一种集成化的机器人关节模组制造技术

一种集成化的机器人关节模组，包括关节输出构件、谐波减速器、关节外壳、驱动电机主体、刹车机构、集成电路模块；所述关节输出构件用于连接外部执行机构或负载；所述谐波减速器用于调节关节输出构件的转速；所述关节外壳用于固定谐波减速器、驱动电机主体、刹车机构和集成电路模块；所述驱动电机主体根据集成电路模块的指令用于驱动谐波减速器；所述刹车机构根据集成电路模块的指令用于对驱动电机主体抱闸；所述集成电路模块根据外部上位机的指令、驱动电机主体的工作状态、关节输出构件的工作状态，驱动驱动电机主体。

An integrated robot joint module

An integrated robot joint module, including joint output component, harmonic reducer, joint shell, driving motor body, brake mechanism, integrated circuit module. The joint output member is used to connect external actuator or load; the harmonic reducer is used to adjust the speed of joint output member. The joint shell is used to fix the harmonic decelerator, the driving motor main body, the brake mechanism and the integrated circuit module. The main body of the drive motor is used to drive the harmonic reducer according to the instruction of the integrated circuit module; the brake mechanism is used to lock the main body of the driving motor according to the instruction of the integrated circuit module; the integrated circuit module is the root. According to the instructions of the external host computer, the working state of the driving motor body and the working state of the joint output components, the main body of the drive motor is driven.

【技术实现步骤摘要】
一种集成化的机器人关节模组
本专利技术涉及一种模组，特别涉及一种集成化的机器人关节模组，属于机器人领域。
技术介绍
机器人诞生至今，已经被广泛的应用在各个领域，如车辆装配、机械零部件加工、码垛搬运、表面打磨、颜料喷涂、板材焊接、服务医疗和军工装备等行业都是机器人热点行业。传统机器人虽然依然活跃在工业制造服务等领域，但是时代的发展使得人们的生产、生活、娱乐、医疗和服务等需求日益新颖，传统机器人无论在结构、控制和智能化方面都无法满足这些要求，人们需要更为轻便、更为集成、更为智能的机器人，并要求机器人能够安全的与人协作。但已被广泛投入各个领域的机器人，普遍存在着以下问题：(1)硬件结构上大而笨重，机械臂采用刚性大的钢铁等材料，甚至配备有臂杆平衡机构以降低非线性干扰，负载自重比低；(2)工作环境特定单一并且是预知的，机器人基座基本固定不动就可完成工种任务，缺乏灵活性；(3)集成度低，关节粗壮，一般采用行星减速，电机安装在关节上，控制器安装在控制柜中，控制线为外部走线多而杂，一般配备较大的控制柜，机器人关节的电源、电机驱动和运动规划等都由控制柜实现，这种分离式安装导致维修繁琐，存有很多安全隐患。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种集成化的机器人关节模组，采用关节输出构件、谐波减速器、关节外壳、驱动电机主体、刹车机构、集成电路模块作为机器人关节模组的核心部件，实现了机构、控制、驱动及通信于一体的集成化的机器人关节模组。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种集成化的机器人关节模组，包括关节输出构件、谐波减速器、关节外壳、驱动电机主体、刹车机构、集成电路模块；所述关节输出构件用于连接外部执行机构或负载；所述谐波减速器用于调节关节输出构件的转速；所述关节外壳用于固定谐波减速器、驱动电机主体、刹车机构和集成电路模块；所述驱动电机主体根据集成电路模块的指令用于驱动谐波减速器；所述刹车机构根据集成电路模块的指令用于对驱动电机主体抱闸；所述集成电路模块根据外部上位机的指令、驱动电机主体的工作状态、关节输出构件的工作状态，驱动驱动电机主体；所述谐波减速器包括钢轮、柔轮；所述钢轮与关节输出构件固定连接，所述固定谐波减速器通过柔轮与关节外壳固定连接；所述驱动电机主体为无框直驱电机。上述集成化的机器人关节模组，所述集成电路模块包括抱闸电路、驱动电路、MCU、绝对编码器电路；所述抱闸电路根据MCU的抱闸指令输出抱闸信号给刹车机构；所述驱动电路与驱动电机主体连接，根据MCU的驱动指令驱动驱动电机主体；所述MCU根据外部上位机的指令、驱动电机主体的工作状态、关节输出构件的工作状态，输出驱动指令触发驱动电路，输出抱闸指令给抱闸电路；所述绝对编码器电路用于获取驱动电机主体的工作状态和关节输出构件的工作状态，然后输出给MCU。上述集成化的机器人关节模组，所述关节输出构件包括输出法兰和输出轴；所述输出法兰连接外部执行机构或负载；所述输出轴为中空管状；所述谐波减速器还包括中空输入轴；所述输出轴穿过中空输入轴，中空输入轴和输出轴之间留有间隙；所述输出法兰与输出轴过盈配合连接。上述集成化的机器人关节模组，所述驱动电机主体包括驱动电机定子、驱动电机转子；所述电机定子包括定子绕组、定子铁芯；所述定子铁芯与关节外壳固定连接，定子绕组和定子铁芯连接；所述驱动电机转子包括转子磁轭、转子磁钢；所述转子磁钢均匀安装在转子磁轭的圆周上；所述谐波减速器还包括中空输入轴，所述转子磁轭套装在谐波减速器的中空输入轴阶梯面上。上述集成化的机器人关节模组，所述刹车机构包括制动器和制动器过渡固定件；所述制动器包括可释放电枢板和磁轭固定端；所述磁轭固定端与关节外壳固定连接，所述可释放电枢板与制动器过渡固定件固定连接，所述制动器过渡固定件和谐波减速器的中空输入轴固定连接。上述集成化的机器人关节模组，所述关节外壳还包括T型关节外壳、斜面套筒、端盖、过渡件；所述机器人关节模组还包括电机输入端编码器、关节输出端编码器；T型关节外壳；T型关节外壳相对的两端中，其中一端安装关节输出构件，另一端依次安装斜面套筒和端盖；过渡件固定在T型关节外壳内；过渡件用于固定刹车机构、电机输入端编码器、关节输出端编码器和集成电路模块。上述集成化的机器人关节模组，还包括电机输入端编码器和关节输出端编码器；所述电机输入端编码器用于测量驱动电机主体的工作状态，然后输出给集成电路模块；所述关节输出端编码器用于测量关节输出构件的工作状态，然后输出给集成电路模块。上述集成化的机器人关节模组，所述谐波减速器还包括波发生器和中空输入轴；所述机器人关节模组还包括电机输入端编码器；波发生器与中空输入轴连接；中空输入轴与驱动电机主体的驱动电机转子的转子磁轭固定连接，同时中空输入轴与电机输入端编码器连接；电机输入端编码器用于测量驱动电机主体的工作状态然后输出给集成电路模块。上述集成化的机器人关节模组，所述集成电路模块还包括霍尔传感器电路，霍尔传感器电路用于测量驱动电机主体的驱动电机转子的转子磁轭的位置。上述集成化的机器人关节模组，还包括电机输入端编码器、关节输出端编码器；所述驱动电机主体的转子与谐波减速器的输入端固定连接，同时驱动电机主体的驱动电机转子与刹车机构的转动端固定连接；所述谐波减速器的输出端与关节输出构件固定连接；所述关节输出构件与外部执行机构或负载连接；所述刹车机构的转动端同时与驱动电机主体的驱动电机转子和谐波减速器的中空输入轴均固定连接；所述电机输入端编码器的转动端与谐波减速器的输入端固定连接；所述关节输出端编码器的转动端与关节输出构件的输出轴固定连接；所述关节外壳与谐波减速器的固定端、驱动电机主体的定子、刹车机构的固定端、电机输入端编码器的固定端、关节输出端编码器的固定端、集成电路模块均固定连接。本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：(1)本专利技术提供的一种集成化的机器人关节模组，整个关节内部集成了驱动电机主体、谐波减速器、刹车机构、集成电路模块，中心轴轴线采用中空设计，能够来安装各部件之间的线缆，节省了结构空间，同时简化了传动结构；内部结构紧凑，实现了机器人一站式关节解决方案，优化机器人整机结构；关节壳体结构采用T型关节外壳、斜面套筒和端盖固定的形式，优化了安装调试方法，利于后期维护拆卸；斜面套筒和端盖可采用3D硬质打印，利于内部散热，提高整机性能；(2)本专利技术提供的一种集成化的机器人关节模组，所述驱动电机主体包括无框驱动电机定子和驱动电机转子，二者直接安装在关节外壳内，驱动电机定子和驱动电机转子之间不需要电刷接触，使得关节外壳的内部结构更紧凑，安装维护更方便；(3)本专利技术提供的一种集成化的机器人关节模组，采用电机输入端编码器和关节输出端编码器分别实时监测反馈驱动电机主体和关节输出构件的工作状态，提高了输出端位置的测量精度；同时集成电路模块通过实时监测驱动电机主体的电流，控制驱动电机主体的运动形式，减小了过载和外界碰撞的冲击，提高了机器人关节模组的安全性，并增强了机器人的智能性，人机交互效果好；(4)本专利技术提供的一种集成化的机器人关节模组，优化了传统机器人关节模组的结构及布局设计，把传统的驱动控制器功能和驱动机构集成在关节内部，体积更小，负载自重比提高；同时极大的简化机器人关节模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成化的机器人关节模组，其特征在于：包括关节输出构件(1)、谐波减速器(2)、关节外壳(3)、驱动电机主体(4)、刹车机构(5)、集成电路模块(8)；所述关节输出构件(1)用于连接外部执行机构或负载；所述谐波减速器(2)用于调节关节输出构件(1)的转速；所述关节外壳(3)用于固定谐波减速器(2)、驱动电机主体(4)、刹车机构(5)和集成电路模块(8)；所述驱动电机主体(4)根据集成电路模块(8)的指令用于驱动谐波减速器(2)；所述刹车机构(5)根据集成电路模块(8)的指令用于对驱动电机主体(4)抱闸；所述集成电路模块(8)根据外部上位机的指令、驱动电机主体(4)的工作状态、关节输出构件(1)的工作状态，驱动驱动电机主体(4)；所述谐波减速器(2)包括钢轮(21)、柔轮(22)；所述钢轮(21)与关节输出构件(1)固定连接，所述固定谐波减速器(2)通过柔轮(22)与关节外壳(3)固定连接；所述驱动电机主体(4)为无框直驱电机。

【技术特征摘要】
1.一种集成化的机器人关节模组，其特征在于：包括关节输出构件(1)、谐波减速器(2)、关节外壳(3)、驱动电机主体(4)、刹车机构(5)、集成电路模块(8)；所述关节输出构件(1)用于连接外部执行机构或负载；所述谐波减速器(2)用于调节关节输出构件(1)的转速；所述关节外壳(3)用于固定谐波减速器(2)、驱动电机主体(4)、刹车机构(5)和集成电路模块(8)；所述驱动电机主体(4)根据集成电路模块(8)的指令用于驱动谐波减速器(2)；所述刹车机构(5)根据集成电路模块(8)的指令用于对驱动电机主体(4)抱闸；所述集成电路模块(8)根据外部上位机的指令、驱动电机主体(4)的工作状态、关节输出构件(1)的工作状态，驱动驱动电机主体(4)；所述谐波减速器(2)包括钢轮(21)、柔轮(22)；所述钢轮(21)与关节输出构件(1)固定连接，所述固定谐波减速器(2)通过柔轮(22)与关节外壳(3)固定连接；所述驱动电机主体(4)为无框直驱电机。2.根据权利要求1所述的一种集成化的机器人关节模组，其特征在于：所述集成电路模块(8)包括抱闸电路(81)、驱动电路(82)、MCU、绝对编码器电路(84)；所述抱闸电路(81)根据MCU的抱闸指令输出抱闸信号给刹车机构(5)；所述驱动电路(82)与驱动电机主体(4)连接，根据MCU的驱动指令驱动驱动电机主体(4)；所述MCU根据外部上位机的指令、驱动电机主体(4)的工作状态、关节输出构件(1)的工作状态，输出驱动指令触发驱动电路(82)，输出抱闸指令给抱闸电路(81)；所述绝对编码器电路(84)用于获取驱动电机主体(4)的工作状态和关节输出构件(1)的工作状态，然后输出给MCU。3.根据权利要求1所述的一种集成化的机器人关节模组，其特征在于：所述关节输出构件(1)包括输出法兰(11)和输出轴(12)；所述输出法兰(11)连接外部执行机构或负载；所述输出轴(12)为中空管状；所述谐波减速器(2)还包括中空输入轴(23)；所述输出轴(12)穿过中空输入轴(23)，中空输入轴(23)和输出轴(12)之间留有间隙；所述输出法兰(11)与输出轴(12)过盈配合连接。4.根据权利要求1所述的一种集成化的机器人关节模组，其特征在于：所述驱动电机主体(4)包括驱动电机定子(41)、驱动电机转子(42)；所述电机定子(41)包括定子绕组(411)、定子铁芯(412)；所述定子铁芯(411)与关节外壳(3)固定连接，定子绕组(411)和定子铁芯(412)连接；所述驱动电机转子(42)包括转子磁轭(421)、转子磁钢(422)；所述转子磁钢(422)均匀安装在转子磁轭(421)的圆周上；所述谐波减速器(2)还包括中空输入轴(23)，所述转子磁轭(421)套装在谐波减速器(2)的中空输入轴(23)阶梯面上。5.根据权利要求1所述的一种集成化的机器人关节模组，其特征在于：所述刹车机构(5)包括制动器(51)和制动器过渡固定件(52)；所述制动器(51)包括可释放电枢板(511)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：远桂方，郭喜彬，侍威，李鹏飞，郑继贵，
申请(专利权)人：北京精密机电控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11