CN111745630A - 一种机械模块及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机械模块及其安装方法，属于机械自动化技术领域。本机械模块包括法兰支架和无框电机，无框电机具有定子，法兰支架上固定有谐波减速机，谐波减速机上固定有主安装支架，谐波减速机包括谐波减速机输入轴，谐波减速机输入轴上连接有谐波减速机输入轴安装支架，谐波减速机输入轴安装支架上连接有转子安装轴，转子安装轴上安装有转子和编码器动盘安装轴，编码器动盘安装轴上安装有编码器动盘，定子上套设且固定有压紧环，压紧环上固定有编码器静盘，主安装支架的外端部固定有端盖。本机械模块能够提高集成度和精确度，结构紧凑，机械模块的体积更小，安装简单方便。

Description

一种机械模块及其安装方法

技术领域

本发明属于机械自动化技术领域，涉及一种机械模块及其安装方法。

背景技术

随着自动化技术的进步以及人工智能的发展，各类自动化机械设备未来的发展方向往往是小型化、轻量化、模块化以及集成化。在各型轻量化机械臂的应用领域中，越来越多的需求同样也是轻量化、小型化、集成化以及模块化，同样地，在一些行走机器人领域，也越来越多的需求更加小型化的设备，这就对模块化设计的机械模块需求越来越高。

现有技术的自动化机械设备中，存在着结构复杂、体积大、安装维护不方便等问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述问题，提供一种机械模块，本发明所要解决的技术问题是：如何使机械模块集成化。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种机械模块，所述机械模块包括法兰支架和无框电机，所述无框电机具有定子，所述法兰支架上固定有谐波减速机，所述谐波减速机上固定有主安装支架，所述谐波减速机包括谐波减速机输入轴，所述谐波减速机输入轴上连接有谐波减速机输入轴安装支架，所述定子嵌在所述主安装支架中，所述谐波减速机输入轴安装支架上连接有转子安装轴，所述转子安装轴上安装有转子和编码器动盘安装轴，所述编码器动盘安装轴上安装有编码器动盘，定子上套设且固定有压紧环，所述压紧环上固定有编码器静盘，所述无框电机、压紧环、编码器静盘和编码器动盘均位于所述主安装支架内，所述主安装支架的外端部固定有端盖。

本机械模块将无框电机、谐波减速机、编码器静盘和编码器动盘等部件均安装在主安装支架上，使机械模块集成化，提高集成度和精确度，结构紧凑，机械模块的体积更小，安装简单方便，可拆卸性和维护性好，本机械模块适用于各种机械臂关节摆动或者旋转部位，也可作为各类行走机器人的驱动部件使用。

在上述的一种机械模块中，所述谐波减速机输入轴安装支架呈圆筒状，谐波减速机输入轴安装支架上开设有凹槽，所述谐波减速机输入轴的端部插接在所述凹槽内，所述凹槽的外壁上螺纹连接有第一螺钉，所述第一螺钉与谐波减速机输入轴的端部螺纹紧固连接。

谐波减速机输入轴安装支架采用凹槽式结构，可以精确地安装在谐波减速机输入轴上，通过凹槽外壁的第一螺钉安装在一起；凹槽内外表面安装尺寸分别距离谐波减速机输入端0.05mm以内，保证安装的同心度。

作为一种实施方式，谐波减速机输入轴安装支架侧面开有3个等间距分布的螺纹孔，用于连接电机转子安装轴；该谐波减速机输入轴安装支架将谐波减速机输入端由径向安装变换为轴向安装，更加方便快捷。

在上述的一种机械模块中，法兰支架的端面上设置有若干第二螺钉，所述法兰支架、谐波减速机和主安装支架第二螺钉相固定。

法兰支架、谐波减速机和主安装支架通过第二螺钉安装在一起，其中主安装支架和谐波减速机上面的安装孔为通孔，法兰支架上面的孔为螺纹孔。

作为一种实施方式，第二螺钉为16个，且各螺钉是等距分布的。

在上述的一种机械模块中，所述主安装支架上开设有卡槽，所述定子设置在所述卡槽中。

该结构中，无框电机的定子安装在主安装支架的卡槽中，卡槽的直径比无框电机定子的外径大0.02-0.05mm，既保证安装的同心度，也方便电机定子顺利地进入主安装支架的卡槽中。

在上述的一种机械模块中，所述定子通过压紧环的压紧力固定在主安装支架的卡槽中。

此外，压紧环除了具有压紧定子的作用外，压紧环上还设置有安装位，用于固定编码器静盘。

在上述的一种机械模块中，所述转子安装轴和转子通过胶水粘连固定。转子安装轴和转子通过胶水粘连在一起，经过24h固化后最大剪切强度可以达到20.7N/mm，很好的满足使用需求。

在上述的一种机械模块中，所述端盖由透明的亚克力板材制成。端盖采用透明的亚克力板材加工制作，既可以阻挡灰尘等杂质进入关节模块内部，还能方便使用人员清晰地观测到机械模块内部的运行情况。

本发明的另一个目的在于，提供一种机械模块的安装方法，本安装方法所要解决的技术问题是：如何实现机械模块的集成化。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种机械模块的安装方法，其特征在于，所述安装方法包括如下步骤：

A：将谐波减速机输入轴安装支架嵌入到谐波减速机输入轴上，并用径向固定螺钉将二者相固定；

B：将无框电机的定子嵌入到主安装支架中，放入压紧环，调整好压紧环的位置，并用轴向固定螺钉将压紧环、定子和主安装支架相固定；

C：依次将法兰支架、谐波减速机和组装好的主安装支架组合在一起，调整好位置，所述主安装支架和谐波减速机上均开设有若干等距分布的安装孔，并使主安装支架每个安装孔与谐波减速机上的各个安装孔相对正，之后依次在主安装支架所在的安装孔上插入螺钉，使螺钉穿过谐波减速机后螺纹紧固连接在所述法兰支架上；

D：将粘连固定好的转子安装轴和转子缓慢推进到定子中，之后用轴向锁紧螺钉将转子安装轴和谐波减速机输入轴安装支架螺纹紧固连接；

E：将编码器动盘安装轴通过螺钉固定在转子安装轴上，再将编码器动盘通过螺钉固定在编码器动盘安装轴上；

F：将编码器静盘通过螺钉固定在压紧环上；

G：将端盖通过螺钉固定在主安装支架上。

本安装方法能够提高集成度和精确度，使机械模块结构紧凑、体积更小，安装简单方便。

作为一种实施例，在步骤A中，径向固定螺钉为3个，步骤B中，轴向固定螺钉为6个，步骤E中，固定编码器动盘安装轴的螺钉为沉头螺钉，固定编码器动盘的螺钉为蘑菇头螺钉，步骤F和G中，固定编码器静盘和端盖的螺钉为蘑菇头螺钉。

在上述的一种机械模块的安装方法中，在步骤C中，将螺钉旋紧到合适距离后，以1/4圈的旋紧距离依次旋转各个螺钉，完成后再以1/4圈的旋紧距离重复依次旋转各个螺钉，直至将各个螺钉旋紧。

该方法中，不是一次旋紧一个螺钉后再旋紧其他的螺钉，而是逐步依次的旋转各个螺钉，这样可以使各部件配合得更好，提高装配精度。作为一种实施例，本方法中的螺钉为16个。

在上述的一种机械模块的安装方法中，在步骤D中，所述转子安装轴上开设有若干径向孔，在各径向孔中分别插入一个定位销，之后每拔掉一个定位销后，在相应的径向孔中旋入一个螺钉并将螺钉旋紧，直至将转子安装轴和谐波减速机输入轴安装支架相固定。

由于转子和定子都含有若干块磁铁，二者在固定前容易发生错位，而该方法能够很好的防止错位，提高安装的方便性，也使各部件配合得更好，提高装配精度。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本机械模块将无框电机、谐波减速机、编码器静盘和编码器动盘等部件均安装在主安装支架上，使机械模块集成化，提高集成度和精确度，结构紧凑，机械模块的体积更小，安装简单方便，可拆卸性和维护性好，本机械模块适用于各种机械臂关节摆动或者旋转部位，也可作为各类行走机器人的驱动部件使用。

附图说明

图1是本机械模块的结构示意图；

图2是本机械模块的爆炸图；

图3是本机械模块的剖视图；

图4是谐波减速机输入轴安装支架的结构示意图；

图5是压紧环的结构示意图；

图6是本机械模块安装在其他法兰上的结构示意图；

图7是本机械模块应用于用于机械臂上的示意图；

图8是本机械模块应用于爬行机器人时的示意图。

图中，1、法兰支架；2、谐波减速机；3、主安装支架；4、谐波减速机输入轴安装支架；5、转子安装轴；6、定子；7、转子；8、编码器动盘安装轴；9、编码器动盘；10、编码器静盘；11、压紧环；12、端盖；13、凹槽；14、机械臂；15、机械模块。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1-5所示，本机械模块15包括法兰支架1和无框电机，无框电机具有定子6，法兰支架1上固定有谐波减速机2，谐波减速机2上固定有主安装支架3，谐波减速机2包括谐波减速机2输入轴，谐波减速机2输入轴上连接有谐波减速机输入轴安装支架4，定子6嵌在主安装支架3中，谐波减速机输入轴安装支架4上连接有转子安装轴5，转子安装轴5上安装有转子7和编码器动盘安装轴8，编码器动盘安装轴8上安装有编码器动盘9，定子6上套设且固定有压紧环11，压紧环11上固定有编码器静盘10，无框电机、压紧环11、编码器静盘10和编码器动盘9均位于主安装支架3内，主安装支架3的外端部固定有端盖12。

本机械模块15结构紧凑，机械模块15的体积更小，安装简单方便，可拆卸性和维护性好，本机械模块15适用于各种机械臂14关节摆动或者旋转部位，也可作为各类行走机器人的驱动部件使用。

如图4所示，本实施中，谐波减速机输入轴安装支架4呈圆筒状，谐波减速机输入轴安装支架4上开设有凹槽13，谐波减速机2输入轴的端部插接在凹槽13内，凹槽13的外壁上螺纹连接有第一螺钉，第一螺钉与谐波减速机2输入轴的端部螺纹紧固连接。

谐波减速机输入轴安装支架4采用凹槽13式结构，可以精确地安装在谐波减速机2输入轴上，通过凹槽13外壁的第一螺钉安装在一起；凹槽13内外表面安装尺寸分别距离谐波减速机2输入端0.05mm以内，保证安装的同心度。

作为一种实施方式，谐波减速机输入轴安装支架4侧面开有3个等间距分布的螺纹孔，用于连接电机转子安装轴5；该谐波减速机输入轴安装支架4将谐波减速机2输入端由径向安装变换为轴向安装，更加方便快捷。

作为一种实施例，法兰支架1的端面上设置有若干第二螺钉，法兰支架1、谐波减速机2和主安装支架3第二螺钉相固定。

法兰支架1、谐波减速机2和主安装支架3通过第二螺钉安装在一起，其中主安装支架3和谐波减速机2上面的安装孔为通孔，法兰支架1上面的孔为螺纹孔。

作为一种实施方式，第二螺钉为16个，且各螺钉是等距分布的。

作为一种实施例，主安装支架3上开设有卡槽，定子6设置在卡槽中。

该结构中，无框电机的定子6安装在主安装支架3的卡槽中，卡槽的直径比无框电机定子6的外径大0.02-0.05mm，既保证安装的同心度，也方便电机定子6顺利地进入主安装支架3的卡槽中。

定子6可以通过压紧环11的压紧力固定在主安装支架3的卡槽中。此外，压紧环11除了具有压紧定子6的作用外，压紧环11上还设置有安装位，用于固定编码器静盘10。

作为一种实施例，转子安装轴5和转子7通过胶水粘连固定。转子安装轴5和转子7通过胶水粘连在一起，经过24h固化后最大剪切强度可以达到20.7N/mm，很好的满足使用需求。

优选的，端盖12由透明的亚克力板材制成。端盖12采用透明的亚克力板材加工制作，既可以阻挡灰尘等杂质进入关节模块内部，还能方便使用人员清晰地观测到机械模块15内部的运行情况。

如图6所示，作为另一种实施例，可以将法兰支架1和主安装支架3作为一个零部件加工，安装方法的不同之处是：在步骤C中，从谐波减速机2所在的安装孔中插入螺钉，最后锁定在主安装支架3上，

如图7所示，本实施例中，机械模块15应用在机械臂14的关节摆动部或者旋转部中，由于每一个机械模块15均设计为中空轴，所有的机械关节均可依次穿过每一节机械模块15最后集中在最下层关节中，集成度更加优异。

如图8所示，本实施例中，机械模块15应用在爬行机器人的驱动部件中，由于每一个机械模块15均采用模块化设计，因此可以自由组合成2轮、3轮或4轮等不同组合形式的行走机构。

本发明的另一个目的在于，提供一种机械模块15的安装方法，本安装方法包括如下步骤：

A：将谐波减速机输入轴安装支架4嵌入到谐波减速机2输入轴上，并用径向固定螺钉将二者相固定；

B：将无框电机的定子6嵌入到主安装支架3中，放入压紧环11，调整好压紧环11的位置，并用轴向固定螺钉将压紧环11、定子6和主安装支架3相固定；

C：依次将法兰支架1、谐波减速机2和组装好的主安装支架3组合在一起，调整好位置，主安装支架3和谐波减速机2上均开设有若干等距分布的安装孔，并使主安装支架3每个安装孔与谐波减速机2上的各个安装孔相对正，之后依次在主安装支架3所在的安装孔上插入螺钉，使螺钉穿过谐波减速机2后螺纹紧固连接在法兰支架1上；

D：将粘连固定好的转子安装轴5和转子7缓慢推进到定子6中，之后用轴向锁紧螺钉将转子安装轴5和谐波减速机输入轴安装支架4螺纹紧固连接；

E：将编码器动盘安装轴8通过螺钉固定在转子安装轴5上，再将编码器动盘9通过螺钉固定在编码器动盘安装轴8上；

F：将编码器静盘10通过螺钉固定在压紧环11上；

G：将端盖12通过螺钉固定在主安装支架3上。

本安装方法能够提高集成度和精确度，使机械模块15结构紧凑、体积更小，安装简单方便。

作为一种实施例，在步骤A中，径向固定螺钉为3个，步骤B中，轴向固定螺钉为6个，步骤E中，固定编码器动盘安装轴8的螺钉为沉头螺钉，固定编码器动盘9的螺钉为蘑菇头螺钉，步骤F和G中，固定编码器静盘10和端盖12的螺钉为蘑菇头螺钉。

作为一种实施例，在步骤C中，将螺钉旋紧到合适距离后，以1/4圈的旋紧距离依次旋转各个螺钉，完成后再以1/4圈的旋紧距离重复依次旋转各个螺钉，直至将各个螺钉旋紧。

该方法中，不是一次旋紧一个螺钉后再旋紧其他的螺钉，而是逐步依次的旋转各个螺钉，这样可以使各部件配合得更好，提高装配精度。作为一种实施例，本方法中的螺钉为16个。

作为一种实施例，在步骤D中，转子安装轴5上开设有若干径向孔，在各径向孔中分别插入一个定位销，之后每拔掉一个定位销后，在相应的径向孔中旋入一个螺钉并将螺钉旋紧，直至将转子安装轴5和谐波减速机输入轴安装支架4相固定。

由于转子7和定子6都含有若干块磁铁，二者在固定前容易发生错位，而该方法能够很好的防止错位，提高安装的方便性，也使各部件配合得更好，提高装配精度。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种机械模块，其特征在于，所述机械模块包括法兰支架(1)和无框电机，所述无框电机具有定子(6)，所述法兰支架(1)上固定有谐波减速机(2)，所述谐波减速机(2)上固定有主安装支架(3)，所述谐波减速机(2)包括谐波减速机(2)输入轴，所述谐波减速机(2)输入轴上连接有谐波减速机输入轴安装支架(4)，所述定子(6)嵌在所述主安装支架(3)中，所述谐波减速机输入轴安装支架(4)上连接有转子安装轴(5)，所述转子安装轴(5)上安装有转子(7)和编码器动盘安装轴(8)，所述编码器动盘安装轴(8)上安装有编码器动盘(9)，定子(6)上套设且固定有压紧环(11)，所述压紧环(11)上固定有编码器静盘(10)，所述无框电机、压紧环(11)、编码器静盘(10)和编码器动盘(9)均位于所述主安装支架(3)内，所述主安装支架(3)的外端部固定有端盖(12)。

2.根据权利要求1所述的一种机械模块，其特征在于，所述谐波减速机输入轴安装支架(4)呈圆筒状，谐波减速机输入轴安装支架(4)上开设有凹槽(13)，所述谐波减速机(2)输入轴的端部插接在所述凹槽(13)内，所述凹槽(13)的外壁上螺纹连接有第一螺钉，所述第一螺钉与谐波减速机(2)输入轴的端部螺纹紧固连接。

3.根据权利要求1所述的一种机械模块，其特征在于，法兰支架(1)的端面上设置有若干第二螺钉，所述法兰支架(1)、谐波减速机(2)和主安装支架(3)第二螺钉相固定。

4.根据权利要求1所述的一种机械模块，其特征在于，所述主安装支架(3)上开设有卡槽，所述定子(6)设置在所述卡槽中。

5.根据权利要求1所述的一种机械模块，其特征在于，所述转子安装轴(5)和转子(7)通过胶水粘连固定。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种机械模块，其特征在于，所述端盖(12)由透明的亚克力板材制成。

7.一种机械模块的安装方法，其特征在于，所述安装方法包括如下步骤：

A：将谐波减速机输入轴安装支架(4)嵌入到谐波减速机(2)输入轴上，并用径向固定螺钉将二者相固定；

B：将无框电机的定子(6)嵌入到主安装支架(3)中，放入压紧环(11)，调整好压紧环(11)的位置，并用轴向固定螺钉将压紧环(11)、定子(6)和主安装支架(3)相固定；

C：依次将法兰支架(1)、谐波减速机(2)和组装好的主安装支架(3)组合在一起，调整好位置，所述主安装支架(3)和谐波减速机(2)上均开设有若干等距分布的安装孔，并使主安装支架(3)每个安装孔与谐波减速机(2)上的各个安装孔相对正，之后依次在主安装支架(3)所在的安装孔上插入螺钉，使螺钉穿过谐波减速机(2)后螺纹紧固连接在所述法兰支架(1)上；

D：将粘连固定好的转子安装轴(5)和转子(7)缓慢推进到定子(6)中，之后用轴向锁紧螺钉将转子安装轴(5)和谐波减速机输入轴安装支架(4)螺纹紧固连接；

E：将编码器动盘安装轴(8)通过螺钉固定在转子安装轴(5)上，再将编码器动盘(9)通过螺钉固定在编码器动盘安装轴(8)上；

F：将编码器静盘(10)通过螺钉固定在压紧环(11)上；

G：将端盖(12)通过螺钉固定在主安装支架(3)上。

8.根据权利要求7所述的一种机械模块的安装方法，其特征在于，在步骤C中，将螺钉旋紧到合适距离后，以1/4圈的旋紧距离依次旋转各个螺钉，完成后再以1/4圈的旋紧距离重复依次旋转各个螺钉，直至将各个螺钉旋紧。

9.根据权利要求7所述的一种机械模块的安装方法，其特征在于，在步骤D中，所述转子安装轴(5)上开设有若干径向孔，在各径向孔中分别插入一个定位销，之后每拔掉一个定位销后，在相应的径向孔中旋入一个螺钉并将螺钉旋紧，直至将转子安装轴(5)和谐波减速机输入轴安装支架(4)相固定。

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