[發明專利]一種電機驅動兩自由度機器人關節總成

有效

• 申請號: 202010186138.0
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111409731B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 榮學文;謝愛珍;雒瑞民;陳騰;張國騰;路廣林;劉其兵;李彬
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032;H02K7/116
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 王海燕

本發明公開一種電機驅動兩自由度機器人關節總成，包括第一電機總成、減速機構總成和第二電機總成；減速機構總成的內齒圈與第二電機總成的第二電機殼體剛性連接，減速機構總成通過交叉滾子軸承連接到第一電機總成的第一電機殼體上，且減速機構總成可相對第一電機殼體轉動；減速機構總成包括兩套行星減速輪系，兩套行星減速輪系分別用于實現髖關節和膝關節電機輸出扭矩的放大。本發明中的電機驅動兩自由度機器人關節總成，兩組行星減速輪系共用一件內齒輪圈，且均采用一級減速，顯著簡化了結構復雜度，使機器人關節具有較好的逆驅性，結構簡單緊湊等優點，除用于電機驅動四足機器人外，還可用于其他電機驅動腿足機器人。

技術領域

本發明涉及電機驅動機器人關節技術領域，特別是涉及一種電機驅動兩自由度機器人關節總成。

背景技術

與輪和履帶移動方式相比，腿足移動方式具有適應復雜地形、靈活運動和越障能力強等方面的顯著優勢，是野外非結構環境工作的理想移動方式。國內外研究機構已研制出多種電機驅動四足機器人，如美國的SPOT、Cheetah和中國Laikago、赤兔等。為提高腿足式機器人的靈活性和能量效率，應盡可能將腿部質量分布在靠近軀干處，以減小腿部慣量。為此，通常將四足機器人膝關節處的驅動電機布置在髖關節處，與髖關節驅動電機集成在一起，形成一種兩自由度關節總成。

中國專利文獻CN106904226A發明了一種電驅動四足機器人的腿部動力系統結構，膝關節和髖關節驅動電機同軸布置，采用模塊化設計，結構相對獨立。中國專利文獻CN109941369A發明了一種兩組電機并聯布置、定子相對固定的兩自由度關節總成，使膝關節電機引出線不在隨髖關節的運動而往復擺動。以上兩種發明都有效減小了四足機器人腿部的轉動慣量，但結構較為復雜。

發明內容

本發明的目的是提供一種電機驅動兩自由度機器人關節總成，以解決上述現有技術存在的問題，該關節總成具有結構更加簡單、動態性與逆驅性好、抗外部沖擊能力強的特點。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種電機驅動兩自由度機器人關節總成，包括第一電機總成、減速機構總成和第二電機總成；所述減速機構總成的內齒圈與所述第二電機總成的第二電機殼體剛性連接，所述減速機構總成通過交叉滾子軸承連接到所述第一電機總成的第一電機殼體上，且所述減速機構總成可相對所述第一電機殼體轉動；所述減速機構總成包括兩套行星減速輪系，兩套行星減速輪系分別用于實現髖關節和膝關節電機輸出扭矩的放大。

優選的，所述第一電機總成包括第一電機殼體、電機定子、電機轉子和第一電機轉軸；所述電機定子安裝在所述第一電機殼體內，所述電機轉子固定上所述第一電機轉軸上，所述第一電機轉軸通過軸承固定在所述第一電機殼體和端蓋上。

優選的，所述第一電機總成還包括第一電機編碼器磁環和第一電機編碼器讀數頭，所述第一電機編碼器磁環通過強力膠固定在所述第一電機轉軸端部；所述第一電機編碼器讀數頭固定在第一電機端蓋上并與所述第一電機編碼器磁環同軸設置。

優選的，所述第一電機總成還包括第一電機葉輪和第一電機葉輪蓋，所述第一電機葉輪通過葉輪驅動軸固定在所述第一電機轉軸和葉輪罩上，所述第一電機葉輪隨第一電機轉軸一起轉動。

優選的，所述減速機構總成包括內齒圈、連接套、行星架、行星輪和太陽輪；所述內齒圈與連接套配合連接在所述交叉滾子軸承的內圈上，并通過交叉滾子軸承固定在所述第一電機殼體上，所述內齒圈可相對所述第一電機殼體轉動；所述內齒圈內部有兩組行星減速輪系，其中第一組行星減速輪系的行星輪軸固定在所述第一電機殼體端面上，第二組行星輪系的行星架通過兩個軸承固定在所述第二電機殼體和第二電機轉軸上，第一組行星輪系的太陽輪與第一電機轉軸固連，第二組行星輪系的太陽輪與第二電機轉軸固連；驅動膝關節運動的拉桿通過軸承連接第二行星輪系的行星架上。