CN214446511U - 一种带力感知的双模组集成关节 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带力感知的双模组集成关节，包括关节外壳和设置在所述关节外壳内的两关节模组，两所述关节模组设置在所述关节外壳两端且输出端朝外设置，所述关节模组包括谐波减速机、扭矩传感器、电机外壳、电机定子、电机转子、制动器、编码器和驱动器，其中所述谐波减速机设置在所述电机外壳的一侧，所述扭矩传感器设置在所述谐波减速机与电机外壳之间且与所述谐波减速机相连，所述制动器、编码器和驱动器设置在所述电机外壳的另一侧，所述编码器和电机转子分别与谐波减速机相连，本实用新型不仅降低了机械臂的体积和重量，便于组装和后期维护，而且可以实现对力的精确的反馈，从而适应对力控要求较高的场合。

Description

一种带力感知的双模组集成关节

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种带力感知的双模组集成关节。

背景技术

机器人广泛用于自动化行业，用来减轻人类的劳动强度。为了降低成本及缩短生产周期，适应大规模生产，已经将谐波减速机、电机、刹车、编码器等集成到一起，构成关节模组，并单独配有外壳。在实际应用中，很多情况都是2个同样大小的关节模组成对使用，然后通过法兰等连接件，将2个关节连起来。由于每个关节都有单独的外壳，使得整个机械臂相对较重，体积较大，刚性较差。同时，市面上的关节模组大多不带有扭矩传感器，而是通过电流来感知力的大小，不具备精确的力感知功能。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于一种带力感知的双模组集成关节，不仅降低了机械臂的体积和重量，便于组装和后期维护，而且可以实现对力的精确的反馈，从而适应对力控要求较高的场合。

本实用新型的目的采用如下技术方案实现：

一种带力传感器的双模组集成关节，包括关节外壳和设置在所述关节外壳内的两关节模组，所述关节外壳截面呈直角状，两所述关节模组设置在所述关节外壳两端且输出端朝外设置，所述关节模组的输出端均突出设置在所述关节外壳端部外，使得两所述关节模组的输出端互相垂直，所述关节模组包括谐波减速机、扭矩传感器、电机外壳、电机定子、电机转子、制动器、编码器和驱动器，其中所述谐波减速机设置在所述电机外壳的一侧，所述扭矩传感器设置在所述谐波减速机与电机外壳之间且与所述谐波减速机相连，所述电机定子设置在所述电机外壳的内侧壁，所述电机转子转动设置在所述电机定子内侧，所述制动器、编码器和驱动器设置在所述电机外壳的另一侧，所述制动器和驱动器分别与所述电机转子相连，其中驱动器用于驱动电机转子在电机定子的磁场内转动，制动器用于对电机转子产生制动力使其停转；所述编码器和电机转子分别与谐波减速机相连，所述编码器用于检测谐波减速机输出端的位置，便于驱动器控制电机转子的转速，所述电机转子将动力传递到谐波减速机减速后由输出端输出动力。

进一步地，所述谐波减速机包括输出法兰、钢轮、交叉滚子轴承、波发生器、柔轮和穿线管，所述输出法兰与钢轮相连，所述交叉滚子轴承设置在所述钢轮远离所述输出法兰的一侧，所述交叉滚子轴承的外圈与所述扭矩传感器相连且内圈与所述钢轮相连，所述波发生器转动设置在所述交叉滚子轴承内侧且与所述电机转子相连，所述柔轮套设在所述波发生器外侧且与钢轮相啮合，所述柔轮与扭矩传感器相连，所述穿线管一端与所述钢轮左端的中心位置相连，另一端穿过所述波发生器与所述编码器相连；

工作时，通过驱动器驱动电机转子带动波发生器转动，通过波发生器使柔轮按一定变形规律产生周期性弹性变形波，进而带动钢轮按一定的速比转动，进而带动输出法兰进行动力输出，其中编码器与穿线管相连用于感知输出端的位置，进而提高驱动器控制电机转子的精度。

进一步地，所述谐波减速机还包括柔性轴承，所述柔性轴承设置在钢轮内侧壁，且所述柔性轴承内圈与所述波发生器相连。

进一步地，所述关节外壳远离两端部的位置通过螺丝固定有关节后盖，当需要检查或维护时，可通过拆卸关节外壳对关节模组进行维护，无需将关节模组整体从关节外壳中拆卸下来，维护更加便捷，更进一步地，所述关节后盖为透明塑料所制，无需拆卸关节后盖，也可以观察关节模组的工作状态。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

(1)设置有关节外壳，将两关节模组集成在一起，减少了机械臂的体积与重量，同时减少了一些连接件，有效增加了机械臂的刚性，便于组装和后期维护。

(2)设置有扭矩传感器，通过扭矩传感器实时检测输出力，实现对力的精确的反馈，能够适应对力控要求较高的场合。

本实用新型不仅降低了机械臂的体积和重量，便于组装和后期维护，而且可以实现对力的精确的反馈，从而适应对力控要求较高的场合。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的剖视图；

图3为本实用新型实施例中关节模组的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中谐波减速机的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中谐波减速机的剖视图。

图中：1、关节外壳；2、关节后盖；3、关节模组；31、谐波减速机；311、输出法兰；312、钢轮；313、交叉滚子轴承；314、波发生器；315、柔轮；316、柔性轴承；317、穿线管；32、扭矩传感器；33、电机外壳；34、电机定子；35、电机转子；36、制动器；37、编码器；38、驱动器。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1-5所示，一种带力传感器的双模组集成关节，包括关节外壳1和设置在关节外壳1内的两关节模组3，关节外壳1截面呈直角状，两关节模组3设置在关节外壳1两端且输出端朝外设置，关节模组3的输出端均突出设置在关节外壳1端部外，使得两关节模组3的输出端互相垂直，关节模组3包括谐波减速机31、扭矩传感器32、电机外壳33、电机定子34、电机转子35、制动器36、编码器37和驱动器38，其中谐波减速机31设置在电机外壳33的一侧，扭矩传感器32设置在谐波减速机31与电机外壳33之间且与谐波减速机31相连，电机定子34设置在电机外壳33的内侧壁，电机转子35转动设置在电机定子34内侧，制动器36、编码器37和驱动器38设置在电机外壳33的另一侧，制动器36和驱动器38分别与电机转子35相连，其中驱动器38用于驱动电机转子35在电机定子34的磁场内转动，制动器36用于对电机转子35产生制动力使其停转；编码器37和电机转子35分别与谐波减速机31相连，编码器37用于检测谐波减速机31输出端的位置，便于驱动器38控制电机转子35的转速，电机转子35将动力传递到谐波减速机31减速后由输出端输出动力。

在本实施例中，谐波减速机31包括输出法兰311、钢轮312、交叉滚子轴承313、波发生器314、柔轮315和穿线管317，输出法兰311与钢轮312通过螺丝固定相连，交叉滚子轴承313设置在钢轮312远离输出法兰311的一侧，交叉滚子轴承313的外圈通过螺丝与扭矩传感器32固定相连且内圈通过螺丝与钢轮312固定相连，波发生器314转动设置在交叉滚子轴承313内侧且通过螺丝与电机转子35固定相连，柔轮315套设在波发生器314外侧且与钢轮312相啮合，柔轮315通过螺丝与扭矩传感器32固定相连，穿线管317一端通过螺丝与钢轮312左端的中心位置固定相连，另一端穿过波发生器314与编码器37相连；工作时通过驱动器38驱动电机转子35带动波发生器314转动，通过波发生器314使柔轮315按一定变形规律产生周期性弹性变形波，进而带动钢轮312按一定的速比转动，进而带动输出法兰311进行动力输出，其中编码器37与穿线管317相连用于感知输出端的位置，进而提高驱动器38控制电机转子35的精度。

在本实施例中，谐波减速机31还包括柔性轴承316，柔性轴承316设置在钢轮312内侧壁，且柔性轴承316内圈与波发生器314相连。

在本实施例中，所述关节外壳1远离两端部的位置通过螺丝固定有关节后盖2，当需要检查或维护时，可通过拆卸关节外壳2对关节模组3进行维护，无需将关节模组3整体从关节外壳1中拆卸下来，维护更加便捷，关节后盖2可以选用透明塑料所制，无需拆卸关节后盖2，也可以观察关节模组3的工作状态。

本实用新型的工作原理：

工作时，在驱动器38的作用下，电机转子35带动波发生器314一同转动，通过波发生器314对柔轮315的作用，使得与柔轮315啮合的钢轮312按一定的速比转动，进而带动输出法兰311输出，与此同时穿线管317也跟着输出法兰311一同转动，由于穿线管317的端部设置有编码器37，通过编码器37感知输出法兰311的转动的位置并传递给驱动器38，使得驱动器38可以更好的控制电机转子35的转速，同时由于柔轮315与钢轮312相互啮合，故两者之间的力大小相等，方向相反，而柔轮315与扭矩传感器32相连，故扭矩传感器32检测的结构为刚轮的输出力，通过扭矩传感器32实时传递给驱动器38，即可可实现对力的精确的反馈。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种带力传感器的双模组集成关节，包括关节外壳(1)和设置在所述关节外壳(1)内的两关节模组(3)，其特征在于：所述关节外壳(1)截面呈直角状，两所述关节模组(3)设置在所述关节外壳(1)两端且输出端朝外设置，使得两所述关节模组(3)的输出端互相垂直，所述关节模组(3)包括谐波减速机(31)、扭矩传感器(32)、电机外壳(33)、电机定子(34)、电机转子(35)、制动器(36)、编码器(37)和驱动器(38)，其中所述谐波减速机(31)设置在所述电机外壳(33)的一侧，所述扭矩传感器(32)设置在所述谐波减速机(31)与电机外壳(33)之间且与所述谐波减速机(31)相连，所述电机定子(34)设置在所述电机外壳(33)的内侧壁，所述电机转子(35)转动设置在所述电机定子(34)内侧，所述制动器(36)、编码器(37)和驱动器(38)设置在所述电机外壳(33)的另一侧，所述制动器(36)和驱动器(38)分别与所述电机转子(35)相连，所述编码器(37)和电机转子(35)分别与谐波减速机(31)相连。

2.根据权利要求1所述的一种带力传感器的双模组集成关节，其特征在于：所述谐波减速机(31)包括输出法兰(311)、钢轮(312)、交叉滚子轴承(313)、波发生器(314)、柔轮(315)和穿线管(317)，所述输出法兰(311)与钢轮(312)相连，所述交叉滚子轴承(313)设置在所述钢轮(312)远离所述输出法兰(311)的一侧，所述交叉滚子轴承(313)的外圈与所述扭矩传感器(32)相连且内圈与所述钢轮(312)相连，所述波发生器(314)转动设置在所述交叉滚子轴承(313)内侧且与所述电机转子(35)相连，所述柔轮(315)套设在所述波发生器(314)外侧且与钢轮(312)相啮合，所述柔轮(315)与扭矩传感器(32)相连，所述穿线管(317)一端与所述钢轮(312)左端的中心位置相连，另一端穿过所述波发生器(314)与所述编码器(37)相连。

3.根据权利要求2所述的一种带力传感器的双模组集成关节，其特征在于：所述谐波减速机(31)还包括柔性轴承(316)，所述柔性轴承(316)设置在钢轮(312)内侧壁，且所述柔性轴承(316)内圈与所述波发生器(314)相连。

4.根据权利要求1所述的一种带力传感器的双模组集成关节，其特征在于：所述关节外壳(1)远离两端部的位置通过螺丝固定有关节后盖(2)。

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