一种用于机器人腿部具有抱刹功能的两自由度关节模块制造技术

本实用新型专利技术属于机器人技术领域，特别是涉及一种用于机器人腿部具有抱刹功能的两自由度关节模块。包括抱刹装置（1）、外转子电机组件（2）、轴承压块A（3）、轴承A（4）、轴承套（5）、外壳（6）、驱动器（7）、外盖（8）、输出小齿轮（9）、输出大齿轮（10）、轴承B（11）、轴承压块B（12）、编码器（13）及支架（14）。其中，抱刹装置包括抱刹外罩（15）、抱刹片（16）、电磁铁（17）、抱刹基座（18）、扭簧（19）,抱刹片（16）为具有大摩擦力的软性材料，抱刹片（16）与抱刹外罩（15）固定在一起。该关节模块可用在机器人腿部胯关节和踝关节处，实现前后和左右方向的转动功能，可以模仿人体腿部的运动机理并在特定状态下保持平衡姿势。

A two degree of freedom joint module for robot leg with holding brake function

The utility model belongs to the technical field of robots, in particular to a two-degree-of-freedom joint module used for holding and braking a robot leg. The utility model comprises a holding brake device (1), an outer rotor motor assembly (2), a bearing pressure block A (3), a bearing A (4), a bearing sleeve (5), a housing (6), a driver (7), an outer cover (8), an output pinion (9), an output gear (10), a bearing B (11), a bearing pressure block B (12), a encoder (13) and a support (14). The embracing brake device comprises a embracing brake cover (15), a embracing brake pad (16), an electromagnet (17), a embracing brake base (18), a torsion spring (19), and a embracing brake pad (16) which is fixed together with the embracing brake cover (15) and has a large friction force. The joint module can be used at the hip and ankle joints of the robot leg to realize the rotation function of the front, back and left and right directions. It can imitate the movement mechanism of the human leg and maintain a balanced posture in a specific state.

【技术实现步骤摘要】
一种用于机器人腿部具有抱刹功能的两自由度关节模块
本技术属于机器人
，特别是涉及一种用于机器人腿部具有抱刹功能的两自由度关节模块。
技术介绍
目前，国内外大多数步行机器人一般由两条腿或多条腿构成。腿部关节比较灵活的其自由度也相应较多，活动范围和场所适应性比较强，但机械结构和运动控制也更复杂。特别是当机器人腿部一直保持一个姿态时，传统做法是一直给电机通电保持关节在一定的角度位置，如机器人两条腿十个关节电机都是这样一直通电，整个机器人耗电会很大，此时加大电池容量才能满足机器人工作要求，电池加大同时也增加了成本和整机重量。机器人想要行动自如，适应于不同场景，多数是机器人自带电池供电，而非外加输电线。对于步行机器人，一旦电池没电或者因故障突然断电，由于减速箱结构特性和整机重力作用，腿部关节将失去牵引力，机器人会失去平衡而摔倒，这样很容易摔坏机器人，倾倒的机器人甚至会压到人，对人造成人身安全。所以目前步行机器人腿部结构的发展趋势是在保证运动能力的基础上尽量减少自由度，简化关节结构，节省制造成本，减轻腿部重量，提高整个机器人的电池续航能力，并做到安全可靠。
技术实现思路
本技术的目的在于设计一种用于机器人腿部具备抱刹功能和两个自由度的关节模块。该模块可用在机器人腿部胯关节和踝关节处，实现前后和左右方向的转动功能，可以模仿人体腿部的运动机理并在特定状态下保持平衡姿势。本技术的优势是在腿部关节转动到一定角度保持平衡姿态时，可以断开电机通电状态并通过开启抱刹装置把电机抱死，机器人腿部关节会一直保持当前的平衡姿态，从而可以减少电池的耗电，提高了电池的续航能力。当电池电量不够或出故障断电时，抱刹装置也会马上起作用，从而避免机器人腿部关节因失去牵引力造成重心改变失去平衡能力而摔倒甚至伤害到人。通过对关节结构进行塑胶包裹组成一个模块，避免里面金属结构外露而对人造成不必要的伤害，同时模块化设计有利于机器人组装和维修，胯关节和踝关节使用同一关节结构减少了零件种类，有利于降低整机制造成本，简化了关节结构，减少了关节整体尺寸，从而减轻了关节重量，提高了机器人腿部的灵活性。为达到上述目的，本专利技术是通过下述技术方案实现的：一种用于机器人腿部具有抱刹功能的两自由度关节模块，包括抱刹装置、外转子电机组件、轴承压块A、轴承A、轴承套、外壳、驱动器、外盖、输出小齿轮、输出大齿轮、轴承B、轴承压块B、编码器各2个及支架1个,通过程序控制驱动器和抱刹装置的通断，可以实现电机外转子的自由旋转和抱紧停止，从而保证机器人关节的灵活动作，即使突然断电也能维持原来的状态。所述的关节模块，抱刹装置包括抱刹外罩、抱刹片、电磁铁、抱刹基座、扭簧。所述的关节模块，抱刹片为具有大摩擦力的软性材料，抱刹片与抱刹外罩固定在一起。所述的关节模块，支架是一个骨架主体，关节模块所有零件都固定在支架上。所述的关节模块，外转子电机组件由外转子电机和行星减速箱组成，通过螺丝固定在支架上。所述的关节模块输出小齿轮套在外转子电机组件输出轴上并通过平键销进行径向定位。所述的关节模块，输出大齿轮和轴承B套在一起安装在支架对应输出轴A1上并由轴承压块B通过螺丝进行轴向固定。所述的关节模块，轴承A和轴承套套在一起安装在支架对应输出轴A2上并由轴承压块A通过螺丝进行轴向固定。所述的关节模块，编码器通过螺丝固定在输出大齿轮上。所述的关节模块，该关节模块在胯关节和踝关节中通用。综上所述，本技术可用在机器人腿部胯关节和踝关节处，实现前后和左右方向的转动功能，可以模仿人体腿部的运动机理并在特定状态下保持平衡姿势。在腿部关节转动到一定角度保持平衡姿态时，可以断开电机通电状态并通过开启抱刹装置把电机抱死，机器人腿部关节会一直保持当前的平衡姿态，从而可以减少电池的耗电，提高了电池的续航能力。当电池电量不够或出故障断电时，抱刹装置也会马上起作用，从而避免机器人腿部关节因失去牵引力造成重心改变失去平衡能力而摔倒甚至伤害到人。前面所述的为本申请的概述，因此必然有简化、概括和细节省略的情况；本领域的技术人员应该认识到，概述部分仅是对本申请的说明，而不应看作是对本申请的任何限定。本说明书中描述的装置和/或方法和/或其他主题的其他方面、特征和优点将会由于本说明书的阐述而变得清晰。概述部分是用来以一种简化的方式导入多个将在以下具体实施方式部分进一步描述的概念。本概述部分既非用于确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也非用来作为确定所要求保护主题的范围的辅助手段。附图说明通过下面说明书和所附的权利要求书并与附图结合，就会更加充分地清楚理解本申请的上述和其他特征。应当理解，这些附图仅是对本申请若干实施方式的描述，不应认为是对本申请范围的限定，通过附图，本申请内容将会得到更加明确和详细地说明。图1是本技术的两自由度关节模块的分解图。图2是本技术的两自由度关节模块的关节输出轴的示意图。图3是本技术的两自由度关节模块的抱刹装置的示意图。图4是本技术的两自由度关节模块的抱刹装置的松开状态和抱死状态的示意图。具体实施方式在下面的具体实施方式部分中，结合作为说明书一部分的附图进行说明。在附图中，相同/类似的标记通常表示相同/类似的部件，除非说明书中另有说明。具体实施方式、附图和权利要求书中描述的用来举例说明的实施方式不应认为是对本申请的限定。在不偏离本申请表述的主题的精神或范围的情况下，可以采用本申请的其他实施方式，并且可以对本申请做出其他变化。应该很容易理解，可以对本说明书中一般性描述的、附图中图解说明的本申请的各个方面进行各种不同构成的配置、替换、组合，设计，而所有这些改变都显然在预料之中，并构成本申请的一部分。参照图1-3，一种用于机器人腿部具有抱刹功能的两自由度关节模块，包括抱刹装置1、外转子电机组件2、轴承压块A3、轴承A4、轴承套5、外壳6、驱动器7、外盖8、输出小齿轮9、输出大齿轮10、轴承B11、轴承压块B12、编码器13及支架14。通过程序控制驱动器和抱刹装置的通断，可以实现电机外转子的自由旋转和抱紧停止，从而保证机器人关节的灵活动作，即使突然断电也能维持原来的状态。其中，抱刹装置包括抱刹外罩15、抱刹片16、电磁铁17、抱刹基座18、扭簧19，抱刹片16为具有大摩擦力的软性材料，抱刹片16与抱刹外罩15固定在一起。支架14是一个骨架主体，关节模块所有零件都固定在支架14上。外转子电机组件2由外转子电机和行星减速箱组成，通过螺丝固定在支架14上；输出小齿轮9套在外转子电机组件2输出轴上并通过平键销进行径向定位；输出大齿轮10和轴承B11套在一起安装在支架14对应输出轴A1上并由轴承压块B12通过螺丝进行轴向固定；同理，轴承A4和轴承套5套在一起安装在支架14对应输出轴A2上并由轴承压块A3通过螺丝进行轴向固定；抱刹装置1通过螺丝固定在支架14对应位置上；编码器13通过螺丝固定在输出大齿轮10上；最后通过螺丝把外壳6、驱动器7和外盖8安装固定到支架14对应位置。另一自由度所有件的安装方法跟上述第一自由度安装方法相同。该关节模块在胯关节和踝关节中通用。参照图4，当电磁铁17通电时，电磁铁17弹针克服扭簧19的力将抱刹外罩15弹开，此时抱刹片16与电机外转子是松开状态，电机是可以转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于机器人腿部具有抱刹功能的两自由度关节模块，其特征在于包括抱刹装置（1）、外转子电机组件（2）、轴承压块A（3）、轴承A（4）、轴承套（5）、外壳（6）、驱动器（7）、外盖（8）、输出小齿轮（9）、输出大齿轮（10）、轴承B（11）、轴承压块B（12）、编码器（13）及支架（14）,其中抱刹装置包括抱刹外罩（15）、抱刹片（16）、电磁铁（17）、抱刹基座（18）、扭簧（19），外转子电机组件（2）由外转子电机和行星减速箱组成，通过螺丝固定在支架（14）上，输出小齿轮（9）套在外转子电机组件（2）输出轴上并通过平键销进行径向定位，输出大齿轮（10）和轴承B（11）套在一起安装在支架（14）对应输出轴A1上并由轴承压块B（12）通过螺丝进行轴向固定，轴承A（4）和轴承套（5）套在一起安装在支架（14）对应输出轴A2上并由轴承压块A（3）通过螺丝进行轴向固定，所述关节模块在两自由度处结构相同。

【技术特征摘要】
1.一种用于机器人腿部具有抱刹功能的两自由度关节模块，其特征在于包括抱刹装置（1）、外转子电机组件（2）、轴承压块A（3）、轴承A（4）、轴承套（5）、外壳（6）、驱动器（7）、外盖（8）、输出小齿轮（9）、输出大齿轮（10）、轴承B（11）、轴承压块B（12）、编码器（13）及支架（14）,其中抱刹装置包括抱刹外罩（15）、抱刹片（16）、电磁铁（17）、抱刹基座（18）、扭簧（19），外转子电机组件（2）由外转子电机和行星减速箱组成，通过螺丝固定在支架（14）上，输出小齿轮（9）套在外转子电机组件（2）输出轴上并通过平键销进行径向定位，输出大齿...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雪楠，覃立万，李勋树，
申请(专利权)人：北京康力优蓝机器人科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11