协作机器人用的高集成度一体式关节模组制造技术

一种机器人技术领域的协作机器人用的高集成度一体式关节模组，包括壳体、高速输入轴、低速输出法兰轴、减速器、驱动电机、制动器、编码器模组、驱动器、线缆，关节模组前部为减速结构，由减速器、高速输入轴与低速输出法兰轴组成；电机置于关节中部，转子部分与高速输入轴过盈连接；制动器置于关节中后部，其固定部固定到电机外壳上，运动部与高速输入轴方轮结构连接，制动时抱紧制动摩擦片；编码器模组由高、低速轴编码器组成；驱动器置于关节后部。本发明专利技术的高、低速轴电感式编码器转子共面，共用一个编码器定子，极大压缩后部关节空间；采用限位弹性拉紧结构，约束穿过中空关节的线缆保持张紧力并置于轴线上，极大提高了协作机械臂的稳定性。稳定性。稳定性。

【技术实现步骤摘要】
协作机器人用的高集成度一体式关节模组


[0001]本专利技术涉及的是一种机器人
的关节模组，特别是一种带有波浪形内筋且高速编码器转子与低速编码器转子共面的协作机器人用的高集成度一体式关节模组。

技术介绍

[0002]随着科技发展，工业制造领域越来越强调标准化与产业化，而在生产过程中，使用机械臂可以在保证产品质量的稳定性的同时，降低生产作业对熟练工人的需求，与普通工人相互配合可有效降低生产成本并极大地提高生产效率。基于此产业需求，协作机器人逐渐在各加工、装配环节中崭露头角。而关节模组是协作机器人的核心硬件部分，主要由电机、减速器、制动器、编码器、驱动器组成。关节模组的稳定性、精度、成本以及各种参数决定了协作机器人的性能上限，但目前关节模组仍普遍存在以下问题。
[0003]受限于协作臂整机重量，关节模组大量减重导致结构刚度不足进而影响协作机械臂的精度；由于关节为一体式设计，内部模组分开设计，使堆叠时造成大量空间浪费且气隙大使导热热阻极大，影响持续使用的性能；采用内部中空走线结构，使线缆在结构内容易受到扭转，进而受拉导致端子损坏，外皮磨损等情况；关节与关节的组合方式繁琐且配合精度不高，间接导致机械臂精度降低。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术的不足，提出一种协作机器人用的高集成度一体式关节模组，本专利技术的关节中后部编码器模组进行高度集成，高、低速轴电感式编码器转子共面，共用一个编码器定子，极大压缩后部关节空间；同时，采用限位弹性拉紧结构，约束穿过中空关节的线缆保持张紧力并置于轴线上，受到扭转时动态补偿线缆长度，减少因内部线缆磨损导致的异常发生，极大提高了协作机械臂的稳定性。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现的，本专利技术包括关节壳体、高速输入轴、低速输出法兰轴、谐波减速器、驱动电机、电磁制动器、编码器模组、驱动器、驱动散热板、关节后盖、线缆；关节壳体整体为T型空心结构，包括壳体前端口、壳体后端口、壳体侧端口、定位凸台、波浪形内筋；壳体前端口、壳体后端口分别布置在关节壳体的前后两端，壳体侧端口布置在关节壳体的侧壁上；壳体前端口用于与下一个关节模组相连接，壳体后端口与关节后盖固定连接在一起；定位凸台布置在壳体侧端口处，用于实现整个关节模组的定位；波浪形内筋于驱动电机结束位置开始向后延伸，内筋凸台高度不一，在轴向具有螺纹孔用于对关节后部各种固定部零件进行固定，波浪形内筋用于配合定心和预留走线空间；高速输入轴为空心结构并在关节壳体的中心穿过，前端布置有谐波发生器柔性轴承，后端布置有一体式方轮，末端连接编码器模组；低速输出法兰轴结构上包括低速输出法兰和低速输出轴，低速输出法兰位于低速输出轴前端，低速输出轴贯穿高速输入轴的中心通孔；高速输入轴的前端部位通过谐波减速器与低速输出法兰连接在一起；驱动电机布置在关节壳体内的中间部位，驱动电机的转子部分与高速输入轴的中间部位固结在一起；电磁制动器为干式单板
电磁制动器，布置在关节壳体中后部，包括制动器固定部、制动器运动部、制动摩擦片配合方孔；高速输入轴的后端在电磁制动器中穿过；制动器固定部与关节壳体内壁面固结在一起；制动摩擦片配合方孔布置在制动器运动部上，并与高速输入轴后端的一体式方轮匹配在一起；编码器模组包括高速轴转接法兰、高速码盘法兰、高速编码器转子、低速码盘法兰、低速编码器转子、编码器模组定子，高速编码器转子通过高速码盘法兰、高速轴转接法兰与高速输入轴的后端固结在一起，低速编码器转子通过低速码盘法兰与低速输出法兰轴的后端固结在一起；编码器模组定子与关节壳体的内壁面固接在一起，高速编码器转子与低速编码器转子同轴心且共面；驱动器、驱动散热板均与编码器模组定子连接在一起，驱动散热板布置在驱动器的后方用于给驱动器散热，驱动器用于接收外部控制指令，并对驱动电机进行闭环控制；线缆布置在关节壳体内，驱动器、编码器模组定子、电磁制动器、电机之间通过线缆相互通讯。
[0006]进一步地，在本专利技术中，驱动电机包括电机定子绕组、电机转子永磁体、电机转子轴套、电机集电板，电机定子绕组、电机集电板均与关节壳体的内壁面固结在一起；电机集电板布置在电机定子绕组的后端，用于对驱动电机的控制；电机转子永磁体周向均匀布置在电子转子轴套上，电子转子轴套与高速输入轴的中间部位固结在一起。
[0007]更进一步地，在本专利技术中，谐波减速器包括谐波减速器柔轮、谐波减速器刚轮，谐波减速器柔轮的固定部与关节壳体的前端内壁面固结在一起，谐波减速器刚轮由谐波减速器内的交叉滚子轴承进行轴向与径向支承；高速输入轴的前端通过谐波发生器柔性轴承与谐波减速器柔轮相连接，谐波减速器柔轮通过谐波变形带动谐波减速器刚轮转动；谐波减速器刚轮与低速输出法兰固结在一起。
[0008]更进一步地，本专利技术还包括定位销孔、快拆槽、抱闸固定法兰，定位销孔、快拆槽均布置在低速输出法兰上，抱闸固定法兰布置在电磁制动器的后端，制动器固定部通过抱闸固定法兰与关节壳体的内壁面固结在一起。
[0009]更进一步地，本专利技术还包括浮动端深沟球轴承、固定端深沟球轴承、轴卡簧、轴承挡圈；浮动端深沟球轴承布置在高速输入轴的中间部位，用于为高速输入轴浮动端提供支承；轴卡簧布置在浮动端深沟球轴承的后端，用于对浮动端深沟球轴承进行卡位；高速轴转接法兰通过螺纹与高速输入轴的后端固结在一起，低速码盘法兰通过螺纹与低速输出轴的后端固结在一起，固定端深沟球轴承布置在抱闸固定法兰与高速轴转接法兰之间；轴承挡圈布置在固定端深沟球轴承的后端，用于对固定端深沟球轴承的卡位。
[0010]高速轴支承采用固定端/浮动端典型配置，轴承组长时间在极轻载荷下高速转动，由于内部游隙并未调节，滚珠在滚道中易产生高频振动导致寿命降低，因此在浮动端采用波形弹簧进行预紧。预紧力采用以下公式计算
[0011]F＝kd
[0012]式中，F为预紧力(kN)，k为经验系数，d为轴承内径(mm)。
[0013]对于小型电机经验系数一般取值在(0.005，0.01)，若需考虑静止时外部振动导致损坏，经验系数应取用0.02。由于轴承组由一大一小两轴承组成，内径并不一致，因此预紧力应满足
[0014]0.005D≤F≤0.01d
[0015]式中，d为小轴承内径(mm)，D为大轴承内径(mm)。
[0016]使用波纹垫片进行轴向预紧时，先行通过实验测试波纹垫片压缩量与预紧力的关系，并采用挠度曲线的三次关系进行曲线拟合得到关系式，图解可得正确压缩量。同时也可在波纹垫片上采用调节垫片进行预紧调整，进一步提高刚性并减小加工难度。
[0017]由于轴承组固定在空心轴颈上，其公差应采用修正系数进行修正。首先计算空心轴直径比c
i
＝d
i
/d，再计算轴承内圈直径比c
e
＝d/d
e
，若无法确定内圈的平均外径，可采用以下公式进行估算
[0018][0019]根据c
i
与c
e
的数值，查询对应轴承供应商提供的空心轴颈过盈量关系图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种协作机器人用的高集成度一体式关节模组，其特征在于，包括关节壳体、高速输入轴、低速输出法兰轴、谐波减速器、驱动电机、电磁制动器、编码器模组、驱动器、驱动散热板、关节后盖、线缆；所述关节壳体整体为T型空心结构，包括壳体前端口、壳体后端口、壳体侧端口、定位凸台、波浪形内筋；壳体前端口、壳体后端口分别布置在关节壳体的前后两端，壳体侧端口布置在关节壳体的侧壁上；壳体前端口用于与下一个关节模组相连接，壳体后端口与关节后盖固定连接在一起；定位凸台布置在壳体侧端口处，用于实现整个关节模组的定位；波浪形内筋于驱动电机结束位置开始向后延伸，内筋凸台高度不一，在轴向具有螺纹孔用于对关节后部各种固定部零件进行固定，波浪形内筋用于配合定心和预留走线空间；所述高速输入轴为空心结构并在关节壳体的中心穿过，前端布置有谐波发生器柔性轴承，后端布置有一体式方轮，末端连接编码器模组；所述低速输出法兰轴结构上包括低速输出法兰和低速输出轴，低速输出法兰位于低速输出轴前端，低速输出轴贯穿高速输入轴的中心通孔；高速输入轴的前端部位通过谐波减速器与低速输出法兰连接在一起；所述驱动电机布置在关节壳体内的中间部位，驱动电机的转子部分与高速输入轴的中间部位固结在一起；所述电磁制动器为干式单板电磁制动器，布置在关节壳体中后部，包括制动器固定部、制动器运动部、制动摩擦片配合方孔；高速输入轴的后端在电磁制动器中穿过；制动器固定部与关节壳体内壁面固结在一起；制动摩擦片配合方孔布置在制动器运动部上，并与高速输入轴后端的一体式方轮匹配在一起；所述编码器模组包括高速轴转接法兰、高速码盘法兰、高速编码器转子、低速码盘法兰、低速编码器转子、编码器模组定子，高速编码器转子通过高速码盘法兰、高速轴转接法兰与高速输入轴的后端固结在一起，低速编码器转子通过低速码盘法兰与低速输出法兰轴的后端固结在一起；编码器模组定子与关节壳体的内壁面固接在一起，高速编码器转子与低速编码器转子同轴且共面；所述驱动器、驱动散热板均与编码器模组定子连接在一起，驱动散热板布置在驱动器的后方用于给驱动器散热，驱动器用于接收外部控制指令并对驱动电机进行闭环控制；所述线缆布置在关节壳体内，驱动器、编码器模组定子、电磁制动器、电机之间通过线缆相互通讯。2.根据权利要求1所述的协作机器人用的高集成度一体式关节模组，其特征在于所述驱动电机包括电机定子绕组、电机转子永磁体、电机转子轴套、电机集电板，电机定子绕组、电机集电板均与关节壳体的内壁面固结在一起；电机集电板布置在电机定子绕组的后端，用于对...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建阳，缪云洁，
申请(专利权)人：佳奕筱安上海机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：