CN108638118B - 一体化机器人关节驱动装置 - Google Patents
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Abstract
一种一体化机器人关节驱动装置，涉及机器人技术领域，所解决的是现有技术成本高及装配不便的技术问题。该装置包括主壳体，及安装在主壳体内的关节电机、减速器、主电路板、制动器，主电路板上搭载有关节控制模块；所述减速器为摆线减速器，减速器的两个摆线轮通过两个偏心轴承分别安装在关节电机的转轴上，减速器的内齿圈与主壳体滑动摩擦配合，减速器的端盖固定在主壳体上，减速器的柱销为中空的管体；电机控制线缆及制动控制线缆通过减速器的柱销的空腔实现走线。本发明提供的装置，输出扭矩高，耐冲击性好，并且制造成本低，装配方便。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术，特别是涉及一种一体化机器人关节驱动装置的技术。
背景技术
小型机器人（特别是协作机器人）都有小型化、轻量化及模块化的要求。机器人关节组件是模块化机器人的基础部件，采用一体化关节模块具有较多的优势，能够简化用户设计、快速组装，并且可以定制满足特定功能要求的机器人。
现有的一体化机器人关节驱动装置已逐渐成熟，但因结构与工艺原因存在以下问题：
1）机器人关节通常采用谐波减速器增加关节扭矩，谐波减速器为满足扭矩要求，柔轮需要采用高强度并且柔韧的金属制造，制造精度要求高，工艺复杂，并且由于柔轮周期性地发生变形，会产生交变应力，使之易于产生疲劳破坏，并且谐波减速器的耐冲击性也较差。
2）机器人关节因结构限制，通常都采用交叉滚子轴承，由于机器人关节会同时承受径向和轴向载荷，因此对交叉滚子轴承的刚性及回转精度有很高的要求，加工难度较大。
3）现有的一体化机器人关节驱动装置通常采用中空轴无框力矩电机作为动力源，利用电机中空轴内部走线，设计更加紧凑，但是中空电机定转子的间的气隙小，电机轴承悬臂，对装配要求高，安装难度较大。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种输出扭矩高，耐冲击性好，并且制造成本低，装配方便的一体化机器人关节驱动装置。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种一体化机器人关节驱动装置，包括主壳体，及安装在主壳体内的关节电机、减速器、主电路板，主壳体内设有用于对关节电机的转轴实施制动的制动器，主电路板上搭载有用于控制关节电机、制动器运行的关节控制模块；其特征在于：
所述关节电机的转轴上套置有两个偏心轴承，并且两个偏心轴承相互错位180度；
所述减速器为摆线减速器，减速器的两个摆线轮通过两个偏心轴承分别安装在关节电机的转轴上，减速器的内齿圈与主壳体滑动摩擦配合，减速器的端盖固定在主壳体上，减速器的柱销安装在减速器的端盖上，并且减速器的柱销为中空的管体；
所述主壳体内设有电机控制线缆、制动控制线缆；
所述电机控制线缆的一端接到关节电机的控制端口，另一端穿过减速器的柱销的空腔后接到关节控制模块的电机控制信号输出端口；
所述制动控制线缆的一端接到制动器的控制端口，另一端穿过减速器的柱销的空腔后接到关节控制模块的制动控制信号输出端口。
进一步的，所述关节电机的转轴的轴端中心部固定有第一磁体，减速器的内齿圈上固定有与其同轴转动的磁编转轴，磁编转轴上固定有第二磁体；
所述主电路板布设在第一磁体、第二磁体之间，主电路板上搭载有两个磁编码器，两个磁编码器的感应信号输出端口分别接到关节控制模块的数据采集端口，其中的一个磁编码器正对第一磁体，另一个磁编码器正对第二磁体。
进一步的，所述关节电机为外转子电机，关节电机的内定子固定在主壳体上，关节电机的转轴与关节电机的外转子同轴固接。
本发明提供的一体化机器人关节驱动装置，采用固定柱销方式的摆线减速器来取代现有技术中的谐波减速器，利用减速器的内齿圈输出动力，并且巧妙的利用内齿圈与主壳体的滑动摩擦方式，取代现有关节中的交叉滚子轴承，缩短了关节整体长度，并且有较强的抗翻转力矩，从而使整个关节更加简洁、轻量化、生产加工方便。并且由于采用了固定柱销方式的摆线减速器，不运动的柱销可以采用空心结构，有利于减轻重量，并且可以利用柱销通孔走线，不再因走线受中空轴方式的制约，可以采用外转子无刷力矩电机，从而在相同电机体积重量下能获得更大的转矩。并且由于采用内齿圈输出动力的方式，使得主电路板也可以安装在减速器端部，从而可以使用组合式磁编码器方案来采集电机及减速器的转速，能减少的结构的复杂性，具有输出扭矩高，耐冲击性好，及制造成本低，装配方便的特点。
附图说明
图1是本发明实施例的一体化机器人关节驱动装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围，本发明中的顿号均表示和的关系。
如图1所示，本发明实施例所提供的一种一体化机器人关节驱动装置，包括主壳体1，及安装在主壳体1内的关节电机、减速器、主电路板4，主壳体1内设有用于对关节电机的转轴21实施制动的制动器3，主电路板4上搭载有用于控制关节电机、制动器3运行的关节控制模块（关节控制模块为现有技术）；
所述关节电机为外转子电机，关节电机的内定子23固定在主壳体1上，关节电机的转轴21与关节电机的外转子22同轴固接；关节电机的转轴21上套置有两个偏心轴承81、82，并且两个偏心轴承81、82相互错位180度；
所述减速器为摆线减速器（摆线减速器的结构为现有技术），减速器的两个摆线轮51、52通过两个偏心轴承81、82分别安装在关节电机的转轴21上，减速器的内齿圈53与主壳体1滑动摩擦配合，并且在减速器的内齿圈53上固定有与其同轴转动的关节输出件9，减速器的端盖50固定在主壳体1上，减速器的柱销54安装在减速器的端盖50上，并且减速器的柱销54为中空的管体；
所述主壳体1内设有电机控制线缆20、制动控制线缆30；
所述电机控制线缆20的一端接到关节电机的控制端口，另一端穿过减速器的柱销54的空腔后接到主电路板4上的关节控制模块的电机控制信号输出端口；
所述制动控制线缆30的一端接到制动器3的控制端口，另一端穿过减速器的柱销54的空腔后接到主电路板4上的关节控制模块的制动控制信号输出端口；
所述关节电机的转轴21的轴端中心部固定有第一磁体61，减速器的内齿圈53上固定有与其同轴转动的磁编转轴7，磁编转轴7上固定有第二磁体62，所述第二磁体62是与磁编转轴7同轴布设的磁环；
所述主电路板4布设在第一磁体61、第二磁体62之间，主电路板4上搭载有两个磁编码器，两个磁编码器的感应信号输出端口分别接到关节控制模块的数据采集端口，其中的一个磁编码器正对第一磁体61，另一个磁编码器正对第二磁体62。
本发明其它实施例中，所述关节电机也可以是内转子电机。
本发明其它实施例的工作原理如下：
关节电机的转轴驱动减速器的两个摆线轮运动，从而驱使减速器的内齿圈减速转动，减速器的内齿圈再带动关节输出件同步转动，通过关节输出件输出动力。
主电路板上的关节控制模块通过磁编码器与第一磁体的配合，检测关节电机的转轴的转动数据，以控制关节电机的运转，并通过磁编码器与第二磁体的配合，检测减速器的内齿圈的转动数据，以检测机器人关节的转动角度。
Claims (1)
1.一种一体化机器人关节驱动装置，包括主壳体，及安装在主壳体内的关节电机、减速器、主电路板，主壳体内设有用于对关节电机的转轴实施制动的制动器，主电路板上搭载有用于控制关节电机、制动器运行的关节控制模块；其特征在于：所述关节电机的转轴上套置有两个偏心轴承，并且两个偏心轴承相互错位180度；所述减速器为摆线减速器，减速器的两个摆线轮通过两个偏心轴承分别安装在关节电机的转轴上，减速器的内齿圈与主壳体滑动摩擦配合，减速器的端盖固定在主壳体上，减速器的柱销安装在减速器的端盖上，并且减速器的柱销为中空的管体；所述主壳体内设有电机控制线缆、制动控制线缆；所述电机控制线缆的一端接到关节电机的控制端口，另一端穿过减速器的柱销的空腔后接到关节控制模块的电机控制信号输出端口；所述制动控制线缆的一端接到制动器的控制端口，另一端穿过减速器的柱销的空腔后接到关节控制模块的制动控制信号输出端口；
所述关节电机的转轴的轴端中心部固定有第一磁体，减速器的内齿圈上固定有与其同轴转动的磁编转轴，磁编转轴上固定有第二磁体；所述主电路板布设在第一磁体、第二磁体之间，主电路板上搭载有两个磁编码器，两个磁编码器的感应信号输出端口分别接到关节控制模块的数据采集端口，其中的一个磁编码器正对第一磁体，另一个磁编码器正对第二磁体；
所述关节电机为外转子电机，关节电机的内定子固定在主壳体上，关节电机的转轴与关节电机的外转子同轴固接。
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