[發明專利]基于3K行星齒輪減速機機器人智能伺服關節及控制方法

在審

• 申請號: 202210515320.5
• 申請日: 2022-05-11
• 公開（公告）號: CN114877029A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 梁威;劉春寶;陳萬鍇;曹宇;汪強;胡江平;趙常屹;李路
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: F16H1/28
• 分類號: F16H1/28;F16H57/02;F16H57/021;F16H57/023;F16H57/08;B25J17/02
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 邵銘康;朱世林

基于3K行星齒輪減速機機器人智能伺服關節及控制方法屬機器人技術領域，本發明中輸出端蓋固接于減速機中輸出軸承座上面；側邊走線防護罩固接于輸出端蓋和減速機中殼體的后側面；電機中中心軸經軸承Ⅲ與減速機的輸出軸活動連接；電機尾蓋、智能伺服驅動器和后蓋體自上而下順序排列并固接；電機尾蓋經減速機的螺釘組ⅣJ固接于減速機中殼體的下面；本發明關節整體可根據外部載荷完成類彈簧阻尼的運動，實現柔性驅動；3K行星齒輪減速機與智能伺服驅動器集成，為設計機器人核心關節，提供了驅動扭矩大、齒輪背隙小、正/反向效率高的解決方案；本發明尺寸緊湊、傳動比、傳動效率、穩定性和控制精度高、抗沖擊能力強、操控方式簡單。

技術領域

本發明屬機器人技術領域，具體涉及基于3K行星齒輪減速機機器人智能伺服關節及控制方法。

背景技術

現有工業機器人、多足機器人的高動態性能都源自驅動扭矩大、動態響應快的關節驅動器。為了提升整體功率質量比，關節驅動器通常使用負載能力小但轉速高的電機，與高減速比的減速機進行組合，滿足機器人關節的大扭矩需求。目前，廣泛使用的高減速比減速機主要有三類：多級行星齒輪減速機、RV(擺線針輪)減速機和諧波減速機。多級行星齒輪減速機設計裝配方便，可根據扭矩需求設定齒輪級數，但是隨著減速比增加，減速機的傳動效率隨之降低，反向驅動摩擦力隨之增大；RV減速機具有優良的回轉精度和穩定性，但是其加工裝配精度要求高，價格昂貴；諧波減速機可以實現反轉無側隙嚙合，傳動效率高，噪音小，但是諧波減速機的柔輪無法承受大的沖擊載荷，易損壞。

為解決上述減速機的高傳動比、高傳動效率、高抗沖擊、低反向驅動摩擦力和低成本等實際需求的矛盾，本發明設計了一種基于3K行星齒輪減速機的智能伺服關節，具有加工簡單、結構緊湊、傳動比高、傳動效率較高、抗沖擊能力較強、可實現反向驅動的特點。此外，伺服關節驅動器直接包含在關節內部，關節整體的集成度高。驅動器同時具備通訊功能，電機驅動功能，安全保護功能。通訊功能基于標準的CAN通訊協議，傳遞信號為差分信號，具有抗干擾強，穩定性號，傳輸速度快的優點。電機驅動功能，是基于FOC(FieldOriented Control磁場定向控制),同時使用SVPWM(Space Vector Pulse WidthModulation,空間矢量脈寬調制)進行電源調制。安全保護功能，提供了高溫保護，過壓保護，傳感器自檢，錯誤聲光提示這一系列功能。該驅動控制模塊，結合3K行星齒輪減速機構的高效正/反向傳動，使該智能伺服關節整體具備能量轉換率高，轉矩脈沖小，抗沖擊能力強、穩定性高、控制精度高、操控方式簡單的特點。

發明內容

本發明的目的是為了滿足機器關節基本傳動的基礎上，實現機器關節的柔性驅動，設計了一種基于3K行星齒輪減速機的機器人智能伺服關節，同時集成了智能伺服驅動器，能夠擁有較大的傳動比，較高的傳動效率，較強的抗沖擊能力，較高的精度，較高的集成度。同時具有操作方式簡單，穩定性高，安全性高的優點。即使在電機使能鎖定的情況下也可手動移動機器關節，實現關節的柔性驅動效果。

本發明的基于3K行星齒輪減速機機器人智能伺服關節，由螺栓組ⅠA、減速機B、螺釘組ⅠC、電機D、輸出端蓋1、側邊走線防護罩2、電機尾蓋3、智能伺服驅動器4和后蓋體5組成，其中輸出端蓋1經螺栓組ⅠA固接于減速機B中輸出軸承座10上面；側邊走線防護罩2經螺釘組ⅠC固接于輸出端蓋1和減速機B中殼體15的后側面；電機D中中心軸26經軸承Ⅲ25與減速機B的輸出軸12活動連接；電機尾蓋3、智能伺服驅動器4和后蓋體5自上而下順序排列并固接；電機尾蓋3經減速機B的螺釘組ⅣJ固接于減速機B中殼體15的下面。