CN108381599A - 一种基于盘式电机驱动的关节驱动模块 - Google Patents

一种基于盘式电机驱动的关节驱动模块 Download PDF

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徐东亮
王成
王铮
朱炯滔
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    • B25J9/12—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric

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Abstract

本发明公开了一种基于盘式电机驱动的关节驱动模块，主要包括盘式电机、联轴器、谐波减速器和摆动杆，所述盘式电机的电机轴与联轴器相连，联轴器的一端与谐波减速器的输入端相连，谐波减速器安装在固定杆下端的安装孔内，谐波减速器的输出端与摆动杆的上端相连；所述盘式电机的电机轴穿过联轴器和谐波减速器的中心；所述联轴器在径向设有顶丝，顶丝的端部与盘式电机的电机轴顶紧。本发明的有益效果为：本发明所述驱动模块中电机的转动通过减速器传动到摆动杆上，同时限位盖限制摆动杆的摆动范围，模拟人体关节运动范围，这种驱动模块结构紧凑、体型较小，轻便使用，驱动过程中运行稳定无噪声，可用在于下肢机器人各个关节。

Description

一种基于盘式电机驱动的关节驱动模块
技术领域
本发明涉及机器人关节结构，具体涉及一种基于盘式电机驱动的关节驱动模块。
背景技术
目前机器人关节得到越来越多研究机构的重视，广泛用于各大领域，例如工业生产、医疗康复。现有的大多数机器人关节部分通常采用液压驱动或气动驱动，气动的驱动方式执行器刚度大，输出阻抗大，而且不能很好地处理外部的冲击，且这类驱动方式会造成体积较大，不便于安装使用；液压驱动提供的力量有限，在某些场景下无法满足要求。因此，有必要对现有技术进行改进。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种结构紧凑、集成化程度高的基于盘式电机驱动的关节驱动模块。
本发明采用的技术方案为：一种基于盘式电机驱动的关节驱动模块，主要包括盘式电机、联轴器、谐波减速器和摆动杆，所述盘式电机的电机轴与联轴器相连，联轴器的一端与谐波减速器的输入端相连，谐波减速器安装在固定杆下端的安装孔内，谐波减速器的输出端与摆动杆的上端相连；所述盘式电机的电机轴穿过联轴器和谐波减速器的中心；所述联轴器在径向设有顶丝，顶丝的端部与盘式电机的电机轴顶紧。
按上述方案，所述谐波减速器包括由内而外依次布置的波发生器、减速器柔轮和减速器刚轮，所述联轴器的中部上设有径向的环形片，所述联轴器的一端插入谐波发生器的内部，联轴器的环形片与谐波减速器的波发生器连接；所述波发生器设于减速器柔轮内，减速器柔轮布置于固定杆的安装孔内，减速器柔轮与连接件相连，连接件与摆动杆固连；所述减速器刚轮设于减速器柔轮的侧面，减速器刚轮的盘面与固定杆的内侧面相连。
按上述方案，所述驱动模块还包括电机托盘，电机托盘的盘面周向间隔布置多个螺纹孔，所述盘式电机通过螺栓与电机托盘相连。
按上述方案，所述驱动模块还包括轴承，轴承的内圈与连接件的外壁配合，轴承的外圈与固定杆的安装孔相连。
按上述方案，在轴承的外侧设有挡环，挡环与固定杆连接。
按上述方案，所述驱动模块还包括设于摆动杆外侧的限位盖，限位盖与固定杆螺栓连接.
按上述方案，所述限位盖上放置编码盘，编码盘与放置于摆动杆轴端的磁性片配合。
本发明的有益效果为：
1本发明所述驱动模块通过盘式电机驱动，并经减速器传动至摆动杆上，摆动杆的转动使放置于摆动杆转动中心的磁性体与放置在限位盖上的编码盘发生相对转动，产生的磁场效应由编码盘记录，确定摆动杆转动的角度大小；同时限位盖限制摆动杆的摆动范围，模拟人体关节运动范围，这种驱动模块结构紧凑、体型较小，轻便使用，驱动过程中运行稳定无噪声，可用在下肢机器人各个关节；
2电机驱动方式适用于精准和快速的位置控制或轨迹控制，通过上位机程序直接控制电机的转动，并根据各关节的运动角度控制电机转动圈数，其模块化的驱动结构既适用于机器人各个关节(即工业生产)，又可用于医疗康复，工业生产工业机器人的使用，可使人工处于更舒适的作业环境，医疗康复中能实现更加舒服、安全的人机交互体验；
3本发明中的电机托盘设有螺纹孔，电机通过内六角螺钉与电机托盘连接在一起，电机轴穿过联轴器由四个顶丝顶紧，连接紧密，牢靠耐用；电机的转动通过减速器传动到摆动杆上的同时，限位盖限制摆动杆的摆动范围，形象地模拟了人体关节运动范围；
4本发明中的轴承外圈与固定杆过渡配合，轴承内圈与传动件同样过渡配合，孔的公差带与轴的公差带相互交叠，安装方便；挡环通过内六角螺钉与固定杆连接，起到限制轴承外圈的轴向移动的作用；摆动杆与传动件通过内六角螺钉连接，连接紧密，同时摆动杆起到顶紧轴承内圈的作用，限制轴承内圈的轴向移动；
5本发明中的联轴器通过沉头十字螺钉与谐波减速器的波发生器连接，谐波减速器刚轮通过内六角螺钉与固定杆连接，连接件通过内六角螺钉与谐波减速器柔轮连接，连接紧密，牢靠耐用，传动平稳，无噪声；
6本发明中的码盘盖用于放置编码盘，码盘盖上的中孔用于穿出导线，编码盘与磁片配合用于记录关节转动角度，同时码盘盖固定于弹簧托盘还起到顶紧轴承内圈的作用；
7本发明中的码盘盖用于放置编码盘，码盘盖上的中孔用于穿出导线，编码盘与磁片配合用于记录关节转动角度，同时码盘盖固定于弹簧托盘还起到顶紧轴承内圈作用。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例的整体结构示意图。
图2为图1的半剖示意图。
图3为本实施例的分解示意图。
图4为本实施例中谐波减速器的分解图。
图5为本实施例中谐波减速器与传动杆的连接示意图。
图6为本实施例中摆动杆的连接示意图一。
图7为本实施例中摆动杆的连接示意图二。
图8为本实施例中码盘盖的连接示意图。
其中：1、盘式电机；2、电机托盘；2.1、内六角螺钉A；3、波发生器；4、减速器刚轮；5、联轴器；5.1、沉头十字螺钉；5.2、顶丝；6、减速器柔轮；7、固定杆；8、连接件；8.1、内六角螺钉B；9、轴承；10、挡环；10.1、内六角螺钉C；11、摆动杆；11.1、内六角螺钉D；12、限位盖；12.1、内六角螺钉E。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。
如图1～3所示的一种基于盘式电机驱动的关节驱动模块，主要包括盘式电机1、联轴器5、谐波减速器和摆动杆11，所述盘式电机1的电机轴与联轴器5相连，联轴器5的一端与谐波减速器的输入端相连，谐波减速器安装在固定杆7下端的安装孔内，谐波减速器的输出端与摆动杆11的上端相连，并可带动摆动杆11的下端绕上端摆动；所述盘式电机1的电机轴穿过联轴器5和谐波减速器的中心；所述联轴器5在径向设有顶丝，顶丝的端部与盘式电机1的电机轴顶紧。
本发明中，如图4和图5所示，所述谐波减速器包括由内而外依次布置的波发生器3、减速器柔轮6和减速器刚轮4，所述联轴器5的中部上设有径向的环形片，所述联轴器5的一端插入谐波发生器3的内部，联轴器5的环形片通过M3沉头十字螺钉5.1与谐波减速器的波发生器3连接；所述波发生器3设于减速器柔轮6内，减速器柔轮6布置于固定杆7的安装孔内，减速器柔轮6通过M4x10内六角螺钉B8.1与连接件8相连，连接件8与摆动杆11固连；所述减速器刚轮4设于减速器柔轮6的侧面(位于电机侧)，减速器刚轮4的盘面通过M4x10内六角螺钉4.1与固定杆7的内侧面(位于电机侧)相连。
本发明中，所述驱动模块还包括电机托盘2，电机托盘2的盘面周向间隔布置多个螺纹孔，所述盘式电机1通过螺栓与电机托盘2相连。本实施例中，电机托盘2设有三个M5螺纹孔，电机1通过M5x8内六角螺钉A2.1与电机托盘2连接在一起，电机轴1穿过联轴器5由四个顶丝5.2顶紧。
本发明中，所述驱动模块还包括轴承9，轴承9的内圈与连接件8的外壁配合(可为过渡配合)，轴承9的外圈与固定杆7的安装孔相连(可为过渡配合)；本实施例中，所述轴承9为68108深沟球轴承。优选地，在轴承9的外侧设有挡环10，以限制轴承9外圈的轴向移动；所述挡环10通过周向的M4x8内六角螺钉C10.1与固定杆7连接。如图6和图7所示，所述摆动杆11与传动件8通过M5x8内六角螺钉D11.1连接，同时摆动杆11起到顶进轴承9内圈的作用，限制轴承9内圈的轴向移动。
本发明中，所述驱动模块还包括限位盖12，限位盖12通过M4x20内六角螺钉E12.1与固定杆7连接；所述限位盖12为圆形端盖，侧面115°的开口起到限位的作用，使关节活动范围在0-115°之间，限位盖12内部用于放置编码盘，在顶端开设的槽口用于编码盘连接线的穿出，如图8所示。编码盘与放置于摆动杆11转动中心的磁性片发生相对转动，产生的磁场效应由编码盘记录，确定摆动杆11转动的角度大小；同时码盘盖固定于弹簧托盘还起到顶紧轴承9内圈作用。
本发明的工作原理为：谐波减速器包含减速器刚轮4、减速器柔轮6和波发生器3，盘式电机1的电机轴通过联轴器5安装在减速器的波发生器3上，减速器刚轮4安装在固定杆7上，减速器柔轮6与连接件8通过螺钉连接，连接件8与摆动杆11连接，由此盘式电机1的转动通过减速器传动至摆动杆11，同时限位盖12限制摆动杆11的摆动范围，模拟人体关节运动范围。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于盘式电机驱动的关节驱动模块，其特征在于，主要包括盘式电机、联轴器、谐波减速器和摆动杆，所述盘式电机的电机轴与联轴器相连，联轴器的一端与谐波减速器的输入端相连，谐波减速器安装在固定杆下端的安装孔内，谐波减速器的输出端与摆动杆的上端相连；所述盘式电机的电机轴穿过联轴器和谐波减速器的中心；所述联轴器在径向设有顶丝，顶丝的端部与盘式电机的电机轴顶紧。
2.如权利要求1所述的基于盘式电机驱动的关节驱动模块，其特征在于，所述谐波减速器包括由内而外依次布置的波发生器、减速器柔轮和减速器刚轮，所述联轴器的中部上设有径向的环形片，所述联轴器的一端插入谐波发生器的内部，联轴器的环形片与谐波减速器的波发生器连接；所述波发生器设于减速器柔轮内，减速器柔轮布置于固定杆的安装孔内，减速器柔轮与连接件相连，连接件与摆动杆固连；所述减速器刚轮设于减速器柔轮的侧面，减速器刚轮的盘面与固定杆的内侧面相连。
3.如权利要求1所述的基于盘式电机驱动的关节驱动模块，其特征在于，所述驱动模块还包括电机托盘，电机托盘的盘面周向间隔布置多个螺纹孔，所述盘式电机通过螺栓与电机托盘相连。
4.如权利要求2所述的基于盘式电机驱动的关节驱动模块，其特征在于，所述驱动模块还包括轴承，轴承的内圈与连接件的外壁配合，轴承的外圈与固定杆的安装孔相连。
5.如权利要求4所述的基于盘式电机驱动的关节驱动模块，其特征在于，在轴承的外侧设有挡环，挡环与固定杆连接。
6.如权利要求4所述的基于盘式电机驱动的关节驱动模块，其特征在于，所述驱动模块还包括设于摆动杆外侧的限位盖，限位盖与固定杆螺栓连接。
7.如权利要求4所述的基于盘式电机驱动的关节驱动模块，其特征在于，所述限位盖上放置编码盘，编码盘与放置于摆动杆轴端的磁性片配合。
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