[发明专利]一种单自由度的旋转关节模块

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种旋转关节模块，尤其是涉及一种单自由度的旋转关节模块。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，机器人在生活和生产中应用越来越广泛，但由于相关技术的有待完善和成熟，离现实大规模、低成本和多领域的应用还有很远的距离。现有机器人往往是针对某种特定应用场合，只具备一种主要功能和固定的构型，不具备机器人功能的扩展性和构型的可重构性，这样势必造成机器人研发周期长，应用局限，制约机器人的推广和在多领域内的应用。而机器人功能部件的标准化与模块化是提高机器人的运动精度、运动速度、降低成本和提高可靠性的重要途径，也是当今世界研究机器人研究和开发的一个趋势和热点。机器人的模块化是将机器人关节一些要素组合成一个具有特定功能的子系统，通过该子系统模块与其它模块进行组合，构成具有不同自由度、不同功能或性能的机器人，使得机器人具有可重构型和多功能性。

针对机器人模块化的研究，我国近年来研制了一些成果。发明专利（CN 103273499 A）公布一种紧凑型机器人模块化关节及其机器人。该紧凑型机器人模块化关节通过输入轴使该关节自转，并通过相啮合的第一、第二圆锥齿轮传动带动转动件转动，且其承载部及转动部形成T形结构。由于其结构特点，限制了其可重构的多样性。实用新型专利（CN201361871）公布一种模块化机器人的节点模块，包括了左连接板、右连接板、前连接板、后连接板、上连接板和下连接板，该节点模块可与拼装模块一起构件多足机器人，使机器人具有较好对称性。但该模块不具有旋转和平移自由度，只能作为相邻连杆的连接模块。现阶段已公布的关节模块没有充分实现机器人构型的灵活性和快捷性，部分模块的转动范围有限制，模块化的构件相对复杂和笨重化，安装和拆卸都不易进行。同时，现有的模块只是大多只是单纯的机械结构，没有控制系统的搭载，不能够实现真正意义上的结构和控制一体化，因此有必要开发更为简单紧凑、转动范围无限制、方便重构且具备携带控制系统单元的模块化关节。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种结构简单、制造容易且成本低、装配、拆卸和维护容易方便、所需空间小、并可搭载不同控制系统、能实现结构和控制一体化，方便机器人重构的一种单自由度的旋转关节模块。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种单自由度的旋转关节模块，其特征在于，包括关节基座；设置在关节基座内的控制器圆周搭载系统和控制器轴向搭载系统、伺服电机及编码器组件、以及部分设置在关节基座内且输入轴与直流伺服电机及编码器组件输出轴相配接的行星齿轮减速器；所述行星齿轮减速器输出轴与旋转外壳固定并能带动旋转外壳旋转；所述旋转外壳内设有与关节基座固定并能支撑旋转外壳的旋转模块传动组件；所述旋转外壳通过紧固装置与行星齿轮减速器的输出轴连接固定；关节基座通过螺钉与旋转模块传动组件紧固连接。

在上述的一种单自由度的旋转关节模块，所述旋转外壳包括下旋转外壳与上旋转外壳；所述下旋转外壳与上旋转外壳通过螺钉固接；行星齿轮减速器输出轴通过传动组件驱动上旋转外壳和下旋转外壳旋转；行星齿轮减速器通过螺钉与上旋转外壳紧固连接。

在上述的一种单自由度的旋转关节模块，所述旋转模块传动组件包括：轴承端盖、垫片、角接触球轴承、轴承座；所述轴承座套在行星齿轮减速器上，并通过螺钉与关节基座紧固连接；角接触球轴承套在轴承座上并支承下旋转外壳；轴承端盖通过螺钉与下旋转外壳紧固连接，中间装有垫片；关节基座、直流伺服电机及编码器组件、行星齿轮减速器、下旋转外壳、上旋转外壳和轴承座的所有中心轴线重合。

在上述的一种单自由度的旋转关节模块，所述的控制器圆周搭载系统包括：控制器一、圆周悬挂安装架、第一圆柱头螺钉；所述关节基座外壁开有沟形槽；所述的圆周悬挂安装架插入关节基座沟形槽内，两端通过第一圆柱头螺钉与关节基座轴向固接，并悬挂在关节基座内；控制器一固接在圆周悬挂安装架上。

在上述的一种单自由度的旋转关节模块，所述的控制器轴向搭载系统包括：控制器二、轴向悬挂安装架、第二圆柱头螺钉；所述的轴向安装架横置在关节基座内，通过第二圆柱头螺钉与关节基座径向固接而悬挂在关节基座内；控制器二固接在轴向悬挂安装架上。