高度集成的机器人双关节单元及足式机器人和协作机械臂制造技术

本实用新型专利技术涉及机器人关节技术领域，公开了高度集成的机器人双关节单元及足式机器人和协作机械臂，包括第一电机及减速器总成构成的第一关节、第二电机总成和第二减速器构成的第二关节；第一电机及减速器总成的输出轴上固定有第一输出连杆，第二减速器设于所述第一输出连杆内，第二电机总成通过传动杆驱动所述第二减速器。本实用新型专利技术第二电机总成的固定端与第一电机及减速器总成的固定端固定在一起，而不是常规机器人关节串联结构的第二电机固定端固定在第一电机及减速器总成的输出端上，使得该机器人双关节两个输出轴的输出惯量都较小，并且省去了穿到第二关节第二电机总成的动力线缆。

Highly Integrated Robot Double Joint Unit and Foot Robot and Cooperative Manipulator

【技术实现步骤摘要】
高度集成的机器人双关节单元及足式机器人和协作机械臂
本技术涉及机器人关节
，尤其涉及一种高度集成的机器人双关节单元结构。
技术介绍
目前，无论是用于工业应用的机械臂，还是高性能的足式机器人，都对关节动力单元有较高的要求。都希望关节单元集成度高、动力强劲、结构紧凑、输出转动惯量小。目前现有的机器人关节，一般是由单个电机加上减速器集成的关节动力单元，然后足式机器人或机械臂实际应用时采用依次逐个串联多个关节动力单元的组合结构。但是，现有的两个动力单元逐个串联的关节动力单元结构有如下缺点：1.第一个动力单元需要带动固定在自身输出轴端的第二动力单元进行运动，才能实现对外输出力矩，第二动力单元是第一个动力单元的负载，因此现有的关节动力单元结构，使得第一个动力单元在工作时增加了额外的转动惯量、负载及功耗，严重限制了机器人的运动性能；2.在足式机器人的应用场合，如2017年03月10日公开的申请号为201720232286.5的中国专利一种电驱动四足机器人的腿部动力系统结构，公开了一种电驱动四足机器人的腿部动力系统结构，在构造大腿关节和膝关节的时候，大腿和小腿各自相对应的两个动力关节单元逐个串联的关节动力单元结构，大腿的动力单元和小腿的动力单元一般设于大腿结构两侧，如此当机器人运动时，腿部结构上有一部分结构会朝机身外侧突出，因而该突出部分容易与外部环境发生干涉；并且在机器人摔倒时，该突出部分容易与地面产生撞击而损坏；3.在足式机器人的应用场合，如2017年03月10日公开的申请号为201720232286.5的中国专利一种电驱动四足机器人的腿部动力系统结构，公开了一种电驱动四足机器人的腿部动力系统结构，构造大腿关节和膝关节时，大腿和小腿各自相对应的两个动力关节单元逐个串联的关节动力单元结构，导致在第一关节旋转时，第二关节的第二电机时刻与第一关节处于运动状态，因此传向第二电机的走线非常困难和不可靠。现有技术中，使用导电滑环可解决上述问题，但导电滑环会增加机器人的结构复杂性；若使用线缆直接连接，对线材的抗疲劳强度提出了非常苛刻的要求。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本技术的目的之一在于提供高度集成的机器人双关节单元，第二电机总成的固定端与第一电机及减速器总成的固定端固定在一起，而不是常规机器人关节串联结构的第二电机固定端固定在第一电机及减速器总成的输出端上，进而使得该机器人双关节两个输出轴的输出惯量都较小，并且省去了穿到第二关节第二电机总成的动力线缆。本技术的目的之二在于提供一种足式机器人，该足式机器人包括上述高度集成的机器人双关节单元，第二电机放置在大腿内侧与第一电机及减速器总成固定在一起，而不是大腿外侧，使得该足式机器人抗撞击性较好而不容易损坏关节，同时易于布线，对线缆的质量要求低，并且机器人腿部结构更加紧凑、合理。本技术的目的之三在于提供一种协作机械臂，该协作机械臂包括上述高度集成的机器人双关节单元。本技术的目的之一采用如下技术方案实现：高度集成的机器人双关节单元，包括第一电机及减速器总成构成的第一关节、第二电机总成和第二减速器构成的第二关节；所述第二电机总成的固定端与第一电机及减速器总成的固定端固定连接，所述第二电机总成的输出端穿过第一电机及减速器总成并驱动第二减速器。进一步地，所述第一电机及减速器总成与第二电机总成的固定端螺接或焊接或铆接或榫接或销接，优选螺接，便于拆装维修及更换零部件。进一步地，所述第一电机及减速器总成的回转中心开设用于穿接传动杆的通孔，第一电机及减速器总成的输出轴上固定有第一输出连杆，所述第二减速器设于所述第一输出连杆内，所述第二电机总成通过传动杆驱动所述第二减速器。进一步地，所述第一电机及减速器总成包括第一电机座、第一电机定子、第一电机转子、第一减速器和第一电机前端盖；所述第二电机总成包括第二电机座、第二电机后端盖、第二电机定子、第二电机转子和传动杆；所述第一电机定子与第一电机座固定连接，所述第一电机转子与第一电机座回转连接，所述第一减速器安置在第一电机座与第一电机前端盖固定连接后形成的腔内；所述第二电机定子与第二电机座固定连接，所述第二电机转子与第二电机座回转连接，所述第二电机后端盖与第二电机座固定连接；所述传动杆作为所述第二电机总成的输出轴与所述第二电机转子固定连接，所述传动杆与所述第二减速器的输入齿轮连接；传动杆与第二减速器相近的一端，使用轴承与第一输出连杆或第二减速器回转连接，防止由于传动杆过长而导致的传动杆失稳。所述第二电机座与所述第一电机及减速器总成固定连接。本技术方案详尽，结构紧凑，便于生产制造。进一步地，所述第一电机转子与第一电机座之间安装有第一编码器，所述第二电机转子与所述第二电机座之间安装有第二编码器，实现对第一电机转子和第二电机转子独立控制，进而实现双关节单元的双向输出。进一步地，所述第一输出连杆包括第一壳体和第二壳体，所述第一电机及减速器总成的输出轴与所述第一壳体（31）的一侧固定连接；所述第一壳体和所述第二壳体固定连接形成容纳腔，所述第二减速器设于所述容纳腔内；所述传动杆穿过所述第一电机及减速器总成的回转中心并延伸到所述容纳腔内，成为所述第二减速器的输入轴，使得本技术结构紧凑，方案合理，便于生产制造。进一步地，所述第二减速器的输出端设有第二关节输出摇臂，所述容纳腔内设有连接杆，所述连接杆一端与所述第二关节输出摇臂转动连接，另一端与第二输出连杆转动连接；所述第二关节输出摇臂、所述连接杆、所述第一输出连杆和所述第二输出连杆共同构成连杆传动，实现第一输出连杆和第二输出连杆的相对独立移动，形成双关节结构，结构紧凑，方案合理。进一步地，所述机器人双关节单元还包括第一电机驱动器和第二电机驱动器，所述第一电机驱动器设于所述第一电机座侧部，所述第二电机驱动器设于所述第二电机座侧部；所述第一电机座和第二电机座上设有散热风扇。本技术的第一电机及减速器总成和第二电机总成集中在一起，只需要一个散热风扇即可对热源进行集中散热，不需要设计过多的散热风机，进而减小了腿部结构的重量。本技术的目的之二采用如下技术方案实现：一种足式机器人，所述足式机器人包括上述的机器人双关节单元和机身，所述第一电机及减速器总成与所述机身转动连接。本技术的目的之三采用如下技术方案实现：一种协作机械臂，所述协作机械臂包括上述的机器人双关节单元和机座，所述第一电机及减速器总成与所述机座转动连接。相比现有技术，本技术的有益效果在于：1.本技术第一关节与第二关节穿接在一起，其中第二电机总成的固定端与第一关节的外壳固定在一起，而不是常规机器人关节串联结构的第二电机总成的固定端固定在第一电机及减速器总成的输出端上，相比现有技术方案本技术使得该机器人双关节两个输出轴的输出惯量都较小，减少第一电机的做功，降低了能源消耗，并且使得本技术结构更加紧凑；同时省去了穿到第二关节第二电机总成的动力线缆，降低了第二电机总成的布线难度以及对线缆质量的要求，简化了结构。本技术第一关节与第二关节套接在一起，构思巧妙，打破现有技术偏见，结构简单实用，方案切实可行。2.本技术提供的高度集成的机器人双关节单元，第一电机及减速器总成和第二电机总成均设于第一输出连杆内侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高度集成的机器人双关节单元，包括第一电机及减速器总成（1）构成的第一关节、第二电机总成（2）和第二减速器（6）构成的第二关节；其特征在于，所述第二电机总成（2）的固定端与第一电机及减速器总成（1）的固定端固定连接，所述第二电机总成（2）的输出端穿过第一电机及减速器总成（1）并驱动第二减速器（6）；所述第一电机及减速器总成（1）包括第一电机座（14）、第一电机转子（7）；所述第二电机总成（2）包括第二电机座（15）、第二电机转子（8）和传动杆（9）；所述第一电机转子（7）与第一电机座（14）回转连接，所述第二电机转子（8）与第二电机座（15）回转连接；所述传动杆（9）作为所述第二电机总成（2）的输出轴与所述第二电机转子（8）固定连接；所述第二电机座（15）与所述第一电机及减速器总成（1）固定连接。

【技术特征摘要】
1.高度集成的机器人双关节单元，包括第一电机及减速器总成（1）构成的第一关节、第二电机总成（2）和第二减速器（6）构成的第二关节；其特征在于，所述第二电机总成（2）的固定端与第一电机及减速器总成（1）的固定端固定连接，所述第二电机总成（2）的输出端穿过第一电机及减速器总成（1）并驱动第二减速器（6）；所述第一电机及减速器总成（1）包括第一电机座（14）、第一电机转子（7）；所述第二电机总成（2）包括第二电机座（15）、第二电机转子（8）和传动杆（9）；所述第一电机转子（7）与第一电机座（14）回转连接，所述第二电机转子（8）与第二电机座（15）回转连接；所述传动杆（9）作为所述第二电机总成（2）的输出轴与所述第二电机转子（8）固定连接；所述第二电机座（15）与所述第一电机及减速器总成（1）固定连接。2.如权利要求1所述的高度集成的机器人双关节单元，其特征在于，所述第一电机及减速器总成（1）与第二电机总成（2）的固定端螺接或焊接或铆接或榫接或销接。3.如权利要求1所述的高度集成的机器人双关节单元，其特征在于，所述第一电机及减速器总成（1）的输出轴上固定有第一输出连杆（3），所述第二减速器（6）设于所述第一输出连杆（3）内，所述第二电机总成（2）通过传动杆（9）驱动所述第二减速器（6）。4.如权利要求1所述的高度集成的机器人双关节单元，其特征在于，所述第一电机及减速器总成（1）还包括第一电机定子、第一减速器（5）和第一电机前端盖（16）；所述第二电机总成（2）还包括第二电机后端盖（13）、第二电机定子；所述第一电机定子与第一电机座（14）固定连接，所述第一减速器（5）安置在第一电机座（14）与第一电机前端盖（16）固定连接后形成的腔内；所述第二电机定子与第二电机座（15）固定连接，所述第二电机后端盖（13）与第二电机座（15）固定连接；所述传动杆（9）与所述第二减速器（6）的输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴兴，杨知雨，
申请(专利权)人：杭州宇树科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33