[发明专利]一种带位置和速度反馈的水下电动关节结构

说明书

本发明涉及一种带位置和速度反馈的水下电动关节结构，包括输出轴、密封壳体及分别容置于密封壳体内的单圈绝对式编码器、谐波减速机、无框力矩电机、电机轴、多圈绝对式编码器和驱动器，输出轴密封转动连接于密封壳体的一端，输出轴上设有得到输出轴任意时刻位置的单圈绝对式编码器；电机轴转动安装于密封壳体内，一端通过谐波减速机与输出轴位于密封壳体内的一端连接，电机轴的另一端连接有可反馈电机轴精准速度信息的多圈绝对式编码器；电机轴上设有带动电机轴旋转的无框力矩电机，无框力矩电机、单圈绝对式编码器及多圈绝对式编码器分别与安装于密封壳体内部的驱动器电连接。本发明具有检测传动精度高、性能可靠、结构紧凑、功能齐全等优点。

技术领域

本发明属于水下机器人工程领域，具体地说是一种带位置和速度反馈的水下电动关节结构，可应用于水下机器人关节驱动。

背景技术

水下机械手是海洋开发或水下作业的主要工具，面向未来作业型AUV(无缆水下机器人)/ARV(深海潜水器)及中小型作业型ROV(遥控水下机器人)的应用需求，水下机械手要求具有轻型化、低功耗等特点。电机驱动具有体积重量小、功耗低、控制精度高，通过压力补偿器可实现全海深作业等优点，因此电机驱动的水下机械手具有广阔的应用前景。

目前，水下电动机械手关节常采用有框电机加齿轮箱进行驱动，这种方式存在负载能力低，体积重量大，结构单一的问题；同时，输出端电位计传感器测量精度较低，用霍尔传感器控制电机低速运转时存在抖动的问题。要研制出体积重量轻、检测传动精度高、结构紧凑、性能稳定的轻量化水下电动机械手关节成为亟待解决的问题。

发明内容

为了满足水下电动机械手关节的使用要求，本发明的目的在于提供一种带位置和速度反馈的水下电动关节结构。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括输出轴、密封壳体及分别容置于该密封壳体内的单圈绝对式编码器、谐波减速机、无框力矩电机、电机轴、多圈绝对式编码器和驱动器，其中输出轴密封转动连接于密封壳体的一端，该输出轴的两端分别位于所述密封壳体的内部和外部，所述输出轴上设有得到输出轴任意时刻位置的单圈绝对式编码器；所述电机轴转动安装于密封壳体内，一端通过所述谐波减速机与输出轴位于密封壳体内的一端连接，所述电机轴的另一端连接有反馈电机轴速度信息的多圈绝对式编码器；所述电机轴上设有带动电机轴旋转的无框力矩电机，该无框力矩电机、单圈绝对式编码器及多圈绝对式编码器分别与安装于密封壳体内部的驱动器电连接；

其中：所述密封壳体内部安装有对电机轴实现制动的制动器，该制动器外罩有降低制动器对多圈绝对式编码器磁场干扰的防磁罩；所述制动器与驱动器电连接；

所述单圈绝对式编码器包括单圈绝对式编码器定子及单圈绝对式编码器转子，该单圈绝对式编码器定子套在所述输出轴上，并安装于所述密封壳体内壁上，所述单圈绝对式编码器转子位于单圈绝对式编码器定子的一侧、且套在所述输出轴上，并与该输出轴连动，所述单圈绝对式编码器定子与单圈绝对式编码器转子之间留有预设距离；所述单圈绝对式编码器转子通过输出轴带动旋转，单圈绝对式编码器定子对单圈绝对式编码器转子发送的载波信号进行计数，进而得到所述输出轴任意时刻位置；

所述多圈绝对式编码器包括磁感应元件及位于该磁感应元件内部的磁体，所述磁感应元件与驱动器电连接，所述磁体与电机轴的另一端螺纹连接；

所述谐波减速机包括柔轮、钢轮及波发生器，该钢轮为内齿圈结构、安装在所述密封壳体的内壁上，所述波发生器连接于电机轴的一端、位于电机轴与钢轮之间，所述柔轮的一端安装在输出轴位于密封壳体内的一端，该柔轮的另一端位于所述波发生器与钢轮之间，且另一端的外表面上设有齿；所述波发生器随电机轴旋转，在旋转过程中使所述柔轮设有齿的另一端发生弹性变形，进而与所述钢轮相啮合，带动所述输出轴减速输出；