CN102615652A - 基于双电磁离合器的二自由度机器人关节 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人技术领域，具体涉及一种采用双电磁离合器的多自由度机器人关节结构。目的是提供一种体积小、结构紧凑、动作灵敏、操作方便的基于双电磁离合器的二自由度机器人关节。基于双电磁离合器的二自由度机器人关节，包括外壳、连接端和输出端，外壳内设有驱动机构、传动机构和控制部分，所述驱动机构由分装式电机、谐波减速器组成；所述传动机构由双电磁离合器、第一、二、三、四传动轴和第一、二输出端组成；所述分装式电机的输出轴端与第一传动轴连接，第一传动轴与谐波减速器的输入端连接，谐波减速器的输出端与第二传动轴连接，第二传动轴与双电磁离合器的输入端连接。

Description

基于双电磁离合器的二自由度机器人关节

技术领域

本发明涉及一种机器人技术领域，具体涉及一种采用双电磁离合器的多自由度机器人关节结构。

背景技术

近年来，随着机器人技术的发展，机器人在工业生产和日常生活领域发挥了巨大作用，人类对机器人的需求量逐步增大。越来越复杂的动作要求机器人具有很高的灵活性和多自由度，每个自由度都需要机器人关节来实现。

机器人关节是实现机器人运动的基础部件，是整个机器人系统中的一个重要环节，其结构、重量、尺寸对机器人性能有直接影响。目前常见的机器人关节多是由电机、气缸、液压缸等驱动的单一自由度关节，为实现机器人的多自由度操作，每个关节都分别包括驱动、减速、传动等装置。因此，导致整个机器人结构复杂，重量和尺寸大；同时，多自由度机器人各关节中使用大量的电机和减速器，这些关键部件在机器人中所占的成本最高，机器人制造成本难以降低；这些弊端都阻碍了关节及机器人的进一步推广。

发明内容

本发明机器人关节用一套电机、减速器装置在一个模块化关节中实现了二自由度运动，采用双电磁离合器实现一组驱动输出两组动力的要求，目的是提供一种体积小、结构紧凑、动作灵敏、操作方便的基于双电磁离合器的二自由度机器人关节。具体技术方案如下：

一种基于双电磁离合器的二自由度机器人关节，包括外壳、连接端和输出端，外壳内设有驱动机构、传动机构和控制部分，所述驱动机构由分装式电机、谐波减速器组成；所述传动机构由双电磁离合器、第一、二、三、四传动轴和第一、二输出端组成；所述分装式电机的输出轴端与第一传动轴连接，第一传动轴与谐波减速器的输入端连接，谐波减速器的输出端与第二传动轴连接，第二传动轴与双电磁离合器的输入端连接，双电磁离合器的输出端分别与第三、四传动轴连接，上述第三传动轴与第一输出端的输入端连接，第四传动轴与第二输出端的输入端连接。

所述分装式电机具有定子、电枢、安装轴套和第一、二电机支撑板，分装式电机通过第一电机支撑板与关节外壳固定连接，上述安装轴套与第一传动轴套接。

所述谐波减速器包括第一、二固定端盖、波发生器、刚轮、刚轮支撑板和柔轮，上述波发生器与第一传动轴连接，柔轮与第二传动轴连接，谐波减速器通过刚轮支撑板与关节外壳固定连接。

所述双电磁离合器包括定子、转子、第一、二线圈、第一、二衔铁、第一、二摩擦片、第一、二簧片和第一、二法兰组成；上述定子通过固定板与关节外壳固定连接，转子与第二传动轴连接，上述第一法兰与第三传动轴连接，第二法兰上设有伞形主动齿轮。

所述第一输出端包括输出轴端、第一、二、三、四压板、第一、二、三轴承，上述输出轴端与第三传动轴连接，第一输出端通过第一、二压板与关节外壳固定连接。

所述第二输出端的负载输出轴端与第四传动轴连接，第四传动轴上设有与上述双电磁离合器第二法兰上的伞形主动齿轮啮合的伞形被动齿轮。

所述第一、二输出端的轴向呈垂直角度。

本发明基于双电磁离合器的二自由度机器人关节具有以下优点：1)该关节用一套驱动系统实现两个自由度，结构紧凑、尺寸小、重量轻、成本低；2)两个自由度由双电磁离合器控制，不用频繁启停电机，动作灵敏、操作方便；3)由齿轮传动系统来控制第二个自由度的方向，可实现多种输出轴夹角，设计灵活、适应性强。

附图说明

图1为本发明机器人关节的结构示意图。

图2为图1的轴向剖面示意图。

图3为图2中连接端安装的电机结构示意图。

图4为图2中谐波减速器的结构示意图。

图5为图2中双电磁离合器的结构示意图。

图6为图1中第一输出端的结构示意图。

具体实施方式

为能进一步阐述本发明的技术原理及内容，下文配合附图进行详细的实例说明。

见图1至图6，本发明实施例中关节装置具有分装式电机1、谐波减速器2，双电磁离合器3和互相垂直的第一、二输出端6、7。本实施为本发明的一种实施方式，传动系统可以由不同类型的齿轮对或其他传动形式实现，以实现不同角度的两输出端。其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围内。

见图1，基于双电磁离合器的二自由度机器人关节由外壳、连接端12、第一、二输出端6、7组成。所述外壳用于支撑整个关节，外壳内设有驱动机构、传动机构和控制部分。上述连接端12用于将关节与机器人其他部分连接，如连杆、其他关节、连接端口等；第一、二输出端用来输出动力。

见图2，上述驱动机构由分装式电机1和谐波减速器2组成，所述传动机构由双电磁离合器3、第一、二、三、四传动轴8、9、10、11和第一、二输出端6、7组成。动力由分装式电机1驱动第一传动轴8，经谐波减速器减速2传递给第二传动轴9，再经双电磁离合器3通过第三、四传动轴10、11分别传递到第一、二输出端。

如图3所示，分装式电机1固定在关节外壳上，包括定子1-1、电枢1-2、安装轴套1-3、第一、二电机支撑板1-4、1-5和电刷组装1-6。电机输出力矩端通过安装轴套1-3与第一传动轴8连接并由第一传动轴传递到谐波减速器，其中第二电机支撑板1-5带有散热片结构。

如图4所示，谐波减速器2包括第一、二固定端盖2-1、2-2，波发生器2-3、刚轮2-4、刚轮支撑板2-5和柔轮2-6，波发生器与第一传动轴连接用来输入动力，柔轮与第二传动轴9连接，以输出动力。

如图5所示，双电磁离合器3包括定子3-1、第一、二线圈3-2、3-3、转子轴承3-4、转子3-5、第一、二摩擦片3-6、3-7、固定板3-8、第一衔铁3-11、第一簧片3-12、第二衔铁3-9、第二簧片3-10和第一、二法兰3-13、3-14。

其中，转子3-5与第二传动轴9连接，用来输入动力，转子与第一、二法兰之间通过线圈、衔铁、簧片和摩擦片的联合控制实现互动。工作原理是：转子与第二传动轴9相连，将动力传入离合器主动端；线圈通电时，定子、转子、衔铁形成磁回路，衔铁克服簧片的作用力吸引运动，与转子端摩擦片接触后产生摩擦力，正常运行时，衔铁与摩擦片无相对滑转，转子3-5将带动法兰一起转动；断电状态下簧片将衔铁拉回，转子与法兰断开互动联系，法兰停止运动。上述第一、二线圈、第一、二摩擦片、第一、二簧片和第一、二衔铁分别控制转子与第一、二法兰之间的联动关系，通过磁路设计，可保证两组衔铁运动分别由两线圈通断来独立控制，由第二传动轴输入的动力分别由第一、二法兰传递出去。

给双电磁离合器第一线圈3-2通电，定子3-1、转子3-5、第一衔铁3-11形成磁回路，第一衔铁向转子移动，与第一摩擦片3-6接触发生滑移，随着电磁力不断增大，滑移结束，第一衔铁与第一摩擦片完全接合，第一衔铁的力矩通过第一簧片3-12传递给第一法兰3-13，而第一法兰1与第三传动轴10连接，动力最终通过第三传动轴传递给第一输出端6；给第二线圈3-3通电时，定子3-1、转子3-5、第二衔铁3-9形成磁回路，第二衔铁向转子移动，与第二摩擦片3-7接触发生滑移，随着电磁力不断增大，滑移结束，第二衔铁与第二摩擦片完全接合，第二衔铁的力矩通过第二簧片3-10传递给第二法兰3-14，而第二法兰上设有伞形主动齿轮4，动力最终通过第四传动轴11传递给第二输出端7。第一、二线圈可以分别通电，也可以同时通电，分别对应关节的三种运动状态，即第一输出端旋转、第二输出端旋转、两个输出端同时旋转。

如图6所示，第一输出端6包括输出轴端6-1、第一压板6-2、第一轴承6-3、第二、三压板6-4、6-5、第二、三轴承6-6、6-7和第四压板6-8。所述输出轴端6-1与第三传动轴10连接，将关节产生的力矩传递给负载，第一输出端通过第一轴承、第一、二压板与外壳连接起来。上述第二输出端7与第一输出端结构相似，其负载输出轴端与第四传动轴11连接，第四传动轴上设有与上述双电磁离合器第二法兰3-14上的伞形主动齿轮4啮合的伞形被动齿轮5，这样由双电磁离合器的第二法兰传递的动力经第四传动轴11传递到第二输出端的负载轴端。本实施例中第一、二输出端的轴线呈垂直状态。

本发明工作时，控制系统控制分装式电机启停，动力经过谐波减速器，传递给双电磁离合器；控制系统控制双电磁离合器，实现双离合器两个衔铁的分别运动，将动力分别传递给两个输出端。此关节可用于多自由度机器人手臂，实现两个自由度的分别或同时运动。

Claims (7)

1.一种基于双电磁离合器的二自由度机器人关节，包括外壳、连接端(12)和输出端，外壳内设有驱动机构、传动机构和控制部分，其特征在于：所述驱动机构由分装式电机(1)、谐波减速器(2)组成；所述传动机构由双电磁离合器(3)、第一、二、三、四传动轴(8、9、10、11)和第一、二输出端(6、7)组成；所述分装式电机的输出轴端与第一传动轴(8)连接，第一传动轴与谐波减速器(2)的输入端连接，谐波减速器的输出端与第二传动轴(9)连接，第二传动轴与双电磁离合器(3)的输出端连接，双电磁离合器的输出端分别与第三、四传动轴(10、11)连接，上述第三传动轴与第一输出端(6)的输入端连接，第四传动轴与第二输出端(7)的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的基于双电磁离合器的二自由度机器人关节，其特征在于：所述分装式电机(1)具有定子(1-1)、电枢(1-2)、安装轴套(1-3)和第一、二电机支撑板(1-4、1-5)，分装式电机通过第一电机支撑板与关节外壳固定连接，上述安装轴套与第一传动轴(8)套接。

3.根据权利要求2所述的基于双电磁离合器的二自由度机器人关节，其特征在于：所述谐波减速器(2)包括第一、二固定端盖(2-1、2-2)、波发生器(2-3)、刚轮(2-4)、刚轮支撑板(2-5)和柔轮(2-6)，上述波发生器与第一传动轴(8)连接，柔轮与第二传动轴(9)连接，谐波减速器通过刚轮支撑板与关节外壳固定连接。

4.根据权利要求3所述的基于双电磁离合器的二自由度机器人关节，其特征在于：所述双电磁离合器包括定子(3-1)、转子(3-5)、第一、二线圈(3-2、3-3)、第一、二衔铁(3-11、3-9)、第一、二摩擦片(3-6、3-7)、第一、二簧片(3-12、3-10)和第一、二法兰(3-13、3-14)组成；上述定子通过固定板(3-8)与关节外壳固定连接，转子与第二传动轴(9)连接，上述第一法兰与第三传动轴(10)连接，第二法兰上设有伞形主动齿轮(4)。

5.根据权利要求4所述的基于双电磁离合器的二自由度机器人关节，其特征在于：所述第一输出端(6)包括输出轴端(6-1)、第一、二、三、四压板(6-2、6-4、6-5、6-8)、第一、二、三轴承(6-3、6-6、6-7)，上述输出轴端与第三传动轴(10)连接，第一输出端通过第一、二压板与关节外壳固定连接。

6.根据权利要求5所述的基于双电磁离合器的二自由度机器人关节，其特征在于：所述第二输出端(7)的负载输出轴端与第四传动轴(11)连接，第四传动轴上设有与上述双电磁离合器第二法兰(3-14)上的伞形主动齿轮(4)啮合的伞形被动齿轮(5)。

7.根据权利要求1所述的基于双电磁离合器的二自由度机器人关节，其特征在于：所述第一、二输出端的轴向呈垂直角度。

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