CN115741769A - 一种耐高辐照的机械臂关节结构 - Google Patents

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李彰
王俊涛
朱性利
吴东栋
张志义
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Abstract

本发明涉及核工业机器人技术领域，具体公开了一种耐高辐照的机械臂关节结构。该关节结构包括减速器装置和制动器装置，其中，减速器装置包括谐波减速器钢轮和谐波减速器波发生器，谐波减速器波发生器套设于谐波减速器钢轮内侧，且谐波减速器波发生器与电机输出轴固定连接；谐波减速器钢轮通过减速器固定座与电机定子固定座相连接，用于将动力送至输出装置；制动器装置包括无励磁制动器，无励磁制动器通过制动器安装座与减速器装置相连接，用于对电机输出轴产生力矩较小的制动力；其采用无励磁制动器，同时将制动装置内置于减速器装置，实现了机器人关节的耐高辐照特性，同时使得该关节结构更加紧凑，提升了关节结构的刚度。

Description

一种耐高辐照的机械臂关节结构
技术领域
本发明属于核工业机器人技术领域，具体涉及一种耐高辐照的机械臂关节结构。
背景技术
随着机器人技术的进一步发展，工业机器人和协作机器人得到工业界的广泛研究和应用。对于这类臂型机器人而言，机器人的关节是整个机器人结构的核心部件，其合理的结构设计直接关系到机器人结构是否紧凑和易于进行模块化设计。普遍地，机器人关节结构采用的是编码器-制动器-电机-减速器的串接形式。
核工业中运维、退役和应急等领域存在诸多需要机械臂进行的工艺操作，比如运维检修、退役拆解和应急救援处置等，这样的操作通常需要在具有较高辐射剂量的环境中进行，这就对机械臂的耐辐照性能提出很高的要求，而通用的编码器-制动器-电机-减速器的串接形式则会导致耐辐照机器人关节的轴向尺寸过大，不易于进行关节模块化设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高辐照的机械臂关节结构，该关节结构解决了现有技术编码器串接形式的关节结构无法在高剂量辐射环境下工作的问题，同时该关节结构具有紧凑的结构，减小了机器人关节轴向尺寸大的问题，便于后期对关节进行模块化设计。
本发明的技术方案如下：一种耐高辐照的机械臂关节结构，该关节结构包括电机装置、减速器装置和制动器装置，其中，电机装置包括电机转子和电机输出轴，所述电机转子和电机输出轴固定连接，所述电机转子套设于电机定子内侧，所述电机定子固定连接有电机定子固定座，所述电机定子固定座固定连接有输出装置；减速器装置包括谐波减速器钢轮和谐波减速器波发生器，所述谐波减速器波发生器套设于谐波减速器钢轮内侧，且谐波减速器波发生器与电机输出轴固定连接；所述谐波减速器钢轮通过减速器固定座与电机定子固定座相连接，用于将动力送至输出装置；制动器装置包括无励磁制动器，所述无励磁制动器通过制动器安装座与减速器装置相连接，用于对电机输出轴产生力矩较小的制动力。
该关节结构还包括支撑装置，所述支撑装置包括前端外壳、后端外壳和中空轴，其中，所述前端外壳和后端外壳均呈筒型，前端外壳和后端外壳连接处设有卡槽用于连接定位，前端外壳和后端外壳固定连接且形成内部空间。
所述内部空间水平方向中部设有套筒用于固定电击装置与减速器装置，所述内部空间轴方向中部设有中空轴用于布置走线；所述中空轴固定连接有中空轴支撑轴承的轴承内圈。
该关节结构还包括旋转变压器装置，所述旋转变压器装置包括旋转变压器压板、旋转变压器定子和旋转变压器转子，所述旋转变压器定子通过旋转变压器压板固定连接于电机定子固定座；所述旋转变压器转子与中空轴固定连接，以实现角速度与角位移的测量。
所述输出装置包括关节输出端和支撑轴承座，所述关节输出端侧剖面呈“C”型，左侧平面沿周向均匀分布有圆孔以连接外部装置；所述关节输出端设于前端外壳的开口处，所述关节输出端与前端外壳之间设有输出前支撑轴承；所述支撑轴承座呈筒状，套设于后端外壳内，且与后端外壳之间设有输出后支撑轴承。
所述减速器装置还包括谐波减速器柔轮，所述谐波减速器柔轮与后端外壳相连接，谐波减速器柔轮内部设有无励磁制动器，谐波减速器柔轮套设于电机输出轴外侧，用于传递制动力。
所述制动器装置还包括制动器转子毂，所述制动器转子毂设于谐波减速器柔轮内部，且固定连接有电机输出轴。
所述电机定子固定座与电机输出轴之间设有电机输出轴支撑轴承。
所述电机定子固定座周向开设有镂空结构，用于散热和走线。
本发明的显著效果在于：本发明所述的一种耐高辐照的机械臂关节结构，其采用无励磁制动器，同时将制动装置内置于减速器装置，实现了机器人关节的耐高辐照特性，同时使得该关节结构更加紧凑，提升了关节结构的刚度。
附图说明
图1为本发明所述的一种耐高辐照的机械臂关节结构的外观示意图；
图2为图1所述的一种耐高辐照的机械臂关节结构的分解图；
图3为图1所述的一种耐高辐照的机械臂关节结构的剖视图；
图中：1、前端外壳；2、后端外壳；3、关节输出端；4、输出前支撑轴承；5、套筒；6、输出后支撑轴承；7、中空轴；8、电机定子固定座；9、减速器固定座；10、支撑轴承座；11、谐波减速器柔轮；12、谐波减速器钢轮；13、谐波减速器波发生器；14、制动器转子毂；15、无励磁制动器；16、制动器安装座；17、电机定子；18、电机转子；19、旋转变压器压板；20、旋转变压器定子；21、旋转变压器转子；22、电机输出轴；23、中空轴支撑轴承；24、电机输出轴支撑轴承。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1～3所示，一种耐高辐照的机械臂关节结构，该关节结构包括支撑装置、输出装置、电机装置、减速器装置、制动器装置和旋转变压器装置，其中，
支撑装置包括前端外壳1、后端外壳2和中空轴7，所述前端外壳1与后端外壳2均呈筒型，且内部设有孔内挡肩；前端外壳1与后端外壳2之间固定连接，且前端外壳1与后端外壳2之间设有卡槽以实现连接定位；所述前端外壳1与后端外壳2固定连接后形成内部空间，所述内部空间水平方向中部设有套筒5，所述内部空间轴方向中部设有中空轴7；所述中空轴7固定连接有中空轴支撑轴承23的轴承内圈；
所述输出装置包括关节输出端3和支撑轴承座10，所述关节输出端3侧剖面呈“C”型，右侧边缘处设有挡肩，左侧平面沿周向均匀分布有圆孔；所述关节输出端3设于前端外壳1的开口处，所述关节输出端3与前端外壳1之间设有输出前支撑轴承4；所述支撑轴承座10呈筒状，左侧边缘处设有挡肩，所述支撑轴承座10套设于后端外壳2内，且与后端外壳2之间设有输出后支撑轴承6；所述套筒5设于关节输出端3挡肩与支撑轴承座10挡肩之间；所述电机装置包括电机定子固定座8、电机定子17与电机转子18，所述电机定子固定座8侧剖面呈“山”型，突出部边缘分别设有第一孔内挡肩和第二孔内挡肩，电机定子固定座8的第一孔内挡肩内侧套设有电机定子17，所述电机定子固定座8与关节输出端3固定连接；所述电机定子17内侧设有电机转子18，所述电机转子18与电机输出轴22固定连接，实现电机输出轴22转动；所述电机转子18与电机输出轴22通过粘接方式固定连接；所述电机定子固定座8的第二孔内挡肩与电机输出轴22之间设有电机输出轴支撑轴承24；所述电机定子固定座8周向开设有镂空结构，用于散热和走线；
所述减速器装置包括减速器固定座9、谐波减速器柔轮11、谐波减速器钢轮12和谐波减速器波发生器13，所述减速器固定座9与电机定子固定座8固定连接；所述谐波减速器钢轮12与减速器固定座9固定连接，且波减速器钢轮12与支撑轴承座10固定连接；所述谐波减速器波发生器13套设于谐波减速器钢轮12内侧，且与电机输出轴22固定连接，实现谐波减速器波发生器13高速转动；所述谐波减速器柔轮11与后端外壳2相连接；所述谐波减速器钢轮12通过谐波减速器波发生器13驱使，在谐波减速器柔轮11的作用下实现低速运动，且谐波减速器钢轮12依次通过减速器固定座9与电机定子固定座8将动力输出至关节输出端3；
所述制动器装置包括制动器转子毂14、无励磁制动器15和制动器安装座16，所述制动器安装座16与谐波减速器柔轮11固定连接，且制动器安装座16为中空结构以便于线路穿过；所述无励磁制动器15设于谐波减速器柔轮11内部，且无励磁制动器15与制动器安装座16固定连接；所述制动器转子毂14设于谐波减速器柔轮11内部，且制动器转子毂14与电机输出轴22固定连接，实现通过无励磁制动器15对电机输出轴22产生力矩较小的制动力；
所述旋转变压器装置包括旋转变压器压板19、旋转变压器定子20和旋转变压器转子21，所述旋转变压器定子20通过压板19固定连接于电机定子固定座8；所述旋转变压器转子21与中空轴7固定连接，以实现角速度与角位移的测量。

Claims (9)

1.一种耐高辐照的机械臂关节结构，其特征在于：该关节结构包括电机装置、减速器装置和制动器装置，其中，电机装置包括电机转子(18)和电机输出轴(22)，所述电机转子(18)和电机输出轴(22)固定连接，所述电机转子(18)套设于电机定子(17)内侧，所述电机定子(17)固定连接有电机定子固定座(8)，所述电机定子固定座(8)固定连接有输出装置；减速器装置包括谐波减速器钢轮(12)和谐波减速器波发生器(13)，所述谐波减速器波发生器(13)套设于谐波减速器钢轮(12)内侧，且谐波减速器波发生器(13)与电机输出轴(22)固定连接；所述谐波减速器钢轮(12)通过减速器固定座(9)与电机定子固定座(8)相连接，用于将动力送至输出装置；制动器装置包括无励磁制动器(15)，所述无励磁制动器(15)通过制动器安装座(16)与减速器装置相连接，用于对电机输出轴(22)产生力矩较小的制动力。
2.根据权利要求1所述的一种耐高辐照的机械臂关节结构，其特征在于：该关节结构还包括支撑装置，所述支撑装置包括前端外壳(1)、后端外壳(2)和中空轴(7)，其中，所述前端外壳(1)和后端外壳(2)均呈筒型，前端外壳(1)和后端外壳(2)连接处设有卡槽用于连接定位，前端外壳(1)和后端外壳(2)固定连接且形成内部空间。
3.根据权利要求2所述的一种耐高辐照的机械臂关节结构，其特征在于：所述内部空间水平方向中部设有套筒(5)用于固定电击装置与减速器装置，所述内部空间轴方向中部设有中空轴(7)用于布置走线；所述中空轴(7)固定连接有中空轴支撑轴承(23)的轴承内圈。
4.根据权利要求3所述的一种耐高辐照的机械臂关节结构，其特征在于：该关节结构还包括旋转变压器装置，所述旋转变压器装置包括旋转变压器压板(19)、旋转变压器定子(20)和旋转变压器转子(21)，所述旋转变压器定子(20)通过旋转变压器压板(19)固定连接于电机定子固定座(8)；所述旋转变压器转子(21)与中空轴(7)固定连接，以实现角速度与角位移的测量。
5.根据权利要求1所述的一种耐高辐照的机械臂关节结构，其特征在于：所述输出装置包括关节输出端(3)和支撑轴承座(10)，所述关节输出端(3)侧剖面呈“C”型，左侧平面沿周向均匀分布有圆孔以连接外部装置；所述关节输出端(3)设于前端外壳(1)的开口处，所述关节输出端(3)与前端外壳(1)之间设有输出前支撑轴承(4)；所述支撑轴承座(10)呈筒状，套设于后端外壳(2)内，且与后端外壳(2)之间设有输出后支撑轴承(6)。
6.根据权利要求2所述的一种耐高辐照的机械臂关节结构，其特征在于：所述减速器装置还包括谐波减速器柔轮(11)，所述谐波减速器柔轮(11)与后端外壳(2)相连接，谐波减速器柔轮(11)内部设有无励磁制动器(15)，谐波减速器柔轮(11)套设于电机输出轴(22)外侧，用于传递制动力。
7.根据权利要求6所述的一种耐高辐照的机械臂关节结构，其特征在于：所述制动器装置还包括制动器转子毂(14)，所述制动器转子毂(14)设于谐波减速器柔轮(11)内部，且固定连接有电机输出轴(22)。
8.根据权利要求1所述的一种耐高辐照的机械臂关节结构，其特征在于：所述电机定子固定座(8)与电机输出轴(22)之间设有电机输出轴支撑轴承(24)。
9.根据权利要求1所述的一种耐高辐照的机械臂关节结构，其特征在于：所述电机定子固定座(8)周向开设有镂空结构，用于散热和走线。
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CN117001713A (zh) * 2023-09-20 2023-11-07 贵州航天控制技术有限公司 一种高耐辐照大负载一体化关节装置

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