[發明專利]一種機器人一體式關節旋轉執行器

在審

• 申請號: 201910566920.2
• 申請日: 2019-06-27
• 公開（公告）號: CN110434894A
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 劉雪楠;覃立萬;羅智遜;李勛樹
• 申請（專利權）人: 北京康力優藍機器人科技有限公司
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02
• 代理公司: 北京君泊知識產權代理有限公司 11496
• 代理人: 王程遠

本發明屬于機器人和人工智能領域，特別是涉及一種機器人一體式關節旋轉執行器，包括輸出法蘭、行星減速器、外轉子無刷電機、角度傳感器、驅動器、防護蓋和執行器外殼，其中輸出法蘭固定在行星減速器輸出端，行星減速器輸入端與外轉子無刷電機輸出端相連，行星減速器和外轉子無刷電機外側均固定于執行器外殼上，角度傳感器和驅動器安裝在外轉子無刷電機尾部，防護蓋設置在驅動器外側，驅動器控制外轉子無刷電機轉動，并通過行星減速器減速，帶動輸出法蘭轉動，同時角度傳感器將檢測到的角度位置信號反饋給驅動器，使其對輸出法蘭的運動進行精確控制。該關節執行器能夠實現集中裝配，一致性高、良率高、模塊化、重量輕，可以單獨進行測試。

技術領域

本發明屬于機器人和人工智能領域，特別是涉及一種機器人一體式關節旋轉執行器。

背景技術

機器人經過的幾十年的發展，不斷有新的技術應用于其中，人們對于機器人各方面性能的要求也在不斷的提高，其中包括機器人的雙足或雙臂的靈活性要求，高負載、高精度、輕量化的關節執行器將是未來機器人關節的發展趨勢。關節執行器中重量占比最大的是減速機，目前機器人領域常用的減速機有RV減速機、諧波減速機及行星減速機等，其中RV減速機剛性高、壽命長，可承受一定沖擊，但是同負載的情況下，其徑向寬度和重量也是最大的，一般用在工業機器人領域較多；諧波減速機徑向寬度和重量次之，雖然精度高，但是柔輪壽命有限，剛度小，受到沖擊時柔輪容易損壞，一般用在工業協作機器人領域和工業機械臂末端減速機上較多；行星減速機徑向寬度、重量最小，由于其齒輪的嚙合方式決定了行星減速機達不到前面兩種的高精度，所以一般也很少用在有較高精度要求的工業機器人領域，但是其制造工藝相對RV和諧波減速機簡單，成本低，通過齒輪優化也能做到不錯的精度，并且同一結構下容易實現多種減速比輸出，在服務機器人多關節的場合上應用有較大的優勢。還有一種常見的舵機，雖然能夠實現一體化，但是舵機一般負載小、精度低，一般只適合用在不需要末端負載能力的小型機器人上。

現有技術范圍內，傳統的機器人關節設計大多基于外觀結構進行特制設計，其減速器及電機、角度傳感器、驅動器并不組合在一起，即沒有形成一體式，采用的是分離設計，分散固定在關節附近結構上。該類型的關節存在以下弊端：

1）生產線分散裝配難以保證精度，非常考驗生產線裝配工人的裝配技術能力，良率參差不齊。

2）單個關節測試麻煩，需要裝配到整機結構上才能測試。

2）減速器和電機電源線、信號控制線與編碼器線相互糾纏，線路雜亂，太多線材外露在結構件上，容易磨損。

3）為了具備末端負載能力，所選用的減速器體積過大，導致整個關節機械結構臃腫，占用空間較大。

4）傳統的行星減速器配內轉子電機方式，雖然徑向尺寸小，但是軸向尺寸較大，減速器負載能力和電機輸出功率都偏小，輸出端無法直接接負載，一般還需要在外部增加傳動機構。

發明內容

本發明的目的在于提供一種機器人一體式關節旋轉執行器，包含減速器、電機、角度傳感器和驅動器等核心元件，通過結構設計把這幾個元件組合在一起，形成一個整體，實現模塊化設計。

為達到上述目的，本發明是通過下述技術方案實現的：

一種機器人一體式關節旋轉執行器，包括輸出法蘭、行星減速器、外轉子無刷電機、角度傳感器、驅動器、防護蓋和執行器外殼，其中輸出法蘭固定在行星減速器輸出端，行星減速器輸入端與外轉子無刷電機輸出端相連，行星減速器和外轉子無刷電機外側均固定于執行器外殼上，角度傳感器和驅動器安裝在外轉子無刷電機尾部，防護蓋設置在驅動器外側，驅動器控制外轉子無刷電機轉動，并通過行星減速器減速，帶動輸出法蘭轉動，同時角度傳感器將檢測到的角度位置信號反饋給驅動器，使其對輸出法蘭的運動進行精確控制。