CN102545397B - 用于机器人旋转关节的非接触式电能传输机构 - Google Patents
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Abstract
用于机器人旋转关节的非接触式电能传输机构，包括具有相同轴线的初级组件和次级组件，所述初级组件包括两个彼此背对且沿关节轴向分布的L形支架、短轴和初级磁芯，所述L形支架相同位置设有的轴孔，所述短轴安装在两支架的轴孔间，所述初级磁芯套接在所述短轴上；所述次级组件包括磁芯安装架和次级磁芯，所述磁芯安装架包括设有条形槽的架体和L形侧板，所述次级磁芯的侧臂连接、相对的内柱，且安装于所述磁芯安装架中。本发明的有益效果：实现机器人转动关节的非接触式电能传输，避免了由于关节运动使得传输线受疲劳损伤，使用寿命下降；采用环形初级磁芯和UR形次级磁芯组成耦合磁路，适应旋转关节的运动，使电能传输获得较高的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于机器人旋转关节的非接触式电能传输机构，属于机电设备领域。
背景技术
在靠电力驱动的机器人关节中，电力传输线的布置必须考虑关节结构及其运动空间，既要保留足够的线长余量，又要尽量节省占用空间，以免在运动中，产生绞线、拉线等等问题，这对机器人关节机械结构提出了较高的要求，而且限制了关节的运动空间。另外，由于电力线的连续性，在关节往复运动中，电力线受到反复的弯曲，造成疲劳损伤，降低其使用寿命。因此，采用新的传输方法，解决机器人旋转关节电能传输问题，是提高机器人使用性能的重要课题。
发明内容
本发明针对目前机器人旋转关节在运动过程中产生的绞线、拉线的问题，提出了一种增加关节的运动空间的用于机器人旋转关节的非接触式电能传输机构。
本发明所述的用于机器人旋转关节的非接触式电能传输机构，包括具有相同轴线的初级组件和次级组件，其特征在于：所述初级组件包括两个彼此背对且沿关节轴向分布的L形支架、短轴和初级磁芯，所述L形支架相同位置设有的轴孔，所述短轴安装在两支架的轴孔间，所述初级磁芯套接在所述短轴上，且所述初级磁芯外侧绕制初级线圈；所述初级组件通过L形支架固定于机器人关节的前端臂上；
所述次级组件包括磁芯安装架和次级磁芯，所述磁芯安装架包括设有条形槽的架体和L形侧板，所述次级磁芯的侧臂连接、相对的内柱，且安装于所述磁芯安装架中；所述次级磁芯内柱外侧各绕制一个次级线圈，且相互串联；所述次级组件通过磁芯安装架固定于机器人关节的后端臂上。
所述短轴、所述初级磁芯和初级线圈的轴线与关节转动轴线重合。
所述次级磁芯的内柱与所述次级线圈的轴线与关节轴线重合。
所述初级磁芯处于两个次级磁芯内柱之间的中间位置，保持初级磁芯与次级磁芯之间的间隙相等。
所述次级磁芯采用UR型铁氧体磁芯制作。
所述次级线圈绕向一致。
所述L形支架、所述磁芯安装架和所述次级磁芯均为尼龙材料。
本发明所述的用于机器人旋转关节的非接触式电能传输机构通过初级线圈与次级线圈之间的电磁感应，将电能传输至关节驱动电机。初级磁芯与次级磁芯及磁芯间隙形成磁通路，强化线圈之间的耦合。由于初级组件与次级组件中的磁芯与线圈的旋转轴线与关节转轴一致，在关节运动时，次级磁芯与次级线圈相对初级磁芯与初级线圈只做同轴转动；且初级磁芯为环形磁芯，与次级磁芯形成的磁路的长度和等效面积都不发生变化，因此线圈的耦合参数不变，电能可以稳定传输；而且，初级磁芯与初级线圈处于两个结构完全相同次级磁芯和次级线圈之间，当由于振动等原因使得关节前端臂和后端臂沿转轴错位而引起两侧磁芯移动时，初级磁芯两侧间隙自动补偿，保证电能传输的稳定性。
本发明的有益效果：(1)采用电磁感应方式实现机器人转动关节的非接触式电能传输，避免了由于关节运动使得传输线受疲劳损伤，使用寿命下降；(2)采用环形初级磁芯和UR形次级磁芯组成耦合磁路，适应旋转关节的运动，使电能传输获得较高的稳定性。
附图说明
图1为本传输机构整体结构示意图。
图2为本传输机构沿轴向剖面示意图。
图3为本传输机构垂直轴向剖面示意图。
图4为磁芯安装架结构示意图。
图5为次级磁芯组合示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明
参照附图：
本发明所述的用于机器人旋转关节的非接触式电能传输机构，包括具有相同轴线的初级组件1和次级组件2，所述初级组件1包括两个彼此背对且沿关节轴向分布的L形支架11、短轴12和初级磁芯13，所述L形支架11相同位置设有的轴孔，所述短轴12安装在两支架的轴孔间，所述初级磁芯13套接在所述短轴12上，且所述初级磁芯13外侧绕制初级线圈131；所述初级组件1通过L形支架11固定于机器人关节的前端臂上；
所述次级组件2包括磁芯安装架21和次级磁芯22，所述磁芯安装架21包括设有条形槽2111的架体211和L形侧板212，所述次级磁芯22的侧臂221连接、相对的内柱222，且安装于所述磁芯安装架21中；所述次级磁芯内柱222外侧各绕制一个次级线圈2221，且相互串联；所述次级组件2通过磁芯安装架21固定于机器人关节的后端臂上。
所述短轴12、所述初级磁芯13和初级线圈131的轴线与关节转动轴线重合。
所述次级磁芯22的内柱222与所述次级线圈2221的轴线与关节轴线重合。
所述初级磁芯13处于两个次级磁芯内柱222之间的中间位置，保持初级磁芯13与次级磁芯之间的间隙相等。
所述次级磁芯22采用UR型铁氧体磁芯制作。
所述次级线圈2221绕向一致。
所述L形支架11、所述磁芯安装架21和所述次级磁芯22均为尼龙材料。
本发明所述的用于机器人旋转关节的非接触式电能传输机构通过初级线圈13与次级线圈22之间的电磁感应，将电能传输至关节驱动电机。初级磁芯13与次级磁芯22及磁芯间隙形成磁通路，强化线圈之间的耦合。由于初级组件1与次级组件2中的磁芯与线圈的旋转轴线与关节转轴一致，在关节运动时，次级磁芯22与次级线圈2221相对初级磁芯13与初级线圈131只做同轴转动；且初级磁芯13为环形磁芯，与次级磁芯22形成的磁路的长度和等效面积都不发生变化，因此线圈的耦合参数不变，电能可以稳定传输；而且，初级磁芯13与初级线圈131处于两个结构完全相同次级磁芯22和次级线圈2221之间，当由于振动等原因使得关节前端臂和后端臂沿转轴错位而引起两侧磁芯移动时，初级磁芯13两侧间隙自动补偿，保证电能传输的稳定性。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (5)
1.用于机器人旋转关节的非接触式电能传输机构，包括具有共同轴线的初级组件和次级组件，其特征在于：所述初级组件包括两个彼此背对且沿关节轴向分布的L形支架、短轴和初级磁芯，所述L形支架相同位置设有的轴孔，所述短轴安装在两支架的轴孔间，所述初级磁芯套接在所述短轴上，且所述初级磁芯外侧绕制初级线圈；所述初级组件通过L形支架固定于机器人关节的前端臂上；
所述次级组件包括磁芯安装架和次级磁芯，所述磁芯安装架包括设有条形槽的架体和L形侧板，两个次级磁芯的侧臂连接，并且内柱相对，且安装于所述磁芯安装架中；所述次级磁芯内柱外侧各绕制一个次级线圈，且相互串联；所述次级组件通过磁芯安装架固定于机器人关节的后端臂上；所述短轴、所述初级磁芯和初级线圈的轴线与关节轴线重合；所述次级磁芯的内柱与所述的次级线圈同轴，且初级组件和次级组件共同的轴线与关节轴线重合，即初级组件和次级组件的共同的轴线为关节轴线。
2.如权利要求1所述的用于机器人旋转关节的非接触式电能传输机构，其特征在于：所述初级磁芯处于两个次级磁芯内柱之间的中间位置，保持初级磁芯与次级磁芯之间的间隙相等。
3.如权利要求2所述的用于机器人旋转关节的非接触式电能传输机构，其特征在于：所述次级磁芯采用UR型磁芯制作，割去磁芯一臂，并保留磁芯内柱。
4.如权利要求3所述的用于机器人旋转关节的非接触式电能传输机构，其特征在于：所述次级线圈绕向一致。
5.如权利要求3所述的用于机器人旋转关节的非接触式电能传输机构，其特征在于：所述L形支架、所述磁芯安装架均为尼龙材料。
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