CN110193848A - 一种减小腿部转动惯量的机器人一体化驱动关节 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种减小腿部转动惯量的机器人一体化驱动关节，能够实现腿部驱动模块高度集成，缩短动力源到输出端的传动路线，减轻驱动模块整体重量，同时使整体结构紧凑，大大减小腿部转动惯量，使机器人具有优越的运动能力，提高腿足机器人的环境适应性。

Description

一种减小腿部转动惯量的机器人一体化驱动关节

技术领域

本发明涉及一种机器人驱动部件，特别是用于腿足式机器人的腿部各关节的驱动模块。

背景技术

高速、高承载四足机器人是模仿四足动物运动形式的特种机器人，该类机器人能够在复杂的非结构环境中稳定的行走，可以代替人完成许多危险作业，在军事、矿山开采、核能工业、星球表面探测、消防及营救、建筑业、农林采伐、示教娱乐等行业有着许多潜在的应用前景。

长期以来，腿足机器人技术一直是国内外机器人领域研究的热点之一。然而驱动模块又是衡量和制约机器人水平的核心因素，市场上传统的机器人的驱动方式空间布局较分散，与此相比，高度集成的驱动模块可以提高空间利用率，减轻驱动部件的整体重量，同时可以使腿部结构更优，从而使机器人实现更优越的运动能力及适应环境的能力。

经检索发现，专利号为201510241597.3，授权公告日为2017年12月8日的中国发明专利《一种多功能一体化驱动装置》提供了一种多功能一体化驱动装置，主要由上筒段、中筒段和下筒段三大部分组成。但是上述一体化驱动装置采用传统的齿轮变速机构，传动链较长，减速器整体重量大等缺陷，难以实现机器人复杂环境中的快速运动。

发明内容

本发明的目的是设计一种减小腿部转动惯量的机器人一体化驱动关节，实现腿部驱动模块高度集成，减轻驱动模块整体重量，使整体结构紧凑，同时大大减小腿部转动惯量，使机器人具有优越的运动能力，提高腿足机器人的环境适应性。

本发明的技术方案如下。

本发明第一方面提供了一种一体化驱动关节，包括反馈模块、电机端盖、电机轴、电机转子、电机定子、支撑法兰、电机外壳、谐波减速器、输出法兰，以及尾部端盖；

所述谐波减速器包括波发生器、柔轮、钢轮；

所述波发生器的内孔与所述电机轴固连，所述波发生器的外圆面与所述柔轮内圆面间歇贴合，所述柔轮外齿面与所述钢轮的内齿面啮合；

所述柔轮通过螺钉安装在电机外壳的外侧面，所述的钢轮与所述输出法兰固连，所述输出法兰通过轴承安装在电机外壳的外圆面；所述的尾部端盖通过螺钉与钢轮连接。

优选地，所述电机转子与电机轴通过轴孔过盈配合连接，同时采用胶粘的方式加固；

所述电子定子安装在电机外壳内，通过轴孔过盈配合连接，同时采用胶粘的方式加固。

优选地，所述电机轴的一侧通过轴承固定在所述电机端盖上，另一侧通过轴承固定在所述电机外壳上；

所述电机端盖通过螺钉连接于所述电机外壳端面；

所述反馈模块固定在所述电机端盖上。

优选地，所述支撑法兰通过轴承安装在电机外壳的外圆面；

所述电机轴通过轴承分别与电机外壳和电机端盖连接，同时将反馈模块集成在电机端盖上，将支撑法兰集成在电机外壳的外圆面。

本发明第二方面提供了一种腿足机器人并联单腿，包括：第一驱动关节，左侧板，连接板，支撑板，U型连接架，右侧板，第二驱动关节，其中，所述第一驱动关节和所述第二驱动关节为根据以上技术方案之一所述的一体化驱动关节。

优选地，所述的左侧板、右侧板、连接板、支撑板组成一个叉形的固定支架，两个驱动关节同时固定在该固定支架的左右两侧。

优选地，所述的支撑板连接在所述连接板下方，所述左侧板安装在连接板的左侧下方，所述的第一驱动关节穿过所述左侧板的中心孔安装在所述支撑板的左侧，所述第二驱动关节安装在所述支撑板的右侧，所述右侧板内孔穿过第二驱动关节安装在连接板的右侧下方。

优选地，所述U型连接架共两个，两个U型连接架交叉布局。

优选地，所述的U型连接架(5)包括第一U型连接架和第二U型连接架；所述第一U型连接架的一端与所述第一驱动关节的输出法兰连接，另一端与所述第二驱动关节的支撑法兰连接；所述第二U型连接架的一端与所述第二驱动关节的输出法兰连接，另一端与所述第一驱动关节的支撑法兰连接。

本发明第三方面提供了一种腿足型机器人，其中，包括根据以上技术方案之一所述的一种腿足机器人并联单腿。

根据以上技术方案，本发明提供的一种减小腿部转动惯量的机器人一体化驱动关节，能够实现腿部驱动模块高度集成，缩短动力源到输出端的传动路线，减轻驱动模块整体重量，同时使整体结构紧凑，大大减小腿部转动惯量，使机器人具有优越的运动能力，提高腿足机器人的环境适应性。

附图说明

图1是包括根据本发明的一种减小腿部转动惯量的机器人一体化驱动关节的腿足机器人并联单腿总体结构图；

图2是图1中的一种减小腿部转动惯量的机器人一体化驱动关节爆炸示意图；

图3是一体化驱动关节剖视图。

附图中，1第一驱动关节，2左侧板，3连接板，4支撑板，5U型连接架，6右侧板，7第二驱动关节，11反馈模块，12电机端盖，13电机轴，14电机转子，15电机定子，16支撑法兰，17电机外壳，18柔轮，19输出法兰，110波发生器，111钢轮，112尾部端盖。不同附图中，相同的标号代表同一个零件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明提出的一种腿足机器人并联单腿，包括：第一驱动关节1，左侧板2，连接板3，支撑板4，U型连接架5，右侧板6，第二驱动关节7。

如图1和图2所示，所述的支撑板4连接在连接板3正下方，所述的左侧板2安装在连接板3的左侧下方，所述的第一驱动关节1穿过左侧板2的中心孔安装在支撑板4的左侧，所述第二驱动关节7安装在支撑板4的右侧，所述的右侧板6内孔穿过第二驱动关节7安装在连接板3的右侧下方。所述的左侧板2、右侧板6、连接板3、支撑板4组成一个叉形的固定支架，两个驱动关节同时固定在该固定支架的左右两侧，充分利用了安装空间，结构紧凑。

所述U型连接架5共两个,如图1-3所示。其中的第一U型连接架的一端与第一驱动关节的输出法兰连接，另一端与第二驱动关节的支撑法兰连接；第二U型连接架的一端与第二驱动关节的输出法兰连接，另一端与第一驱动关节的支撑法兰连接。所述的两个U型连接架5交叉布局，一端安装在第一驱动关节1的输出法兰19上，另一端安装在第二驱动关节7的支撑法兰上，这种交叉布局形式充分利用安装空间，同时实现了U型连接架的输出轴孔的重合。

如图3所示，第一驱动关节1和第二驱动关节7结构一样。所述的第一驱动关节1包括：反馈模块11、电机端盖12、电机轴13、电机转子14、电机定子15、支撑法兰16、电机外壳17、柔轮18、输出法兰19、波发生器110、钢轮111，以及尾部端盖112。

所述的电机转子14与电机轴13通过轴孔过盈配合连接，同时采用胶粘的方式加固。所述的电子定子15安装在电机外壳17内，通过轴孔过盈配合连接，采用胶粘的方式加固。所述的电机定子15和电子转子14均采用过盈配合连接，同时采用胶粘方式加固，保证了连接可靠性的前提下增强了电机轴的强度。

所述的电机轴13的右侧通过轴承固定在电机端盖12上，电机轴13的左侧通过轴承固定在电机外壳17上，电机端盖12通过螺钉连接于电机外壳17端面。所述的反馈模块11固定在电机端盖12上；所述的支撑法兰16通过轴承安装在电机外壳17的外圆面。所述的电机轴通过轴承分别与电机外壳和电机端盖连接，同时将反馈模块集成在电机端盖上，将支撑法兰集成在电机外壳的外圆面，充分利用了电机壳内外的空间。

所述的波发生器110内孔与电机轴13固连，所述的波发生器110的外圆面与柔轮18内圆面间歇贴合，所述的柔轮18外齿面与钢轮111的内齿面啮合。所述的波发生器110、柔轮18、钢轮111组成了谐波减速器。所述的柔轮18通过螺钉安装在电机外壳17的左侧面，所述的钢轮111与输出法兰19固连，所述的输出法兰19通过轴承安装在电机外壳17的外圆面；所述的尾部端盖112通过螺钉与钢轮111连接。所述的波发生器110与电机轴13直连，所述的柔轮18安装在电机外壳17的左侧面，所述的钢轮111通过输出法兰19安装在电机外壳17的外圆面上，这种空间布局方式充分利用了电机外壳17左侧和外圆面的空间，大大提高了电机和减速器的集成度，减小了整体安装空间，实现了一体化驱动关节的高度集成。

Claims (10)

1.一种一体化驱动关节，包括反馈模块(11)、电机端盖(12)、电机轴(13)、电机转子(14)、电机定子(15)、支撑法兰(16)、电机外壳(17)、谐波减速器、输出法兰(19)，以及尾部端盖(112)；

所述谐波减速器包括波发生器(110)、柔轮(18)、钢轮(111)；

所述波发生器(110)的内孔与所述电机轴(13)固连，所述波发生器(110)的外圆面与所述柔轮(18)内圆面间歇贴合，所述柔轮(18)外齿面与所述钢轮(111)的内齿面啮合；

所述柔轮(18)通过螺钉安装在电机外壳(17)的外侧面，所述的钢轮(111)与所述输出法兰(19)固连，所述输出法兰(19)通过轴承安装在电机外壳(17)的外圆面；所述的尾部端盖(112)通过螺钉与钢轮(111)连接。

2.根据权利要求1所述的一种一体化驱动关节，其特征在于，所述电机转子(14)与电机轴(13)通过轴孔过盈配合连接，同时采用胶粘的方式加固；

所述电子定子(15)安装在电机外壳(17)内，通过轴孔过盈配合连接，同时采用胶粘的方式加固。

3.根据权利要求1所述的一种一体化驱动关节，其特征在于，所述电机轴(13)的一侧通过轴承固定在所述电机端盖(12)上，另一侧通过轴承固定在所述电机外壳(17)上；

所述电机端盖(12)通过螺钉连接于所述电机外壳(17)端面；

所述反馈模块(11)固定在所述电机端盖(12)上。

4.根据权利要求1-3之一所述的一种一体化驱动关节，其特征在于，所述支撑法兰(16)通过轴承安装在电机外壳(17)的外圆面；

所述电机轴(13)通过轴承分别与电机外壳(17)和电机端盖(12)连接，同时将反馈模块(11)集成在电机端盖(12)上，将支撑法兰(16)集成在电机外壳(17)的外圆面。

5.一种腿足机器人并联单腿，包括：第一驱动关节(1)，左侧板(2)，连接板(3)，支撑板(4)，U型连接架(5)，右侧板(6)，第二驱动关节(7)，其特征在于，所述第一驱动关节(1)和所述第二驱动关节(7)为根据权利要求1-4之一所述的一体化驱动关节。

6.根据权利要求5所述的一种腿足机器人并联单腿，其特征在于，所述的左侧板(2)、右侧板(6)、连接板(3)、支撑板(4)组成一个叉形的固定支架，两个驱动关节同时固定在该固定支架的左右两侧。

7.根据权利要求5所述的一种腿足机器人并联单腿，其特征在于，所述的支撑板(4)连接在所述连接板(3)下方，所述左侧板(2)安装在连接板(3)的左侧下方，所述的第一驱动关节(1)穿过所述左侧板(2)的中心孔安装在所述支撑板(4)的左侧，所述第二驱动关节(7)安装在所述支撑板(4)的右侧，所述右侧板(6)内孔穿过第二驱动关节(7)安装在连接板(3)的右侧下方。

8.根据权利要求5所述的一种腿足机器人并联单腿，其特征在于，所述U型连接架(5)共两个，两个U型连接架交叉布局。

9.根据权利要求8所述的一种腿足机器人并联单腿，其特征在于，所述的U型连接架(5)包括第一U型连接架和第二U型连接架；所述第一U型连接架的一端与所述第一驱动关节的输出法兰连接，另一端与所述第二驱动关节的支撑法兰连接；所述第二U型连接架的一端与所述第二驱动关节的输出法兰连接，另一端与所述第一驱动关节的支撑法兰连接。

10.一种腿足型机器人，其特征在于，包括根据权利要求5-9之一所述的一种腿足机器人并联单腿。