CN101585189B - 双旋转变压器共电机轴设计的机器人关节 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了双旋转变压器共电机轴设计的机器人关节，属于机器人技术领域。所述关节包括：电机、减速器和至少两个旋转变压器，所述至少两个旋转变压器包括至少一个电机侧旋转变压器和至少一个关节输出侧旋转变压器，所述电机侧旋转变压器和所述关节输出侧旋转变压器与所述电机同轴，所述电机侧旋转变压器和所述关节输出侧旋转变压器的转子分别设于所述电机的轴的两侧并随电机同步转动；所述减速器的输出与所述关节输出侧旋转变压器定子相连；所述电机侧旋转变压器的定子固定不动，所述关节输出侧旋转变压器的定子随关节输出端同步转动。本发明可以减小关节体积和重量，提高检测关节位置的精度。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别涉及双旋转变压器共电机轴设计的机器人关节。
背景技术
旋转变压器(以下简称旋变)是一种位置和速度的检出装置。旋变适用于所有使用旋转编码器的场合，特别是高温、严寒、潮湿、高速、高震动等旋转编码器无法正常工作的场合，而且响应速度快，可提供绝对位置信息，不需要上电寻零操作。
目前，旋变作为机器人关节的位置检测元件，安装在关节上，旋变定子(或者转子)不动，转子(或者定子)随着关节转动，从而测量关节的位置。
这种安装方式，会使关节结构及机器人机构复杂化，另外，由于关节轴比较粗，所以测量关节位置旋变的体积和重量也要大很多，会增加机器人整体体积和重量，尤其是当机器人关节数目较多时，这种情况会更明显。因此，该安装方法会使机器人关节机构及机器人机构复杂化，并且会带来体积和重量大等缺点。
发明内容
本发明实施例提供了一种双旋转变压器共电机轴设计的机器人关节，所述技术方案如下：
一种双旋转变压器共电机轴设计的机器人关节，包括：电机、减速器和至少两个旋转变压器，所述至少两个旋转变压器包括至少一个电机侧旋转变压器和至少一个关节输出侧旋转变压器，
所述电机侧旋转变压器和所述关节输出侧旋转变压器与所述电机同轴，所述电机侧旋转变压器和所述关节输出侧旋转变压器的转子分别设于所述电机的轴的两侧并随电机同步转动；所述减速器的输出与所述关节输出侧旋转变压器定子相连；
所述机器人关节的中央有一水平空心轴(16)，所述空心轴(16)的右侧通过中空轴定位销(13)固定在关节右挡盖(12)上，以此空心轴(16)为中心对称轴，周围分别设有电机、减速器和两个旋转变压器，分别为电机侧旋变和关节输出侧旋变；
所述空心轴(16)的外侧是电机转子(5)，电机转子(5)分别通过右侧轴承(14)与左侧轴承(18)与空心轴(16)相连。右侧轴承(14)通过右侧轴承安装座(15)固定，左侧轴承(18)通过左侧轴承安装座(17)固定；电机转子(5)的外侧是电机侧旋变转子(3)和关节输出侧旋变转子(11)以及电机定子(4)；电机转子(5)与电机侧旋变转子(3)和关节输出侧旋变转子(11)分别键连接，从而电机侧旋变转子(3)和关节输出侧旋变转子(11)都能够随电机转子(5)的转动而同步转动；电机侧旋变的定子(2)通过销钉固定在电机外壳(1)上，从而保持固定不动；关节输出侧旋变的定子(10)通过减速器与关节输出端外壳(6)相连，随关节输出端同步转动；电机侧旋变和关节输出侧旋变与电机同轴，轴心皆为空心轴(16)；
所述电机侧旋转变压器的定子固定不动，所述关节输出侧旋转变压器的定子随关节输出端同步转动；
所述减速器为谐波减速器，所述谐波减速器的柔轮(9)通过销钉一端固定在关节输出端外壳(6)上，另一端与关节输出侧旋变定子(10)相连；所述谐波减速器的刚轮(7)通过螺钉与关节输出端外壳(6)固定相连。
所述电机是永磁同步电机，所述电机的定子固定不动，所述电机的转子与所述电机侧旋转变压器转子和所述关节输出侧旋转变压器的转子相连。
本发明实施例将电机侧旋转变压器和关节输出侧旋转变压器与电机进行同轴设计，因而电机侧旋转变压器和关节输出侧旋转变压器可以是相同型号、相同批次、相同体积和相同重量的产品，因此可以减小关节体积和重量，提高检测关节位置的精度。此外，这种结构设计有利于进行空心轴走线。
附图说明
图1是本发明实施例的一种双旋转变压器共电机轴设计的机器人关节的剖面图；
其中，标号与组件的对应关系为：
1-电机外壳，2-电机侧旋转变压器定子，3-电机侧旋转变压器转子，4-电机定子，5-电机转子，6-关节输出端外壳，7-刚轮，8-波发生器，9-柔轮，10-关节输出侧旋转变压器定子，11-关节输出侧旋转变压器转子，12-关节右挡盖，13-中空轴定位销，14-右侧轴承，15-右侧轴承安装座，16-空心轴，17-左侧轴承安装座，18-左侧轴承。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种双旋转变压器共电机轴设计的机器人关节，该机器人关节包括：电机、减速器和至少两个旋转变压器，上述至少两个旋转变压器包括至少一个电机侧旋转变压器和至少一个关节输出侧旋转变压器。其中，电机包括电机转子5和电机定子4；电机侧旋转变压器包括电机侧旋转变压器转子3和电机侧旋转变压器定子2；关节输出侧旋转变压器包括关节输出侧旋转变压器转子11和关节输出侧旋转变压器定子10。
图1示出了本发明实施例的一种双旋转变压器共电机轴设计的机器人关节的剖面图。本实施例中的机器人关节具有两个旋转变压器。如图1所示，虚线AB将整个机器人关节划分为两大部分，左侧为主动关节部分，右侧为从动关节部分。整个机器人关节的中央有一水平空心轴16，空心轴16的右侧通过中空轴定位销13固定在关节右挡盖12上。以此空心轴16为中心对称轴，周围分别设有电机、减速器和两个旋转变压器(分别为电机侧旋变和关节输出侧旋变)。
空心轴16的外侧是电机转子5，电机转子5分别通过右侧轴承14与左侧轴承18与空心轴16相连。右侧轴承14通过右侧轴承安装座15固定，左侧轴承18通过左侧轴承安装座17固定。电机转子5的外侧是电机侧旋变转子3和关节输出侧旋变转子11以及电机定子4。电机转子5与电机侧旋变转子3和关节输出侧旋变转子11分别键连接，从而电机侧旋变转子3和关节输出侧旋变转子11都能够随电机转子5的转动而同步转动。电机侧旋变的定子2通过销钉固定在电机外壳1上，从而保持固定不动。关节输出侧旋变的定子10通过减速器与关节输出端外壳6相连，随关节输出端同步转动。由图1可见，电机侧旋变和关节输出侧旋变与电机同轴，轴心皆为空心轴16。本实施例中电机是永磁同步电机，也可以采用其它电机。
本发明实施例中减速器可以是谐波减速器，也可以是其它类型的减速器，比如齿轮减速器。谐波减速器包括刚轮7、波发生器8和柔轮9。谐波减速器的柔轮9通过销钉一端固定在关节输出端外壳6上，另一端(减速器的输出端)与关节输出侧旋变定子10相连。谐波减速器的刚轮7通过螺钉与关节输出端外壳6固定相连。
按照这种结构设计，尽管关节输出侧旋变和电机侧旋变安装在同一个电机轴上，但可利用电机轴与关节轴的转差并结合电机侧的旋变对关节位置进行测量。电机侧旋变测量电机的位置用于控制永磁同步电机，关节输出侧旋变测量电机位置与关节输出端位置的差值，然后用电机侧旋变输出减去关节侧旋变的输出，可计算得到关节输出端的位置。由于两个旋变变压器的转子都安装在电机轴上，与现有技术相比测量电机位置的旋变和测量关节输出端位置的旋变可以是相同型号、相同批次、相同体积和相同重量的产品，从而可以减小整个机器人关节的体积和重量，提高测量精度。此外，这种结构设计有利于进行空心轴走线。
本发明实施例可以利用软件实现，相应的软件程序可以存储在可读取的存储介质中，例如，计算机的硬盘、缓存或光盘中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种双旋转变压器共电机轴设计的机器人关节，其特征在于，包括：电机、减速器和至少两个旋转变压器，所述至少两个旋转变压器包括至少一个电机侧旋转变压器和至少一个关节输出侧旋转变压器；
电机侧旋转变压器转子和关节输出侧旋转变压器转子分别设于所述电机的轴的两侧并随电机同步转动；所述减速器的输出端与所述关节输出侧旋转变压器定子相连；
所述机器人关节的中央有一水平空心轴(16)，所述空心轴(16)的右侧通过中空轴定位销(13)固定在关节右挡盖(12)上，以此空心轴(16)为中心对称轴，周围分别设有电机、减速器、电机侧旋转变压器和关节输出侧旋转变压器；
所述空心轴(16)的外侧是电机转子(5)，电机转子(5)分别通过右侧轴承(14)以及左侧轴承(18)与空心轴(16)相连；右侧轴承(14)通过右侧轴承安装座(15)固定，左侧轴承(18)通过左侧轴承安装座(17)固定；电机转子(5)的外侧是电机侧旋转变压器转子(3)和关节输出侧旋转变压器转子(11)以及电机定子(4)；电机转子(5)与电机侧旋转变压器转子(3)和关节输出侧旋转变压器转子(11)分别键连接，从而电机侧旋转变压器转子(3)和关节输出侧旋转变压器转子(11)都能够随电机转子(5)的转动而同步转动；电机侧旋转变压器定子(2)通过销钉固定在电机外壳(1)上，从而保持固定不动；关节输出侧旋转变压器定子(10)通过减速器与关节输出端外壳(6)相连，随关节输出端同步转动；电机侧旋转变压器和关节输出侧旋转变压器与电机同轴，轴心皆为所述空心轴(16)；
所述减速器为谐波减速器，所述谐波减速器的柔轮(9)一端通过销钉固定在关节输出端外壳(6)上，另一端与关节输出侧旋转变压器定子(10)相连；所述谐波减速器的刚轮(7)通过螺钉与关节输出端外壳(6)固定相连。
2.如权利要求1所述的双旋转变压器共电机轴设计的机器人关节，其特征在于，所述电机是永磁同步电机，所述电机的定子固定不动，所述电机的转子与所述电机侧旋转变压器转子和所述关节输出侧旋转变压器转子相连。
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