CN106514702B - 一种单轴两自由度机器人关节 - Google Patents
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Abstract
一种单轴两自由度机器人关节，包括第一关节总成和第二关节总成；第一关节总成包括第一驱动电机、行星减速机和第一关节主轴，第一关节主轴与第一驱动电机的转子连接，行星减速机的输入端与第一关节主轴连接；第二关节总成包括第二驱动电机、第二关节主轴和同步齿形带轮，第二驱动电机壳体与行星减速机的输出端连接，第二关节主轴与第二驱动电机的转子连接，同步齿形带轮固定安装于第二关节主轴上。该机器人关节结构紧凑，实现了同轴两自由度，充分利用无框直驱力矩电机输出扭矩大、结构简单紧凑等优点，可用于大载重‑自重比的协作型机器人，也可用于腿足式机器人。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于机器人的两自由度关节，属于机器人技术领域。
背景技术
关节机器人是最常见的工业机器人形态之一，关节是机器人的重要构件。机器人关节的体积、重量、输出力矩和运动精度，是机器人整体性能的主要决定因素。当前的机器人关节，通常采用输出力矩较小的无刷直流电机。为了获得较大的输出力矩，通常需要配置具有较大减速比的RV减速器或者谐波减速器。然而，大减速比传动系统的逆向驱动效果很差，使机器人对环境的力感知能力较差，不适用于组建协作型工业机器人。
中国专利文献CN 104942822A公开了《一种空间机器人的两自由度关节》，通过两关节驱动组件和关节传动组件，实现关节两自由度的运动，通过调节两个电机的转速和转角，实现关节俯仰、旋转、两者合成的三种运动方式。但是，该装置采用多级行星齿轮减速箱和锥齿轮传动，传动机构较为复杂，关节尺寸和重量较大。
发明内容
本发明的目的是面向当前协作型机器人的需求，采用高扭矩输出的无框直驱力矩电机，提供一种动态性好、输出扭矩大、结构简单紧凑、逆向驱动性能好的能够实现单轴两自由度驱动的机器人关节。
本发明的单轴两自由度机器人关节，采用如下技术方案：
该机器人关节，包含第一关节总成和第二关节总成；第一关节总成包括第一驱动电机、行星减速机和第一关节主轴，第一关节主轴与第一驱动电机的转子连接，行星减速机的输入端与第一关节主轴连接；第二关节总成包括第二驱动电机、第二关节主轴和同步齿形带轮，第二驱动电机壳体与行星减速机的输出端连接，第二关节主轴与第二驱动电机的转子连接，同步齿形带轮固定安装于第二关节主轴上。
所述第一驱动电机包括第一驱动电机壳体、第一驱动电机定子和第一驱动电机转子，第一驱动电机定子安装在第一驱动电机外壳内。所述第一驱动电机定子内设置有霍尔传感器。
所述第一关节主轴通过轴承支承在第一驱动电机外壳内。
所述行星减速机包括减速机外壳、太阳轮、行星齿轮、行星架和内齿圈，太阳轮固定安装在第一关节主轴上，三个行星齿轮通过滚针轴承安装于行星架中，行星架由行星架支承套筒和行星架输出套筒构成，行星架支承套筒通过轴承安装于第一驱动电机壳体内，行星架输出套筒通过轴承安装于减速机外壳内，内齿圈固定安装于第一驱动电机壳体上，三个行星齿轮同时与太阳轮和内齿圈啮合。
所述第二驱动电机，包括第二驱动电机壳体、第二驱动电机定子和第二驱动电机转子，第二驱动电机定子安装在第二驱动电机壳体内。所述第二驱动电机定子内设置有霍尔传感器。
所述第二关节主轴通过轴承支承于第二驱动电机壳体内。
第一关节总成中的第一驱动电机带动第一关节主轴转动，第一关节主轴带动行星减速机转动，行星减速机输出端带动第二驱动电机转动，从而使第二关节总成相对于第一关节总成转动。第二关节总成中的第二驱动电机带动第二关节主轴转动，第二关节主轴上的同步齿形带轮随之转动。
本发明的机器人关节结构紧凑，实现了同轴两自由度，充分利用无框直驱力矩电机输出扭矩大、结构简单紧凑等优点，可用于大载重-自重比的协作型机器人，也可用于腿足式机器人。
附图说明
图1是本发明单轴两自由度机器人关节的整体结构示意图。
图2是本发明中第一关节总成的结构示意图。
图3是本发明中第二关节总成的结构示意图。
图中：1、第一驱动电机箱体，2、第一驱动电机箱盖，3、行星减速机外壳，4、行星架输出套筒，5、第二驱动电机箱盖，6、第二驱动电机箱体，7、第一驱动电机定子，8、第一驱动电机转子，9、第一关节主轴，10、滚珠轴承，11、行星减速机滚珠轴承，12、行星架支承套筒，13、行星减速机内齿圈，14、滚针轴承15、太阳轮，16、行星齿轮，17、第二驱动电机定子，18、第二驱动电机转子，19、滚珠轴承，20、第二关节主轴，21、同步齿形带轮。
具体实施方式
本发明的单轴两自由度机器人关节结构包括第一关节总成和第二关节总成。
如图1和图2所示，第一关节总成包括第一驱动电机、行星减速机和第一关节主轴9。第一驱动电机包括第一驱动电机壳体、第一驱动电机定子7和第一驱动电机转子8。第一驱动电机壳体包括第一驱动电机箱体1和第一驱动电机箱盖2。第一驱动电机定子7安装在第一驱动电机箱体1内，通过第一驱动电机箱盖2将其压紧。第一驱动电机定子7内设置有霍尔传感器。第一驱动电机转子8置于第一驱动电机定子7内，并通过螺钉固定在第一关节主轴9上。第一关节主轴9通过两个滚珠轴承10支承在第一驱动电机箱体1和第一驱动电机箱盖2上。行星减速机包括外壳3、太阳轮15、行星齿轮16、行星架和内齿圈13。太阳轮15固定安装在第一关节主轴9上，三个行星齿轮16通过三个滚针轴承14安装于行星架中，行星架由行星架支承套筒12和行星架输出套筒4构成，行星架支承套筒12通过滚珠轴承11安装于第一驱动电机箱盖2内，行星架输出套筒4通过滚珠轴承安装于外壳3内。内齿圈13固定安装于第一驱动电机箱盖2上。三个行星齿轮16同时与太阳轮15和内齿圈13啮合。
如图1和图3所示，第二关节总成包括第二驱动电机、第二关节主轴20和同步齿形带轮21。第二驱动电机包括第二驱动电机壳体、第二驱动电机定子17和第二驱动电机转子18，第二驱动电机壳体包括第二驱动电机箱盖5和第二驱动电机箱体6。第二驱动电机定子17安装在第二驱动电机箱体6内，通过第二驱动电机箱盖5将其压紧。第二驱动电机定子17内设置有霍尔传感器。第二驱动电机转子18通过螺钉固定连接在第二关节主轴20上。第二关节主轴20通过两个滚珠轴承19支承于第二驱动电机箱体6和第二驱动电机箱盖5上。同步齿形带轮21固定安装于第二关节主轴20上。
第二驱动电机箱盖5与行星架输出套筒4连接在一起，使第一关节总成和第二关节总成刚性连接。
上述单轴两自由度机器人关节的工作过程如下所述。
第一关节总成中的第一驱动电机转子8根据控制信号旋转，带动第一关节主轴9转动，太阳轮15随之转动。太阳轮15与三个行星齿轮16啮合传动，在三个行星齿轮16和行星减速机内齿圈13的啮合传动下，减速后的转动由行星架输出套筒4输出。由于行星架输出套筒4与第二驱动电机箱盖5之间刚性连接，从而带动第二关节总成相对于第一关节总成转动。第二关节总成中的第二驱动电机转子18根据控制信号旋转，带动第二关节主轴20转动，第二关节主轴20上的同步齿形带轮21随之转动。
Claims (8)
1.一种单轴两自由度机器人关节，包括第一关节总成和第二关节总成；其特征是：第一关节总成包括第一驱动电机、行星减速机和第一关节主轴，第一关节主轴与第一驱动电机的转子连接，行星减速机的输入端与第一关节主轴连接；第二关节总成包括第二驱动电机、第二关节主轴和同步齿形带轮，第二驱动电机壳体与行星减速机的输出端连接，第二关节主轴与第二驱动电机的转子连接，同步齿形带轮固定安装于第二关节主轴上。
2.根据权利要求1所述的单轴两自由度机器人关节，其特征是：所述第一驱动电机包括第一驱动电机壳体、第一驱动电机定子和第一驱动电机转子，第一驱动电机定子安装在第一驱动电机外壳内。
3.根据权利要求2所述的单轴两自由度机器人关节，其特征是：所述第一驱动电机定子内设置有霍尔传感器。
4.根据权利要求1所述的单轴两自由度机器人关节，其特征是：所述第一关节主轴通过轴承支承在第一驱动电机外壳内。
5.根据权利要求1所述的单轴两自由度机器人关节，其特征是：所述行星减速机包括减速机外壳、太阳轮、行星齿轮、行星架和内齿圈，太阳轮固定安装在第一关节主轴上，三个行星齿轮通过滚针轴承安装于行星架中，行星架由行星架支承套筒和行星架输出套筒构成，行星架支承套筒通过轴承安装于第一驱动电机壳体内，行星架输出套筒通过轴承安装于减速机外壳内，内齿圈固定安装于第一驱动电机壳体上，三个行星齿轮同时与太阳轮和内齿圈啮合。
6.根据权利要求1所述的单轴两自由度机器人关节，其特征是：所述第二驱动电机，包括第二驱动电机壳体、第二驱动电机定子和第二驱动电机转子，第二驱动电机定子安装在第二驱动电机壳体内。
7.根据权利要求6所述的单轴两自由度机器人关节，其特征是：所述第二驱动电机定子内设置有霍尔传感器。
8.根据权利要求1所述的单轴两自由度机器人关节，其特征是：所述第二关节主轴通过轴承支承于第二驱动电机壳体内。
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