[发明专利]一种力感知的伺服驱动模块

说明书

本发明涉及一种力感知的伺服驱动模块，包括机架、高速旋转驱动部件、高速级减速传动机构、蜗轮蜗杆传动机构、蜗杆支撑测力机构和控制电路，高速级减速传动机构与高速旋转驱动部件的输出轴齿轮啮合，蜗轮蜗杆传动机构包括蜗轮部件和双联传动蜗杆部件，双联传动蜗杆部件的上端与高速级减速传动机构的输出端传动连接，双联传动蜗杆部件的下端与蜗轮部件啮合，蜗杆支撑测力机构包括蜗杆支撑测力轴和端面轴向力检测传感部件，蜗杆支撑测力轴与机架固定连接，蜗轮部件的中心设有蜗轮输出轴，在蜗轮输出轴外设于角度检测器。本发明结构紧凑，可以适应从毫瓦级到千瓦级的传动需求，同时降低成本。

技术领域

本发明涉及伺服电机驱动器的技术领域，更具体的涉及一种力感知的伺服驱动模块。

背景技术

电机驱动器/执行器是机器人和自动化技术中对控制对象提供机械动力和控制作用的装置。在受控对象与环境动态交互过程中，动力学和运动学建模具有同等重要的控制效果。现有的驱动器或执行器通常只具有运动学特性，只能检测旋转角度、位移等运动学参数。在高端驱动技术中，采用精密力传感器来检测输出端力矩，这需要人工粘贴多个应变计和补偿标定；或者采用柔性机构，通过高精度多编码器差分方式，检测微量扭力应变来计算力矩；或者采用力矩电机和低减速比低摩擦的减速器，通过电流检测来等效输出力矩。而这些方式都需要定制传感器和电机，无法采用现有的标准化零件，导致其成本高昂，并且相应部件所占空间无法进一步优化，导致其无法微型化。

因此如何设计一款伺服驱动模块，其能够采用现有成熟技术和标准零件，以低成本的方式实现力感知和伺服控制，让驱动模块能够适应不同尺度尺寸、输出力的需求，是目前本领域亟待解决的问题。

现有力感知的驱动模块普遍成本高，体积较大，在机器人和自动化等领域应用受限。本发明使用紧凑的传动和感知结构，低成本的传感器结构，实现了大减速比下的力感知。

2、标准化零件和加工装配工艺。本发明关键传动零件均可以标准化批量生产，不需要复杂的人工装配工艺和标定过程。

3、同个模块结构，能适应从微型到大型的尺寸和输出力矩需求。本发明的机械结构设计，仅通过改变标准件的尺寸和参数，就可以满足从微型到大型的驱动控制需求

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种成本低、体积小巧、采用传统零部件就能够实现力感知和伺服控制的一种力感知的伺服驱动模块。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种力感知的伺服驱动模块，包括机架，在机架内设有高速旋转驱动部件、高速级减速传动机构、蜗轮蜗杆传动机构、蜗杆支撑测力机构和控制电路，所述的高速级减速传动机构与高速旋转驱动部件的输出轴齿轮啮合将高速旋转驱动部件的高速旋转运动减速到低速旋转运动并同时增加输出扭矩，所述的蜗轮蜗杆传动机构包括蜗轮部件和双联传动蜗杆部件，所述的双联传动蜗杆部件的上端与高速级减速传动机构的输出端传动连接，所述的双联传动蜗杆部件的下端与蜗轮部件啮合，所述的蜗杆支撑测力机构包括蜗杆支撑测力轴和端面轴向力检测传感部件，所述蜗杆支撑测力轴与机架固定连接，所述双联传动蜗杆部件与蜗杆支撑测力轴轴孔配合并能够绕轴线光滑转动，所述端面轴向力检测传感部件固定在蜗杆支撑测力轴的下端面，所述蜗轮部件的中心设有伸出机架的蜗轮输出轴，在蜗轮输出轴外设于用于检测输出旋转角度的角度检测器，所述角度检测器、高速旋转驱动部件与控制电路电连接。

作为优选，为了方便操作，所述的双联传动蜗杆部件包括上齿轮以及下蜗杆，所述下蜗杆与蜗轮部件啮合并位于蜗轮部件的右侧，所述上齿轮与高速级减速传动机构的输出端传动连接并位于高速级减速传动机构的左侧，所述的蜗杆支撑测力机构还包括锁紧轴套、第一旋转支撑部件和第二旋转支撑部件，所述第一旋转支撑部件、第二旋转支撑部件位于双联传动蜗杆部件两端面并与蜗杆支撑测力轴轴孔配合，所述锁紧轴套位于第一旋转支撑部件上方并轴向锁紧双联传动蜗杆部件。