[发明专利]一种机器人一体式关节旋转执行器

说明书

本发明属于机器人和人工智能领域，特别是涉及一种机器人一体式关节旋转执行器，包括输出法兰、行星减速器、外转子无刷电机、角度传感器、驱动器、防护盖和执行器外壳，其中输出法兰固定在行星减速器输出端，行星减速器输入端与外转子无刷电机输出端相连，行星减速器和外转子无刷电机外侧均固定于执行器外壳上，角度传感器和驱动器安装在外转子无刷电机尾部，防护盖设置在驱动器外侧，驱动器控制外转子无刷电机转动，并通过行星减速器减速，带动输出法兰转动，同时角度传感器将检测到的角度位置信号反馈给驱动器，使其对输出法兰的运动进行精确控制。该关节执行器能够实现集中装配，一致性高、良率高、模块化、重量轻，可以单独进行测试。

技术领域

本发明属于机器人和人工智能领域，特别是涉及一种机器人一体式关节旋转执行器。

背景技术

机器人经过的几十年的发展，不断有新的技术应用于其中，人们对于机器人各方面性能的要求也在不断的提高，其中包括机器人的双足或双臂的灵活性要求，高负载、高精度、轻量化的关节执行器将是未来机器人关节的发展趋势。关节执行器中重量占比最大的是减速机，目前机器人领域常用的减速机有RV减速机、谐波减速机及行星减速机等，其中RV减速机刚性高、寿命长，可承受一定冲击，但是同负载的情况下，其径向宽度和重量也是最大的，一般用在工业机器人领域较多；谐波减速机径向宽度和重量次之，虽然精度高，但是柔轮寿命有限，刚度小，受到冲击时柔轮容易损坏，一般用在工业协作机器人领域和工业机械臂末端减速机上较多；行星减速机径向宽度、重量最小，由于其齿轮的啮合方式决定了行星减速机达不到前面两种的高精度，所以一般也很少用在有较高精度要求的工业机器人领域，但是其制造工艺相对RV和谐波减速机简单，成本低，通过齿轮优化也能做到不错的精度，并且同一结构下容易实现多种减速比输出，在服务机器人多关节的场合上应用有较大的优势。还有一种常见的舵机，虽然能够实现一体化，但是舵机一般负载小、精度低，一般只适合用在不需要末端负载能力的小型机器人上。

现有技术范围内，传统的机器人关节设计大多基于外观结构进行特制设计，其减速器及电机、角度传感器、驱动器并不组合在一起，即没有形成一体式，采用的是分离设计，分散固定在关节附近结构上。该类型的关节存在以下弊端：

1）生产线分散装配难以保证精度，非常考验生产线装配工人的装配技术能力，良率参差不齐。

2）单个关节测试麻烦，需要装配到整机结构上才能测试。

2）减速器和电机电源线、信号控制线与编码器线相互纠缠，线路杂乱，太多线材外露在结构件上，容易磨损。

3）为了具备末端负载能力，所选用的减速器体积过大，导致整个关节机械结构臃肿，占用空间较大。

4）传统的行星减速器配内转子电机方式，虽然径向尺寸小，但是轴向尺寸较大，减速器负载能力和电机输出功率都偏小，输出端无法直接接负载，一般还需要在外部增加传动机构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人一体式关节旋转执行器，包含减速器、电机、角度传感器和驱动器等核心元件，通过结构设计把这几个元件组合在一起，形成一个整体，实现模块化设计。

为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的：

一种机器人一体式关节旋转执行器，包括输出法兰、行星减速器、外转子无刷电机、角度传感器、驱动器、防护盖和执行器外壳，其中输出法兰固定在行星减速器输出端，行星减速器输入端与外转子无刷电机输出端相连，行星减速器和外转子无刷电机外侧均固定于执行器外壳上，角度传感器和驱动器安装在外转子无刷电机尾部，防护盖设置在驱动器外侧，驱动器控制外转子无刷电机转动，并通过行星减速器减速，带动输出法兰转动，同时角度传感器将检测到的角度位置信号反馈给驱动器，使其对输出法兰的运动进行精确控制。