[实用新型]中空式智能模块化关节

说明书

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，具体地说是一种中空式智能模块化关节。

背景技术

近些年来，随着机器人技术的发展，医疗服务、航空航天、工业等对机器人的要求越来越高，而决定机器人性能的核心部件就是关节。在目前，大多的机器人关节设计是与机器人设计同时进行的，使得设计流程较复杂，设计周期较长；关节之间的走线十分复杂，绕线问题较难解决；关节输出一定转矩时，体积与重量大，无法满足轻量化的发展要求；关节的集中程度较低，感知能力较差；关节本身装配复杂，不容易实现关节的模块化替换。上述问题直接影响了关节模块的性能，阻碍的关节技术的发展。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种中空式智能模块化关节。该中空式智能模块化关节解决走线困难、质量与体积大、感知能力差、关节模块化程度差等问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种中空式智能模块化关节，包括电机、制动器、增量式编码器、谐波减速器、绝对编码器、力矩传感器、中空走线管及末端输出轴，其中制动器和增量式编码器设置于所述电机的电机后端盖上并分别通过传动装置与电机输出轴的后端传动连接，所述电机输出轴的前端与谐波减速器连接，所述谐波减速器与末端输出轴的一端连接，所述末端输出轴的另一端与力矩传感器连接，所述绝对编码器安装于末端输出轴上；所述电机输出轴和末端输出轴均为中空结构，所述中空走线管依次穿过末端输出轴、谐波减速器及电机输出轴，中空走线管的一端与电机后端盖连接，另一端与末端输出轴转动连接。

所述绝对编码器的转轴安装在末端输出轴上，绝对编码器的外壳通过绝对编码器安装架与所述谐波减速器的柔轮连接。所述绝对编码器安装架的外侧设有末端轴承，所述末端轴承的外侧设有与所述力矩传感器连接的末端轴承支撑架，所述末端轴承的两端分别通过末端轴承压紧端盖和弹簧卡圈轴向限位。

所述绝对编码器安装架上沿圆周方向设有多个凹槽，所述弹簧卡圈内壁上沿圆周方向设有多个凸起，所述弹簧卡圈套设于绝对编码器安装架上、并多个凸起卡接于绝对编码器安装架上相对应的多个凹槽内。

所述绝对编码器安装架和末端轴承压紧端盖上设有机械限位与电气限位，所述电气限位包括霍尔传感器和磁铁，所述磁铁安装在末端轴承压紧端盖上，所述霍尔传感器安装在绝对编码器安装架上，所述霍尔传感器的引出线，经过绝对编码器安装架、电机外壳上的走线孔及电机后端盖上走线孔，再与安装在所述电机后端盖上的电路板连接。

所述制动器的制动轴与电机后端盖转动连接、并位于电机后端盖内侧的一端上设有抱闸用小齿轮，所述抱闸用小齿轮与设置在电机输出轴后端上的大齿轮啮合传动，所述制动器外壳与电机后端盖固接。

所述增量式编码器通过增量式编码器用小齿轮与电机输出轴后端设有的大齿轮啮合，所述制动器和增量式编码器外侧设有笼形保护罩，所述中空走线管与笼形保护罩连接。

所述谐波减速器的谐波发生器安装在电机输出轴上，所述谐波减速器的刚轮与末端输出轴连接，所述谐波减速器的交叉滚子轴承外壳安装在电机外壳上。

所述力矩传感器包括一个保护梁、四个承受并传递关节转矩的应变梁和八个应变片，所述八个应变片分别贴在每个应变梁的两侧，所述保护梁采用切微缝设计，实现过载而出现过大变形的保护。

所述电机后端盖上设有电路板，所述力矩传感器的引出线，由中空走线管穿出、并与所述电路板连接；所述绝对编码器的引出线经过绝对编码器安装架、电机外壳及电机后端盖上的走线孔与所述电路板连接；所述电机的引出线经由电机后端盖的走线孔与所述电路板连接；所述增量式编码器和制动器的引出线直接与所述电路板连接。

本实用新型的优点及有益效果是：

1.本实用新型是一种轻质、大转矩、集成多种传感器的机电一体化关节，以更小的体积实现更完备的功能。

2.本实用新型采用了力矩由电机经谐波减速器输出，保证在低速时能够输出较大且平稳的转矩。

3.本实用新型输出端安装绝对位置编码器和一维力矩传感器，实现对关节力位信息的检测。

4.本实用新型采用增量式编码器，实现对电机的速度的测量与控制。

5.本实用新型采用制动与保持两用制动器，可以实现掉电电机抱死，能够在电机失控状态下进行刹车制动，保证关节安全可靠运转。

6.本实用新型具备机械限位与电气限位，保证关节的运动范围。

7.本实用新型按照模块化设计，应用于机器人关节，且各组成部分均具有可替换性，方便进行改造。