CN212445306U - 一体化外骨骼机器人关节组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于机器人技术领域，提供了一种一体化外骨骼机器人关节组件，包括：电机和一级行星减速器；电机具有外壳和转动地位于外壳内的转子，外壳包括电机壳体、后端盖和前端盖，后端盖和前端盖连接于电机壳体的两端，转子的转轴沿轴向依次包括输入部和输出部，输入部的外径大于输出部的外径，转轴的输入部与转子的铁芯连接；一级行星减速器具有一级太阳轮、一级内齿圈、一级行星架和一级行星轮，一级太阳轮套接于转轴的输出部，一级内齿圈固定设置于前端盖的内侧面，并位于转子的铁芯形成的中空空间内，一级行星架与一级行星轮连接，并作为一体化外骨骼机器人关节组件的输出端。通过上述方案使得本关节组件提高了紧凑性，降低了体积和质量。

Description

一体化外骨骼机器人关节组件

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，本实用新型具体涉及一种一体化外骨骼机器人关节组件。

背景技术

传统的机器人关节执行结构主要由单个电机和减速器罗列集成结构、液压结构、滚珠丝杠结构，这些结构不仅让关节结构体积大、质量大、惯性大，导致关节惯性大，还让关节输出力矩和实时响应下降，直接影响了关节运动的性能和精度，直接影响了外骨骼机器人性能和成熟度的提升。因此，一体化外骨骼机器人关节组件在机器人智能化、紧凑化上应用具有重要的价值和革命意义。

目前有集电机和谐波减速器为一体的一体机及有集电机、谐波减速器和驱动器为一体的一体机，都是为工业机器人或是协作机器人设计的简单集成执行关节，可以在一定程度上提高关节的集成度，但是并不能应用于外骨骼机器人这种特殊用的执行关节部件，而且以上集成关节存在以下缺点：第一，没有考虑中空结构，导致整个集成关节还需要传统走线方式，即外接线方式；第二，各部件只是按顺序罗列组装，集成度并不高，没有根据各部件的结构特点，形成统一的共用结构；第三，没有考虑中继接连结构，多个关节一起使用时线缆将会很多，没考虑用一根通讯线和电源线进行串联使用，导致走线复杂，第四，没有考虑将编码器、中空扁平电机、减速器、制动器和驱动器一体化集成设计，致使使用时要么没有制动功能，要么驱控要分离使用，导致整个关节性能降低，实用化程度不高。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种一体化外骨骼机器人关节组件，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种一体化外骨骼机器人关节组件，所述一体化外骨骼机器人关节组件包括：电机和一级行星减速器；

所述电机具有外壳和转动地位于所述外壳内的转子，所述外壳包括呈筒型的电机壳体、后端盖和呈环形的前端盖，所述后端盖和所述前端盖连接于所述电机壳体的两端，所述转子的转轴沿轴向依次包括：输入部和输出部，所述输入部的外径大于所述输出部的外径，所述转轴的输入部与所述转子的铁芯连接；

所述一级行星减速器具有一级太阳轮、一级内齿圈、一级行星架和啮合于所述一级太阳轮和所述一级内齿圈之间的一级行星轮，所述一级太阳轮套接于所述转轴的输出部，所述一级内齿圈固定设置于所述前端盖的内侧面，并位于所述转子的铁芯形成的中空空间内，所述一级行星架与所述一级行星轮连接，并作为所述一体化外骨骼机器人关节组件的输出端。

进一步的，所述转轴的输入部沿径向依次包括：中心轴部、第一环部和第二环部；

所述第一环部的后端面设置有第一环形凹槽，所述第一环形凹槽内套接有第一轴承的轴承内圈，所述第一轴承的轴承外圈与所述第一环形凹槽的槽壁有间隔，并与所述后端盖连接；

所述第二环部的外侧面与所述转子的铁芯连接，所述第二环部的前端面设置有第二环形凹槽，所述第二环形凹槽内套接有第二轴承的轴承内圈，所述第二轴承的轴承外圈与所述第二环形凹槽的槽壁有间隔，并与所述一级内齿圈连接。

进一步的，所述中心轴部为中空结构。

进一步的，所述一级行星架包括：行星架本体和输出轴，所述行星架本体与所述一级行星轮连接，还与所述输出轴连接，所述输出轴相对于所述行星架本体远离所述一级行星轮，并与所述转轴同轴，所述输出轴作为所述一级行星减速器的输出端；

所述一体化外骨骼机器人关节组件还包括：二级行星减速器，所述二级行星减速器具有二级太阳轮、二级内齿圈、二级行星架和啮合于所述二级太阳轮和所述二级内齿圈之间的二级行星轮，所述二级太阳轮套接于所述一级行星架的输出轴，所述二级内齿圈固定设置于所述电机壳体或所述前端盖，所述二级行星架与所述二级行星轮连接，并作为所述一体化外骨骼机器人关节组件的输出端。

进一步的，所述二级行星减速器还具有：第三轴承和呈环形的减速器端盖；

所述第三轴承的轴承内圈套接于所述二级行星架的径向外侧面；

所述减速器端盖的边缘与所述电机壳体或所述前端盖连接，所述减速器端盖内连接有所述第三轴承的轴承外圈。

进一步的，所述二级行星减速器还具有：多个限位挡块；

多个所述限位挡块沿所述减速器端盖的周向设置在所述减速器端盖的前端面上，相邻两个所述限位挡块之间有间距，与所述间距对应的沿周向的角度为所述一体化外骨骼机器人关节组件的输出端转动的角度。

进一步的，所述一体化外骨骼机器人关节组件还包括：第四轴承和第五轴承；

所述第四轴承的轴承内圈套接于所述转轴的输出部的输出端，所述第四轴承的轴承外圈套接于所述一级行星架的行星架本体内；

所述第五轴承的轴承内圈套接于所述一级行星架的输出轴的输出端，所述第五轴承的轴承外圈套接于所述二级行星架内。

进一步的，所述一体化外骨骼机器人关节组件还包括：输出端壳体；

所述输出端壳体与所述一体化外骨骼机器人关节组件的输出端固定连接，并罩设于所述一体化外骨骼机器人关节组件的输出端上，还与所述电机壳体之间有间隔。

进一步的，所述机器人一体化结构还包括：

磁环组件，所述磁环组件固定设置在所述输出端壳体上，用于与霍尔探头配合使用。

进一步的，所述机器人一体化结构还包括：编码器；

所述编码器具有：编码环和编码读头；所述编码环设置于所述转子的铁芯上，所述编码读头设置于所述后端盖上。

与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有如下优异效果：

(1)将一级行星减速器内嵌在电机内部，且一级行星减速器与电机共用设计电机的外壳体结构，提高了紧凑性，降低了体积和质量。

(2)将两级行星减速器、电机及编码器集成为一体，同时一级行星减速器与二级行星减速器共用电机外壳体，实现了机器人关节结构一体化，提升了机器人关节的实用性能，降低了其体积和质量，提高了机器人关节结构的紧凑性。

(3)将电机的转轴设计成了中空结构，可以通过关节内的中空结构进行走线，解决了传统电机外部走线线缆杂乱等问题。

(4)将两级行星减速器一体化设计，共用一个中空的转轴，因此整个机器人关节只用了一对轴承做支撑，解决了传统两对及以上轴承支撑情况，降低了机器人关节的体积。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请实施例中记载的一些实施例，并不构成对本实用新型的不当限定。其中：

图1为本实用新型实施例提供的一种一体化外骨骼机器人关节组件的爆炸示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种一体化外骨骼机器人关节组件的剖示图；

图3为本实用新型实施例提供的一种一体化外骨骼机器人关节组件中一级行星架、一级行星轮和二级太阳轮的立体结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种一体化外骨骼机器人关节组件的立体示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种一体化外骨骼机器人关节组件中电机壳体和前端盖的俯视示意图；

图6为图5中沿剖线A-A的剖视图；

图7为本实用新型实施例提供的一种一体化外骨骼机器人关节组件中电机壳体、前端盖、一级内齿圈和二级内齿圈的立体结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的一种一体化外骨骼机器人关节组件中转轴的剖视图；

图9为本实用新型实施例提供的一种一体化外骨骼机器人关节组件中减速器端盖和限位挡块的立体示意图。

附图标记说明：

1外壳、11电机壳体、110接口端子、12前端盖、121端盖基体、122 筒体、123安装环、13后端盖、2定子、3转轴、31输入部、311中心轴部、 312第一环部、3121第一环形凹槽、3122第一轴承、313第二环部、3131第二环形凹槽、3132第二轴承、32输出部、4铁芯、51一级内齿圈、511安装件、512一级内齿圈本体、513止口、52一级太阳轮、53一级行星架、531 行星架本体、532输出轴、54一级行星轮、55第四轴承、56第五轴承、61 二级太阳轮、62二级内齿圈、63二级行星架、64二级行星轮、65第三轴承、 66减速器端盖、67限位挡块、671基体、672抵接部、68轴承挡片、7输出端壳体、8磁环组件、91编码环、92编码读头。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。各个示例通过本实用新型的解释的方式提供而非限制本实用新型。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本实用新型的范围或精神的情况下，可在本实用新型中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本实用新型包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

为方便清楚、准确的描述不同组成部件的位置关系，以图2所示结构的方向为准，结合附图1-9来具体描述本申请的技术方案中的结构关系及装配过程。本实用新型实施例提供了一种一体化外骨骼机器人关节组件，其包括：电机和一级行星减速器。

电机用于提供动力，其具有外壳1、定子2和转子。外壳1包括：电机壳体11、前端盖12和后端盖13。电机壳体11呈筒型，在其两端分别连接有前端盖12和后端盖(或称电机端盖)13，前端盖12相较于后端盖13靠近电机的输出端。在图2中，前端盖12位于电机壳体11的左侧，后端盖13位于电机壳体11的右侧。前端盖12与电机壳体11可以为分体结构，也可以为一体机构，如图2所示的一体结构。前端盖12呈环形，如此利于一级行星减速器设置于其形成的中心通孔内。前端盖12包括：分别呈环形的端盖基体121、筒体122和安装环123。端盖基体121的外边缘与电机壳体11连接，例如螺钉连接，端盖基体121的内边缘连接有筒体122的一端，筒体122的另一端自端盖基体121向后端盖13延伸，延伸方向可以与转子的转轴轴向平行。安装环123套接于筒体122的另一端内，使得安装环122相对于端盖基体121 更靠近后端盖13，在安装环123与端盖基体121之间形成容纳空间，该容纳空间可以用于容纳一级行星减速器的一级内齿圈51的安装件，该安装件用于与安装环连接，例如可以为法兰连接，相应的，安装件为法兰盘，安装环123 也为法兰盘，避免安装件凸出于端盖基体121的前端面(在图2中为端盖基体的左端面)，如此能进一步缩小本组件的体积。筒体122本身的长度(或轴向高度)可以与安装件的厚度相同或略大于。定子2设置于电机壳体11的内侧面，例如通过粘接方式设置。转子转动地设置于电机壳体11内，并位于定子2内侧。转子的转轴3沿转轴3的轴向由后向前(在图2中为由右向左方向)依次包括：输入部31和输出部32。输入部31相较于输出部32靠近后端盖13，输出部32相较于输入部31靠近前端盖12，输入部31的外径大于输出部32的外径，使得转轴3的纵断面呈阶梯状，在径向上的高度不相同，输入部31的径向外侧面与转子的铁芯4连接，例如通过粘接方式设置，则输出32的外侧面(即径向外侧面)会与转子的铁芯4之间有间隔以形成容纳空间，该容纳空间可以用于容纳一级行星减速器。也就是说，电机的转子的铁芯4具有一中空圆柱区域，除铁芯4与转轴3连接占用一定区域外，还剩余一部分区域，该剩余一部分区域即为容纳空间。应用时，电机可以选用无框力矩电机，如中空扁平伺服电机，其能够确保一体化外骨骼机器人关节组件的质量小、体积小、惯性低，提高机器人关节的运动性能。

一级行星减速器用于提供减速比，提升本组件的输出力矩，其包括：一级内齿圈51、一级太阳轮52、一级行星架53和一级行星轮54。一级行星轮 54啮合于一级太阳轮52和一级内齿圈51之间，通常数量为多个，如3个、 4个，本实施例对此不进行限定。一级太阳轮52套接于转轴3的输出部32 以在转轴3的带动下随转轴3一起转动，设置方式可以是：键与键槽配合，如在转轴3上设置有键槽，一级太阳轮52通过键与键槽配合以实现径向固定。一级行星架53与一级行星轮54连接以在一级行星轮54的带动下随一级行星轮54的转动而转动，从而可以将一级行星架53作为一级行星减速器的输出端，也即作为本一体化外骨骼机器人关节组件的输出端。连接方式可以是：一级行星轮54内套接有一轴承，该轴承内套接有一轴，一级行星架53与该轴连接，还可以是：一级行星架53通过销钉与一级行星轮54连接，本实施例对此不进行限定。一级内齿圈51固定设置于前端盖12的内侧面，即位于前端盖12所形成的中心通孔内，并位于转子的铁芯4形成的中空空间内，从而使得一级行星减速器可以整体安置在电机内部，省去了为一级行星减速器单独配置的后端盖，该后端盖盖设于一级内齿圈51的后端面(在图2中一级内齿圈的右端面)，即电机的前端盖13也可以作为一级行星减速器的后端盖，两者为共用设计。

通过将转子的转轴3沿轴向设置成依次包括：输入部31和输出部32，输入部31的外径大于输出部32的外径，转轴3的输入部31与转子的铁芯4 连接，一级行星减速器的的一级太阳轮52套接于转轴3的输出部32，一级行星减速器的一级内齿圈51固定设置于前端盖12的内侧面，即使一级内齿圈51位于转子的铁芯4形成的中空空间内，如此使得一级行星减速器可以整体安置在电机内部，不用额外占用其他转轴轴向尺寸，提高了集成度，降低了本组件的体积，提高了紧凑性。

参见图8，转轴3的输入部31沿径向由内向外依次包括：中心轴部311、第一环部312和第二环部313。第一环部312的后端面(在图2中为第一环部的右端面)设置有第一环形凹槽3121，第一环形凹槽3121内套接有第一轴承3122的轴承内圈，第一轴承3122的轴承外圈与第一环形凹槽3121的槽壁之间有间隔，并与后端盖13连接。连接方式可以是：在后端盖13的前端面(在图2中为后端盖的左端面)上形成有凸环，第一轴承3122的轴承外圈安装于该凸环形成的通孔(或称配合孔)内，为了防止窜轴现象，在后端盖 13的前端面与第一轴承3122之间放置有电机用刚性弹簧，其可以用来提供转轴轴向固定的预压紧力，优选为电机用刚性波形弹簧。第一环部312在轴向上的长度可以小于中心轴部311在轴向上的长度，即中心轴部311的后端端面(在图2中为右端)突出于第一环部312的后端端面，此时第一轴承3122 的轴承内圈可以套接于中心轴部311的输入端(在图2中为右端)，并延伸至第一环形凹槽3121内，利于第一轴承3122与后端盖13的连接。第二环部 313的外侧面(即径向外侧面)与转子的铁芯4连接，第二环部413的前端面(在图2中为第二环部的左端面)设置有第二环形凹槽3131，第二环形凹槽3131内套接有第二轴承3132的轴承内圈，第二轴承3132的轴承外圈与第二环形凹槽3131的槽壁有间隔，并与一级内齿圈51连接。连接方式可以是：一级内齿圈51包括：安装件511、一级内齿圈本体512和止口513。安装件 511与一级内齿圈本体512的一端连接，还与前端盖12连接，一级内齿圈本体512的另一端与止口513连接，止口513卡住第二轴承3132的轴承外圈，此时，第二轴承3132不再向前移动，在图2中不再向左移动。止口513的形成可以是：通过在一级内齿圈本体512的另一端内套接有径向挡环，在转轴轴向上径向挡环与该另一端有间隔，如此使得径向挡环与该另一端连接形成夹角，该结构即为止口。在其他的实施例中，止口的形成还可以是：通过在一级内齿圈本体的另一端连接有径向挡环的一端，径向挡环的另一端连接有轴向挡环，径向挡环沿径向延伸，轴向挡环沿轴向延伸，如此使得径向挡环与轴向挡环连接形成夹角，该结构即为止口。径向挡环的后端面与第二轴承 3132的轴承外圈的端面连接，轴向挡环的内侧面与第二轴承3132的轴承外圈的外侧面连接。第二轴承3132的高度高于第一轴承3122的高度(在径向上的位置)，如此使得第二轴承3132和第一轴承3122的部署高度不同，利于减少一级内齿圈51为了连接第二轴承3132的轴承外圈而在径向上的延伸长度，进一步使本组件紧凑，质量减轻。

第一环形凹槽3121和第二环形凹槽3131的深度(即轴向高度)大于各自对应的轴承的自身高度，即各环形凹槽的槽底与对应的轴承之间在轴向上有间隔，如此可以进一步降低本组件的质量。中心轴部311为中空结构，如此可以进一步减轻本组件的质量，同时还可以使该中空结构用于走线，即其内部署有线缆，例如电源线缆和通信线缆。

为了进一步提升本组件的输出力矩，一级行星架53包括：行星架本体 531和输出轴532。行星架本体531的一端与一级行星轮54连接，行星架本体531的另一端与输出轴532连接，即一级行星轮54和输出轴532连接于行星架本体531的两端。输出轴532与转轴3同轴，输出轴532作为一级行星减速器的输出端。一体化外骨骼机器人关节组件还包括：二级行星减速器，其具有二级太阳轮61、二级内齿圈62、二级行星架63和二级行星轮64。二级行星轮64啮合于二级太阳轮61和二级内齿圈62之间，其数量通常为多个，如3个、4个、本实施例对此不进行限定。二级太阳轮61套接于一级行星架 53的输出轴532，以在该输出轴532的带动下随该输出轴532一起转动，二级内齿圈62固定设置于电机壳体11或前端盖12，二级行星架63与二级行星轮64连接，连接方式可参见一级行星架53与一级行星轮54的连接方式。二级行星架63作为二级行星减速器的输出端，即也作为一体化外骨骼机器人关节组件的输出端。应用时，电机的转子的铁芯4带动转轴3发生高速转动，转轴3通过固定在其上的一级太阳轮52的转动带动一级行星轮54在一级内齿圈51中转动，进而带动一级行星架53转动，固定在一级行星架53上的二级太阳轮61带动二级行星轮64在二级内齿圈62中转动，从而带动二级行星架63发生转动。由于具有一级行星减速器和二级行星减速器，因此二者可以合称为两级行星减速器，若当经两级行星减速器减速后本组件的输出端的转速已达到电机转速的约二十六分之一，则同时力矩输出能力能达到电机输出能力的约二十六倍。

参见图1、图2和图9，二级行星减速器还包括：第三轴承65和减速器端盖66。第三轴承65的轴承内圈套接于二级行星架63的径向外侧面，以为二级行星架63的转动提供支承。减速器端盖66呈环形，其形成的通孔内连接有第三轴承65的轴承外圈，减速器端盖66的外边缘与电机壳体11或前端盖12连接，例如螺钉连接。第三轴承65和第二轴承3132均可以选用交叉滚珠轴承，如此可以承受较大的径向力及力矩载荷的作用。第三轴承65和第二轴承3132用于径向定位。

二级行星减速器还具有：多个限位挡块67，如2个、3个。多个限位挡块67沿减速器端盖66的周向设置在减速器端盖66的前端面(在图2中为减速器端盖的左端面)上，相邻两个限位挡块67之间有间距，与间距对应的沿周向的角度为一体化外骨骼机器人关节组件的输出端转动的角度以达到限制本一体化外骨骼机器人关节组件在有限角度范围内转动的目的，如此设置可以无需再在一体化外骨骼机器人关节组件外部设置多余的机械结构来达到有限角度范围内转动的目的，从而使得本组件布局更加紧凑、外形简单、美观。应用时，本组件的输出端会连接外接件以带动外接件转动，外接件上安装有与限位挡块67配合的转动挡块，外接件转动时，带动转动挡块67发生转动，进而会与限位挡块67发生碰撞，实现限位。为了提高连接强度，限位挡块 67包括：基体671和抵接部672。基体671与减速器端盖66的底环连接，抵接部672设置于基体671的侧壁，抵压于减速器端盖66的锥环的侧壁。

一体化外骨骼机器人关节组件还包括：输出端壳体7，其与一体化外骨骼机器人关节组件的输出端固定连接，从而使得一级行星减速器的一级行星架53或二级行星减速器的二级行星架63通过输出端壳体7向外提供力矩，即输出端壳体7在相应行星架的带动下而发生转动。为了利于输出端壳体7 的转动，输出端壳体7与电机壳体11之间有间隔使得电机壳体11的存在不干扰输出端壳体7的转动，例如可以是：输出端壳体7在与转轴轴向平行的方向上与电机壳体11之间有间隔，如此利于输出端壳体7罩住一级行星架 53或二级行星架63，避免外界对一级行星减速器或二级行星减速器带来影响，如灰尘等；还可以是：输出端壳体7在与转轴径向平行的方向上与电机壳体11之间有间隔。通过设置输出端壳体7，并可以在其上留有安装孔位，同时在电机壳体11上也留有安装孔位，因此，可通过固定输出端壳体7和电机壳体11中的一个，并将两者中的另一个作为本组件对外的输出端，即力矩输出构件进行应用，例如可分别用来连接大小腿杆以形成膝关节处的主动旋转自由度。

一体化外骨骼机器人关节组件还包括：第四轴承55和第五轴承56。第四轴承55的轴承内圈套接于转轴3的输出部32的输出端，即转轴3的前端面(在图2中为转轴的左端面)与一级太阳轮52之间留有间隔，该间隔用于装配第四轴承55，在对应的转轴3的输出部32上设置有轴肩，用于挡住轴承内圈的后端(在图2中为轴承内圈的右端)，第四轴承55的轴承外圈套设于一级行星架53的行星架本体531形成的环形内侧面内，该环形内侧面的轴向与转轴3的轴向共轴，此时行星架本体531的另一端呈环状，该轴承外圈装配于该另一端形成的通孔内，该环形内侧面与输出轴532的后端面形成止口，该止口用于卡住轴承外圈，在图2中，在一级行星架53的输出轴532 的右侧设置有第四轴承55，从而实现第四轴承55的轴向向右锁定。第五轴承56的轴承内圈套接于一级行星架53的输出轴532的前端，即输出轴532的前端面与二级太阳轮52之间还留有间隔，该间隔用于装配第五轴承56，在对应的输出轴上设置有轴肩，用于挡住轴承内圈的后端(在图2中为轴承内圈的右端)，二级行星架63的径向内侧面装配有第五轴承56的轴承外圈。第四轴承55和第五轴承56可以选用深沟球轴承。第四轴承55与第五轴承 56以及第三轴承65和第二轴承3132共同实现转轴的轴向定位。

一级行星减速器和铁芯4同时固定在转轴3上，而二级行星减速器和一级行星减速器共轴，设计为一个整体，提高了本组件整个结构的紧凑型，同时将传统需要的三对定位轴承，降低为一对定位轴承，即第一轴承和第三轴承，极大的降低了本组件的质量和体积，提高了紧凑度。

在本实施例中，一级行星减速器和二级行星减速器均可以采用的是薄型高精度小传动比的行星减速器，既能减轻行星减速器的质量，又能提高行星减速器的运动工作性能，使得整个机器人关节的输出力矩更加精确。

在输出端壳体7上固定有磁环组件8，以使磁环组件8随着输出端壳体7 的转动而转动，并且在转动的同时能保证磁环组件与输出端壳体的相对位置不发生改变，在后续固定霍尔探头时能够实现磁环组件与霍尔探头之间的距离及轴向位置相对固定不变，保证霍尔探头读取的一体化外骨骼机器人关节组件的旋转角度信息的稳定性和可靠性。在电机壳体11上设置有接口端子 110，接口端子110包括电源端口和通信端口，用于将放置在中空结构中的线缆通过接口端子110实现电连接，使用接口端子110不但能屏蔽多个线缆之间的相互干扰，还能降低线磨断的概率，极大的提高一体化外骨骼机器人关节组件的稳定性和可靠性。

一体化外骨骼机器人关节组件还包括：编码器(或称电机用编码器)，其包括编码环91和编码读头92，编码环91随转轴的转动而发生转动，其可以固定在铁芯上，如通过胶接的方式实现固定，编码环91形成的通孔大于第一轴承3122的外径，利于结构紧凑，还可以固定在转轴3上，本实施例对此不进行限定。编码读头92安装在后端盖13上，通过编码读头92和编码环91，使得可以直接检测转轴3的位置信息和转速信息，实现实时监测一体化外骨骼机器人关节组件的位置信息和速度信息，能够精确反馈一体化外骨骼机器人关节组件的运动信息，进而能够依据精确的反馈运动信息进行更加有效的控制，达到提升本组件的工作性能。编码器可以是光栅编码器、红外编码器、磁编码器等。

本实用新型实施例提供的一体化外骨骼机器人关节组件的装配过程可以如下：

步骤1，电机壳体11与前端盖12为一体结构，将电机的定子2固定安装在电机壳体11内。

步骤2，将一级内齿圈51的法兰安装件固定在前端盖13上。

步骤3，分别将一级太阳轮52、转子的铁芯4、第二轴承3132和编码环 91安装固定在电机的转轴3上，其中，转子的铁芯4和编码环21之间胶接固定，一级太阳轮52通过键与转轴3上的键槽配合以实现径向固定；第二轴承3132的支撑内圈与转轴3固定连接。

步骤4，然后将执行步骤3后的转轴插入到一级内齿圈51内，直至转轴 3上的第二轴承3132的轴承外圈配合在一级内齿圈51的止口上，则轴向不再向左移动。

步骤5，装配一级行星架53与一级行星轮54以及二级行星架63与二级行星轮64，各行星轮的数量为4个，并带有轴承，在一级行星架53上又装配有向二级行星架63输送动力的二级太阳轮61，二级太阳轮61与一级行星架53之间通过键及键槽径向固定，在一级行星架53内还装配有轴承外圈配合的第四轴承55，在二级行星架63内还装配有轴承外圈配合的第五轴承56。

步骤6，将执行步骤5后的一级行星架53从左向右插入装配在一级内齿圈51中，直至轴承外圈装配在一级行星架右端的第四轴承55的轴承内圈配合安装在转轴3的输出端(或称左端)上且转轴3上的轴肩顶住第四轴承55 的轴承内圈右端，以此实现一级行星架53的轴向向右锁定。

步骤7，将带有法兰安装件的二级内齿圈62安装在电机壳体11上。

步骤8，将执行步骤5后的二级行星架63从左向右插入装配在二级内齿圈中，直至轴承外圈装配在二级行星架63右端的第五轴承56的轴承内圈被一级行星架53左侧的输出轴所插入配合上并且轴承内圈的右端面被输出轴上的轴肩所顶住，如此使得二级行星架63即被限制向右的轴向移动。

步骤9、分别将限位挡块67和第三轴承65安装固定在减速器端盖66上，其中第三轴承65通过轴承外圈插入配合在减速器端盖66里后，用轴承挡片 68从右向左压向第三轴承65的右端面，并用紧固件(如螺丝)拧紧固定，如此实现了第三轴承65的轴向固定。

步骤10、将执行步骤9后的减速器端盖66从左向右安装在电机壳体11 上，此时第三轴承65的轴承内圈与二级行星架63的输出端外圆柱面配合在一起，用紧固件(如螺丝)从左向右拧入、将减速器端盖66固定安装在电机壳体11上，由此便解决二级行星减速器的轴向限位问题。

步骤11、分别将编码读头92和第一轴承3122安装在后端盖上，其中第一轴承3122与后端盖13上的配合孔之间放置有电机用刚性波形弹簧以用来提供电机轴轴向固定的预压紧力，防止窜轴现象，最后将紧固件(如螺丝) 从右向左拧入电机壳体11，由此即实现了转轴3的轴向固定。

步骤12、将输出端壳体7从左向右安装固定在二级行星架的输出端上，在图2中为圆柱体状的左端面，并用紧固件(如螺丝)拧紧固定，如此将经一级行星减速器和二级行星减速器减速输出的动力传递给了输出端壳体7，让其作为一体化外骨骼机器人关节组件的动力输出端。

步骤13、将磁环组件8从左至右安装在输出端壳体7上，并通过紧固件 (如螺丝)拧紧固定。

综上，本实用新型实施例提供的的技术方案与现有技术相比，能够实现以下技术效果：

(1)将一级行星减速器内嵌在电机内部，且一级行星减速器与电机共用设计电机的外壳体结构，提高了紧凑性，降低了体积和质量。

(2)将两级行星减速器、电机及编码器集成为一体，同时一级行星减速器与二级行星减速器共用电机外壳体，实现了机器人关节结构一体化，提升了机器人关节的实用性能，降低了其体积和质量，提高了机器人关节结构的紧凑性。

(3)将电机的转轴设计成了中空结构，可以通过关节内的中空结构进行走线，解决了传统电机外部走线线缆杂乱等问题。

(4)将两级行星减速器一体化设计，共用一个中空的转轴，因此整个机器人关节只用了一对轴承做支撑，解决了传统两对及以上轴承支撑情况，降低了机器人关节的体积。

Claims (10)

1.一种一体化外骨骼机器人关节组件，其特征在于，所述一体化外骨骼机器人关节组件包括：电机和一级行星减速器；

所述电机具有外壳和转动地位于所述外壳内的转子，所述外壳包括呈筒型的电机壳体、后端盖和呈环形的前端盖，所述后端盖和所述前端盖连接于所述电机壳体的两端，所述转子的转轴沿轴向依次包括：输入部和输出部，所述输入部的外径大于所述输出部的外径，所述转轴的输入部与所述转子的铁芯连接；

所述一级行星减速器具有一级太阳轮、一级内齿圈、一级行星架和啮合于所述一级太阳轮和所述一级内齿圈之间的一级行星轮，所述一级太阳轮套接于所述转轴的输出部，所述一级内齿圈固定设置于所述前端盖的内侧面，并位于所述转子的铁芯形成的中空空间内，所述一级行星架与所述一级行星轮连接，并作为所述一体化外骨骼机器人关节组件的输出端。

2.根据权利要求1所述的一体化外骨骼机器人关节组件，其特征在于，所述转轴的输入部沿径向依次包括：中心轴部、第一环部和第二环部；

所述第一环部的后端面设置有第一环形凹槽，所述第一环形凹槽内套接有第一轴承的轴承内圈，所述第一轴承的轴承外圈与所述第一环形凹槽的槽壁有间隔，并与所述后端盖连接；

所述第二环部的外侧面与所述转子的铁芯连接，所述第二环部的前端面设置有第二环形凹槽，所述第二环形凹槽内套接有第二轴承的轴承内圈，所述第二轴承的轴承外圈与所述第二环形凹槽的槽壁有间隔，并与所述一级内齿圈连接。

3.根据权利要求2所述的一体化外骨骼机器人关节组件，其特征在于，所述中心轴部为中空结构。

4.根据权利要求1所述的一体化外骨骼机器人关节组件，其特征在于，所述一级行星架包括：行星架本体和输出轴，所述行星架本体与所述一级行星轮连接，还与所述输出轴连接，所述输出轴相对于所述行星架本体远离所述一级行星轮，并与所述转轴同轴，所述输出轴作为所述一级行星减速器的输出端；

所述一体化外骨骼机器人关节组件还包括：二级行星减速器，所述二级行星减速器具有二级太阳轮、二级内齿圈、二级行星架和啮合于所述二级太阳轮和所述二级内齿圈之间的二级行星轮，所述二级太阳轮套接于所述一级行星架的输出轴，所述二级内齿圈固定设置于所述电机壳体或所述前端盖，所述二级行星架与所述二级行星轮连接，并作为所述一体化外骨骼机器人关节组件的输出端。

5.根据权利要求4所述的一体化外骨骼机器人关节组件，其特征在于，所述二级行星减速器还具有：第三轴承和呈环形的减速器端盖；

所述第三轴承的轴承内圈套接于所述二级行星架的径向外侧面；

所述减速器端盖的边缘与所述电机壳体或所述前端盖连接，所述减速器端盖内连接有所述第三轴承的轴承外圈。

6.根据权利要求5所述的一体化外骨骼机器人关节组件，其特征在于，所述二级行星减速器还具有：多个限位挡块；

多个所述限位挡块沿所述减速器端盖的周向设置在所述减速器端盖的前端面上，相邻两个所述限位挡块之间有间距，与所述间距对应的沿周向的角度为所述一体化外骨骼机器人关节组件的输出端转动的角度。

7.根据权利要求4所述的一体化外骨骼机器人关节组件，其特征在于，所述一体化外骨骼机器人关节组件还包括：第四轴承和第五轴承；

所述第四轴承的轴承内圈套接于所述转轴的输出部的输出端，所述第四轴承的轴承外圈套接于所述一级行星架的行星架本体内；

所述第五轴承的轴承内圈套接于所述一级行星架的输出轴的输出端，所述第五轴承的轴承外圈套接于所述二级行星架内。

8.根据权利要求1所述的一体化外骨骼机器人关节组件，其特征在于，所述一体化外骨骼机器人关节组件还包括：输出端壳体；

所述输出端壳体与所述一体化外骨骼机器人关节组件的输出端固定连接，并罩设于所述一体化外骨骼机器人关节组件的输出端上，还与所述电机壳体之间有间隔。

9.根据权利要求8所述的一体化外骨骼机器人关节组件，其特征在于，所述机器人一体化结构还包括：

磁环组件，所述磁环组件固定设置在所述输出端壳体上，用于与霍尔探头配合使用。

10.根据权利要求1所述的一体化外骨骼机器人关节组件，其特征在于，所述机器人一体化结构还包括：编码器；

所述编码器具有：编码环和编码读头；所述编码环设置于所述转子的铁芯上，所述编码读头设置于所述后端盖上。

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