CN108199527A - 无框组合式永磁同步直线电机直驱的机器人关节旋转装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的机器人关节旋转装置，所述机器人关节旋转装置包括前臂、旋转轴及后臂；所述前臂端部设有安装孔；所述旋转轴通过轴承安装于所述安装孔中；所述后臂与所述旋转轴连接，通过所述旋转轴绕前臂旋转，其特征在于：所述旋转轴由组合式永磁同步直线电机直接驱动。本发明提供无框组合式永磁同步直线电机直驱的机器人关节旋转装置，所述机器人关节旋转装置结构简单，安装体积小、控制精度高。

Description

无框组合式永磁同步直线电机直驱的机器人关节旋转装置
技术领域
本发明涉及机器人设备技术领域，特别涉及一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的机器人关节旋转装置。
背景技术
随着现代科技的发展，机器人在各行各业扮演着越来越重要的角色，机器人关节旋转装置作为机器人一个比较重要的零部件，越来越受到人们的重视。
传统的机器人，可以很明显看到在它们的关节上外漏的伺服电机，而除了我们能够看见的电机，在这些关节里面还有非常复杂的减速机和制动抱闸机构，使得机器人的关节变得异常臃肿。当然对于许多大型机器人这些并不是什么到问题。但在对于那些正被越来越多应用于市场和设备周围的小型机器人、尤其是需要配合人们完成各种复杂的辅助生产操作的协作机器人来说，关节的尺寸就变得十分关键。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供了一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的机器人关节旋转装置，所述机器人关节旋转装置结构简单，安装体积小、控制精度高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的机器人关节旋转装置，所述机器人关节旋转装置包括前臂、旋转轴及后臂；所述前臂端部设有安装孔；所述旋转轴通过轴承安装于所述安装孔中；所述后臂与所述旋转轴连接，通过所述旋转轴绕前臂旋转，所述旋转轴由组合式永磁同步直线电机直接驱动；所述组合式永磁同步直线电机包括定子组件及转子组件；所述定子组件固定在前臂基体上，为所述转子组件提供旋转磁场；具有永磁特性的所述转子组件固定安装于所述旋转轴上；
其中，所述定子组件为整圆形或非整圆形结构，所述的定子组件由若干呈扇形结构的定子单元组成；所述的定子单元为独立控制机构；所述定子单元包括有定子铁心及缠绕在所述定子单元上的定子绕组。
优选地，所述旋转轴上设有定位台阶，所述定位台阶用于精准定位所述轴承的安装位置；所述轴承由前压盖及后压盖固定在所述安装孔中；所述安装孔中设有适配所述前压盖及后压盖的止口；其目的在于，在旋转轴上设置的定位台阶，可以便于轴承的安装及精准定位；所述止口设计可以减少安装偏差。
优选地，所述转子组件置于所述旋转轴端部；其目的在于，将转子组件设置在所述旋转轴端部，可以便于拆装检修。
优选地，所述转子组件为磁钢基板，所述磁钢基板绕所述旋转轴轴心线均布于所述旋转轴上；其目的在于，将转子组件与旋转轴融为一体，减少电机的零部件组成，使结构更加简单，节约成本；所述旋转轴可以为磁钢基板提供一个安装模板，在组装时，所述旋转轴与磁钢基板可以提前装配完成，作为一个整体进入下一步的安装工序，安装方便，提高安装效率。
优选地，所述旋转轴呈空腔圆柱结构，所述磁钢基板布置在所述旋转轴的侧壁和/或端面；其目的在于，所述空腔的设计既减小旋转轴的转动惯量,使得旋转轴运转的更加灵活；又节省用材，节省了成本；还增大旋转轴与空气的接触面积，便于旋转轴的散热。
优选地，所述定子组件还包括有定子基座；所述定子基座固定安装于所述本体基座上；所述定子单元固定安装于所述定子基座上；其目的在于，所述定子基座可以为定子单元提供一个安装模板，在组装时，所述定子基座与定子单元可以提前装配完成，作为一个整体进入下一步的安装工序，安装方便，提高安装效率。
进一步优选地，所述定子基座呈圆柱形空腔盖帽结构；所述安装孔中设有与所述定子基座相适配的定位槽；所述定子单元置于所述定子基座侧壁和/或端面；与所述磁钢基板相对应。
优选地，所述定子组件上设有定子单元的接线插头；所述安装孔中设有相适配的插座；其目的在于，将定子组件作为一个整体的模块化单元直接安装在所述安装孔中，省去接线的安装工序，即插即用，快速方便，大大提高了拆装效率。
优选地，所述组合式永磁同步电机包括有编码器，所述编码器包括码盘及与所述码盘活动连接的磁感元件，所述码盘及磁感元件分别固定安装于所述旋转轴及所述定子组件的轴心处；其目的在于，为所述直线电机提供伺服控制***，实现电机闭环矢量控制，实现转子转速及位置的精准控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、采用组合式永磁同步直线电机作为螺纹套丝机的驱动电机，电机转子直接与旋转轴连接，电机定子环绕在转子的周围，固定在电机安装座上，以减少齿轮、减速箱等驱动中间环节，简化了设备的驱动方式及设备的结构形式，提高驱动效率，减少能源的损耗；2、直驱的方式大大减小了设备的体积，减轻了设备重量,可直接安装在关节部位内部而不外漏；3、采用伺服闭环控制，以满足对驱动方式的灵活选择；4、磁钢基板直接安装在主轴上，将电机与主轴融为一体，简化了设备结构，使设备更加轻便；5、定子组件采用若干独立控制的定子单元组合而成，模块化的设计，降低电机定子的加工难度，且更换方便；6、定子组件即插即用,使安装电机的安装形式更具高效、便捷性。
附图说明
图1为本发明实施例一所述一种无框组合框式永磁同步直线电机直驱的机器人关节旋转机构的结构示意图；
图2为本发明前臂安装孔的结构示意图；
图3为本发明磁钢基板一的结构示意图；
图4为本发明定子单元一的结构示意图；
图5为本发明定子基座的结构示意图；
图6为本发明实施例二所述一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的机器人关节旋转机构的结构示意图；
图7为本发明磁钢基板二的结构示意图；
图8为本发明定子单元二的结构示意图；
图9为本发明实施例三所述一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的机器人关节旋转机构的结构示意图；
图中：1、前臂；2、后臂；3、旋转轴；31、定位台阶；4、前压盖；5、后压盖；6、轴承；7、定子组件；71、定子基座；72、定子单元一；73、定子单元二；8、转子组件；81、磁钢基板一；82、磁钢基板二；9、编码器；91、码盘；92、磁感元件；10、接线插头；11、安装孔；11-1、第一止口；11-2、第二止口；11-3、定位槽；11-4、插座。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1-5所示，一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的机器人关节旋转装置，所述机器人关节旋转装置包括前臂1、旋转轴3及后臂2；所述前臂1端部设有安装孔11；所述旋转轴3通过轴承6安装于所述安装孔11中；所述后臂2与所述旋转轴3连接，通过所述旋转轴3绕前臂1旋转；所述旋转轴3由组合式永磁同步直线电机直接驱动；所述组合式永磁同步直线电机包括定子组件7及转子组件8；所述定子组件7固定在前臂1基体上，为所述转子组件8提供旋转磁场；具有永磁特性的所述转子组件8固定安装于所述旋转轴3上；
其中，所述定子组件7为非整圆形结构，所述的定子组件7由六组呈扇形弧状结构的定子单元一72组成；所述的定子单元一72为独立控制机构；所述定子单元一72包括有定子铁心及缠绕在所述定子铁心上的定子绕组。
作为本实施例的优选，所述旋转轴3上设有定位台阶31，所述定位台阶31用于精准定位所述轴承6的安装位置；所述轴承6由前压盖4及后压盖5固定在所述安装孔11中；所述安装孔11中设有适配所述前压盖4的止口11-1及适配所述后压盖5的止口11-2；所述转子组件8为磁钢基板一81，所述磁钢基板一81绕所述旋转轴3轴心线均布于所述旋转轴3侧壁；进一步优选地，所述旋转轴3呈空腔圆柱结构；所述磁钢基板一81呈扇形弧状结构，均布于所述旋转轴3的侧壁；所述定子组件7还包括有定子基座71；所述定子基座71固定安装于所述安装孔11内；所述定子单元一72固定安装于所述定子基座上；进一步优选地，所述定子基座71呈环形盖帽结构；所述安装孔11设有与所述定子基座71相适配的定位槽11-3，所述安装孔11设有与所述定子基座71采用螺栓紧固；所述定子单元一72置于所述定子基座71内侧壁，与所述磁钢基板一81相对应；所述定子基座71端口外侧设有定子单元一72的接线插头10；所述安装孔11中设有相适配的插座11-4；所述组合式永磁同步电机包括有编码器9，所述编码器9包括码盘91及与所述码盘91活动连接的磁感元件92，所述码盘91及磁感元件92分别固定安装于所述旋转轴3及所述定子基座71的轴心处。
通电后，所述的定子单元一72为所述磁钢基板一81提供一个径向上旋转的磁场，促使所述定子组件7及转子组件8为所述旋转轴3提供绕所述旋转轴3轴心线旋转的力矩，直接驱动所述旋转轴3旋转，从而控制所述前臂1与后臂2弯曲角度。
实施例二
如图6-8所示，一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的机器人关节旋转装置，所述机器人关节旋转装置包括前臂1、旋转轴3及后臂2；所述前臂1端部设有安装孔11；所述旋转轴3通过轴承6安装于所述安装孔11中；所述后臂2与所述旋转轴3连接，通过所述旋转轴3绕前臂1旋转；所述旋转轴3由组合式永磁同步直线电机直接驱动；所述组合式永磁同步直线电机包括定子组件7及转子组件8；所述定子组件7固定在前臂1基体上，为所述转子组件8提供旋转磁场；具有永磁特性的所述转子组件8固定安装于所述旋转轴3上；
其中，所述定子组件7为非整圆形结构，所述的定子组件7由六组呈扇形盘状结构的定子单元二73组成；所述的定子单元二73为独立控制机构；所述定子单元二73包括有定子铁心及缠绕在所述定子铁心上的定子绕组。
作为本实施例的优选，所述旋转轴3上设有定位台阶31，所述定位台阶31用于精准定位所述轴承6的安装位置；所述轴承6由前压盖4及后压盖5固定在所述安装孔11中；所述安装孔11中设有适配所述前压盖4的止口11-1及适配所述后压盖5的止口11-2；所述转子组件8为磁钢基板二82，所述磁钢基板二82绕所述旋转轴3轴心线均布于所述旋转轴3端部；进一步优选地，所述旋转轴3呈空腔圆柱结构；所述磁钢基板二82呈扇形盘状结构，均布于所述旋转轴3的端面；所述定子组件7还包括有定子基座71；所述定子基座71固定安装于所述安装孔11内；所述定子单元二73固定安装于所述定子基座上；进一步优选地，所述定子基座71呈环形盖帽结构；所述安装孔11设有与所述定子基座71相适配的定位槽11-3，所述安装孔11设有与所述定子基座71采用螺栓紧固；所述定子单元一72置于所述定子基座71内侧壁，与所述磁钢基板二82相对应；所述定子基座71端口外侧设有定子单元二73的接线插头10；所述安装孔11中设有相适配的插座11-4；所述组合式永磁同步电机包括有编码器9，所述编码器9包括码盘91及与所述码盘91活动连接的磁感元件92，所述码盘91及磁感元件92分别固定安装于所述旋转轴3及所述定子基座71的轴心处。
通电后，所述的定子单元二73为所述磁钢基板二82提供一个轴向上旋转的磁场，促使所述定子组件7及转子组件8为所述旋转轴3提供绕所述旋转轴3轴心线旋转的力矩，直接驱动所述旋转轴3旋转，从而控制所述前臂1与后臂2弯曲角度。
实施例三
如图9所示，一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的机器人关节旋转装置，所述机器人关节旋转装置包括前臂1、旋转轴3及后臂2；所述前臂1端部设有安装孔11；所述旋转轴3通过轴承6安装于所述安装孔11中；所述后臂2与所述旋转轴3连接，通过所述旋转轴3绕前臂1旋转；所述旋转轴3由组合式永磁同步直线电机直接驱动；所述组合式永磁同步直线电机包括定子组件7及转子组件8；所述定子组件7固定在前臂1基体上，为所述转子组件8提供旋转磁场；具有永磁特性的所述转子组件8固定安装于所述旋转轴3上；
其中，所述定子组件7为非整圆形结构，所述的定子组件7由六组呈扇形弧状结构的定子单元一72及六组呈扇形弧状结构的定子单元二73组成；所述的定子单元一72及定子单元二73均为独立控制机构；所述定子单元一72及定子单元二73各自包括有定子铁心及缠绕在所述定子铁心上的定子绕组。
作为本实施例的优选，所述旋转轴3上设有定位台阶31，所述定位台阶31用于精准定位所述轴承6的安装位置；所述轴承6由前压盖4及后压盖5固定在所述安装孔11中；所述安装孔11中设有适配所述前压盖4的止口11-1及适配所述后压盖5的止口11-2；所述转子组件8包括有磁钢基板一81及磁钢基板二82，所述磁钢基板一81绕所述旋转轴3轴心线均布于所述旋转轴3侧壁；所述磁钢基板二82绕所述旋转轴3轴心线均布于所述旋转轴3端面；进一步优选地，所述旋转轴3呈空腔圆柱结构；所述磁钢基板一81呈扇形弧状结构，均布于所述旋转轴3的侧壁；所述定子组件7还包括有定子基座71；所述定子基座71固定安装于所述安装孔11内；所述定子单元一72固定安装于所述定子基座上；进一步优选地，所述定子基座71呈环形盖帽结构；所述安装孔11设有与所述定子基座71相适配的定位槽11-3，所述安装孔11设有与所述定子基座71采用螺栓紧固；所述定子单元一72置于所述定子基座71内侧壁，与所述磁钢基板一81相对应；所述定子单元二73置于所述定子基座71内端面，与所述磁钢基板二82相对应；所述定子基座71端口外侧设有定子单元一72的接线插头10；所述安装孔11中设有相适配的插座11-4；所述组合式永磁同步电机包括有编码器9，所述编码器9包括码盘91及与所述码盘91活动连接的磁感元件92，所述码盘91及磁感元件92分别固定安装于所述旋转轴3及所述定子基座71的轴心处。
通电后，所述的定子单元一72为所述磁钢基板一81提供一个径向上旋转的磁场，所述的定子单元二73为所述磁钢基板二82提供一个轴向上旋转的磁场，促使所述定子组件7及转子组件8为所述旋转轴3提供绕所述旋转轴3轴心线旋转的力矩，直接驱动所述旋转轴3旋转，从而控制所述前臂1与后臂2弯曲角度。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的机器人关节旋转装置，所述机器人关节旋转装置包括前臂、旋转轴及后臂；所述前臂端部设有安装孔；所述旋转轴通过轴承安装于所述安装孔中；所述后臂与所述旋转轴连接，通过所述旋转轴绕前臂旋转，其特征在于：所述旋转轴由组合式永磁同步直线电机直接驱动；所述组合式永磁同步直线电机包括定子组件及转子组件；所述定子组件固定在前臂基体上，为所述转子组件提供旋转磁场；具有永磁特性的所述转子组件固定安装于所述旋转轴上；
其中，所述定子组件为整圆形或非整圆形结构，所述的定子组件由若干呈扇形结构的定子单元组成；所述的定子单元为独立控制机构；所述定子单元包括有定子铁心及缠绕在所述定子单元上的定子绕组。
2.根据权利要求1所述的无框组合式永磁同步直线电机直驱的机器人关节旋转装置，其特征在于，所述旋转轴上设有定位台阶，所述定位台阶用于精准定位所述轴承的安装位置；所述轴承由前压盖及后压盖固定在所述安装孔中；所述安装孔中设有适配所述前压盖及后压盖的止口。
3.根据权利要求1所述的无框组合式永磁同步直线电机直驱的机器人关节旋转装置，其特征在于，所述转子组件置于所述旋转轴端部。
4.根据权利要求1所述的无框组合式永磁同步直线电机直驱的机器人关节旋转装置，其特征在于，所述转子组件为磁钢基板，所述磁钢基板绕所述旋转轴轴心线均布于所述旋转轴上。
5.根据权利要求4所述的无框组合式永磁同步直线电机直驱的机器人关节旋转装置，其特征在于，所述旋转轴呈空腔圆柱结构，所述磁钢基板布置在所述旋转轴的侧壁和/或端面。
6.根据权利要求1所述的无框组合式永磁同步直线电机直驱的机器人关节旋转装置，其特征在于，所述定子组件还包括有定子基座；所述定子基座固定安装于所述安装孔内；所述定子单元固定安装于所述定子基座上。
7.根据权利要求6所述的无框组合式永磁同步直线电机直驱的机器人关节旋转装置，其特征在于，所述定子基座呈圆柱形空腔盖帽结构；所述安装孔中设有与所述定子基座相适配的定位槽；所述定子单元置于所述定子基座侧壁和/或端面。
8.根据权利要求1所述的无框组合式永磁同步直线电机直驱的机器人关节旋转装置，其特征在于，所述定子组件上设有定子单元的接线插头；所述安装孔中设有与所述接线插头相适配的插座。
9.根据权利要求1所述的无框组合式永磁同步直线电机直驱的机器人关节旋转装置，其特征在于，所述安装孔端口设有所述定子组件的定位槽。
10.根据权利要求1所述的组合式永磁同步电机直驱的机器人关节旋转装置，其特征在于，所述组合式永磁同步电机包括有编码器，所述编码器包括码盘及与所述码盘活动连接的磁感元件，所述码盘及磁感元件分别固定安装于所述旋转轴及所述定子组件的轴心处。
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