CN211940993U - 一种集驱动和检测功能于一体的模块化机器人关节 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集驱动和检测功能于一体的模块化机器人关节，包括采用谐波传动减速的减速器组件，电机组件、编码器组件和减速器返回轴，其中，所述减速器组件安装于所述电机组件的左端，所述编码器组件安装于所述电机组件的右端，所述电机组件包括电机定子、电机转子、电机轴承、电机座端盖、电机壳体和设置为中空结构的电机轴。本实用新型利用无框电机的中空结构，并采用紧凑的增量式和绝对式双编码器模块，通过设计一个返回轴将减速器的输出轴角度返回到电机端进行检测，实现了驱动单元的集成和模块化设计，使模块化伺服驱动单元具备了同时对电机转动轴和减速器输出轴的角度信息采集能力。

Description

一种集驱动和检测功能于一体的模块化机器人关节

技术领域

本实用新型涉及模块化机器人关节领域，具体是一种集驱动和检测功能于一体的模块化机器人关节。

背景技术

当前，伺服电机和减速器组成的驱动单元已经广泛应用于工业机器人、数控机床等各种自动化机电设备中，随着电机、精密减速器、编码器等伺服驱动单元技术的不断进步，伺服电机驱动系统组件朝着小型、集成和模块化方向发展。

电机的输出驱动力矩一般相对较小，在机电设备中基本都需要加入减速器来提高电机的负载驱动能力，但由于减速器存在一定齿轮侧隙和回程误差，在对机构运动精度要求比较高的场合，单独依靠伺服电机的光电编码器往往不能满足运动精度要求，需要另外增加位置检测元件，消除减速器带来的运动误差影响。

传统的解决方法是在减速器输出轴末端或运动机构上设计连接另外的位置检测传感器，如光栅、旋转编码器等，以提高设备机构运动的精度，但是这种解决办法往往增加了机构设计的复杂程度和体积，不利于设备的机构系统集成和小型化。

因此，本领域人员通过对伺服驱动单元结构进行改进，提出了一种集驱动和检测功能于一体的模块化机器人关节，利用该模块，用户除了可以实现对伺服电机的精密运动控制，还可以直接得到减速器输出端的角度位置信息，减少了设备机构设计的复杂成都，具有一定实用价值和意义。

实用新型内容

为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：一种集驱动和检测功能于一体的模块化机器人关节，包括采用谐波传动减速的减速器组件，电机组件、编码器组件和减速器返回轴，其中，所述减速器组件安装于所述电机组件的左端，所述编码器组件安装于所述电机组件的右端，其特征在于：所述电机组件包括电机定子、电机转子、电机轴承、电机座端盖、电机壳体和设置为中空结构的电机轴，所述电机壳体设置为空腔结构，且所述电机壳体左右两端均设有开口，所述电机壳体的左开口端固定压盖有所述电机座端盖，所述电机壳体内腔固定安装有所述电机定子，所述电机定子内设有固定套接在所述电机轴上的电机转子，所述电机轴的两端均套有所述电机轴承，且两个所述电机轴承分别固定安装在于所述电机座端盖和所述电机壳体上。

进一步，作为优选，所述减速器组件包括内部设置有谐波刚轮结构的减速器外壳，谐波减速器柔轮、谐波减速器波发生器、减速器轴承和减速器输出轴，所述减速器外壳内设置有传动套接在所述减速器输出轴上的谐波减速器柔轮，所述减速器输出轴上还套设有贯穿镶嵌在所述减速器外壳左端面上的所述减速器轴承，所述减速器输出轴传动连接于所述电机轴，所述电机轴的左端安装有所述谐波减速器波发生器。

进一步，作为优选，所述编码器组件包括由增量式编码器轴和增量式编码器盘片固定连接组成的增量式光电旋转编码器，由绝对式编码器轴和绝对式编码器盘片固定连接组成的绝对式光电编码器，编码器组件壳体、编码器组件轴承、编码器组件支架和两个紧定螺钉，所述增量式编码器轴通过一紧定螺钉固定连接在所述电机轴上，所述绝对式编码器轴通过另一紧定螺钉固定连接在所述减速器返回轴上，所述绝对式编码器轴的一端套设有所述编码器组件轴承，所述编码器组件轴承固定安装在所述编码器组件壳体内壁上，所述编码器组件壳体内设置有所述增量式光电旋转编码器和所述绝对式光电编码器，所述编码器组件壳体安装在所述编码器组件支架上，所述编码器组件支架通过多个螺钉固定连接所述电机壳体的右端。

进一步，作为优选，所述减速器返回轴与谐波减速器柔轮以及减速器输出轴之间传动连接，以便于所述减速器输出轴带动所述减速器返回轴同步旋转，所述减速器返回轴通过电机轴内腔与所述绝对式光电编码器相连。

进一步，作为优选，所述电机轴与所述编码器组件壳体的左端接触处安装有深沟球轴承。

进一步，作为优选，所述减速器外壳和所述电机壳体之间采用螺栓连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.采用无框电机作为驱动源，将电机轴设计成中空结构，然后采用具有中空结构的谐波减速器作为减速增力装置，利用电机轴和减速器的中空结构，将减速器输出轴的转动角度引入到电机尾端进行位置检测，从而使伺服驱动单元具备了进行减速器输出轴位置检测的能力，提高了集成度，节省了物理空间。

2.将用于电机轴位置检测的增量式光电旋转编码器和用于减速器输出轴位置检测的绝对式光电编码器集成组合到一起，减速器输出角度位置信息通过输出返回轴，利用绝对式光电编码器进行检测，增量式光电旋转编码器连接在电机轴上，实时检测电机轴角度位置信息，用于进行电机的精密伺服控制，利用这种结构紧凑的组合式的双编码器，极大地提高了伺服驱动单元的集成度。

附图说明

图1为一种集驱动和检测功能于一体的模块化机器人关节剖视结构示意图。

图2为一种集驱动和检测功能于一体的模块化机器人关节的立体结构参考图。

图中：1、减速器输出轴；2、减速器外壳；3、谐波减速器柔轮；4、电机座端盖；5、电机壳体；6、电机定子；7、电机轴承；8、增量式编码器轴；9、编码器组件支架；10、增量式编码器盘片；11、绝对式编码器盘片；12、绝对式编码器轴；13、编码器组件壳体；14、编码器组件轴承；15、紧定螺钉；16、深沟球轴承；17、电机轴；18、电机转子；19、谐波减速器波发生器；20、减速器返回轴；21、减速器轴承。

具体实施方式

结合本实用新型实施例中的附图，下面将对本实用新型实施例的的技术方案进行清楚、完整的描述。

实施例：请参阅附图1和2，一种集驱动和检测功能于一体的模块化机器人关节，包括采用谐波传动减速的减速器组件，电机组件、编码器组件和减速器返回轴20，其中，减速器组件安装于电机组件的左端，编码器组件安装于电机组件的右端，其特征在于：电机组件包括电机定子6、电机转子18、电机轴承7、电机座端盖4、电机壳体5和设置为中空结构的电机轴17，电机壳体5设置为空腔结构，且电机壳体5左右两端均设有开口，电机壳体5的左开口端固定压盖有电机座端盖4，电机壳体5内腔固定安装有电机定子6，电机定子6内设有固定套接在电机轴17上的电机转子18，电机轴17的两端均套有电机轴承7，且两个电机轴承7分别固定安装在于电机座端盖4和电机壳体5上。具体的，采用无框电机作为驱动源，将电机轴17设计成中空结构，然后采用具有中空结构的谐波减速器作为减速增力装置，利用电机轴17和减速器的中空结构，将减速器输出轴的转动角度引入到电机尾端进行位置检测，从而使伺服驱动单元具备了进行减速器输出轴位置检测的能力。

本实施例中，减速器组件包括内部设置有谐波刚轮结构的减速器外壳2，谐波减速器柔轮3、谐波减速器波发生器19、减速器轴承21和减速器输出轴1，减速器外壳2内设置有传动套接在减速器输出轴1上的谐波减速器柔轮3，减速器输出轴1上还套设有贯穿镶嵌在减速器外壳2左端面上的减速器轴承21，减速器输出轴1传动连接于电机轴17，电机轴17的左端安装有谐波减速器波发生器19。具体的，谐波减速器波发生器19随着电机轴17进行高速旋转。

本实施例中，编码器组件包括由增量式编码器轴8和增量式编码器盘片10固定连接组成的增量式光电旋转编码器，由绝对式编码器轴12和绝对式编码器盘片11固定连接组成的绝对式光电编码器，编码器组件壳体13、编码器组件轴承14、编码器组件支架9和两个紧定螺钉15，增量式编码器轴8通过一紧定螺钉15固定连接在电机轴17上，绝对式编码器轴12通过另一紧定螺钉15固定连接在减速器返回轴20上，绝对式编码器轴12的一端套设有编码器组件轴承14，编码器组件轴承14固定安装在编码器组件壳体13内壁上，编码器组件壳体13内设置有增量式光电旋转编码器和绝对式光电编码器，编码器组件壳体13安装在编码器组件支架9上，编码器组件支架9通过多个螺钉固定连接电机壳体5的右端。具体的，将用于电机轴17位置检测的增量式光电旋转编码器和用于减速器输出轴位置检测的绝对式光电编码器集成组合到一起，减速器输出角度位置信息通过输出返回轴，利用绝对式光电编码器进行检测，增量式光电旋转编码器连接在电机轴上，实时检测电机轴17角度位置信息，用于进行电机的精密伺服控制。

本实施例中，减速器返回轴20与谐波减速器柔轮3以及减速器输出轴1之间传动连接，以便于减速器输出轴1带动减速器返回轴20同步旋转，减速器返回轴20通过电机轴17内腔与绝对式光电编码器相连。

本实施例中，电机轴17与编码器组件壳体13的左端接触处安装有深沟球轴承16，以减少磨损。

本实施例中，所述减速器外壳2和所述电机壳体5之间采用螺栓连接，保证紧固。

在具体实施时，电机控制驱动电路对电机定子6输入三相交变电压，驱动电机转子18和电机轴17高速旋转运动，编码器组件中的增量式光电旋转编码器与电机轴17一起同步旋转，实时检测电机轴的角度位置，电机控制驱动电路通过该增量式光电旋转编码器实现对电机的精密伺服控制；谐波减速器的波发生器19安装在电机轴17上，随电机轴17高速同步旋转，驱动具有谐波刚轮结构的减速器外壳2和谐波减速器柔轮3实现对电机轴17的减速增力，减速器输出轴1与减速器组件的柔轮3连接，作为本实用新型伺服驱动单元的最终输出；减速器返回轴20与谐波减速器柔轮3以及减速器输出轴1连接在一起，随减速器输出轴1同步旋转，然后减速器返回轴20利用电机轴17以及减速器的中空结构，返回到电机尾端与编码器组件中的绝对式光电编码器相连，通过绝对式光电编码器对减速器的输出轴进行实时角度位置检测。

以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种集驱动和检测功能于一体的模块化机器人关节，包括采用谐波传动减速的减速器组件，电机组件、编码器组件和减速器返回轴(20)，其中，所述减速器组件安装于所述电机组件的左端，所述编码器组件安装于所述电机组件的右端，其特征在于：所述电机组件包括电机定子(6)、电机转子(18)、电机轴承(7)、电机座端盖(4)、电机壳体(5)和设置为中空结构的电机轴(17)，所述电机壳体(5)设置为空腔结构，且所述电机壳体(5)左右两端均设有开口，所述电机壳体(5)的左开口端固定压盖有所述电机座端盖(4)，所述电机壳体(5)内腔固定安装有所述电机定子(6)，所述电机定子(6)内设有固定套接在所述电机轴(17)上的电机转子(18)，所述电机轴(17)的两端均套有所述电机轴承(7)，且两个所述电机轴承(7)分别固定安装在于所述电机座端盖(4)和所述电机壳体(5)上。

2.根据权利要求1所述的一种集驱动和检测功能于一体的模块化机器人关节，其特征在于：所述减速器组件包括内部设置有谐波刚轮结构的减速器外壳(2)，谐波减速器柔轮(3)、谐波减速器波发生器(19)、减速器轴承(21)和减速器输出轴(1)，所述减速器外壳(2)内设置有传动套接在所述减速器输出轴(1)上的谐波减速器柔轮(3)，所述减速器输出轴(1)上还套设有贯穿镶嵌在所述减速器外壳(2)左端面上的所述减速器轴承(21)，所述减速器输出轴(1)传动连接于所述电机轴(17)，所述电机轴(17)的左端安装有所述谐波减速器波发生器(19)。

3.根据权利要求2所述的一种集驱动和检测功能于一体的模块化机器人关节，其特征在于：所述编码器组件包括由增量式编码器轴(8)和增量式编码器盘片(10)固定连接组成的增量式光电旋转编码器，由绝对式编码器轴(12)和绝对式编码器盘片(11)固定连接组成的绝对式光电编码器，编码器组件壳体(13)、编码器组件轴承(14)、编码器组件支架(9)和两个紧定螺钉(15)，所述增量式编码器轴(8)通过一紧定螺钉(15)固定连接在所述电机轴(17)上，所述绝对式编码器轴(12)通过另一紧定螺钉(15)固定连接在所述减速器返回轴(20)上，所述绝对式编码器轴(12)的一端套设有所述编码器组件轴承(14)，所述编码器组件轴承(14)固定安装在所述编码器组件壳体(13)内壁上，所述编码器组件壳体(13)内设置有所述增量式光电旋转编码器和所述绝对式光电编码器，所述编码器组件壳体(13)安装在所述编码器组件支架(9)上，所述编码器组件支架(9)通过多个螺钉固定连接所述电机壳体(5)的右端。

4.根据权利要求3所述的一种集驱动和检测功能于一体的模块化机器人关节，其特征在于：所述减速器返回轴(20)与谐波减速器柔轮(3)以及减速器输出轴(1)之间传动连接，以便于所述减速器输出轴(1)带动所述减速器返回轴(20)同步旋转，所述减速器返回轴(20)通过电机轴(17)内腔与所述绝对式光电编码器相连。

5.根据权利要求4所述的一种集驱动和检测功能于一体的模块化机器人关节，其特征在于：所述电机轴(17)与所述编码器组件壳体(13)的左端接触处安装有深沟球轴承(16)。

6.根据权利要求5所述的一种集驱动和检测功能于一体的模块化机器人关节，其特征在于：所述减速器外壳(2)和所述电机壳体(5)之间采用螺栓连接。

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