一种模块化两自由度机器人关节制造技术

本发明专利技术涉及机器人关节领域，尤其涉及一种模块化两自由度机器人关节，其不同之处在于：其包括内部为空腔结构且前端开口的外部壳体、分别用于控制俯仰自由度和滚转自由度的滚转电机和俯仰电机、用于改变输出方向和增加输出扭矩的滚转轮系和俯仰轮系、两组关节角度检测传感器；外部壳体内设有由后向前依次排列的用于驱动电机运转的双电机驱动器、滚转电机座、滚转轮系座、俯仰电机座，外部壳体的前端开口处设有俯仰轮系箱体，所述外部壳体的后端为用于连接上一关节模块的连接部。本发明专利技术结构紧凑、功率密度比大、成本低。

A modular two DOF robot joint

The present invention relates to the field of robot joint, especially relates to a modular robot with two degrees of freedom joint, the difference is: the internal cavity structure and the external shell, the front opening are respectively used to control the pitch and roll degrees of freedom DOF motor and rolling pitching motor, for changing the output direction and increase output torque roll and pitch gear train, two sets of joint angle sensor; the external shell body is provided with a forward followed arrangement for driving motor dual motor drive, motor seat, roll roll wheel seat, a motor seat pitch system, a gear box opening at the front elevation of the external shell, the outer shell of the back end for the connecting part is connected with a joint module. The invention has the advantages of compact structure, large power density ratio and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种模块化两自由度机器人关节
本专利技术涉及机器人关节领域，尤其涉及一种模块化两自由度机器人关节。
技术介绍
目前，机械臂是工业或服务机器人进行作业的最主要功能部件，通常由数个关节组成，关节是组成机械臂的基本单元，在机器人上有着不可替代的作用；在目前应用的各类关节中，主流是单自由度关节，即单一电机驱动一个自由度，通过多个单自由度关节的串、并联实现目标功能，这种组织方式使得机械臂结构较为松散、不紧凑、功率密度比较小。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种模块化两自由度机器人关节，结构紧凑、功率密度比大、成本低。为解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：模块化两自由度机器人关节，其不同之处在于：其包括内部为空腔结构且前端开口的外部壳体、分别用于控制俯仰自由度和滚转自由度的滚转电机和俯仰电机、用于改变输出方向和增加输出扭矩的滚转轮系和俯仰轮系、两组关节角度检测传感器；外部壳体内设有由后向前依次排列的用于驱动电机运转的双电机驱动器、滚转电机座、滚转轮系座、俯仰电机座，外部壳体的前端开口处设有俯仰轮系箱体，所述外部壳体的后端为用于连接上一关节模块的连接部；所述滚转电机座和滚转轮系座固定连接形成具有内腔且前后两端开口的安装壳体，滚转电机和滚转轮系均安装于所述安装壳体的外缘位置，前端开口且内部为空腔结构的俯仰电机座设于所述安装壳体内部且开口端延伸至安装壳体前端开口外侧，由滚转电机驱动的所述滚转轮系与俯仰电机座开口端固定连接并可带动俯仰电机座转动，所述俯仰电机安装于俯仰电机座内部，内部装设有俯仰轮系的俯仰轮系箱体与俯仰电机座和俯仰电机固定连接，由俯仰电机驱动的所述俯仰轮系可带动串联的下一关节模块进行转动；所述两组关节角度检测传感器均由一个磁珠和一个通过检测所述磁珠的磁场变化来测量角位移的传感器芯片构成，用于检测滚转自由度的传感器设于所述安装壳体后端开口的位置，用于检测俯仰自由度的传感器设于俯仰轮系与下一关节模块的连接位置。按以上方案，该关节模块的滚转自由度和俯仰自由度的轴线相互垂直，所述滚转电机和俯仰电机的轴线相互平行。按以上方案，所述滚转轮系由依次相连的第一直齿轮、第一组合齿轮、第二组合齿轮、第三组合齿轮和第二直齿轮组成，第一直齿轮与滚转电机的输出轴固定连接，第一组合齿轮和第三组合齿轮同轴并置，通过第一安装轴安装在所述安装壳体上，第二组合齿轮通过第二安装轴安装在所述安装壳体上，第二直齿轮与俯仰电机座相连接；所述俯仰轮系由依次相连的第一锥齿轮、第四组合齿轮、第五组合齿轮、三个组合行星轮和太阳轮组成，第一锥齿轮与俯仰电机的输出轴固定连接，第四组合齿轮通过第三安装轴安装到俯仰轮系箱体上形成旋转副，第五组合齿轮通过第四安装轴安装到俯仰轮系箱体上形成旋转副，太阳轮与俯仰轮系箱体固定连接，三个组合行星轮套装在行星轮架的转轴上，行星轮架盖与行星轮固定连接并将组合行星轮做轴向限位。按以上方案，所述第一组合齿轮、第二组合齿轮、第三组合齿轮均为由一大一小两个直齿轮固定在一起形成的组合体；所述第四组合齿轮由一个小直齿轮和一个大锥齿轮固定连接构成，第五组合齿轮和组合行星轮均由一大一小两个直齿轮固定连接构成。按以上方案，所述俯仰轮系一侧设有带多个凸起圆柱结构的关节连接件，另一侧为下凹圆柱面的结构；所述外部壳体沿轴线分为第一外部壳体和第二外部壳体，所述第一外部壳体的后端连接部带有多个与所述关节连接件凸起圆柱结构相配合的圆孔结构，用于串联上一关节模块时与上一关节模块的所述关节连接件进行固定连接；所述第二外部壳体的后端连接部为带开口的凸起圆环结构，用于串联上一关节模块时与上一关节模块的所述下凹圆柱面结构进行配合形成转动副进行连接。按以上方案，所述磁珠分为滚转磁珠和俯仰磁珠，所述传感器芯片分为滚转传感器芯片和俯仰传感器芯片，所述滚转传感器芯片与滚转电机座固定连接，滚转磁珠安装在俯仰电机座上并跟随其进行转动，所述俯仰传感器芯片与俯仰轮系箱体固定连接，俯仰磁珠通过俯仰磁珠座安装在与该关节模块串联的下一关节模块的第二外部壳体后端连接部中央位置并跟随其进行转动。按以上方案，所述传感器芯片和磁珠正对，间距为固定数值，磁珠端面与传感器芯片平行，磁珠轴线垂直通过传感器芯片几何中心点。按以上方案，所述传感器芯片和磁珠的间距为1～2mm。按以上方案，所述滚转轮系和俯仰轮系可以采用涡轮蜗杆、锥齿轮组、圆柱齿轮、端面齿轮中的一种或几种的组合。按以上方案，该关节模块的零件间固定连接形式可以采用法兰孔配紧固件、平键、花键、内外齿、焊接、粘接、过盈配合、铆接、卡扣一种或几种的组合。由上述方案可知，本专利技术的两只电机经过不同的减速机构后各驱动一个自由度，实现了关节滚转、俯仰两个自由度的运动，再通过模块化设计，将两自由度集成在一个关节模块内，使形成的模块化两自由度关节结构紧凑、功率密度比较高；关节角度传感器采用磁传感器芯片和磁珠，体积小、成本低；利用本专利技术可以方便快捷的构造出多种结构的串、并联机械臂或机器人，使机械臂或机器人开发时间和资金投入都得以降低。附图说明图1是本专利技术实施例的结构示意图；图2是相对图1另一侧的本专利技术实施例结构示意图；图3是本专利技术实施例的部分结构示意图；图4是图3所示滚转自由度结构外观图；图5是图4所示滚转电机及轮系结构示意图；图6是图4所示滚转自由度结构的俯视剖视示意图；图7是图3所示俯仰自由度结构外观图；图8是图7所示俯仰电机及轮系结构示意图；图9是图7所示俯仰自由度结构的侧面剖视示意图；图10是图7所示俯仰自由度结构的俯视剖视示意图；图11是图1所示两自由度关节组成串联六自由度机械臂的实施例示意图；其中：a—两自由度关节、b—机械手示意图、1—滚转传感器芯片、2—滚转磁珠、3—滚转传感器座、4—滚转电机座、5—滚转轮系座、6—滚转电机、7—第一直齿轮、8—第一组合齿轮、9—第二组合齿轮、10—第三组合齿轮、11—第二直齿轮、12—俯仰电机座、13—第一安装轴、14—第二安装轴、15—俯仰轮系箱体、16—俯仰电机、17—第一锥齿轮、18—第四组合齿轮、19—第五组合齿轮、20—行星轮、21—太阳轮、22—封盖、23—行星轮架、24—行星轮架盖、25—关节连接件、26—第三安装轴、27—第四安装轴、28—俯仰传感器芯片、29—俯仰磁珠、30—俯仰磁珠座、31—第一螺钉、32—第二螺钉、33—第三螺钉、34—第四螺钉、35—第五螺钉、36—底座、37—外部壳体（3701—第一外部壳体、3702—第二外部壳体、370101—第一外部壳体的后端连接部、370201—第二外部壳体的后端连接部）、38—下凹圆柱面结构、39—双电机驱动器。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术实施例中，该关节模块的两个自由度为两个转动自由度，如图3，这两个转动自由度分别被称为俯仰自由度和滚转自由度，他们的轴线互相垂直。如图1至图11所示，本专利技术包括内部为空腔结构且前端开口的外部壳体37、分别用于控制俯仰自由度和滚转自由度的滚转电机6和俯仰电机16、用于改变输出方向和增加输出扭矩的滚转轮系和俯仰轮系、两组关节角度检测传感器,滚转电机6通过四级直齿轮组进行减速，俯仰电机16通过一级锥齿轮组、一级直齿轮组和一级行星齿轮组共三级减速，外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化两自由度机器人关节，其特征在于：其包括内部为空腔结构且前端开口的外部壳体、分别用于控制俯仰自由度和滚转自由度的滚转电机和俯仰电机、用于改变输出方向和增加输出扭矩的滚转轮系和俯仰轮系、两组关节角度检测传感器；外部壳体内设有由后向前依次排列的用于驱动电机运转的双电机驱动器、滚转电机座、滚转轮系座、俯仰电机座，外部壳体的前端开口处设有俯仰轮系箱体，所述外部壳体的后端为用于连接上一关节模块的连接部；所述滚转电机座和滚转轮系座固定连接形成具有内腔且前后两端开口的安装壳体，滚转电机和滚转轮系均安装于所述安装壳体的外缘位置，前端开口且内部为空腔结构的俯仰电机座设于所述安装壳体内部且开口端延伸至安装壳体前端开口外侧，由滚转电机驱动的所述滚转轮系与俯仰电机座开口端固定连接并可带动俯仰电机座转动，所述俯仰电机安装于俯仰电机座内部，内部装设有俯仰轮系的俯仰轮系箱体与俯仰电机座和俯仰电机固定连接，由俯仰电机驱动的所述俯仰轮系可带动串联的下一关节模块进行转动；所述两组关节角度检测传感器均由一个磁珠和一个通过检测所述磁珠的磁场变化来测量角位移的传感器芯片构成，用于检测滚转自由度的传感器设于所述安装壳体后端开口的位置，用于检测俯仰自由度的传感器设于俯仰轮系与下一关节模块的连接位置。...

【技术特征摘要】
1.一种模块化两自由度机器人关节，其特征在于：其包括内部为空腔结构且前端开口的外部壳体、分别用于控制俯仰自由度和滚转自由度的滚转电机和俯仰电机、用于改变输出方向和增加输出扭矩的滚转轮系和俯仰轮系、两组关节角度检测传感器；外部壳体内设有由后向前依次排列的用于驱动电机运转的双电机驱动器、滚转电机座、滚转轮系座、俯仰电机座，外部壳体的前端开口处设有俯仰轮系箱体，所述外部壳体的后端为用于连接上一关节模块的连接部；所述滚转电机座和滚转轮系座固定连接形成具有内腔且前后两端开口的安装壳体，滚转电机和滚转轮系均安装于所述安装壳体的外缘位置，前端开口且内部为空腔结构的俯仰电机座设于所述安装壳体内部且开口端延伸至安装壳体前端开口外侧，由滚转电机驱动的所述滚转轮系与俯仰电机座开口端固定连接并可带动俯仰电机座转动，所述俯仰电机安装于俯仰电机座内部，内部装设有俯仰轮系的俯仰轮系箱体与俯仰电机座和俯仰电机固定连接，由俯仰电机驱动的所述俯仰轮系可带动串联的下一关节模块进行转动；所述两组关节角度检测传感器均由一个磁珠和一个通过检测所述磁珠的磁场变化来测量角位移的传感器芯片构成，用于检测滚转自由度的传感器设于所述安装壳体后端开口的位置，用于检测俯仰自由度的传感器设于俯仰轮系与下一关节模块的连接位置。2.根据权利要求1所述的模块化两自由度机器人关节，其特征在于：该关节模块的滚转自由度和俯仰自由度的轴线相互垂直，所述滚转电机和俯仰电机的轴线相互平行。3.根据权利要求1所述的模块化两自由度机器人关节，其特征在于：所述滚转轮系由依次相连的第一直齿轮、第一组合齿轮、第二组合齿轮、第三组合齿轮和第二直齿轮组成，第一直齿轮与滚转电机的输出轴固定连接，第一组合齿轮和第三组合齿轮同轴并置，通过第一安装轴安装在所述安装壳体上，第二组合齿轮通过第二安装轴安装在所述安装壳体上，第二直齿轮与俯仰电机座相连接；所述俯仰轮系由依次相连的第一锥齿轮、第四组合齿轮、第五组合齿轮、三个组合行星轮和太阳轮组成，第一锥齿轮与俯仰电机的输出轴固定连接，第四组合齿轮通过第三安装轴安装到俯仰轮系箱体上形成旋转副，第五组合齿轮通过第四安装轴安装到俯仰轮系箱体上形成旋转副，太阳轮与俯仰轮系...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵烈，
申请(专利权)人：江苏安格尔机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32