CN110725918A

CN110725918A - 一种并联磁性行星传动一体化机器人关节装置

Info

Publication number: CN110725918A
Application number: CN201911093196.2A
Authority: CN
Inventors: 莫帅; 宋裕玲; 杨振宁; 宋文浩; 侯茂祥; 李旭; 岳宗享; 邹振兴; 党合玉; 石丽娟; 钱妮妮; 冯允佳
Original assignee: Tianjin Polytechnic University
Current assignee: Tianjin Polytechnic University
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2020-01-24

Abstract

本发明提出了一种并联磁性行星传动一体化机器人关节装置，其特征在于所述机器人关节装置包括：并联磁性行星传动系统，内转子驱动电机和电磁制动器；内转子驱动电机的输出轴、并联磁性行星传动系统的输入轴和电磁制动器的输入轴为同一根轴；所述内转子驱动电机外壳与并联磁性行星传动系统固定壳体通过螺栓直接相连，电机右端盖与电磁制动器磁轭通过螺栓直接相连；有益效果是传动平稳，噪声小，集成度高，结构紧凑，制动可靠，便于快速安装，具有非常广阔的商业前景，即可以填补相关技术空白，又可产生较大的社会效益与经济效益。

Description

一种并联磁性行星传动一体化机器人关节装置

技术领域

本发明涉及机器人关节设计领域，特别是涉及一种并联磁性行星传动一体化机器人关节装置。

背景技术

当前在机械传动领域，应用最广泛的传动机构依旧是机械齿轮，然而机械齿轮存在一些不可消除的缺点：振动、噪音、损耗、周期性的润滑等，往往限制了传动系统性能的进一步提高。为了解决这些问题，磁性齿轮应时代潮流而产生。

随着人工智能时代的到来，各种产业对智能化的要求越来越高，对机器人的依赖力度也将加大。机器人的应用也从单一的传统的工业机器人向多功能服务机器人转变，这种转变也对机器人技术提出了更高的要求。关节作为机器人的核心部件，势必要做出大的创新变革。机器人的活动需要各关节完成相应的任务，关节的整体结构、运动能力会影响到整个机器人的协作与执行，这就要求关节能在狭小的空间中用有限的体积去输出较大的扭矩，并且能实现制动控制。同时，现有的需求也要求关节从设计到交付的周期不断缩短，对关节的集成速度也提出更高的要求。

因此为了满足上述生产需求，需要设计一种结构紧凑、集成度高、制动可靠、便于快速安装的机器人一体化关节。

发明内容

为了解决现有技术不足，本发明提供了一种并联磁性行星传动一体化机器人关节装置，该装置传动稳定，清洁无油污，结构紧凑，集成度高，制动可靠，便于快速安装。

一种并联磁性行星传动一体化机器人关节装置，其特征在于所述机器人关节装置包括：并联磁性行星传动系统，内转子驱动电机和电磁制动器，三者通过螺栓连接；内转子驱动电机的输出轴、并联磁性行星传动系统的输入轴和电磁制动器的输入轴为同一根轴，即转轴；

所述转轴为一空心阶梯齿轮轴，左端为一磁性齿轮，与并联磁性行星传动系统第一级减速齿轮啮合，右端与电磁制动器相连接处设有安装弹性挡圈的卡槽；

所述内转子驱动电机外壳与并联磁性行星传动系统固定壳体通过螺栓直接相连，电机右端盖与电磁制动器的磁轭通过螺栓直接相连，所述电机右端盖相应设有三个圆柱凸起，码盘与转轴过盈配合；

更进一步，所述并联磁性行星传动系统包括：输出壳体、固定壳体、端盖、太阳轮、中间传动机构，固定壳体内壁设有第一内齿圈，输出壳体内壁设有第二内齿圈，第一内齿圈和第二内齿圈同轴依次设置；太阳轮与第一内齿圈和第二内齿圈同轴设置，受外部驱动装置驱动；中间传动机构同时与太阳轮、第一内齿圈和第二内齿圈啮合，第一内齿圈固定，转动自第二内齿圈输出；端盖与固定壳体连接；固定壳体和输出壳体之间设有内嵌式轴承机构，并联磁性行星传动系统中齿轮传动元件为非接触磁性圆柱齿轮，非啮合型机械齿轮，磁性齿轮采用表贴式的方法将永磁体贴附在铁芯表面，齿轮啮合之间留有一定间隙；并联磁性行星传动系统的太阳轮固定在内转子驱动电机的转轴上，三个第一级行星轮围绕中心轴线均匀分布，通过三个行星轴固定安装在行星架内，可绕行星轴自转，且均与太阳轮啮合；行星架、第二级行星轮、行星轴共同构成中间传动机构；

更进一步，输出壳体与固定壳体之间设有圆柱滚子，固定壳体的内壁上设有第一内齿圈，靠近凸缘的一侧设有管腔，远离凸缘的一端的内壁上设有轴承安装面；输出壳体为圆管状，左侧凸缘设置均匀分布的若干连接孔，输出壳体内壁上设有第二内齿圈和轴承安装面；

更进一步，行星架为开放的圆筒状，两端设有内凹的端面，右侧端面上设有中心通孔，用于太阳轮的安装，两个端面上沿周向均布相对各设有3个行星轴孔，第一级行星轮和第二级行星轮并联放置于行星架内部，通过3个行星轴固定安装，行星轮与行星轴之间设有行星轮轴承；行星架的圆筒段与输出壳体和固定壳体的轴承安装面设有角接触球轴承，并用行星架右侧轴用挡圈和行星架左侧轴用挡圈固定；

更进一步，所述内转子驱动电机包括：电机外壳、电机右端盖、角接触球轴承、电路板、码盘、转轴、永磁铁及绕组，电机外壳与电机右端盖各通过一角接触球轴承与转轴相连，外壳内壁有凸起，表面周向均匀分布着六块永磁铁，绕组缠绕在转轴上；

更进一步，所述永磁铁直接贴附于定子壳体内壁上，线圈绕组缠绕在转轴上，转轴通过成对存在的角接触球轴承形成周向定位；

更进一步，所述电路板上带有发光二极管、光检测器、电容、电感，码盘与转轴为过盈配合，码盘右端面与电路板表面接触；

更进一步，所述电磁制动器包括：磁轭、线圈、摩擦片、衔铁、弹簧片、制动法兰；

更进一步，所述磁轭内开有存放线圈以及摩擦片的圆型槽，外壁上设有线圈走线孔，线圈右侧设有摩擦片，磁轭左侧通过紧固螺栓固定在电机右端盖右侧；弹簧片通过六个圆周分布、安装方向交替的铆钉连接在衔铁与制动法兰之间，制动法兰通过键与转轴右端相连接；电磁制动器中衔铁与摩擦片之间有一空隙。

与现有技术相比，本发明的有益效果是传动平稳，噪声小，集成度高，结构紧凑，减速比大，制动力矩大，便于快速安装，具有非常广阔的商业前景，即可以填补相关技术空白，又可产生较大的社会效益与经济效益。

附图说明

图1是一种并联磁性行星传动一体化机器人关节装置剖视图

图2是一种并联磁性行星传动一体化机器人关节装置三维图

图3是一种并联磁性行星传动一体化机器人关节装置爆炸图

图4是并联磁性行星传动系统爆炸图

图5是并联磁性行星传动系统剖视图

图6是内转子驱动电机爆炸图

图7是电磁制动器爆炸图

图1中：

1、输出壳体； 2、行星架； 3、端盖；

4、固定壳体； 5、行星架右侧轴承； 6、电机外壳；

7、永磁铁； 8、码盘； 9、电路板；

10、电机右端盖； 11、线圈； 12、摩擦片；

13、铆钉； 14、弹簧片； 15、制动法兰；

16、键； 17、孔用弹性挡圈； 18、衔铁；

19、端盖角接触球轴承； 20、磁轭； 21、端盖螺钉；

22、紧固螺栓； 23、绕组； 24、行星架右侧轴用挡圈；

25、连接螺钉； 26、行星轮轴承； 27、第一级行星轮；

28、永磁体； 29、连接螺栓； 30、圆柱滚子；

31、衔铁； 32、螺纹孔； 33、第二级行星轮；

34、行星轴； 35、行星轮永磁体； 36、太阳轮永磁体；

37、转轴； 38、深沟球轴承； 39、行星架左侧轴用挡圈；

40、行星架左侧轴承；

图3中：

I、并联磁性行星传动系统；

II、内转子驱动电机；

III、电磁制动器。

具体实施方式

参考附图描述本发明的实施方式，下面结合图1-图6对本发明进行具体说明。

一种并联磁性行星传动一体化机器人关节装置，包括输出壳体1、行星架2、端盖3、固定壳体4、行星架右侧轴承5、电机外壳6、永磁铁7、码盘8、电路板9、电机右端盖10、线圈11、摩擦片12、铆钉13、弹簧片14、制动法兰15、键16、孔用弹性挡圈17、衔铁18、端盖角接触球轴承19、磁轭20、端盖螺钉21、紧固螺栓22、绕组23、行星架右侧轴用挡圈24、连接螺钉25、行星轮轴承26、第一级行星轮27、永磁体28、连接螺栓29、圆柱滚子30、衔铁31、螺纹孔32、第二级行星轮33、行星轴34、行星轮永磁体35、太阳轮永磁体36、转轴37、深沟球轴承38、行星架左侧轴用挡圈39、行星架左侧轴承40。

固定壳体4和端盖3通过螺栓装配在一起，行星架2、输出壳体1、太阳轮依次设置在固定壳体4内部，具有共同的中心轴线。太阳轮固定在内转子驱动电机II的转轴37上，形成齿轮轴，为主动件。三个第一级行星轮27围绕中心轴线均匀分布，通过三个行星轴34固定安装在行星架2内，可绕行星轴34自转，且均与太阳轮啮合。行星架2、第二级行星轮33、行星轴34共同构成中间传动机构。输出壳体1与固定壳体4之间设有圆柱滚子30，形成内嵌式轴承机构。

固定壳体4为圆管状，一端设有凸缘，设置均匀分布的若干安装孔，固定壳体4的内壁上设有第一内齿圈，与第一内齿圈相邻，靠近凸缘的一侧设有管腔，远离凸缘的一侧的内壁上设有轴承安装面。

输出壳体1为圆管状，左侧凸缘设置均匀分布的若干连接孔，可用于与外部执行装置连接，输出壳体1内壁上设有第二内齿圈和轴承安装面。

行星架2为开放的圆筒状，两端设有内凹的端面，右侧端面上设有中心通孔，用于太阳轮的安装，两个端面上沿周向均布相对各设有三个行星轴孔，第一级行星轮27和第二级行星轮33并联放置于行星架2内部，通过三个行星轴34固定安装。行星轮与行星轴之间设有行星轮轴承26。行星架2的圆筒段与输出壳体1和固定壳体4的轴承安装面设有角接触球轴承，并用行星架右侧轴用挡圈24和行星架左侧轴用挡圈39固定。

转轴37通过成对存在的角接触球轴承形成周向定位，绕组23缠绕在转轴37圆筒柱上，共同作为驱动电机的转子组件，电机外壳6的内圈上周向均匀分布着六块永磁铁7，作为驱动电机的定子组件。电机右端盖10与电机外壳6用端盖螺钉21固定连接，电机右端盖10上设有三个支承固定电路板9的圆柱凸起，电路板9上有发光二极管和光检测器等霍尔元件，码盘8与转轴37为过盈配合，码盘8右端面与电路板9表面接触。

磁轭20左侧通过紧固螺栓22固定在电机右端盖10右侧，磁轭20内开有存放线圈11以及摩擦片12的圆型槽，线圈11右侧设有摩擦片12。转轴37右侧通过键16与制动法兰15连接，制动法兰15左侧由轴肩定位，右侧由孔用弹性挡圈17定位。弹簧片14通过正反交替的铆钉13连接安装在衔铁18与制动法兰15之间。断电时，衔铁18与摩擦片12分离，衔铁18跟随制动法兰15旋转；通电时，线圈11产生磁场，将衔铁18吸附至摩擦片12进行制动。

以上所述，仅是本发明的较佳实施方式，并非对本发明做任何限制，凡是根据本发明实质对以上实施方式所作的任何修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术的保护范围之内。

Claims

1.一种并联磁性行星传动一体化机器人关节装置，其特征在于所述机器人关节装置包括：并联磁性行星传动系统，内转子驱动电机和电磁制动器，三者通过螺栓连接；内转子驱动电机的输出轴、并联磁性行星传动系统的输入轴和电磁制动器的输入轴为同一根轴，即转轴；所述转轴为一空心阶梯齿轮轴，左端为一磁性齿轮，与并联磁性行星传动系统第一级减速齿轮啮合，右端与电磁制动器相连接处设有安装弹性挡圈的卡槽；所述内转子驱动电机外壳与并联磁性行星传动系统固定壳体通过螺栓直接相连，电机右端盖与电磁制动器的磁轭通过螺栓直接相连，所述电机右端盖相应设有三个圆柱凸起，码盘与转轴过盈配合；所述并联磁性行星传动系统包括：输出壳体、固定壳体、端盖、太阳轮、中间传动机构，固定壳体内壁设有第一内齿圈，输出壳体内壁设有第二内齿圈，第一内齿圈和第二内齿圈同轴依次设置；太阳轮与第一内齿圈和第二内齿圈同轴设置，受外部驱动装置驱动；中间传动机构同时与太阳轮、第一内齿圈和第二内齿圈啮合，第一内齿圈固定，转动自第二内齿圈输出；端盖与固定壳体连接；固定壳体和输出壳体之间设有内嵌式轴承机构，并联磁性行星传动系统中齿轮传动元件为非接触磁性圆柱齿轮，非啮合型机械齿轮，磁性齿轮采用表贴式的方法将永磁体贴附在铁芯表面，齿轮啮合之间留有一定间隙；并联磁性行星传动系统的太阳轮固定在内转子驱动电机的转轴上，三个第一级行星轮围绕中心轴线均匀分布，通过三个行星轴固定安装在行星架内，可绕行星轴自转，且均与太阳轮啮合；行星架、第二级行星轮、行星轴共同构成中间传动机构；

输出壳体与固定壳体之间设有圆柱滚子，固定壳体的内壁上设有第一内齿圈，靠近凸缘的一侧设有管腔，远离凸缘的一端的内壁上设有轴承安装面；输出壳体为圆管状，左侧凸缘设置均匀分布的若干连接孔，输出壳体内壁上设有第二内齿圈和轴承安装面；

行星架为开放的圆筒状，两端设有内凹的端面，右侧端面上设有中心通孔，用于太阳轮的安装，两个端面上沿周向均布相对各设有三个行星轴孔，第一级行星轮和第二级行星轮并联放置于行星架内部，通过三个行星轴固定安装，行星轮与行星轴之间设有行星轮轴承；行星架的圆筒段与输出壳体和固定壳体的轴承安装面设有角接触球轴承，并用行星架右侧轴用挡圈和行星架左侧轴用挡圈固定；

所述内转子驱动电机包括：电机外壳、电机右端盖、角接触球轴承、电路板、码盘、转轴、永磁铁及绕组，电机外壳与右端盖各通过一角接触球轴承与转轴相连，外壳内壁有凸起，表面周向均匀分布着六块永磁铁，绕组缠绕在转轴上；所述永磁铁直接贴附于定子壳体内壁上，线圈绕组缠绕在转轴上，转轴通过成对存在的角接触球轴承形成周向定位；所述电路板上带有发光二极管、光检测器、电容、电感，码盘与转轴为过盈配合，码盘右端面与电路板表面接触；

所述电磁制动器包括：磁轭、线圈、摩擦片、衔铁、弹簧片、制动法兰；所述磁轭内开有存放线圈以及摩擦片的圆型槽，外壁上设有线圈走线孔，线圈右侧设有摩擦片，磁轭左侧通过紧固螺栓固定在电机右端盖右侧；弹簧片通过六个圆周分布、安装方向交替的铆钉连接在衔铁与制动法兰之间，制动法兰通过键与转轴右端相连接；电磁制动器中衔铁与摩擦片之间有一空隙。