[发明专利]具有力位感知功能的机械臂模块化关节

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械臂模块化关节。

背景技术

机器人手臂是机器人系统实现大范围宏操作的重要工具，对机器人系统的作业能力、作业水平具有重要的影响。特别是近年来发展迅速的服务机器人、特种操作机器人等，对操作手臂提出了更高的要求。目前市场上成熟的机械臂，具有重量大、体积大、功耗大、集成度低等问题，限制了机械臂的应用及与机器人系统的集成。

发明内容

本发明提出了一种具有力位感知功能的机械臂模块化关节，以解决现有机械臂存在重量大、体积大、功耗大、集成度低，限制了机械臂的应用及与机器人系统的集成的问题。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：具有力位感知功能的机械臂模块化关节，所述机械臂模块化关节包括关节固定装置、关节输出装置、转动装置和十字交叉滚子轴承；关节固定装置包括固定外壳、电机定子、谐波减速器刚轮、第一端盖、第二端盖、压板、中心孔走线轴、绝缘块和电刷；中心孔走线轴由制成一体的圆管和圆环板组成，圆管的一端与圆环板固接；关节输出装置包括输出外壳、第三端盖、力矩传感器、谐波减速器柔轮、连接螺母、尼龙支撑件和两个限位挡块，两个限位挡块分别是第一限位挡块和第二限位挡块；转动装置包括转动轴、电机转子、相对位置传感器、谐波减速器波发生器、电阻环、导通环和两个支撑轴承，相对位置传感器包括转动磁环和敏感电路板；

固定外壳内位于输入端一侧装有第一端盖，固定外壳的输出端设置在输出外壳内并位于输入端一侧，电机定子固定安装在固定外壳内，第二端盖设置在输出外壳内，第二端盖上设有中心台肩孔，谐波减速器刚轮设置在第二端盖的中心台肩孔内，第二端盖与谐波减速器刚轮和固定外壳的输出端连接，中心孔走线轴的圆管设置在电机定子和谐波减速器刚轮内，中心孔走线轴的圆环板与第一端盖的输入端连接，输出外壳与固定外壳之间装有十字交叉滚子轴承，十字交叉滚子轴承的内环通过第二端盖和固定外壳轴向固定，输出外壳的输出端与力矩传感器的外环连接，力矩传感器的内环设置在力矩传感器的外环内，力矩传感器的内环与连接螺母之间装有谐波减速器柔轮，力矩传感器的内环与连接螺母和谐波减速器柔轮三者连接在一起，连接螺母装在中心孔走线轴的圆管上并位于谐波减速器柔轮内，第三端盖装在输出外壳的输入端上，两个限位挡块装在第三端盖上，第三端盖和两个限位挡块与输出外壳的输入端连接，十字交叉滚子轴承的外环通过输出外壳和第三端盖轴向固定，力矩传感器的内环与中心孔走线轴的圆管之间装有尼龙支撑件，电机转子设置在电机定子内，转动轴固装在电机转子内，转动轴通过两个支撑轴承支撑于固定外壳和第一端盖上，相对位置传感器的转动磁环固套在转动轴上，相对位置传感器的敏感电路板固定在第一端盖上，谐波减速器波发生器装在谐波减速器刚轮内，谐波减速器波发生器与转动轴连接，压板设置在谐波减速器波发生器与固定外壳的输出端之间，每个限位挡块上与第三端盖相邻一侧端面上设有凸起，固定外壳上与两个限位挡块相邻一侧端面上设有凸台，由每个限位挡块上的凸起及固定外壳上的凸台构成关节双向转动机械限位机构；第二限位挡块位于第一限位挡块与所述凸台之间，从所述机械臂模块化关节的输入端向输出端方向上看去，第一限位挡块与所述凸台形成正向转动角度α，第二限位挡块与所述凸台形成反向转动角度β，导通环环套在电阻环上，电阻环和导通环位于力矩传感器的电路板上，并随关节输出装置一同转动，电刷通过绝缘块固定在第二端盖上，当所述机械臂模块化关节转动时，电阻环相对于电刷形成相对转动，导通环的电阻值发生变化，反映关节的转动位置，由所述导通环、电阻环、电刷和绝缘块构成基于电位计的位置传感器。

本发明的有益效果是：本发明由与电机定子及谐波减速器刚轮固定的关节固定装置、通过力矩传感器与谐波减速器柔轮相连的关节输出装置(相对关节固定装置)，电机转子通过转动轴带动谐波减速器波发生器转动，关节输出装置通过十字交叉滚子轴承支撑于关节固定装置上。除力矩传感器外，关节配置有绝对位置传感器和相对位置传感器，绝对位置传感器给出关节的绝对位置，也可作为关节上电时的初始位置，测量范围0-330度；相对位置传感器给出关节的相对位置，即电机转子的相对转动位置，该相对位置与关节绝对位置相互融合，形成关节精度更高的绝对位置信息。本发明提出了一种机械臂的模块化关节结构，集成了绝对位置传感器、相对位置传感器及力矩传感器，具有结构简单、紧凑，体积小、重量轻、功耗小、可靠性高、集成度高等优点，便于串联构成轻质量的多自由机械臂。

附图说明