CN103128746A - 一种机械臂模块化关节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于机器人领域的机械臂模块化关节，该关节包括电机座、输入装置、输出装置、电机轴和中心孔走线线套；所述输入装置置于所述电机座内，包括：电机端盖，编码器磁环端盖、第一电机轴承、电机转子、电机、电机径向固定环、电机轴承轴向定位环、第二电机轴承、编码器处理电路板和编码器磁环；所述输出装置包括：第一输出轴承、输出调整环、输出内套筒、波发生器、输出密封轴承固定环、柔轮、第二输出轴承、输出法兰、输出外套筒、刚轮和输出外套筒锁紧环；所述输入装置和所述输出装置通过电机轴连接；所述波发生器、所述刚轮和所述柔轮构成所述输出装置的谐波减速单元；所述中心孔走线线套贯穿所述电机轴和所述谐波减速单元。

Description

一种机械臂模块化关节

技术领域

本发明涉及一种用于机器人领域的机械臂模块化关节。

背景技术

20世纪60年代以来，工业机器人在工业领域取得了长足的进展，它的应用加快了制造业的自动化和现代化，大幅度的提高了生产效率。近二十年来，随着机器人技术的不断发展，工业机器人已广泛应用于各种自动化领域。

目前工业机器人主要的生产厂家有：发那科、艾默生自动化和ABB等，这些生产商生产的工业机器人，机械臂存在下列缺点：负载自重比较低；结构臃肿，占用空间大。正是由于这些缺点，使得普通工业机器人不能或者不适于对机器人体积和质量有严格控制的场合比如：医疗、警备、娱乐及家庭服务等特殊行业。

造成上述缺陷的基本原因是：其机械臂并不是采用模块化结构、在设计上也没有进行优化、驱动和位置检测单元是相互独立的，使得传统工业机器人关节存在体积大、质量大、功耗大、单位质量输出力矩小等问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种机械臂模块化关节，它体积小、质量轻、功耗小，单位质量输出力矩大，整体抗弯刚度大，运动范围大、适合任意角度安装。它使机器人适于应用于医疗、警备、娱乐及家庭服务等行业，也适用于环境条件苛刻的工业场合。

实现上述目的的一种技术方案是：一种机械臂模块化关节，包括；电机座、输入装置、输出装置、电机轴和中心孔走线线套；

所述输入装置置于所述电机座内，包括：电机端盖，编码器磁环端盖、第一电机轴承、电机转子、电机、电机径向固定环、电机轴承轴向定位环、第二电机轴承、编码器处理电路板和编码器磁环；

所述输出装置包括：第一输出轴承、输出调整环、输出内套筒、波发生器、输出密封轴承固定环、柔轮、第二输出轴承、输出法兰、输出外套筒、刚轮和输出外套筒锁紧环；

所述输入装置和所述输出装置通过电机轴连接；其特征在于：

在所述输入装置上，所述电机通过电机径向固定环固定在所述电机座内，所述电机轴通过所述第一电机轴承和所述第二电机轴承与所述电机座固定，所述电机转子通过过盈配合套接在所述电机轴外圈和所述电机之间，所述第二电机轴承和所述电机转子之间通过套接于所述电机轴外圈的电机轴承轴向定位环进行定位，所述第一电机轴承的内圈通过所述电机轴的轴肩定位，所述第一电机轴承的外圈套接于所述电机端盖的中心孔中；

所述编码器磁环套接在在所述电机轴输入端的外圈，并通过所述编码器磁环端盖进行紧固，所述编码器处理电路板固定在所述电机座端盖上，所述编码器磁环和所述编码器处理电路板构成所述输入装置的位置检测单元；

在所述输出装置上，所述波发生器固定于所述电机轴的输出端；

所述刚轮采用肩部定位的方式固定于所述电机座的输出端，所述输出内套筒采用肩部定位方式与所述刚轮配合，使所述输出内套筒、所述刚轮整体紧固在所述电机座的输出端；所述第一输出轴承套接于所述电机座输出端的外圈，并通过与所述输出内套筒的配合，轴向压紧位于所述刚轮外圈的输出调整环，所述第二输出轴承套接在所述输出内套筒的外圈，通过套接在所述输出内套筒输出端的输出密封轴承固定环进行轴向定位；

所述输出外套筒套接在所述第一输出轴承和所述第二输出轴承的外圈，并通过所述第一输出轴承和所述第二输出轴承径向定位，所述输出外套筒通过所述输出法兰和输出外套筒锁紧环进行轴向定位；

所述柔轮位于所述刚轮和所述波发生器径向之间，且所述柔轮的输出端和输出法兰固定连接；

所述波发生器、所述刚轮和所述柔轮构成所述输出装置的谐波减速单元；

所述中心孔走线线套贯穿所述电机轴和所述谐波减速单元，其输入端固定在所述电机座上，其输出端由位于输出法兰和所述柔轮的之间的中心孔走线线套滑环支撑。

进一步的，所述第一电机轴承的外圈由电机轴承固定法兰来定位，使所述第一电机轴承的外圈与所述电机端盖的中心孔固定。

进一步的，所述电机和所述电机座端盖之间设置调整垫片。

进一步的，所述输出法兰和输出密封轴承固定环之间采用迷宫式密封结构。

进一步的，所述第一输出轴承是十字轴承，所述第二输出轴承是深沟轴承。

进一步的，所述第一输出轴承与所述第二输出轴承之间设置套接于所述输出内套筒外圈的输出轴承轴肩定位套筒。

进一步的，所述柔轮的输出端和所述输出法兰之间是通过螺钉和输出紧定块固定连接的。

进一步的，所述电机为永磁同步电机。

采用了本发明的一种机械臂模块化关节的技术方案，即在所述输入装置上，编码器处理电路板内置于所述电机座端盖中，并与所述编码器磁环构成所述输入装置的位置检测单元，其技术效果是：模块化关节的体积小、质量轻、功耗小，单位质量输出力矩大，整体抗弯刚度大，集成度高、可靠性高、位置输出精度高且易于维护，使机器人适于应用于医疗、警备、科研、娱乐及家庭服务等行业，也适用于环境条件苛刻的工业场合。

附图说明

图1为本发明的一种机械臂模块化关节的输出端的端面示意图。

图2为图1的A-A面剖视图。

图3为图1的B-B面剖视图。

具体实施方式

请参阅图1、图2和图3，为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明：

图1为本发明的一种机械臂模块化关节的端面示意图。

请参阅图2和图3，图2和图3分别为图1的A-A面剖视图和图1的B-B面剖视图。图2和图3都是上下对称的。图2和图3中所有零部件的左端统一称为输出端，右端统一称为输入端。

本发明的一种机械臂模块化关节，包括电机座27、输入装置、输出装置、电机轴5和中心孔走线线套3；

所述输入装置置于所述电机座27内，包括：电机端盖1，编码器磁环端盖4、第一电机轴承6、电机转子7、电机9、电机径向固定环10、电机轴承轴向定位环11、第二电机轴承26、编码器处理电路板28和编码器磁环29；

所述输出装置包括：第一输出轴承12、输出调整环13、输出内套筒14、波发生器15、输出密封轴承固定环16、柔轮17、第二输出轴承20、输出法兰21、输出外套筒23、刚轮24和输出外套筒锁紧环25；

所述输入装置和所述输出装置通过电机轴5连接；

请参阅图2，在本发明的一种机械臂模块化关节的输入装置上，所述电机9通过电机径向固定环10锁紧在电机座27内。在本实施例中，为了能使所述电机9固定，并保证所述电机9的力矩的可靠传递，可在所述电机9和所述电机端盖1之间设置调整垫片8。

所述电机轴5通过所述第一电机轴承6和所述第二电机轴承26与所述电机座27固定，所述电机转子7通过过盈配合套接在所述电机轴5外圈和所述电机9之间，所述第二电机轴承26和所述电机转子7之间通过套接于所述电机轴5外圈的电机轴承轴向定位环11进行定位，所述第一电机轴承6的内圈通过所述电机轴5的轴肩定位，所述第一电机轴承6的外圈套接于所述电机端盖1的中心孔中。

在本实施例中，为了能使所述第一电机轴承6的外圈能和所述电机端盖1的中心孔固定，所述第一电机轴承6的外圈套接电机轴承固定法兰2。

请参阅图3，所述编码器磁环29套接在所述电机轴5输入端的外圈，并通过所述编码器磁环端盖4进行紧固，所述编码器处理电路板28通过固定螺钉固定在所述电机座端盖1上，所述编码器磁环29和所述编码器处理电路板28构成所述输入装置的位置检测单元；

请参阅图2，在所述输出装置上，所述波发生器15固定于所述电机轴5的输出端；

所述刚轮24采用肩部定位的方式定位于所述电机座27的输出端，并通过螺钉与所述电机座27的输出端轴向固定；所述输出内套筒14采用肩部定位方式与所述刚轮24配合，使所述输出内套筒14、所述刚轮24整体紧固在所述电机座27的输出端；所述第一输出轴承12套接于所述电机座27输出端的外圈，并通过与所述输出内套筒14的配合轴向压紧位于所述刚轮24外圈的输出调整环13，所述第二输出轴承20套接在所述输出内套筒14的外圈，通过套接在所述输出内套筒14输出端的输出密封轴承固定环16进行轴向定位；

在本实施例中，所述输出内套筒14和所述输出密封轴承固定环16之间是通过螺钉固定的。

在本实施例中，还在所述第一输出轴承12与所述第二输出轴承20之间设置套接于所述输出内套筒14外圈上的轴承轴肩定位套筒22，对所述第一输出轴承12与所述第二输出轴承20进一步进行轴向定位。

所述输出外套筒23套接在述第一输出轴承12和所述第二输出轴承20的外圈，并通过所述第一输出轴承12和所述第二输出轴承20径向定位，所述输出外套筒23通过所述输出法兰21和输出外套筒锁紧环25进行轴向定位。

所述柔轮17位于所述刚轮24和所述波发生器15的径向之间，并通过螺钉和输出紧定块19将所述柔轮17和输出法兰21固定连接。

所述波发生器15、所述刚轮24和所述柔轮17构成所述输出装置的谐波减速单元；在本实施例中，所述谐波减速单元为现有产品，其是由Harmonic Drive公司生产的，其型号为HFUS-14-100，其安装方式为所属领域技术人员的公知常识。

所述中心孔走线线套3贯穿所述电机轴5和所述谐波减速单元。

在本实施例中，为了加强所述中心孔走线线套3的刚性，其输入端固定在所述电机座27上，其输出端由位于所述柔轮17和所述输出法兰21之间的走线线套滑环18支撑。

本发明的一种机械臂模块化关节，其编码器磁环29套接在在所述电机轴5输入端的外圈，并通过所述编码器磁环端盖4进行紧固，编码器处理电路板28通过固定螺钉固定在所述电机座端盖1上，所述编码器磁环29和所述编码器处理电路板28构成所述输入装置的位置检测单元，区别于目前驱动系统和位置检测单元相互独立的，并集成在模块化关节内的机械臂模块化关节。因此本发明一种机械臂模块化关节具有体积小、质量轻、功耗小，单位质量输出力矩大，整体抗弯刚度大，同时具有集成度高、可靠性高，同时位置输出精度高且易于维护，使机器人适于应用于医疗、警备、科研、娱乐及家庭服务等行业，也适用于环境条件苛刻的工业场合。

由于所述中心孔走线线套3贯穿所述电机轴5和所述谐波减速单元，包括电源线和信号线在内的电缆和插头设置于所述中心孔走线线套3中，使电缆和插头容易从关节中通过，从而起到对电缆线和插头起到保护作用，同时也避免了外部走线所造成的电缆线和插头磨损。

在所述输出装置上，所述第一输出轴承12是十字轴承，所述第二输出轴承20是深沟轴承，提升了本发明的一种机械臂模块化关节的抗倾覆的能力。

本发明的一种机械臂模块化关节的输入装置上，所述电机9可采用永磁同步电机，通过所述谐波减速单元、所述位置检测单元的联合驱动，使本发明的一种机械臂模块化关节具有安装方便、结构紧凑等特点。

此外，本发明的一种机械臂模块化关节，所述输出法兰21和所述输出密封轴承固定环16之间采用迷宫式密封结构，加强了本发明的一种机械臂模块化关节的防尘能力，可以有效避免轴承及谐波减速单元润滑剂的挥发以及外部灰尘的侵入。

本发明的一种机械臂模块化关节，所述电机9将力矩传递到通过所述电机转子7带动所述电机轴5转动，并通过所述电机轴5，将力矩传递到所述谐波减速单元上，所述谐波减速单元上通过所述波发生器15和所述刚轮24将力矩传递到所述柔轮17上，所述柔轮17再将力矩传递到所述输出法兰21上。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种机械臂模块化关节，包括；电机座(27)、输入装置、输出装置、电机轴(5)和中心孔走线线套(3)；

所述输入装置置于所述电机座(27)内，包括：电机端盖(1)，编码器磁环端盖(4)、第一电机轴承(6)、电机转子(7)、电机(9)、电机径向固定环(10)、电机轴承轴向定位环(11)、第二电机轴承(26)、编码器处理电路板(28)和编码器磁环(29)；

所述输出装置包括：第一输出轴承(12)、输出调整环(13)、输出内套筒(14)、波发生器(15)、输出密封轴承固定环(16)、柔轮(17)、第二输出轴承(20)、输出法兰(21)、输出外套筒(23)、刚轮(24)和输出外套筒锁紧环(25)；

所述输入装置和所述输出装置通过电机轴(5)连接；其特征在于：

在所述输入装置上，所述电机(9)通过电机径向固定环(10)固定在所述电机座(27)内，所述电机轴(5)通过所述第一电机轴承(6)和所述第二电机轴承(26)与所述电机座(27)固定，所述电机转子(7)通过过盈配合套接在所述电机轴(5)外圈和所述电机(9)之间，所述第二电机轴承(26)和所述电机转子(7)之间通过套接于所述电机轴(5)外圈的电机轴承轴向定位环(11)进行定位，所述第一电机轴承(6)的内圈通过所述电机轴(5)的轴肩定位，所述第一电机轴承(6)的外圈套接于所述电机端盖(1)的中心孔中；

所述编码器磁环(29)套接在在所述电机轴(5)输入端的外圈，并通过所述编码器磁环端盖(4)进行紧固，所述编码器处理电路板(28)固定在所述电机座端盖(1)上，所述编码器磁环(29)和所述编码器处理电路板(28)构成所述输入装置的位置检测单元；

在所述输出装置上，所述波发生器(15)固定于所述电机轴(5)的输出端；

所述刚轮(24)采用肩部定位的方式固定于所述电机座(27)的输出端，所述输出内套筒(14)采用肩部定位方式与所述刚轮(24)配合，使所述输出内套筒(14)、所述刚轮(24)整体紧固在所述电机座(27)的输出端；所述第一输出轴承(12)套接于所述电机座(27)输出端的外圈，并通过与所述输出内套筒(14)的配合，轴向压紧位于所述刚轮(24)外圈的输出调整环(13)，所述第二输出轴承(20)套接在所述输出内套筒(14)的外圈，通过套接在所述输出内套筒(14)输出端的输出密封轴承固定环(16)进行轴向定位；

所述输出外套筒(23)套接在所述第一输出轴承(12)和所述第二输出轴承(20)的外圈，并通过所述第一输出轴承(12)和所述第二输出轴承(20)径向定位，所述输出外套筒(23)通过所述输出法兰(21)和输出外套筒锁紧环(25)进行轴向定位；

所述柔轮(17)位于所述刚轮(24)和所述波发生器(15)径向之间，且所述柔轮(17)的输出端和输出法兰(21)固定连接；

所述波发生器(15)、所述刚轮(24)和所述柔轮(17)构成所述输出装置的谐波减速单元；

所述中心孔走线线套(3)贯穿所述电机轴(5)和所述谐波减速单元，其输入端固定在所述电机座(27)上，其输出端由位于输出法兰(21)和所述柔轮(17)的之间的中心孔走线线套滑环(18)支撑。

2.根据权利要求1所述的模块化关节，其特征在于：所述第一电机轴承(6)的外圈由电机轴承固定法兰(2)来定位，使所述第一电机轴承(6)的外圈与所述电机端盖(1)的中心孔固定。

3.根据权利要求1所述的模块化关节，其特征在于：所述电机(9)和所述电机座端盖(1)之间设置调整垫片(8)。

4.根据权利要求1所述的模块化关节，其特征在于：所述输出法兰(21)和输出密封轴承固定环(16)之间采用迷宫式密封结构。

5.根据权利要求1所述的模块化关节，其特征在于：所述第一输出轴承(12)是十字轴承，所述第二输出轴承(20)是深沟轴承。

6.根据权利要求1所述的模块化关节，其特征在于：所述第一输出轴承(12)与所述第二输出轴承(20)之间设置套接于所述输出内套筒(14)外圈的输出轴承轴肩定位套筒(22)。

7.根据权利要求1所述的模块化关节，其特征在于：所述柔轮(17)的输出端和所述输出法兰(21)之间是通过螺钉和输出紧定块(19)固定连接的。

8.根据权利要求1所述的模块化关节，其特征在于：所述电机(9)为永磁同步电机。

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