[发明专利]多自由度机械臂模块化关节

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械臂的模块化关节。 

背景技术

    机器人关节是机器人的基础部件，其性能优劣直接影响机器人的性能。随着机电技术的不断发展，机器人关节呈现出大力矩、高精度、反应灵敏、小型化、光机电一体化、标准化和模块化的发展趋势。

各类模块化关节的主要结构有平行式模块化关节、垂直式模块化关节、皇冠齿轮式模块化关节等。

由于模块化机器人关节具有冗余程度高、结构简单可靠、维护方便、负载/承重比高的一系列优点。模块化关节的典型应用领域是空间机械臂，加拿大空间局（CSA）的空间机器人Canadarm2是唯一在实际工作中应用的空间机器人手臂。日本宇宙开发事业团（NSADA）的ETS-V2是世界上第一个装有机械臂的卫星系统。美国国家航空航天局（NASA）已经为宇航员开发了一个称之为“Robonaut”的机器人助手，其双臂采用模块化关节。德国宇航中心（DLR）已经开发了三代轻型机器人，其采用与人手臂类似的结构，肩关节、肘关节、腕关节均采用了模块化设计方案。美国敏捷机器人系统研究公司（AGILE SYSTEMS Robotics Research Corporation）按模块化的原则研制了一系列共18种不同规格的模块化关节，可以通过自由组合，适用于空间、工业等多种领域。

近年来，工业机器人机械臂也逐渐向模块化趋势发展，日本安川电机的MOTOMAN-DA20”和“MOTOMAN-IA20”采用局部模块化设计，配备有两个6轴驱动的机械臂，可以全面代替人类完成组装及搬运作业的需求。瑞士ABB集团的最新概念工业机器人FRIDA采用了垂直式模块化关节、平行是模块化关节共同构成双臂12自由度的工业机器人系统，能够完全适应人类工作空间的要求。

随着我国空间技术的进步，在不久的将来，我国将探索月球、火星甚至其它星体，这些前沿探索离不开空间机械臂，模块化关节是空间机械臂的重要组成部分。我国研究机构开发出了一系列单马达驱动单自由度的模块化关节系统，例如502所、哈尔滨工业大学等。

如何减小体积、简化结构、提高可靠性是模块化机械臂的主要难点。目前，上述所有机械臂均采用一个伺服电机通过传动机构驱动一个关节的设计方案，当所需要的机械臂关节数量增加时，则驱动电机、电机编码器、电机驱动器及控制器均同比例增加，所带来的直接影响是：机械臂的总重量增加、结构复杂、元器件增多、电缆及管线数量增加不利于机械臂关节位置的密封，影响了机械臂在太空、水下等恶劣条件下的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种多自由度机械臂模块化关节集成度高、可靠性高、结构紧凑、多自由度集成后总质量轻，并且能够适应多种环境的机械臂模块化关节。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：一种多自由度机械臂模块化关节，包括两个以上模块化关节串联且同轴旋转，模块化关节包括关节一和关节二连接为一体，其中，关节一包括传递动力输入轴、该动力输入轴上设有都第一谐波减速器和第一离合器；关节二包括与所述关节一输入轴连接的传动轴，该传动轴与第一离合器相连，第二离合器衔铁与分动传动机构相连接，该分动传动机构分别与第二谐波减速器。

进一步，该分动传动机构包括一组30度锥齿轮与60度锥齿轮啮合以及一组传动惰轮与两个45度锥齿轮啮合。

进一步，所述关节一还包括有外壳一，该外壳固定第一谐波减速器的钢轮。

进一步，所述关节二还包括有外壳二，外壳二连接有输出法兰，该输出法兰的一端固定第二谐波减速器，另一端固定有输出连杆。

本发明达到的技术效果如下：

1、本发明采用了模块化关节的结构方式，构成的机械臂开发周期短、较容易构成多自由度的；

2、本发明的模块化关节，通过分动与传动的方式让多个模块化关节可以共用1个动力源，从而能够减少伺服电机、编码器、驱动器的使用数量，有利于降低成本；

3、由于伺服电机、编码器、驱动器等元器件的数量较少，电缆得到简化，使得外部走线减少，避免和太空辐射、海水腐蚀、温度变化等造成的损坏；

4、本发明的模块化关节适用于空间、水下环境，同样也弯曲适用于地面的普通工业应用中。

附图说明

图1为本发明模块化关节的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为两个模块化关节连接的结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为模块化关节的纵向结构剖视图；

图6为两个模块化关节的连接示意图。