模組還包括PCB電路板，PCB電路板為中空設計，中空設計可供中空的輸出軸或輸入軸穿過；PCB電路板通過螺栓固連在關節殼體上；所述PCB電路板包括控制電路、電機驅動器、加速度傳感單元和溫度傳感單元；所述控制電路和電機驅動器用于控制和驅動電機，所述加速度傳感器和溫度傳感器分別用于機器人關節模組的碰撞檢測和關節模組內的溫度監測。

進一步的，所述的柔輪為帽型柔輪；帽沿用螺栓固定連接在殼體上，在帽沿的底部貼應變片；當剛輪輸出扭矩時，利用扭矩引起的柔輪變形來測關節輸出扭矩。