CN105818161A - 一种内走线机器人回转关节模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内走线机器人回转关节模块，包括基座、关节输出件、驱动电机以及动力传递机构；所述基座内部沿轴线方向由分隔板分隔成电机安装腔和动力传递机构安装腔；所述动力传递机构设置在动力传递机构安装腔内，该动力传递机构包括圆柱齿轮传动机构和谐波减速器，驱动电机的主轴穿过所述分隔板与圆柱齿轮传动机构中的主动齿轮连接，圆柱齿轮传动机构中的从动齿轮与所述谐波减速器同轴连接，所述关节输出件连接在谐波减速器上；所述谐波减速器内部为中空结构，所述分隔板上设有导电滑环。本发明的机器人回转关节模块结构简单紧凑，消除了齿轮间隙，关节传动精度高，并且采用内部走线，外形简洁美观，并提升了使用的安全性和可靠性。

Description

一种内走线机器人回转关节模块

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种内走线机器人回转关节模块。

背景技术

机器人技术迄今取得了很大的发展，但离在社会生产和人类生活中大量和普遍应用还有相当大的距离。究其原因，重要因素包括机器人本身的功能、性能和智能以及系统的复杂性和高昂成本。尽管机器人针对某种应用具有很大的灵活性和弹性，但现有的多数机器人系统往往针对特定的使用目的和场合只有一种主要功能和固定构型，缺乏功能的扩展性和构型的重构性。综合和集成多种功能于一身是目前和未来机器人系统开发的一大重要趋势。此外，针对每一领域和每项应用都开发特定的机器人所花费的代价很大，严重制约机器人的推广应用。因此，多功能、易构建和低成本是机器人新系统开发中的重要目标。为此，模块化是个有效方法，是当前机器人研究和开发中的一个趋势和特点。模块化能简化设计制造和维护、缩短研制周期、降低研制成本，大大增强系统构建时的灵活性和弹性，正成为系统开发的重要设计方法。可变形和可重构的机器人的核心思想就是模块化，整个机器人就是若干模块的有效组合。由于机器人模块化在组建系统时极具柔性，可以自由地构建多自由度的系统，其不仅在移动机器人、爬壁机器人、管内爬行机器人和多指手研究开发中常被采用，在太空机器人系统开发中也受到青睐，无论是加拿大的太空机器人Canadarm，还是美国机器人研究公司开发的21自由度3机器人试验床，都采用了模块化设计方式。

纵观国内外的设计与开发现状，德国Amtec公司已开发出单自由度的机器人关节模块(德国专利号DE18939646.A1)并已商品化。然而，由于关节模块类型单一，外形结构为方形，模块之间的连接有的需要专用的连接块，由它们搭建的操作机在机械构型上不理想。韩国也研制了机器人关节模块(专利号：KR1805112975-A)。在国内，哈尔滨工业大学已开发出模块化关节(申请号：2007100727124)；本发明申请的部分申请人也已开发出了两代机器人用回转关节模块(申请号分别为：200820203560.7和201010242208.6)，其存在的不足在于：

1、结构较复杂；

2、在传动链上，先经过谐波减速器减速，再经过齿轮减速，齿轮间隙难以消除，导致关节传动的精度难以保证；

3、走线在模块外部实现，限制了转动范围，既不美观也不安全可靠。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种内走线机器人回转关节模块，该机器人回转关节模块结构简单紧凑，消除了齿轮间隙，关节传动精度高，并且采用内部走线，外形简洁美观，并提升了使用的安全性和可靠性。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种内走线机器人回转关节模块，包括基座、关节输出件、驱动电机以及动力传递机构；

所述基座内部沿轴线方向由分隔板分隔成电机安装腔和动力传递机构安装腔；所述驱动电机设置在电机安装腔内；所述动力传递机构设置在动力传递机构安装腔内，该动力传递机构包括圆柱齿轮传动机构和谐波减速器，所述驱动电机的主轴穿过所述分隔板与圆柱齿轮传动机构中的主动齿轮连接，圆柱齿轮传动机构中的从动齿轮与所述谐波减速器同轴连接，所述关节输出件连接在谐波减速器上；

所述谐波减速器内部为中空结构，所述分隔板在与谐波减速器的中空部位端部设有导电滑环。

本发明的一个优选方案，其中，所述谐波减速器包括波发生器、柔轮、输出刚轮和交叉滚子轴承，其中，所述波发生器为中空结构，该波发生器的一端与圆柱齿轮传动机构中的从动齿轮连接；所述交叉滚子轴承的外圈通过螺钉与基座固定连接，该交叉滚子轴承的内圈通过螺钉与输出刚轮以及关节输出件连接。通过上述结构，实现将从动齿轮的动力传递给关节输出件，结构紧凑。

本发明的一个优选方案，其中，所述基座和关节输出件的外形为直径相同的圆柱体；所述关节输出件内具有用于容纳和连接谐波减速器的安装内腔，该安装内腔的开口与所述基座中的动力传递机构安装腔的开口对接。通过上述结构，不但实现关节输出件和基座的紧密对接，使得外观整洁、美观，而且由所述动力传递机构安装腔和安装内腔构成的空间为动力传递机构提供了安装空间，结构紧凑，装配方便。

本发明的一个优选方案，其中，所述基座和关节输出件中与其他关节模块连接的一端设有统一的卡环结构，该卡环结构的轴剖面为梯形槽结构，该卡环结构与其他关节模块之间采用销钉定位，以便实现快速连接和锁紧，并阻止相连模块之间绕轴线相对转动，不需要其它专用的过渡或换向连接件，连接和拆卸简单、方便和快捷。

本发明的一个优选方案，其中，所述驱动电机为直流伺服电机，该直流伺服电机上集成有用于角位移和角速度检测的光电编码器；所述电机安装腔内设有用于驱动直流伺服电机的驱动控制器，该驱动控制器通过控制器安装架固定在分隔板上。

本发明的一个优选方案，其中，在驱动电机的径向上，该驱动电机的外轮廓与波发生器的轴线具有偏移空间，从而腾出更大的空间进行内部走线。

本发明的工作原理是：驱动电机的动力通过圆柱齿轮传动机构以及谐波减速器传递给关节输出件，使得关节输出件绕谐波减速器的轴线转动，同时也是绕基座的轴线转动，实现关节输出件相对于基座作回转运动。

本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、动力传递机构采用一对圆柱齿轮和谐波减速器两级减速方式，并且由谐波减速器作为末端输出，克服了现有技术中锥齿轮间隙难以消除的缺陷，提高了关节传动精度。

2、基座采用具有电机安装腔和动力传递机构安装腔的双腔体结构，中间由分隔板分隔，使得驱动电机和动力传递机构的能够紧凑的安装于基座内，结构简单、紧凑、重量相对较轻、轴向尺寸小。

3、通过采用中空的谐波减速器，并在谐波减速器的中空部位端部设有导电滑环，从而实现在谐波减速器内部走线，并使得本关节模块中相对转动的两部分能作整周回转运动，无转动范围限制；同时，将驱动电机和谐波减速器进行偏置设置(不同轴)，从而在动力传递机构安装腔内获得足够的走线空间，进而实现在整个关节模块的内部走线。

附图说明

图1为本发明内走线机器人回转关节模块的一个具体实施方式的外形结构示意图。

图2为图1所示回转关节模块的剖面图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参见图1和图2，本发明的内走线机器人回转关节模块包括基座1、关节输出件6、驱动电机2以及动力传递机构。

参见图1和图2，所述基座1内部沿轴线方向由分隔板分隔成电机安装腔和动力传递机构安装腔。所述驱动电机2设置在电机安装腔内。所述动力传递机构设置在动力传递机构安装腔内，该动力传递机构包括圆柱齿轮传动机构和谐波减速器，所述驱动电机2的主轴穿过所述分隔板与圆柱齿轮传动机构中的主动齿轮4连接，圆柱齿轮传动机构中的从动齿轮10与所述谐波减速器同轴连接，所述关节输出件6连接在谐波减速器上。所述谐波减速器内部为中空结构，所述分隔板在与谐波减速器的中空部位端部设有导电滑环13。

参见图2，所述谐波减速器包括波发生器8、柔轮16、输出刚轮17和交叉滚子轴承18，其中，所述波发生器8为中空结构，该波发生器8的一端通过紧定螺钉9与圆柱齿轮传动机构中的从动齿轮10固定连接，所述导电滑环13通过固定螺钉11与分隔板固定连接，且位于波发生器8的端部对应处；所述交叉滚子轴承18的外圈通过螺钉5与基座1固定连接，该交叉滚子轴承18的内圈通过螺钉7与输出刚轮17以及关节输出件6连接。所述电机座1、关节输出件6以及中空谐波减速器8三者的轴线重合。通过上述结构，实现将从动齿轮10的动力传递给关节输出件6，结构紧凑。

参见图2，所述基座1和关节输出件6的外形为直径相同的圆柱体；所述关节输出件6内具有用于容纳和连接谐波减速器的安装内腔，该安装内腔的开口与所述基座1中的动力传递机构安装腔的开口对接。通过上述结构，不但实现关节输出件6和基座1的紧密对接，使得外观整洁、美观，而且由所述动力传递机构安装腔和安装内腔构成的空间为动力传递机构提供了安装空间，结构紧凑，装配方便。

参见图2，所述基座1和关节输出件6中与其他关节模块连接的一端设有统一的卡环结构，该卡环结构的轴剖面为梯形槽结构，该卡环结构与其他关节模块之间采用销钉定位，以便实现快速连接和锁紧，并阻止相连模块之间绕轴线相对转动，不需要其它专用的过渡或换向连接件，连接和拆卸简单、方便和快捷。

参见图2，所述驱动电机2为直流伺服电机，该直流伺服电机上集成有用于角位移和角速度检测的光电编码器；所述电机安装腔内设有用于驱动直流伺服电机的驱动控制器15，该驱动控制器15设置在控制器安装架14上，该控制器安装架14通过螺钉12固定在分隔板上。

参见图2，在驱动电机2的径向上，该驱动电机2的外轮廓与波发生器8的轴线具有偏移空间，从而腾出更大的空间进行内部走线。该驱动电机2主轴通过紧定螺钉3与主动齿轮4连接。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种内走线机器人回转关节模块，包括基座、关节输出件、驱动电机以及动力传递机构；其特征在于：

所述基座内部沿轴线方向由分隔板分隔成电机安装腔和动力传递机构安装腔；所述驱动电机设置在电机安装腔内；所述动力传递机构设置在动力传递机构安装腔内，该动力传递机构包括圆柱齿轮传动机构和谐波减速器，所述驱动电机的主轴穿过所述分隔板与圆柱齿轮传动机构中的主动齿轮连接，圆柱齿轮传动机构中的从动齿轮与所述谐波减速器同轴连接，所述关节输出件连接在谐波减速器上；

所述谐波减速器内部为中空结构，所述分隔板在与谐波减速器的中空部位端部设有导电滑环。

2.根据权利要求1所述的内走线机器人回转关节模块，其特征在于，所述谐波减速器包括波发生器、柔轮、输出刚轮和交叉滚子轴承，其中，所述波发生器为中空结构，该波发生器的一端与圆柱齿轮传动机构中的从动齿轮连接；所述交叉滚子轴承的外圈通过螺钉与基座固定连接，该交叉滚子轴承的内圈通过螺钉与输出刚轮以及关节输出件连接。

3.根据权利要求2所述的内走线机器人回转关节模块，其特征在于，所述基座和关节输出件的外形为直径相同的圆柱体；所述关节输出件内具有用于容纳和连接谐波减速器的安装内腔，该安装内腔的开口与所述基座中的动力传递机构安装腔的开口对接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的内走线机器人回转关节模块，其特征在于，所述基座和关节输出件中与其他关节模块连接的一端设有统一的卡环结构，该卡环结构的轴剖面为梯形槽结构，该卡环结构与其他关节模块之间采用销钉定位。

5.根据权利要求1-3任一项所述的内走线机器人回转关节模块，其特征在于，所述驱动电机为直流伺服电机，该直流伺服电机上集成有用于角位移和角速度检测的光电编码器；所述电机安装腔内设有用于驱动直流伺服电机的驱动控制器，该驱动控制器通过控制器安装架固定在分隔板上。

6.根据权利要求1-3任一项所述的内走线机器人回转关节模块，其特征在于，在驱动电机的径向上，该驱动电机的外轮廓与波发生器的轴线具有偏移空间。