CN216098916U - 一种关节驱动模组及机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种关节驱动模组及机器人，该关节驱动模组包括关节外壳、谐波减速机、伺服电机、输入轴、输出轴，关节驱动模组还包括增量编码器、绝对值编码器和力矩传感器，增量编码器与输入轴连接，绝对值编码器和力矩传感器分别安装于输出轴的两端，输入轴与伺服电机的内圈过盈连接，且输入轴与谐波减速机的输入端连接，谐波减速机的输出端通过力矩传感器与输出轴连接。本实用新型提供的关节驱动模组，通过制动装置驱动伺服电机转动，伺服电机的内圈带动输入轴转动，以将动力输入，且通过谐波减速机传递至输出轴和力矩传感器输出，传动结构一体化，结构紧凑，区别于现有技术，集成度高，体积也相对较小，还能有效地提高控制精度。

Description

一种关节驱动模组及机器人

技术领域

本实用新型涉及智能协作机器人领域，特别涉及一种关节驱动模组及机器人。

背景技术

随着新一代工业技术革命的日新月异，发展高端智能装备和智能机器人就成为了智能制造领域的重中之重，而关节模组作为组成智能协作机器人的核心单元，对机器人的性能起着至关重要的作用，因此对机电一体化关节模组的研发工作必然是首当其冲。

现有的关节模组主要由减速机、无框力矩电机、编码器和驱动器等组成，且通常利用伺服电机来直接集成传感以及传动零部件，集成度相对较低，体积也较大，同时在现有的关节模组中往往采用单编码器进行开环控制，导致其控制精度低。

实用新型内容

基于此，本实用新型的目的是提供一种关节驱动模组及机器人，以解决现有技术中关节模组集成度相对较低且体积较大，同时采用单编码器进行开环控制，控制精度低的问题。

一种关节驱动模组，包括关节外壳和设置于所述关节外壳内部的谐波减速机、伺服电机、输入轴、输出轴，所述关节驱动模组还包括增量编码器、绝对值编码器和力矩传感器，所述增量编码器与所述输入轴的一端连接，所述绝对值编码器和所述力矩传感器分别安装于所述输出轴的两端，所述输入轴与所述伺服电机的内圈过盈连接，且所述输入轴与所述谐波减速机的输入端连接，所述谐波减速机的输出端通过所述力矩传感器与所述输出轴连接，通过制动装置驱动所述伺服电机转动，所述伺服电机的内圈带动所述输入轴转动，以将动力输入且通过所述谐波减速机传递至所述输出轴输出。

本实用新型的有益效果是：通过在输入轴上安装增量编码器，在输出轴的两端分别安装力矩传感器和绝对值编码器，形成闭环控制，以提供控制精度，同时通过将输入轴与伺服电机的内圈过盈连接，且将输入轴与谐波减速机的输入端进行连接，再将输出轴通过力矩传感器与谐波减速机的输出端连接，制动装置驱动伺服电机转动，伺服电机的内圈带动输入轴转动，以将动力输入，且通过所述谐波减速机传递至所述输出轴和力矩传感器输出，以实现传动结构一体化设计，结构紧凑，还有利于减轻整体的模组的重量，区别于现有技术，其集成度更高，体积也相对较小，同时还能有效地提高控制精度。

优选的，所述输出轴和所述输入轴为中空结构，所述输出轴套接于所述输入轴中，所述伺服电机套接于所述输入轴的外侧，所述伺服电机、所述输出轴与所述输入轴三者共一中心轴。

优选的，所述关节外壳采用铝合金材料制成，所述关节外壳上开设有若干个通孔，所述通孔贯通所述关节外壳。

优选的，所述伺服电机的驱动板的内部安装有温度传感器。

优选的，所述制动装置包括制动器，所述制动器通过轴承套接于所述输入轴的外侧，所述制动器位于所述关节外壳内，所述制动器与所述伺服电机的内圈连接。

优选的，所述力矩传感器和所述输出轴为一体化设置。

优选的，所述制动装置还包括驱动器，所述驱动器通过固定铜柱与所述制动器连接，所述驱动器位于所述关节外壳的外侧，且位于所述输入轴的一端。

优选的，所述伺服电机的外圈通过金属胶与所述关节外壳固连。

优选的，所述关节外壳的外侧壁上开设有安装槽，所述关节外壳上开设有导通槽，所述导通槽用于贯通所述安装槽和所述通孔，且用于贯通相邻两个所述通孔，所述安装槽中安装有散热风扇，所述关节外壳上设置有过滤网，所述过滤网覆盖所述通孔孔口。

本实用新型还提供了一种机器人，包括上述中的关节驱动模组。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例提供的关节驱动模组的结构示意图；

图2为本实用新型第一实施例提供的关节驱动模组的剖面图。

主要元件符号说明：

关节外壳	10	力矩传感器	42
				谐波减速机	20	通孔	11
伺服电机	30	制动器	61
				输出轴	40	驱动器	62
输入轴	50	安装槽	12
				增量编码器	51	过滤网	13
绝对值编码器	41

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的若干实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图2，本实用新型第一实施例中的关节驱动模组，包括关节外壳10、谐波减速机20、伺服电机30、输出轴40、输入轴50、增量编码器51、绝对值编码器41和力矩传感器42。

其中：增量编码器51与输入轴50的一端固定连接，绝对值编码器41和力矩传感器42则分别安装于输出轴40的两端，且增量编码器51和绝对值编码器 41位于同一侧，输入轴50与伺服电机30的内圈过盈连接，且输入轴50与谐波减速机20的输入端连接，可以理解的，伺服电机30的外圈通过金属胶与关节外壳10固连，通过制动装置驱动伺服电机30转动，伺服电机30的内圈带动输入轴50转动，再通过谐波减速机20的输入端将动力输入，在本实施例中，力矩传感器42和输出端为一体化设置，且力矩传感器42通过螺纹结构与谐波减速机20的输出端固定连接，即输出轴40通过力矩传感器42与谐波减速机20 的输出端连接，以此将输入的动力通过谐波减速机20的输出端传递至输出轴40，实现动力输出，需要说明的是，这种传动结构一体化设计，结构紧凑，同时还有利于减轻整体的模组的重量。

在本实施例中，需要说明的是，在输入轴50和输出轴40上分别安装增量编码器51和绝对值编码器41，形成闭环控制，提高了整个模组的控制精度，同时在输出轴40上还安装力矩传感器42，以此获得准确的输出力值，这也为人机协作机器人精准控制提供了基础。

在本实施例中输入轴50和输出轴40均为中空结构，且输出轴40套接于输入轴50中，伺服电机30套接于输入轴50的外侧，可以理解的，伺服电机30、输入轴50以及输出轴40三者共一中心轴，通过这种设置可以使线缆顺利穿过，需要说明的是，谐波减速机20也为中空结构，且谐波减速机20的壳体与关节外壳10进行可拆卸连接。

在本实施例中，需要说明的是，关节外壳10采用铝合金材料制成，关节外壳10上开设有若干个通孔11，各个通孔11贯通关节外壳10，也就是说，通孔 11的内腔与关节外壳10的内部是贯通的，以此提高该关节驱动模组的散热效果，同时在伺服电机30的驱动板的内部还安装有温度传感器，用于时刻监控关节驱动模组内部的工作温度，若有异常则可及时报警，以此保证人机协作机器人的安全。

在本实施例中，制动装置包括制动器61和驱动器62，制动器61通过轴承套接于输入轴50的外侧，制动器61位于关节外壳10内，制动器61通过连接套与伺服电机30的内圈固连，而驱动器62则通过固定铜柱与制动器61进行固连，驱动器62位于关节外壳10的外侧，且位于输出轴40的一端，并与增量编码器51同侧，需要说明的是，制动器61也采用中空结构，以方便安装线缆。

在本实施例中，关节外壳10上开设有安装槽12，关节外壳10上还开设有导通槽，该导通槽不仅用于贯通安装槽12和通孔11，还用于贯通相邻两个通孔 11，在安装槽12的内腔中安装有散热风扇，通过散热风扇来加快关节驱动模组中的空气流速，以此提高散热效果，可以理解的，关节外壳10为筒柱状结构，为了与关节外壳10适配，散热风扇的扇叶整体朝向关节外壳10的内部倾斜，需要说明的是，在其他实施例中，散热风扇还分有送风风扇和排风风扇，送风风扇用于为关节驱动模组中输入外部的冷空气，排风风扇用于将关节驱动模组中的热空气排出，这两种风扇至少使用其中一种，且实现这两种功能均通过调节散热风扇扇叶本身的角度。

在本实施例中，需要说明的是，为了防止其他物体通过通孔11或者安装槽 12掉入关节驱动模组内，在关节外壳10上设置了过滤网13，该过滤网13覆盖了通孔11孔口以及安装槽12的槽口。

在具体实施时，在输入轴50上安装增量编码器51，在输出轴40的一端安装绝对值编码器41，形成闭环控制，以提供控制精度，然后在输出轴40相对绝对值编码器41的另一端安装力矩传感器42，并将力矩传感器42通过螺纹结构与谐波减速机20的输出端连接，同时通过将输入轴50与伺服电机30的内圈过盈连接，伺服电机30的外圈则与关节外壳10固连，且将输入轴50与谐波减速机20的输入端进行连接，通过制动装置驱动伺服电机30转动，伺服电机30的内圈带动输入轴50转动，以将动力输入，再通过所述谐波减速机20传递至所述输出轴40和力矩传感器42上实现动力输出，这种传动结构一体化设计，结构紧凑，还有利于减轻整体的模组的重量，区别于现有技术，本申请的关节驱动模组，其集成度更高，体积也相对较小，同时还能有效地提高控制精度，并且多种零部件采用中空结构，便于放置安装线缆。

需要说明的是，上述的实施过程只是为了说明本申请的可实施性，但这并不代表本申请的关节驱动模组只有上述唯一一种实施流程，相反的，只要能够将本申请的关节驱动模组实施起来，都可以被纳入本申请的可行实施方案。

本实用新型的第二实施例提供了一种机器人，包括上述实施例中的关节驱动模组。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种关节驱动模组，包括关节外壳和设置于所述关节外壳内部的谐波减速机、伺服电机、输入轴、输出轴，其特征在于，所述关节驱动模组还包括增量编码器、绝对值编码器和力矩传感器，所述增量编码器与所述输入轴的一端连接，所述绝对值编码器和所述力矩传感器分别安装于所述输出轴的两端，所述输入轴与所述伺服电机的内圈过盈连接，且所述输入轴与所述谐波减速机的输入端连接，所述谐波减速机的输出端通过所述力矩传感器与所述输出轴连接，通过制动装置驱动所述伺服电机转动，所述伺服电机的内圈带动所述输入轴转动，以将动力输入且通过所述谐波减速机传递至所述输出轴输出。

2.根据权利要求1所述的关节驱动模组，其特征在于，所述输出轴和所述输入轴为中空结构，所述输出轴套接于所述输入轴中，所述伺服电机套接于所述输入轴的外侧，所述伺服电机、所述输出轴与所述输入轴三者共一中心轴。

3.根据权利要求1所述的关节驱动模组，其特征在于，所述关节外壳采用铝合金材料制成，所述关节外壳上开设有若干个通孔，所述通孔贯通所述关节外壳。

4.根据权利要求1所述的关节驱动模组，其特征在于，所述伺服电机上安装有温度传感器。

5.根据权利要求1所述的关节驱动模组，其特征在于，所述制动装置包括制动器，所述制动器通过轴承套接于所述输入轴的外侧，所述制动器位于所述关节外壳内，所述制动器与所述伺服电机的内圈连接。

6.根据权利要求1所述的关节驱动模组，其特征在于，所述力矩传感器和所述输出轴为一体化设置。

7.根据权利要求5所述的关节驱动模组，其特征在于，所述制动装置还包括驱动器，所述驱动器通过固定铜柱与所述制动器连接，所述驱动器位于所述关节外壳的外侧，且位于所述输入轴的一端。

8.根据权利要求1所述的关节驱动模组，其特征在于，所述伺服电机的外圈通过金属胶与所述关节外壳固连。

9.根据权利要求3所述的关节驱动模组，其特征在于，所述关节外壳的外侧壁上开设有安装槽，所述关节外壳上开设有导通槽，所述导通槽用于贯通所述安装槽和所述通孔，且用于贯通相邻两个所述通孔，所述安装槽中安装有散热风扇，所述关节外壳上设置有过滤网，所述过滤网覆盖所述通孔孔口。

10.一种机器人，其特征在于，包括权利要求1-9所述的关节驱动模组。

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