[发明专利]具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节

摘要

具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节。它涉及机械臂模块化关节。以解决现有机械臂关节重量大、负载能力低、体积大、集成度低、感知能力差问题。机械及关节电气系统、传感器系统和失电制动器集成一体；电气系统包括关节驱动板、控制板；传感器系统包括力矩传感器、绝对式光电编码器、增量式磁编码器及电机霍尔传感器，增量式磁编码器包括磁环及增量式磁编码器电路板；电机霍尔传感器包括电机霍尔及电机霍尔传感器电路板；绝对式光电编码器固套装在绝对式光电编码器固定架上，光电/力矩传感器处理电路板、电机霍尔传感器电路板、增量式磁编码器电路板及失电制动器均通过导线与关节控制板连接。用于串联构成大力矩的多自由度机械臂。

主权项

一种具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节，所述机械臂模块化关节包括机械系统(1)、关节电气系统(5)、传感器系统(6)及失电制动器(7)；机械系统(1)、关节电气系统(5)、传感器系统(6)和失电制动器(7)集成于一体；机械系统(1)包括关节固定端(2)、关节输出端(3)、关节传动装置(4)、交叉滚柱轴环(8)、第一深沟球轴承(9)和第二深沟球轴承(10)；关节固定端(2)包括电机外壳(2‑1)、C型环(2‑2)、电机定子(2‑3)、电机端盖(2‑4)、谐波减速器刚轮固定架(2‑5)、谐波减速器刚轮(2‑6)、绝对式光电编码器固定架(2‑7)、固定螺母(2‑8)、关节中心走线圆管(2‑9)、增量式磁编码器固定架(2‑10)、第一深沟球轴承压板(2‑11)、第二深沟球轴承压板(2‑12)及蝶形弹簧(2‑13)；关节输出端(3)包括谐波减速器柔轮(3‑1)、刚性连接件(3‑2)、关节输出外壳(3‑3)、关节限位块(3‑4)、交叉滚柱轴环外圈挡板(3‑5)、垫圈(3‑6)及圆环套(3‑7)；关节传动装置(4)包括电机转子(4‑1)、电机轴(4‑2)、谐波减速器波发生器(4‑3)、轴承套筒(4‑4)及磁环支架(4‑5)；关节电气系统(5)包括关节驱动板(5‑1)及关节控制板(5‑2)；传感器系统(6)包括力矩传感器(11)、绝对式光电编码器(12)、增量式磁编码器(13)及电机霍尔传感器(14)，绝对式光电编码器包括发光板(12‑1)、接收板(12‑2)、旋转码盘(12‑3)、狭缝(12‑4)、金属支架(12‑5)及光电/力矩传感器处理电路板(12‑6)；增量式磁编码器(13)包括磁环(13‑1)及增量式磁编码器电路板(13‑2)；电机霍尔传感器(14)包括电机霍尔(14‑1)及电机霍尔传感器电路板(14‑2)；电机外壳(2‑1)和谐波减速器柔轮(3‑1)均套装在关节中心走线圆管(2‑9)的外壁上，电机定子(2‑3)通过C型环(2‑2)与电机外壳(2‑1)的内壁固连，第一深沟球轴承压板(2‑11)与电机外壳(2‑1)的输出端固连，电机端盖(2‑4)与电机外壳(2‑1)的输入端固连，第二深沟球轴承压板(2‑12)安装在电机端盖(2‑4)上，增量式磁编码器固定架(2‑10)与电机端盖(2‑4)的输入端固连，谐波减速器刚轮(2‑6)通过谐波减速器刚轮固定架(2‑5)与电机外壳(2‑1)的输出端固连，绝对式光电编码器固定架(2‑7)依次通过谐波减速器刚轮(2‑6)、谐波减速器刚轮固定架(2‑5)与电机外壳(2‑1)的输出端固连，固定螺母(2‑8)与绝对式光电编码器固定架(2‑7)可拆卸连接，关节中心走线圆管(2‑9)与失电制动器(7)的失电制动器端盖(7‑1)固连；刚性连接件(3‑2)的输入端(3‑8)与谐波减速器柔轮(3‑1)固连，刚性连接件(3‑2)的输出端(3‑9)与力矩传感器(11)的机械本体(11‑1)的内环(11‑4)固连，该力矩传感器(11)的机械本体(11‑1)的外环(11‑3)与关节输出外壳(3‑3)的输出端(3‑10)固连，关节输出外壳(3‑3)的输入端(3‑11)通过垫圈(3‑6)与交叉滚柱轴环外圈挡板(3‑5) 固连，关节限位块(3‑4)通过交叉滚柱轴环外圈挡板(3‑5)与关节输出外壳(3‑3)固连，圆环套(3‑7)固定在力矩传感器(11)的机械本体(11‑1)的内环(11‑4)的内腔中；电机轴(4‑2)套装在关节中心走线圆管(2‑9)上并置于电机外壳(2‑1)内，电机轴(4‑2)与关节中心走线圆管(2‑9)间隙配合，电机转子(4‑1)与电机轴(4‑2)固连，谐波减速器波发生器(4‑3)与电机轴(4‑2)的输出端固连，磁环支架(4‑5)固套装在电机轴(4‑2)上，轴承套筒(4‑4)固套装在电机轴(4‑2)上并通过磁环支架(4‑5)轴向定位；谐波减速器柔轮(3‑1)置于谐波减速器刚轮(2‑6)与谐波减速器波发生器(4‑3)之间；第一深沟球轴承(9)的内圈(9‑1)安装于电机轴(4‑2)上，第一深沟球轴承(9)的外圈(9‑2)安装于电机外壳(2‑1)内，第一深沟球轴承(9)的外圈(9‑2)通过第一深沟球轴承压板(2‑11)轴向定位，第二深沟球轴承(10)的内圈(10‑1)安装于电机轴(4‑2)上并通过轴承套筒(4‑4)轴向定位，第二深沟球轴承(10)的外圈(10‑2)安装于电机端盖(2‑4)内，第二深沟球轴承(10)的外圈(10‑2)通过第二深沟球轴承压板(2‑12)轴向定位，蝶形弹簧(2‑13)置于第二深沟球轴承压板(2‑12)与失电制动器(7)的失电制动器底座(7‑2)之间；交叉滚柱轴环(8)的内圈(8‑1)套装在电机外壳(2‑1)的外侧壁上，交叉滚柱轴环(8)的外圈(8‑2)安装于关节输出外壳(3‑3)内并通过交叉滚柱轴环外圈挡板(3‑5)轴向定位，增量式磁编码器(13)的磁环(13‑1)固套装在磁环支架(4‑5)上，增量式磁编码器电路板(13‑2)与增量式磁编码器固定架(2‑10)固连，电机霍尔(14‑1)和电机霍尔传感器电路板(14‑2)集成于一体并共同固定于电机定子(2‑3)上；失电制动器(7)的失电制动器端盖(7‑1)及失电制动器外壳(7‑3)均与电机端盖(2‑4)固连，失电制动器(7)的旋转摩擦片(7‑4)与电机轴(4‑2)连接；关节驱动板(5‑1)与关节控制板(5‑2)共同安装于失电制动器端盖(7‑1)上；发光板(12‑1)与接收板(12‑2)平行设置，金属支架(12‑5)位于发光板(12‑1)及接收板(12‑2)之间，且金属支架(12‑5)与发光板(12‑1)一起固定安装于关节输出外壳(3‑3)上，狭缝(12‑4)的一端与金属支架(12‑5)固连，旋转码盘(12‑3)置于发光板(12‑1)与狭缝(12‑4)之间，旋转码盘(12‑3)通过固定螺母(2‑8)将旋转码盘(12‑3)与绝对式光电编码器固定架(2‑7)固连，光电/力矩传感器处理电路板(12‑6)与接收板(12‑2)平行设置并位于接收板(12‑2)的外侧，光电/力矩传感器处理电路板(12‑6)与力矩传感器(11)的外环(11‑3)固连，绝对式光电编码器(12)的旋转码盘(12‑3)固连于绝对式光电编码器固定架(2‑7)，发光板(12‑1)、接收板(12‑2)、狭缝(12‑4)及金属支架(12‑5)共 同固连于关节输出外壳(3‑3)内侧，光电/力矩传感器处理电路板(12‑6)、电机霍尔传感器电路板(14‑2)、增量式磁编码器电路板(13‑2)及失电制动器(7)均通过多根导线与关节电气系统(5)连接。