CN110039569A - 一种机器人关节 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机器人关节，主要包括电机组件、减速器组件、第一编码器和第二编码器，其中，所述第一编码器安装在减速器组件与负载之间的输出端监控输出的位置参数，输出端一有动作编码器就可以反馈信号给***，所述第二编码器安装在电机组件上监控电机的速度和电流，可以用于反馈转动的速度和扭矩，本发明通过所述第一编码器和第二编码器分别监控反馈不同的参数信号，实时监控负载的旋转位置和电机的旋转位置进行对比补偿修正，能够反馈负载的实际位置的功能，具有精度高的优点。

Description

一种机器人关节
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种机器人关节。
背景技术
目前大部分的机器人关节处的编码器是使用单个编码器，即单个编码器组装在相应的电机上，由这个编码器可以反馈电机的输出参数，比如电机转动速度、电机电流、电机转动位置。
在实际中电机是通过减速器最后输出到负载，电机和负载之间增加了一个减速器，减速器会产生误差，编码器反馈的电机参数可能与实际要求的负载参数有偏差，比如减速器内部齿轮啮合的间隙，旋转轴的打滑等都会影响实际的参数，机器人的关节比较多，如果一个关节转动的位置稍微有点偏差转换到末端时偏差会成倍扩大，因此机器人关节使用单个编码器可能造成末端存在偏差。
发明内容
基于此，本发明的目的在于解决现有技术中机器人关节所存在的缺陷，提供一种全闭环伺服控制双编码器机器人关节，具有反馈负载的实际位置的功能以及精度高的优点。
一种机器人关节，包括外壳以及设置在所述外壳中的输出轴、交叉轴承、输出座、输出齿轮、行星架、行星齿轮、固定齿轮、电机定子、电机动子、第一编码器和第二编码器；
所述电机定子和固定齿轮依序固定在所述外壳的一端；
所述交叉轴承设置在外壳的另一端，所述交叉轴承外圈与所述外壳连接，所述交叉轴承的内圈与所述输出轴、输出座连接，所述输出座与所述输出齿轮固定连接，所述第一编码器设置在所述输出座上；
所述第二轴承设置在所述输出轴上，所述第二轴承同时支撑所述行星架和所述电机的动子，所述行星架和所述电机的动子固定在一起绕着所述输出轴转动；第一轴承设置在所述行星架上，所述行星齿轮设置在所述第一轴承上，所述行星齿轮绕所述行星架转动，所述第二编码器设置在所述电机动子上；
其中，所述第一编码器为绝对值式编码器，所述第二编码器为增量式编码器。
作为上述机器人关节的进一步改进，还包括第一读数头和第二读数头，所述第一读数头读取所述第一编码器的数值，所述第二读数头读取所述第二编码器的数值。
作为上述机器人关节的进一步改进，所述外壳包括外壳主体和后盖，所述第一读数头和第二读数头固定在所述后盖上，所述交叉轴承设置在所述外壳主体远离后盖的一端。
作为上述机器人关节的进一步改进，所述输出轴为中空的输出轴。
作为上述机器人关节的进一步改进，所述外壳主体远离后盖一端的内侧设置有一阶梯凸起，所述交叉轴承的外圈固定在所述阶梯凸起上。
作为上述机器人关节的进一步改进，所述输出轴从靠近所述交叉轴承的一端依序设置有第一轴肩和第二轴肩，所述输出座设置在所述第一轴肩上，所述第二轴承设置在所述第二轴肩上。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：本发明所述机器人关节包括第一编码器和第二编码器，其中，所述第一编码器安装在减速器组件与负载之间的输出端监控输出的位置参数，输出端一有动作编码器就可以反馈信号给***，所述第二编码器安装在电机上监控电机的速度和电流，可以用于反馈转动的速度和扭矩，本发明通过所述第一编码器和第二编码器分别监控反馈不同的参数信号，实时监控负载的旋转位置和电机的旋转位置进行对比补偿修正，能够反馈负载的实际位置的功能，具有精度高的优点。
另外，所述第一编码器为绝对值式编码器，其精度比较高，可以高精度反馈实际的输出端转动位置。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1为本发明所述机器人关节的立体图；
图2为本发明所述机器人关节的主视图；
图3为图2中的A-A向剖视图；
图4为图3中的C-C向剖视图；
图5为本发明所述输出轴的结构示意图。
具体实施方式
现在参看后文中的附图，更完整地描述本发明，在图中，显示了本发明的实施例。然而，本发明可体现为多种不同的形式，并且不应理解为限于本文中所提出的特定实施例。确切地说，这些实施例用于将本发明的范围传达给本领域的技术人员。
除非另外限定，否则，本文中所使用的术语(包括技术性和科学性术语)应理解为具有与本发明所属的领域中的技术人员通常所理解的意义相同的意义。而且，要理解的是，本文中所使用的术语应理解为具有与本说明书和相关领域中的意义一致的意义，并且不应通过理想的或者过度正式的意义对其进行解释，除非本文中明确这样规定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1至图4所示，图1为本发明所述机器人关节的立体图；图2为本发明所述机器人关节的主视图；图3为图2中的A-A向剖视图；图4为图3中的C-C向剖视图。
本发明提供了一种机器人关节，主要包括电机组件、减速器组件、第一编码器和第二编码器，其中，所述第一编码器安装在减速器组件与负载之间的输出端监控输出的位置参数，输出端一有动作编码器就可以反馈信号给***，所述第二编码器安装在电机组件上监控电机的速度和电流，可以用于反馈转动的速度和扭矩，本发明通过所述第一编码器和第二编码器分别监控反馈不同的参数信号，实时监控负载的旋转位置和电机的旋转位置进行对比补偿修正，能够反馈负载的实际位置的功能，具有精度高的优点。
以下分别对本实施例机器人关节的各个组成部分进行详细描述。
本发明所述的机器人关节具体包括外壳以及设置在所述外壳中的输出轴1、交叉轴承2、输出座4、输出齿轮5、行星齿轮6、固定齿轮7、电机定子8、电机动子10、第二编码器11、第一轴承12、行星架13、第二轴承14、第一读数头15、第一编码器16、第二读数头17。
其中，所述外壳包括外壳主体3和后盖9，所述电机定子8和电机动子10组成所述电机组件，所述行星齿轮6、固定齿轮7、行星架13组成所述减速器组件。
所述电机定子8和固定齿轮7依序固定在所述外壳主体3靠近后盖9的一端，所述第一读数头15、第二读数头17固定在后盖9上。
所述交叉轴承2设置在外壳主体3的另一端，所述交叉轴承2外圈与所述外壳主体3连接，所述交叉轴承2的内圈与所述输出轴1、输出座4连接，所述输出座4与所述输出齿轮5固定连接，所述第一编码器16设置在所述输出座4上。具体地，所述外壳主体3远离后盖9一端的内侧设置有一阶梯凸起，所述交叉轴承2的外圈固定在所述阶梯凸起上。
所述第二轴承14设置在所述输出轴1上，所述第二轴承14同时支撑所述行星架13和所述电机动子10，所述行星架13和所述电机动子10固定在一起绕着所述输出轴1转动；所述第一轴承12设置在所述行星架上，所述行星齿轮6设置在所述第一轴承12上，所述行星齿轮6绕所述行星架13转动，所述第二编码器11设置在所述电机动子10上。
其中，所述第一编码器16为绝对值式编码器，所述第二编码器11为增量式编码器，所述第一读数头15读取所述第一编码器16的数值，所述第二读数头读17取所述第二编码器11的数值。
如图5所示，图5为本发明所述输出轴的结构示意图。
具体地，所述输出轴1从靠近所述交叉轴承2的一端依序设置有第一轴肩101和第二轴肩102，所述输出座1设置在所述第一轴肩101上，所述第二轴承14设置在所述第二轴肩102上。
作为优选的实施例，所述输出轴1为中空输出轴。
工作原理：电机定子8上面绕有线圈，当线圈上通电时产生磁场，电机动子10上面带有永久磁铁，电机定子8产生的磁场和电机动子10上的永久磁铁互相排斥，从而驱动电机动子10转动，电机动子10上的第二编码器16(也跟着转动，固定在后盖9上的第二读数头17将读取第二编码器16上的条纹，从而转换出电机动子10的扭矩、速度参数。
所述电机动子10转动后，驱动连接的行星架13转动，由于行星架13偏心将带动所述第一轴承12和行星齿轮6运动，所述行星齿轮6和固定齿轮7、输出齿轮5啮合，因固定齿轮7不动，而啮合的行星齿轮6运动，将迫使啮合的输出齿轮5转动，输出齿轮5转动将带动输出座4、交叉轴承2内圈、输出轴1转动，输出轴1上的第一编码器16也跟着转动，固定在后盖9上的第一读数头15将读取第一编码器16上的条纹，从而转换出输出轴1的位置参数，由于输出端为转动机构，对应的位置参数为旋转角度。另外，外部需要安装的输出结构与输出轴1连接也即可以判断出数据结构的位置参数。
本发明所述的机器人关节的两个编码器分别监控反馈不同的参数信号，机器人关节的旋转运动要求位置的旋转精度要求非常高，所以需要实时监控负载的旋转位置和电机的旋转位置进行对比补偿修正；机器人关节的旋转还需要反馈速度和转矩的大小，以便判断***输入的参数和实时参数是否有偏差并进行补偿修正，转矩是依靠电流的大小转换的，一般是监控电流的大小，这两个参数相对来说要求精度不是特别高，而且这两个参数需要靠近电机才能监控，因此本双编码器的第一编码器16设置在减速器组件与负载之间的输出端可以准确反馈负载的位置参数，第二编码器11安装在电机的输出端，反馈电机的速度和电流(转矩)，这两个参数再与减速比相乘就能得出负载的速度和转矩。
相比于现有技术，本申请实施例机器人关节具有如下技术效果或者优点：本发明所述机器人关节包括第一编码器和第二编码器，其中，所述第一编码器安装在减速器组件与负载之间的输出端监控输出的位置参数，输出端一有动作编码器就可以反馈信号给***，所述第二编码器安装在电机上监控电机的速度和电流，可以用于反馈转动的速度和扭矩，本发明通过所述第一编码器和第二编码器分别监控反馈不同的参数信号，实时监控负载的旋转位置和电机的旋转位置进行对比补偿修正，能够反馈负载的实际位置的功能，具有精度高的优点。
另外，所述第一编码器为绝对值式编码器，其精度比较高，可以高精度反馈实际的输出端转动位置。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种机器人关节，其特征在于：包括外壳以及设置在所述外壳中的输出轴、交叉轴承、输出座、输出齿轮、行星架、行星齿轮、固定齿轮、电机定子、电机动子、第一编码器和第二编码器；
所述电机定子和固定齿轮依序固定在所述外壳的一端；
所述交叉轴承设置在外壳的另一端，所述交叉轴承外圈与所述外壳连接，所述交叉轴承的内圈与所述输出轴、输出座连接，所述输出座与所述输出齿轮固定连接，所述第一编码器设置在所述输出座上；
所述第二轴承设置在所述输出轴上，所述第二轴承同时支撑所述行星架和所述电机的动子，所述行星架和所述电机的动子固定在一起绕着所述输出轴转动；第一轴承设置在所述行星架上，所述行星齿轮设置在所述第一轴承上，所述行星齿轮绕所述行星架转动，所述第二编码器设置在所述电机动子上；
其中，所述第一编码器为绝对值式编码器，所述第二编码器为增量式编码器。
2.根据权利要求1所述的机器人关节，其特征在于：还包括第一读数头和第二读数头，所述第一读数头读取所述第一编码器的数值，所述第二读数头读取所述第二编码器的数值。
3.根据权利要求2所述的机器人关节，其特征在于：所述外壳包括外壳主体和后盖，所述第一读数头和第二读数头固定在所述后盖上，所述交叉轴承设置在所述外壳主体远离后盖的一端。
4.根据权利要求1所述的机器人关节，其特征在于：所述输出轴为中空的输出轴。
5.根据权利要求3所述的机器人关节，其特征在于：所述外壳主体远离后盖一端的内侧设置有一阶梯凸起，所述交叉轴承的外圈固定在所述阶梯凸起上。
6.根据权利要求1所述的机器人关节，其特征在于：所述输出轴从靠近所述交叉轴承的一端依序设置有第一轴肩和第二轴肩，所述输出座设置在所述第一轴肩上，所述第二轴承设置在所述第二轴肩上。
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