CN103358316B - 中空驱动模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及中空驱动模块，该中空驱动模块包括：中空电动机，其包括定子、相对于所述定子旋转并具有穿孔的中心部分的转子，及旋转轴，该旋转轴设置在转子的穿孔的中心部分并耦合到转子的穿孔的中心部分；减速器，其与定位在中空电动机的输出侧的旋转轴连接以减速旋转轴的旋转；扭矩传递单元，其被连接到减速器的输出侧以由被减速的旋转角驱动；第一编码器，其定位于中空电动机的与连接于减速器的一侧相对的输入侧；第二编码器，其定位于第一编码器的与连接于中空电动机的一侧相对的一侧；及铰链连接装置，其将第二编码器与扭矩传递单元相连接。

Description

中空驱动模块

发明背景

(a)技术领域

本发明涉及中空驱动模块。

(b)相关技术的描述

通常，工业机器人配置有具有实心减速器、伺服电动机和制动器的关节(joint)，并通过接收利用如图1所示出的伺服电动机10的轴20的实心旋转角传感器30所产生的位置和速度的反馈来控制位置或速度。然而，在这种情况下，伺服电动机10的电力线40和传感器线被暴露于机器人主体50的外部。

在利用机器人的制造业领域中，近来因操作过程和空间的致密化而对机器人的轻巧和简化产生需求。

为了获得轻巧和简化的工业机器人，需要一般使用组件并且组件应被密集地设置以便通过整体地形成配置机器人关节的减速器(未示出)和伺服电动机10来减少重量和体积，并且组件需要以中空样式成形以使电力供应线、传感器线及各种公用线(utilityline)70穿过其组件的中心轴。

因此，机器人制造公司通过使致动器80借助于一般地使用组件以及通过将如图1和图2所示出的伺服电动机10、减速器(为示出)和制动器(未示出)整合而实现组件的高密度布置的设计而变得轻盈且微小，来对机器人的轻盈和简化的需求做出了响应行动。而且，通过设计使得在整合的致动器80的中心形成孔并且使电力线40和公用线70穿过致动器80来尝试机器人的简化。

题为“HollowMotorDecelerator(中空电动机减速器)”的韩国专利登记第0642307号公开了涉及中空电动机减速器的发明，在该发明中，中空减速器的主体以及中空电动机的全部中的每一个通过单独的过程来组装。

与此同时，用于通过利用中空电动机来驱动铰链的前述中空驱动模块将扭矩传递至输出侧(铰链)，通过利用减速器降低电动机的旋转速度并放大扭矩。

然而，在该过程中在中空驱动模块中实质上产生扭矩损失，因此难以测量输出侧的精确的扭矩和精确的旋转角。

背景部分公开的以上信息仅是为了帮助理解本发明的背景，且因此其可能含有不构成在该国家中对于本领域的普通技术人员来说已知的现有技术的信息。

发明概述

本发明试图提供测量输出侧的精确的扭矩的中空驱动模块。

并且，本发明试图提供测量输出侧的精确的旋转角的中空驱动模块。

本发明的示例性实施方案提供了中空驱动模块，包括：中空电动机，其包括定子、相对于定子旋转并具有穿孔的中心部分的转子，及旋转轴，旋转轴设置在转子的穿孔的中心部分并耦合到转子的穿孔的中心部分并在其中心具有穿孔的第一中空部分；减速器，其与定位在中空电动机的输出侧的旋转轴连接以使旋转轴的旋转减速并在其中心具有穿孔的第二中空部分；扭矩传递单元，其被连接到减速器的输出侧以由被减速的旋转角(deceleratedrotationangle)驱动；第一编码器，其定位于中空电动机的与连接于减速器的一侧相对的输入侧，与旋转轴相连接以测量中空电动机的旋转角，并在其中心具有穿孔的第三中空部分；第二编码器，其定位于第一编码器的与连接于中空电动机的一侧相对的一侧并测量减速器的输出侧的旋转角并在其中心具有穿孔的第四中空部分；及铰链连接装置(linkconnectionmeans)，其将第二编码器与扭矩传递单元连接。

减速器可以是谐波减速器，并且可包括：杯形的柔轮(cup-shapedflexspline)，其与扭矩传递单元相连接并在主体的开口侧的外部圆周表面设置有齿轮齿；圆形轮(circularspline)，其在内部圆周表面设置有齿轮齿以对应于柔轮的外部圆周表面的齿轮齿；及波发生器，其被耦合到柔轮的开口的内部圆周表面并与定位于中空电动机的输出侧的旋转轴相连接。

中空驱动模块可包括交叉滚子轴承(crossrollerbearing)，交叉滚子轴承的内环与减速器的圆形轮相连接并且其外环与扭矩传递单元相连接。中空驱动模块可包括扭矩传感器，其外侧连接到交叉滚子轴承的外环以被支撑，并且通过扭矩传递单元与减速器相连接以测量从减速器的输出侧传递的扭矩。

在中空驱动模块中，第一驱动铰链设置在扭矩传感器的边缘。

铰链连接装置可包括管形的第一连接构件和第二连接构件，所述管形的第一连接构件插入第一至第四中空部分中以与第二编码器相连接，所述第二连接构件的在所述扭矩传感器中的一侧位置的末端在径向方向上延伸以与第一驱动铰链相连接。

扭矩传感器可以是一个自由度的包括以下部件的扭矩传感器：内部框架，其具有与第二中空部分连通的第五中空部分；外部框架，其被形成，同时在径向方向上以预定的距离与内部框架间隔开；一个或多个连接梁，其在内部框架和外部框架之间形成并配置为测量从减速器的输出侧传递的扭矩；及应变仪，其在连接梁的一侧或两侧形成以根据连接梁的变形(transformation)量测量扭矩。

在中空驱动模块中，第三中空部分和第四中空部分具有相同的直径，并且中空驱动模块包括第一环部分和第二环部分，所述第一环部分在第三中空部分和第一连接构件之间具有比第一连接构件的外部圆周表面的直径大的直径的内部圆周表面，所述第二环部分在第四中空部分和第一连接构件之间具有与第一连接构件的外部圆周表面的直径相同的直径的内部圆周表面。

在中空驱动模块中，第一连接构件的外部圆周表面与第二环部分的内部圆周表面接触以在其处耦合，并且可在第一、第二及第五中空部分及第一环部分的内部圆周表面和第一连接构件的外部圆周表面之间形成空间。

中空驱动模块可包括阻断轴承(blockingbearing)，其安装在扭矩传递单元和减速器的固定侧之间以阻断从减速器的输出侧传递到扭矩传感器的轴向力。

阻断轴承可以是具有10至50μm的间隙的滚珠轴承。

中空驱动模块可包括：第一轴承，所述第一轴承的内环与第一连接构件连接以防止第一连接构件摇动；及第二轴承，所述第二轴承的内环与旋转轴连接以防止旋转轴摇动。

第二连接构件可在径向方向上从第一连接构件的一侧的末端延伸到第一驱动铰链，并且可成形为类似在圆周方向上以预定的距离彼此间隔开的多个条。

第二连接构件可在径向方向上从第一连接构件的一侧的末端延伸到第一驱动铰链，并且可以是具有中空中心的环形的盘(donut-shapedplate)。

中空驱动模块可以被应用于机器人的关节。

本发明的示例性实施方案提供了中空驱动模块，包括：中空电动机，其包括定子、相对于定子旋转并具有穿孔的中心部分的转子，及旋转轴，所述旋转轴设置在转子的穿孔的中心部分并耦合到转子的穿孔的中心部分并在其中心具有穿孔的第一中空部分；减速器，其与定位在中空电动机的输出侧的旋转轴连接以使旋转轴的旋转减速并在其中心具有穿孔的第二中空部分；扭矩传递单元，其被连接到减速器的输出侧以由被减速的旋转角驱动；扭矩传感器，其外侧被连接到交叉滚子轴承的外环以被支撑并通过扭矩传递单元与减速器相连接以测量从减速器的输出侧传递的扭矩；阻断轴承，其安装在扭矩传递单元和减速器的固定侧之间以阻断轴向力从减速器的输出侧传递到扭矩传感器。

减速器可以是谐波减速器，并且可包括：杯形的柔轮，其与扭矩传递单元相连接并在主体的开口侧的外部圆周表面设置有齿轮齿；圆形轮，其设置有对应于在柔轮的外部圆周表面的齿轮齿的在内部圆周表面的齿轮齿并作为用于支撑交叉滚子轴承的内环的固定侧；及波发生器，其被耦合到柔轮的开口的内部圆周表面并与定位于中空电动机的输出侧的旋转轴相连接。

扭矩传感器可以是一个自由度的包括以下部件的扭矩传感器：内部框架，其具有与第二中空部分连通的第五中空部分；外部框架，其被形成，同时在径向方向上以预定的距离与内部框架间隔开；一个或多个连接梁，其在内部框架和外部框架之间形成并配置为测量从减速器的输出侧传递的扭矩；及应变仪，其在连接梁的一侧或两侧形成以根据连接梁的变形量测量扭矩。

阻断轴承可以是具有10至50μm的间隙的滚珠轴承。

中空驱动模块可包括第一编码器，其定位于中空电动机的与连接于减速器的一侧相对的输入侧，与旋转轴相连接以测量中空电动机的旋转角，并在其中心具有穿孔的第三中空部分。

中空驱动模块可包括第二编码器，其定位于第一编码器的与连接于中空电动机的一侧相对的一侧，并在其中心具有穿孔的第四中空部分，并通过插入第一至第四中空部分中的管形的铰链连接装置将第四中空部分连接到减速器的输出侧，来测量减速器的输出侧的旋转角。

本发明的中空驱动模块的优势在于：可测量第一驱动铰链的实际旋转角，并且由于第一编码器和第二编码器定位在中空电动机的输入侧，因此防止了线缆缠绕。

也就是说，本发明的中空驱动模块可测量中空电动机的旋转角和应用于第一驱动铰链的输出侧的实际扭矩，从而改善控制精度。

而且，在本发明的中空驱动模块中，具有小间隙的阻断轴承被安装在扭矩传递单元和减速器的固定侧之间，以防止当减速器旋转时由于根据减速器的输出侧在轴向方向上的推进或推出而将力施加到扭矩传感器而引起的扭矩传感器的不精确的扭矩测量，从而阻断传递到扭矩传感器的轴向力，且因此改善扭矩测量精度，并利用一个自由度的简单的扭矩传感器。

另外，本发明的中空驱动模块使用中心被穿孔的中空电动机，以使铰链连续地连接，并且当本发明的中空驱动模块被应用于每个旋转轴均包括驱动模块的机器人时，可以创新地减少整个机器人的重量并使每个驱动模块的线缆穿过中心，从而实现较整齐的外观。

此外，本发明的中空驱动模块使用两个编码器以测量中空电动机的旋转角和输出侧的旋转角，并且编码器布置在电动机的输入侧，使得可利用商业上普通的编码器并使两个编码器模块化成一个模块，从而降低制造成本并改善使用便利性。

附图简述

图1是示出相关技术中的伺服电动机和旋转角传感器的驱动机构的图。

图2是示出多关节机器人的概念的图。

图3是示出根据本发明的第一示例性实施方案的中空驱动模块的横截面图。

图4是示出根据本发明的示例性实施方案的中空驱动模块的减速器的横截面图。

图5是示出铰链连接装置与根据本发明的第一示例性实施方案的中空驱动模块分离的状态的横截面图。

图6是根据第一示例性实施方案的中空驱动模块的配置图。

图7是示出根据本发明的第二示例性实施方案的中空驱动模块的横截面图。

图8是根据本发明的示例性实施方案的中空驱动模块的扭矩传感器的透视图。

图9是示出根据本发明的示例性实施方案的中空驱动模块的铰链连接装置的透视图。

图10是示出根据本发明的示例性实施方案的中空驱动模块的另一个铰链连接装置的透视图。

图11是示出铰链连接装置与根据本发明的第二示例性实施方案的中空驱动模块分离的状态的横截面图。

图12是根据第二示例性实施方案的中空驱动模块的配置图。

图13是示出根据本发明的第三示例性实施方案的中空驱动模块的横截面图。

图14是示出铰链连接装置与根据本发明的第三示例性实施方案的中空驱动模块分离的状态的横截面图。

图15是根据第三示例性实施方案的中空驱动模块的配置图。

实施方案的详细描述

在下文中，将参照附图来描述根据本发明的中空驱动模块的示例性实施方案。

示例性实施方案1

示例性实施方案1涉及根据本发明的中空驱动模块1的示例性实施方案。

参照图3至图6，本发明的中空驱动模块大体包括中空电动机110、减速器120、扭矩传递单元131、第一编码器140和第二编码器150。

中空电动机110包括定子111、相对于定子111旋转并具有穿孔的中心部分的转子112，及旋转轴113，所述旋转轴113设置在转子112的穿孔的中心部分并耦合到转子112的穿孔的中心部分并在其中心具有穿孔的第一中空部分114。

转子112由线圈缠绕以产生电磁力，并且转子112的两端与电源连接以使电流在线圈中流动。

减速器120与定位在中空电动机110的输出侧的旋转轴113连接以使旋转轴113的旋转减速，并包括在其中心形成的穿孔的第二中空部分121。

扭矩传递单元131与减速器120的输出侧连接以成为可旋转的。

第一编码器140定位于中空电动机110的与连接于减速器120的一侧相对的输入侧，并且与旋转轴113相连接以检测中空电动机110的旋转角，并在其中心具有穿孔的第三中空部分141。

第二编码器150定位于第一编码器140的与连接于中空电动机的一侧相对的一侧并在其中心具有穿孔的第四中空部分151。

具体地，本发明的中空驱动模块包括铰链连接装置160，其用于连接第二编码器150和连接到减速器的输出端的扭矩传递单元131，以便第二编码器150可检测第一驱动铰链161的旋转角。

铰链连接装置160与扭矩传递单元131连接以将扭矩传递单元131的旋转角传递到第二编码器150。在下文中说明了对铰链连接装置160的描述。

减速器120可以是谐波减速器，并且在这种情况下，谐波减速器包括：杯形的柔轮122，其与扭矩传递单元131耦合并包括在主体的开口侧的外部圆周表面形成的齿轮齿；圆形轮123，其包括在内部圆周表面形成的齿轮齿，以对应于在柔轮122的外部圆周形成的齿轮齿；及波发生器124，其被耦合到柔轮122的开口的内部圆周表面并与定位于中空电动机110的输出侧的旋转轴113连接。

参照图4详细地进行描述，具有柔性的内环和外环的滚珠轴承被安装到椭圆形凸轮的外部圆周以形成波发生器124，并且波发生器124耦合在柔轮122的主体开口部分的内部。

滚珠轴承包括内环、外环以及在内环和外环之间的多个滚珠，并且外环与柔轮122耦合。包括椭圆形凸轮和轴承的柔轮122在主体的开口侧的外部圆周表面包括齿形(齿轮齿)，并且输出轴被连接到开口的另一端的凸起部。

圆形轮123是减速器120的固定侧，具有刚性的环形，并在其内部圆周表面包括与柔轮122的齿啮合的齿以对应于柔轮122的外部圆周表面的齿轮，并且圆形轮123被固定于第二驱动铰链162。

当椭圆形凸轮与定位在输入侧的旋转轴连接时，也就是说，中空电动机110的输出侧以预定的速度旋转，滚珠轴承的内环旋转，并且当椭圆形凸轮的长轴向外推动滚珠轴承时，在柔轮122的外部圆周表面形成的齿被向外推，以便包括前述构型的减速器120与圆形轮123的齿啮合。

因此，当波发生器124的凸轮以顺时针方向旋转一圈时，具有比圆形轮123的齿轮齿数少的齿轮齿数的柔轮122以逆时针方向旋转通过齿轮齿数的差以实现减速。

因此，与柔轮122即减速器120的输出侧相连接的扭矩传递单元131以被驱动的减速器120的减速比被减速。

在这种情况下，在本发明的中空驱动模块1中，交叉滚子轴承171的内环可被连接到减速器120的圆形轮123并且其外环可被连接到扭矩传递单元131以便除电动机的旋转扭矩外的外力或外力矩不被施加到减速器120的柔轮122和扭矩传递单元131。

将参照图3来描述本发明的中空驱动模块1的整体结构。

中空电动机110、第一编码器140和第二编码器150可被布置在轴线方向上以便第一中空部分114、第三中空部分141和第四中空部分151彼此连通，并且可容纳在电动机壳体191和编码器壳体193的内部。

电动机壳体191和编码器壳体193被成形为杯形，并且杯形的编码器壳体193的底面安装于被耦合的电动机壳体191的开口侧。

在这种情况下，电动机壳体191和编码器壳体193可被整体地形成，并且如果中空电动机110、第一编码器140和第二编码器150可被安装并布置于其中，则电动机壳体191和编码器壳体193可变化为用于实施的多种形式。

减速器120设置在轴线方向上以便第二中空部分121与中空电动机110的第一中空部分114连通，并且可容纳在减速器壳体192的内部。减速器120的圆形轮123被连接，同时通过减速器壳体192与交叉滚子轴承171的内环耦合，并且减速器壳体192与电动机壳体191和第二驱动铰链162耦合，以牢固地支撑交叉滚子轴承171的内环。

扭矩传递单元131与减速器120的输出侧即柔轮122连接以接收扭矩。

铰链连接装置160被插入旋转轴113的内部，并且铰链连接装置160的一侧与柔轮122耦合，并且其另一侧与第二编码器150耦合。在这种情况下，铰链连接装置可通过粘合剂耦合，或者可通过其它多种耦合装置来耦合。

第一编码器140和第二编码器150的线缆可以布线于铰链连接装置160的内部，并且电动机、减速器120等等的所有线缆也可布线于铰链连接装置160的内部。

中空驱动模块1包括连续连接的铰链，并可被应用于包括用于每个旋转轴的驱动模块的机器人，从而创新地降低整个机器人的重量，并且能够使每个驱动模块的线缆穿过其中心，从而防止线缆的损坏和缠绕并实现较整齐的外观。

将参照图6描述其中中空电动机110以6000rpm旋转且减速器120的减速比是1/100的情况。

减速器120通过使中空电动机110减速来使连接到输出侧的扭矩传递单元131以60rpm旋转。

在这种情况下，60rpm在所连接的第二编码器150中被检测到，以便测量在理想情况下的减速器120的实际旋转角，并且比60rpm高或低的速度在非理想状态下被检测到。

类似地，6,000rpm的旋转角在所连接的第一编码器140中被检测，以便测量在理想状态下的中空电动机110的实际旋转角。

示例性实施方案2

示例性实施方案2涉及根据本发明的中空驱动模块1的示例性实施方案。

参照图7至图11，本发明的中空驱动模块大体包括中空电动机210、减速器220、第一驱动铰链261、第一编码器240和第二编码器250、铰链连接装置260。

在下文中，相同构型的详细描述将被省略。

扭矩传递单元237与减速器220的输出侧相连接以成为可旋转的，并且扭矩传感器230的外侧与交叉滚子轴承271的外环相连接以被支撑，并且通过扭矩传递单元237与减速器220相连接以测量从减速器220的输出侧传递的扭矩。

扭矩传感器230的外侧与交叉滚子轴承271的外环相连接以被支撑，并且通过扭矩传递单元237与减速器220相连接以测量从减速器220的输出侧传递的扭矩。

与此同时，如图5中所示出的，扭矩传感器230包括：内部框架231，其具有与第二中空部分连通的第五中空部分235；外部框架232，其在径向方向上以预定的距离与内部框架231间隔开；一个或多个连接梁233，其在内部框架231和外部框架232之间形成以测量从减速器的输出侧传递的扭矩；及应变仪234，其在连接梁233的一侧或两侧形成以根据连接梁233的变形量测量扭矩，并且可以是扭矩传感器230，该扭矩传感器230用于测量通常使用的单一功能的一个自由度，即在中空电动机210的输出侧的方向上施加的力矩。

通过利用紧固装置诸如螺栓将内部框架231与扭矩传递单元237连接，并且外部框架232同时与第一驱动铰链261和交叉滚子轴承271的外环相连接以成为可支撑的。

如以上所描述的，第一驱动铰链261设置在扭矩传感器230的边缘以被连接。

在此，应变仪234检测连接梁233的由从减速器220的输出侧传递的外力导致的变形量，并通过所检测的变形量来测量扭矩。

铰链连接装置260包括管形的第一连接构件260a和第二连接构件260b，所述管形的第一连接构件260a插入第一至第四中空部分214、221、241和251中以与第二编码器250相连接，所述第二连接构件260b的定位在定位于扭矩传感器230中的一侧的末端径向延伸，以与第一驱动铰链261连接。

第二连接构件260b可以在径向方向上从第一连接构件260a的一侧的末端延伸到第一驱动铰链261以具有在径向方向上由预定的距离彼此间隔开的多个条的形式，如图9示出的，并且第二连接构件260b可具有环形的盘，其中延伸到第一驱动铰链261的区域的中心是中空的，如图10所示出的。

第一连接构件260a具有大约0.5mm的厚度，且第二连接构件260b具有大约1mm的厚度，以便铰链连接装置260可形成为使得第一驱动铰链261的旋转角可被传递到第二编码器250。

而且，本发明的中空驱动模块1可包括第一轴承272和第二轴承273，所述第一轴承272的内环与铰链连接装置连接以防止铰链连接装置摇动，所述第二轴承273的内环与旋转轴213连接以防止旋转轴213摇动。第一轴承272和第二轴承273可以是一般的滚子轴承。

与此同时，如图11中所示出的，第三中空部分241和第四中空部分251具有相同的直径，并且本发明的中空驱动模块1可包括第一环部分281和第二环部分282，所述第一环部分281在第三中空部分241和第一连接构件之间具有比第一连接构件的外部圆周表面的直径大的直径的内部圆周表面，所述第二环部分282在第四中空部分251和第一连接构件之间具有与第一连接构件的外部圆周表面相同直径的内部圆周表面。

因此，本发明的中空驱动模块1可使用具有相同类型和相同大小的第一编码器240和第二编码器250，并且可应用通常使用的买来的编码器，以便具有无需定制编码器的优势。

如图7和图11中所示出的，在本发明的中空驱动模块1中，第一连接构件的外部圆周表面与第二环部分282的内部圆周表面接触以彼此耦合，并且由大约0.5mm间隔开的空间可在第一、第二及第五中空部分214、221及235及第一环部分281的内部圆周表面和第一连接构件260a的外部圆周表面之间形成。通过这个，铰链连接装置260被布置同时与旋转轴213、扭矩传感器230和第一编码器240以预定的距离间隔开，以便本发明的中空驱动模块1可平滑地旋转，以防止在旋转过程中可能产生的摩擦和磨损，并且仅通过第二编码器250的耦合与第二编码器250一起旋转。

本发明的中空驱动模块1还可包括阻断轴承236，其安装在扭矩传递单元237和减速器220的固定侧之间以阻断从减速器220的输出侧传递到扭矩传感器230的轴向力。

阻断轴承236的内环与扭矩传递单元237耦合，并且阻断轴承236的外环与减速器220的固定侧相连接，从而抵消根据减速器220的输出侧的推进或推出可产生的轴向位移。

阻断轴承236可以是具有10至50μm的小间隙的滚珠轴承。当阻断轴承236的间隙是10μm时，轴向上可应用的最大位移是10μm，并且比10μm大的位移被阻断轴承236抵消，以便可降低由扭矩传感器230所产生的扭矩测量的误差。

因此，本发明的中空驱动模块1可降低扭矩传感器230的误差并测量中空电动机的旋转角以及应用于第一驱动铰链的输出侧的实际扭矩，从而改善控制精度。

将参照图12描述其中中空电动机210以3,200rpm旋转且减速器220的减速比是1/50的情况。

减速器220通过使中空电动机210减速来使连接到输出侧的第一驱动铰链261以64rpm旋转。

在这种情况下，64rpm在所连接的第二编码器250中被检测到，以便测量在理想情况下的减速器220的实际旋转角，并且比64rpm高或低的速度在非理想状态下被检测到。

类似地，6,000rpm的旋转角在所连接的第一编码器240中被检测，以便测量在理想状态下的中空电动机210的实际旋转角。

如以上所描述的，由于第二编码器250被减速器减速以被旋转，因此第二编码器250可以是用于低速旋转的非常贵重的编码器，并且由于第一编码器240以高速度旋转，因此第一编码器240可以是用于高速旋转的一般的编码器。

示例性实施方案3

示例性实施方案3涉及本发明的中空驱动模块1的操作的示例性实施方案。

参照图13和图14，本发明的中空驱动模块大体包括中空电动机310、减速器320、扭矩传递单元337、阻断轴承336。

在下文中，相同构型的详细描述将被省略。

扭矩传递单元337与减速器320的输出侧相连接以成为可旋转的，并且扭矩传感器330的外侧与交叉滚子轴承371的外环相连接以被支撑，并且通过扭矩传递单元337与减速器320相连接以测量从减速器320的输出侧传递的扭矩。

与此同时，减速器320可以是谐波减速器。减速器320的详细描述将被省略。

阻断轴承336的内环与扭矩传递单元337耦合，并且阻断轴承336的外环与减速器320的固定侧相连接，从而抵消根据减速器320的输出侧的推进或推出可产生的轴向位移。

在示例性实施方案3中，中空驱动模块1包括第一编码器和第二编码器，以便中空驱动模块可测量减速器的输出侧的扭矩、输出侧的旋转角以及中空电动机的旋转角。

铰链连接装置352被插入第一至第四中空部分314、321、341和351中。铰链连接装置352将第四中空部分351连接到减速器320的输出侧，以便测量减速器320的输出侧的旋转角。

虽然联系当前被认为是实践的示例性实施方案的内容描述了本发明，但是应理解，本发明不限于所公开的实施方案，而相反，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种改良和等效布置。

符号说明

1：中空驱动模块

110：中空电动机

111：定子112：转子

113：旋转轴114：第一中空部分

120：减速器

121：第二中空部分122：柔轮

123：圆形轮124：波发生器

230：扭矩传感器

231：内部框架232：外部框架

233：连接梁234：应变仪

235：第五中空部分236：阻断轴承

237：扭矩传递单元

140：第一编码器141：第三中空部分

150：第二编码器151：第四中空部分

260：铰链连接装置

260a：第一连接构件260b：第二连接构件

261：第一驱动铰链262：第二驱动铰链

271：交叉滚子轴承272：第一轴承

273：第二轴承

281：第一环部分282：第二环部分

291：电动机壳体292：减速器壳体

293：编码器壳体

Claims (19)

1.一种中空驱动模块，包括：

中空电动机，其包括定子、相对于所述定子旋转并具有穿孔的中心部分的转子，及旋转轴，所述旋转轴设置在所述转子的所述穿孔的中心部分并耦合到所述转子的所述穿孔的中心部分并在其中心具有穿孔的第一中空部分；

减速器，其与定位在所述中空电动机的输出侧的所述旋转轴连接以使所述旋转轴的旋转减速，并且在其中心具有穿孔的第二中空部分；

扭矩传递单元，其被连接到所述减速器的输出侧以由被减速的旋转角驱动；

第一编码器，其定位于所述中空电动机的与连接于所述减速器的一侧相对的输入侧，与所述旋转轴相连接以测量所述中空电动机的旋转角，并在其中心具有穿孔的第三中空部分；

第二编码器，其定位于所述第一编码器的与连接于所述中空电动机的一侧相对的一侧并测量所述减速器的输出侧的旋转角并在其中心具有穿孔的第四中空部分；

铰链连接装置，其将所述第二编码器与所述扭矩传递单元相连接；及

扭矩传感器，其通过所述扭矩传递单元与所述减速器相连接以测量从所述减速器的所述输出侧传递的扭矩，并且第一驱动铰链设置在所述扭矩传感器的边缘；

其中所述铰链连接装置包括：

管形的第一连接构件，其被插入所述第一中空部分至所述第四中空部分中以与所述第二编码器相连接，及

第二连接构件，其在所述扭矩传感器中的一侧位置的末端在径向方向上延伸以连接到所述第一驱动铰链。

2.如权利要求1所述的中空驱动模块，其中：

所述减速器是谐波减速器，并包括：

杯形的柔轮，其与所述扭矩传递单元相连接并在主体的开口侧的外部圆周表面设置有齿轮齿；

圆形轮，其在内部圆周表面设置有齿轮齿以对应于所述柔轮的所述外部圆周表面的所述齿轮齿；及

波发生器，其被耦合到所述柔轮的所述开口的所述内部圆周表面并与定位于所述中空电动机的所述输出侧的所述旋转轴相连接。

3.如权利要求2所述的中空驱动模块，还包括：

交叉滚子轴承，其内环与所述减速器的所述圆形轮相连接并且其外环与所述扭矩传递单元相连接。

4.如权利要求3所述的中空驱动模块，其中所述扭矩传感器的外侧被连接到所述交叉滚子轴承的所述外环以被支撑。

5.如权利要求1所述的中空驱动模块，其中：

所述扭矩传感器是一个自由度的包括以下部件的扭矩传感器：

内部框架，其具有与所述第二中空部分连通的第五中空部分；

外部框架，其被形成，同时在径向方向上以预定的距离与所述内部框架间隔开；

一个或多个连接梁，其在所述内部框架和所述外部框架之间形成并配置为测量从所述减速器的所述输出侧传递的扭矩；及

应变仪，其在所述连接梁的一侧或两侧形成以根据所述连接梁的变形量测量扭矩。

6.如权利要求5所述的中空驱动模块，其中：

所述第三中空部分和所述第四中空部分具有相同的直径，且

所述中空驱动模块包括：

第一环部分，其在所述第三中空部分和所述第一连接构件之间具有比所述第一连接构件的外部圆周表面的直径大的直径的内部圆周表面，及

第二环部分，其在所述第四中空部分和所述第一连接构件之间具有与所述第一连接构件的所述外部圆周表面的直径相同的直径的内部圆周表面。

7.如权利要求6所述的中空驱动模块，其中：

所述第一连接构件的所述外部圆周表面与所述第二环部分的所述内部圆周表面接触以在其处耦合，并且

在所述第一中空部分、所述第二中空部分及所述第五中空部分及所述第一环部分的内部圆周表面和所述第一连接构件的所述外部圆周表面之间形成有空间。

8.如权利要求4所述的中空驱动模块，还包括：

阻断轴承，其安装在所述扭矩传递单元和所述减速器的固定侧之间以阻断从所述减速器的所述输出侧传递到所述扭矩传感器的轴向力。

9.如权利要求8所述的中空驱动模块，其中：

所述阻断轴承是具有10至50μm的间隙的滚珠轴承。

10.如权利要求1所述的中空驱动模块，还包括：

第一轴承，其内环与所述第一连接构件连接以防止所述第一连接构件摇动；及

第二轴承，其内环与所述旋转轴连接以防止所述旋转轴摇动。

11.如权利要求1所述的中空驱动模块，其中：

所述第二连接构件在径向方向上从所述第一连接构件的一侧的末端延伸到所述第一驱动铰链，并且

成形为类似在圆周方向上以预定的距离彼此间隔开的多个条。

12.如权利要求1所述的中空驱动模块，其中：

所述第二连接构件在径向方向上从所述第一连接构件的一侧的末端延伸到所述第一驱动铰链，并且

是具有中空中心的环形的盘。

13.如权利要求1所述的中空驱动模块，其中：

所述中空驱动模块被应用于机器人的关节。

14.一种中空驱动模块，包括：

中空电动机，其包括定子、相对于所述定子旋转并具有穿孔的中心部分的转子，及旋转轴，所述旋转轴设置在所述转子的所述穿孔的中心部分并耦合到所述转子的所述穿孔的中心部分并在其中心具有穿孔的第一中空部分；

减速器，其与定位在所述中空电动机的输出侧的所述旋转轴连接以使所述旋转轴的旋转减速，并且在其中心具有穿孔的第二中空部分；

扭矩传递单元，其被连接到所述减速器的输出侧以由被减速的旋转角驱动；

扭矩传感器，其外侧连接到交叉滚子轴承的外环以被支撑，并且通过所述扭矩传递单元与所述减速器相连接以测量从所述减速器的所述输出侧传递的扭矩；

阻断轴承，其与所述扭矩传递单元耦合且与所述减速器的固定侧相连接以阻断从所述减速器的所述输出侧传递到所述扭矩传感器的轴向力。

15.如权利要求14所述的中空驱动模块，其中：

所述减速器是谐波减速器，并包括：

杯形的柔轮，其与所述扭矩传递单元相连接并在主体的开口侧的外部圆周表面设置有齿轮齿；

圆形轮，其在内部圆周表面设置有齿轮齿以对应于所述柔轮的所述外部圆周表面的所述齿轮齿并作为用于支撑所述交叉滚子轴承的内环的固定侧；及

波发生器，其被耦合到所述柔轮的所述开口的所述内部圆周表面并与定位于所述中空电动机的所述输出侧的所述旋转轴相连接。

16.如权利要求14所述的中空驱动模块，其中：

所述扭矩传感器是一个自由度的包括以下部件的扭矩传感器：

内部框架，其具有与所述第二中空部分连通的第五中空部分；

外部框架，其被形成，同时在径向方向上以预定的距离与所述内部框架间隔开；

一个或多个连接梁，其在所述内部框架和所述外部框架之间形成并配置为测量从所述减速器的所述输出侧传递的扭矩；及

应变仪，其在所述连接梁的一侧或两侧形成以根据所述连接梁的变形量测量扭矩。

17.如权利要求14所述的中空驱动模块，其中：

所述阻断轴承是具有10至50μm的间隙的滚珠轴承。

18.如权利要求14所述的中空驱动模块，还包括：

第一编码器，其定位于所述中空电动机的与连接于所述减速器的一侧相对的输入侧，与所述旋转轴相连接以测量所述中空电动机的旋转角，并在其中心具有穿孔的第三中空部分。

19.如权利要求18所述的中空驱动模块，还包括：

第二编码器，其定位于所述第一编码器的与连接于所述中空电动机的一侧相对的一侧，并在其中心具有穿孔的第四中空部分，并通过插入所述第一中空部分至所述第四中空部分中的管形的铰链连接装置将所述第四中空部分连接到所述减速器的所述输出侧，来测量所述减速器的所述输出侧的旋转角。