一种机器人关节模块电机及其精准控制方法技术

本发明专利技术公开了一种机器人关节模块电机及其精准控制方法，属于关节模块电机技术领域，包括无框力矩电机，所述无框力矩电机的输出端安装有转轴，且所述转轴远离所述无框力矩电机的一端安装有输出轴，所述无框力矩电机外侧的中部安装有双环架组件，所述双环架组件之间安装有紧固组件，所述转轴的外侧且位于所述输出轴和无框力矩电机之间套设有精密斜坡减速机，启动旋转电机转动使其卡杆对卡槽进行反向卡合，通过电机端绝对值编码器记录无框力矩电机的转动位置，通过输出端绝对值编码器记录输出轴的转动程序比对二者位置，能够准确记住掉电重启时刻、开机时刻输出轴和无框力矩电机转动的精确位置，保证模块化关机运动位置的精准和重复精度。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人关节模块电机及其精准控制方法
本专利技术涉及一种关节模块电机，特别是涉及一种机器人关节模块电机，本专利技术还涉及一种关节模块电机精准控制方法，特别涉及一种机器人关节模块电机精准控制方法，属于关节模块电机

技术介绍
协作机器人的概念于1996年由美国西北大学的2位教授J.EdwadColgate和MichaelPeshkin首次提出。全球首款协作机器人RU5于2008年由丹麦优傲(UniversalRobots)公司研发生产，UR5具有安装迅速，部署灵活，安全可靠，编程简单等特点。其本体拥有6个关节，重18kg，有效负载5kg，臂展850mm，重复精度±0.1mm，结构上采用模块化关节设计，通过监测电流变化实现关节力反馈，在保证安全的同时降低了制造成本。机器人外接TeachPendant控制器，搭载其自主研发的PolyScope控制系统，操作简单，容易掌握，后续又推出了有效负载分别为3kg与10kg的UR3与UR10。2015年4月，ABB发布全球首款双臂协作机器人Yumi，其主要针对消费级电子行业，单臂有效负载0.5kg，末端工具最大速度1.5m/s，位置重复度高达0.02mm；进一步满足用户的个性化需求，科尔摩根(Kollmorgen)公司于2017年推出了RGM机器人关节模组，该模组主要针对10kg以下有效负载的协作机器人，包括四种不同规格的关节模块，制造商可根据不同轴数和运动要求进行选型，易于组装，结构紧凑，基于RGM的机器人本体可配合众多主流机器人控制器使用，确保开发人员专注于安全防护、控制算法及功能应用；北方工业大学针对EC75七轴协作机器人开发了关节模块，期望指标为末端工具最大速度3.4m/s，重复定位精度0.1mm。示教器采用艾利特自行研发的ERP300，同时支持Android。该模块化关节在结构设计上还有待进一步改进，主要体现在机械结构对于磁码盘的安装难度较大，由于磁码盘对安装位置要求很高，因此对装配面的加工精度要求极高，目前的结构很难实现精确定位，有待于后续在低速轴上设计微调装置，以实现磁码盘的精确装配；哈尔滨工业大学近年来对轻型机械臂模块化柔顺关节进行了深入研究，在模块化关节中集成了驱动电机、谐波减速器、失电制动器、传感器、驱动器等多种部件，并且具有标准的机械接口和电气接口。中国科学技术大学研制了一款六自由度模块化轻型机械臂，考虑到不同关节受力不同，为了提高关节的有效利用，在结构设计中分别为前三个关节和后三个关节设计了两种不同的关节模块，前三个关节的模块化关节结构紧凑，关节内集成了驱动器及控制器、传动机构、传感器等部件，具有断电制动保护功能，采用关节控制器与主控制器相分离的分布式结构的控制方案，提高了关节模块在电气系统上的模块化水平。北京交通大学研制了一款六自由度轻型机械臂，其模块化关节模块将驱动电机、减速器、传感器等部件集于一体。每个模块化关节都包含完整的机械结构和控制电路，同时分别为机械连接和电气连接设计了通用的快速接口，模块内部存储器可以保存运动信息，保证每个关节可插拔和快速替换。为了实现模块化关节的轻量化设计，根据结构拓扑优化理论对外壳进行了结构优化。从国内外研究现状看，模块化关节拥有高度的机电集成结构，其中包含电机，减速机，位置编码器，力矩传感器，驱动控制电路等。由于很多研究机构尤其是商业性质的研究机构通常将关节的设计作为核心机密，不对外公布关节的设计过程和具体细节，所以关于关节研究方法的文献相对较少。针对协作机器人的任务背景和使用需求，实时精准在线确定和任意开机时刻确定模块化关节自身的转位转动位置信息，是模块化关节准确操作的基础，也是协作机器人执行精准操作的关键，但从公开的资料看，目前模块化关节多采用绝对编码器、或者增量式编码器+绝对值编码器共用模式，实现对关节转位的检测，存在转位精度不够高、以及无法实现任意开机时刻自主确定自身关节位置的缺陷，另外针对电机的固定也不够紧固和便捷，而且对转动一定角度后的制动也没有卡死结构，为此设计一种机器人关节模块电机及其精准控制方法来优化上述问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是为了提供一种机器人关节模块电机及其精准控制方法，通过将固定螺杆贯穿第二机械臂然后使其贯穿第一固定孔并压缩第一安装环和第二安装环，通过第一安装环和第二安装环将外缓冲筒和内滑杆压缩通过紧固弹簧紧固，启动无框力矩电机带动转轴转动，通过转轴带动输出轴转动，通过输出轴带动T型连接杆和卡位齿轮盘转动并通过输出轴也带动第一机械臂转动进行对第一机械臂方位调节，通过启动精密斜坡减速机和摩擦式制动器进行对转轴制动，通过启动电动伸缩杆使其卡杆插入至卡槽内侧，在卡位齿轮盘转动的时候存在反向运动侧被卡杆卡住避免失误反向运动，通过启动电动伸缩杆带动卡杆回收，然后启动旋转电机转动使其卡杆对卡槽进行反向卡合，通过电机端绝对值编码器记录无框力矩电机的转动位置，通过输出端绝对值编码器记录输出轴的转动程序比对二者位置，能够准确记住掉电重启时刻、开机时刻输出轴和无框力矩电机转动的精确位置，保证模块化关机运动位置的精准和重复精度。本专利技术的目的可以通过采用如下技术方案达到：一种机器人关节模块电机，包括无框力矩电机，所述无框力矩电机的输出端安装有转轴，且所述转轴远离所述无框力矩电机的一端安装有输出轴，所述无框力矩电机外侧的中部安装有双环架组件，所述双环架组件之间安装有紧固组件，所述转轴的外侧且位于所述输出轴和无框力矩电机之间套设有精密斜坡减速机，所述输出轴远离所述无框力矩电机的一端安装有卡位齿轮盘组件，所述无框力矩电机的外侧靠近所述转轴处安装有U型连杆，所述U型连杆的端部安装有环型筒体组件，所述环型筒体组件内设有与所述卡位齿轮盘组件相互配合的电动卡位组件，所述无框力矩电机远离所述转轴的一侧依次安装有摩擦式制动器、电机端绝对值编码器和输出端绝对值编码器，所述双环架组件的一侧安装有第二机械臂组件，所述输出轴的一侧安装有第一机械臂。优选的，所述双环架组件包括第一安装环、第二安装环和第一固定孔，所述第一安装环和第二安装环皆安装在所述无框力矩电机的外侧，且位于所述无框力矩电机的中部，所述第一安装环和第二安装环之间安装有紧固组件，所述第二安装环和第一安装环上皆开设有第一固定孔。优选的，所述紧固组件包括外缓冲筒、紧固弹簧和内滑杆，所述外缓冲筒的一侧沿所述第二安装环的环部固定，所述外缓冲筒的内端部安装有紧固弹簧，所述紧固弹簧的另一端安装有内滑杆，且所述内滑杆部分插入至所述外缓冲筒的内侧，所述内滑杆的另一端固定在所述第一安装环上。优选的，所述卡位齿轮盘组件T型连接杆、卡位齿轮盘和卡槽，所述输出轴一侧的中部安装有T型连接杆，所述T型连接杆远离所述输出轴的一端安装有卡位齿轮盘，所述卡位齿轮盘的外侧等间距开设有卡槽。优选的，所述环型筒体组件包括外固定环和侧中空筒，所述U型连杆远离所述无框力矩电机的一端安装有外固定环，所述外固定环外侧的中部安装有侧中空筒，且所述电动卡位组件安装在所述侧中空筒的内部。优选的，所述电动卡位组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人关节模块电机及其精准控制方法，其特征在于：包括无框力矩电机(12)，所述无框力矩电机(12)的输出端安装有转轴(10)，且所述转轴(10)远离所述无框力矩电机(12)的一端安装有输出轴(7)，所述无框力矩电机(12)外侧的中部安装有双环架组件，所述双环架组件之间安装有紧固组件，所述转轴(10)的外侧且位于所述输出轴(7)和无框力矩电机(12)之间套设有精密斜坡减速机(6)，所述输出轴(7)远离所述无框力矩电机(12)的一端安装有卡位齿轮盘组件，所述无框力矩电机(12)的外侧靠近所述转轴(10)处安装有U型连杆(5)，所述U型连杆(5)的端部安装有环型筒体组件，所述环型筒体组件内设有与所述卡位齿轮盘组件相互配合的电动卡位组件，所述无框力矩电机(12)远离所述转轴(10)的一侧依次安装有摩擦式制动器(14)、电机端绝对值编码器(15)和输出端绝对值编码器(16)，所述双环架组件的一侧安装有第二机械臂组件，所述输出轴(7)的一侧安装有第一机械臂(1)。/n

【技术特征摘要】
1.一种机器人关节模块电机及其精准控制方法，其特征在于：包括无框力矩电机(12)，所述无框力矩电机(12)的输出端安装有转轴(10)，且所述转轴(10)远离所述无框力矩电机(12)的一端安装有输出轴(7)，所述无框力矩电机(12)外侧的中部安装有双环架组件，所述双环架组件之间安装有紧固组件，所述转轴(10)的外侧且位于所述输出轴(7)和无框力矩电机(12)之间套设有精密斜坡减速机(6)，所述输出轴(7)远离所述无框力矩电机(12)的一端安装有卡位齿轮盘组件，所述无框力矩电机(12)的外侧靠近所述转轴(10)处安装有U型连杆(5)，所述U型连杆(5)的端部安装有环型筒体组件，所述环型筒体组件内设有与所述卡位齿轮盘组件相互配合的电动卡位组件，所述无框力矩电机(12)远离所述转轴(10)的一侧依次安装有摩擦式制动器(14)、电机端绝对值编码器(15)和输出端绝对值编码器(16)，所述双环架组件的一侧安装有第二机械臂组件，所述输出轴(7)的一侧安装有第一机械臂(1)。


2.根据权利要求1所述的一种机器人关节模块电机及其精准控制方法，其特征在于：所述双环架组件包括第一安装环(13)、第二安装环(17)和第一固定孔(19)，所述第一安装环(13)和第二安装环(17)皆安装在所述无框力矩电机(12)的外侧，且位于所述无框力矩电机(12)的中部，所述第一安装环(13)和第二安装环(17)之间安装有紧固组件，所述第二安装环(17)和第一安装环(13)上皆开设有第一固定孔(19)。


3.根据权利要求2所述的一种机器人关节模块电机及其精准控制方法，其特征在于：所述紧固组件包括外缓冲筒(18)、紧固弹簧(24)和内滑杆(22)，所述外缓冲筒(18)的一侧沿所述第二安装环(17)的环部固定，所述外缓冲筒(18)的内端部安装有紧固弹簧(24)，所述紧固弹簧(24)的另一端安装有内滑杆(22)，且所述内滑杆(22)部分插入至所述外缓冲筒(18)的内侧，所述内滑杆(22)的另一端固定在所述第一安装环(13)上。


4.根据权利要求3所述的一种机器人关节模块电机及其精准控制方法，其特征在于：所述卡位齿轮盘组件T型连接杆(9)、卡位齿轮盘(8)和卡槽(20)，所述输出轴(7)一侧的中部安装有T型连接杆(9)，所述T型连接杆(9)远离所述输出轴(7)的一端安装有卡位齿轮盘(8)，所述卡位齿轮盘(8)的外侧等间距开设有卡槽(20)。


5.根据权利要求4所述的一种机器人关节模块电机及其精准控制方法，其特征在于：所述环型筒体组件包括外固定环(3)和侧中空筒(4)，所述U型连杆(5)远离所述无框力矩电机(12)的一端安装有外固定环(3)，所述外固定环(3)外侧的中部安装有侧中空筒(4)，且所述电动卡位组件安装在所述侧中空筒(4)的内部。


6.根据权利要求5所述的一种机器人关节模块电机及其精准控...

【专利技术属性】
技术研发人员：马卫华，严平，
申请(专利权)人：镇江星河机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32