[實用新型]一種精細機械模塊化關節結構

有效

• 申請號: 201920078083.4
• 申請日: 2019-01-17
• 公開（公告）號: CN209774695U
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 曹家磊
• 申請（專利權）人: 邁赫機器人自動化股份有限公司
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00
• 代理公司: 37255 濰坊正信致遠知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉新子

本實用新型公開了一種精細機械模塊化關節結構，包括諧波減速器、力矩電機、編碼器、動力系統、空腔管，諧波減速器安裝在關節結構的一側，在諧波減速器的內側安裝有底座，在底座內部設置有電機安裝腔，力矩電機安裝在底座的電機安裝腔內部，在底座與編碼器之間設置有軸端蓋，諧波發生器由剛性齒輪、柔性齒輪、波發生器組成，波發生器內部為中空結構，空腔管設置在波發生器的中空結構位置，在空腔管內部設置有電源線和信號線，特殊設計諧波減速器波發生軸使得編碼器、電機轉子、制動器銜鐵可以直接安裝到傳動系統內，力矩電機采用無框結構，使得關節模塊結構極致緊致、精簡，關節傳動精度大大提高，關節功率密度大大提高。

技術領域

本實用新型涉及機械臂部件，尤其是一種適用于精細操作的模塊化機械臂關節。

背景技術

模塊化的設計方法在現代機器人的設計和研發過程中被廣泛的應用，特別是在一些蛇形機器人，履帶式移動機器人和一些自重構機器人中。國外在控制系統模塊和機械系統模塊的研發技術都已經比較成熟了，但仍然存在以下問題：1）模塊種類單一，需額外的連桿模塊。此外高端模塊的技術對中國進行封鎖。2）價格極其昂貴。因此，設計和開發合適的關節模塊仍然開發機器人中的一個技術重點。

模塊化關節設計的難點在于保證關節的精度的同時結構尺寸盡可能緊湊，關節的精度直接影響整體機器人的末端負載的精度，影響工作質量；而結構尺寸則直接關系到機器人關節質量、結構，甚至影響整體方案；電氣設計的難點是如何降低干擾的影響。

結構設計的難點在于要求結構緊湊、尺寸小、重量輕，絕不僅僅是幾個零部件的堆砌。為保證結構設計的緊湊，選用的電機為無框力矩電機，外殼為航空鋁7075，諧波減速器進行定制（力矩電機的電機軸和諧波減速器的輸入軸做成一體）以及其他零部件的選型充分考慮小而精的特點。

電氣設計的難點是如何降低干擾的影響。為了消除電機電力線的干擾，把電機動力線遠離模擬弱電路,直流電源加LC濾波。高頻通訊線纜用屏蔽線纜，屏蔽線纜的屏蔽層單端接地。采取設計多層印制板的方案，并且把模擬弱電路周圍鋪地。制動器是感性負載，為了消除感性負載開合瞬間產生的電壓沖擊，增加瞬態吸收電路。

實用新型內容

為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種精細機械模塊化關節結構，使得系統由若干類型相同或者類型不同的模塊連接而成。模塊彼此之間是完全獨立的，并且拆卸非常方便，使得機器人擁有較高的容錯率，便于維護。

一種精細機械模塊化關節結構，包括：諧波減速器、力矩電機、編碼器、動力系統、空腔管；其中，諧波減速器安裝在關節結構的一側，在諧波減速器的內側安裝有底座，在底座內部設置有電機安裝腔，力矩電機安裝在底座的電機安裝腔內部；在底座與編碼器之間設置有軸端蓋，諧波發生器由剛性齒輪、柔性齒輪、波發生器組成，波發生器內部為中空結構，空腔管設置在波發生器的中空結構位置，在空腔管內部設置有電源線和信號線。

進一步的，動力系統包括制動器、驅動器和驅動板，制動器外側設置有制動器支架。

在模塊化關節的精度時，通常是考慮在電機端加編碼器同時在輸出端（諧波減速器輸出端）加編碼器或者力矩傳感器。本模塊關節設計時在電機端加多圈絕對編碼器，編碼器精度±90″（±0.025度），諧波減速器的傳動比是160，故電機端誤差傳遞到諧波減速器端的誤差為 0.000156度；考慮諧波減速器的精度，諧波減速器的角度傳達精度1.5×10-4rad(0.008度),綜合精度為0.008度。此精度等級滿足國際先進水平，同時減少諧波減速器端的編碼器/力矩傳感器，降低結構復雜性，確保結構緊湊。

本實用新型提供了一種精細機械模塊化關節結構，驅動器和驅動板集合在關節結構件上，每個模塊化關節之間，僅需一組電源線、一條通訊線連接，并且采用關節內部走線，外形簡潔美觀，安全性和可靠性高。特殊設計諧波減速器波發生軸使得編碼器、電機轉子、制動器銜鐵可以直接安裝到傳動系統內，力矩電機采用無框結構，使得關節模塊結構極致緊致、精簡，關節傳動精度大大提高，關節功率密度大大提高。