一种基于无刹车电机的工业机器人关节及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于无刹车电机的工业机器人关节及其控制系统，该关节包括：包括电机组件、谐波减速机组件、输出法兰和关节外壳，所述电机组件的输出端与所述谐波减速机组件固定连接；所述输出法兰为机器人关节中的J6轴输出端，所述谐波减速机组件的输出端与所述输出法兰固定连接，实现J6轴输出端的转动；还包括控制组件，所述控制组件包括控制器、伺服控制组件、增量式光电编码器和扭力装置组件。本发明专利技术采用电机直连减速机设计，传动级数少，较以往手腕省去至少2级传动，传动效率高。采用本方案还可以预先把机器人末端的工具的位姿状态信息设置于伺服控制组件中，通电时保持机器人末端工具的位姿状态，断电时自动进行规避碰撞。撞。撞。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无刹车电机的工业机器人关节及其控制方法


[0001]本专利技术涉及一种工业机器人关节的结构和控制系统，尤其涉及一种基于无刹车电机的工业机器人关节及其控制方法。

技术介绍

[0002]工业机器人是现代制造业重要的自动化装备，以工业机器人为核心的制造装备的需求日益加大。在机器人本体研发过程中，机器人腕部结构方案的设计是一个非常关键的环节，是整个机器人机械部分研发的技术核心之一。现有技术中，一种是机器人腕关节结构采用伺服电机与减速机串联连接的方式，另一种机器人腕关节结构是采用“伺服刹车电机+同步带传动+锥齿轮+减速机+输出端”的传动结构。第一种采用伺服电机与减速机串联连接的方式，整个减速机位于电机组件的外部这样会增加了机器人关节结构的轴向长度，从而使机器人关节结构的轴向结构分散，并且导致机器人腕关节结构的体积较大，不但增加了机器人的控制难度，还限制了机器人在狭小作业空间的使用；第二种采用“伺服刹车电机+同步带传动+锥齿轮+减速机+输出端”的传动结构，此种带刹车的结构中J6轴传动级数多、装配复杂、传动效率低，其中使用的锥齿轮调整难度大、调整效率低，且锥齿轮高速旋转时易产生较大噪声；此种结构随着J5轴的运动会造成J6轴的耦合运动，导致机器人准确度难以保证。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种基于无刹车电机的工业机器人关节及其控制方法，能够大幅度压缩现有常规工业机器人的腕关节体积，使工业机器人的末端更加灵活，扩大工业机器人的作业场景。
[0004]技术方案：本专利技术所采用的技术方案是一种基于无刹车电机的工业机器人关节，包括电机组件、谐波减速机组件、输出法兰和关节外壳，所述电机组件的输出端与所述谐波减速机组件固定连接；所述输出法兰为机器人关节中的J6轴输出端，所述谐波减速机组件的输出端与所述输出法兰固定连接，实现J6轴输出端的转动；还包括控制组件，所述控制组件包括控制器、伺服控制组件、增量式光电编码器和扭力装置组件，所述伺服控制组件设于所述电机组件的前端，所述伺服控制组件与所述控制器电连接；所述增量式光电编码器设于所述电机组件的传动轴处，用于采集电机的转角信息并反馈给伺服控制组件；所述扭力装置组件设于所述电机组件与谐波减速机组件之间，所述扭力装置组件与所述伺服控制组件电连接，用于控制机器人末端的工具的力矩和扭矩；所述伺服控制组件和电机组件均设置在所述关节外壳内。
[0005]所述扭力装置组件安装在电机组件的传动轴上并用止紧螺钉进行轴向固定。
[0006]所述关节外壳与谐波减速机组件之间安装密封垫，实现机器人腕关节腔体的密封。
[0007]基于上述的基于无刹车电机的工业机器人关节，本专利技术提出一种无刹车电机的工
业机器人关节控制方法：工业机器人关节中的控制器通过伺服控制组件控制电机组件传动，电机组件根据伺服控制组件的指令，以设定的电流、速度、位置，驱动谐波减速机组件传动；伺服控制组件通过增量式光电编码器反馈的电机转角信息获得电机轴的转角、位置、速度信息，伺服控制组件采用位置环、速度环、电流环的三闭环负反馈调节的控制方式控制电机组件传动。
[0008]还可以预先把机器人末端工具的质心、扭力、扭矩的位姿状态信息设置于所述伺服控制组件中，通过控制器记录并判断机器人末端工具的位姿状态，关机或断电时保持机器人末端工具的位姿状态，开机或通电后自动恢复断电前机器人末端工具位姿状态及自动恢复J6轴至原点。
[0009]所述的扭力装置组件根据伺服控制组件的指令调整扭力大小，实现工具的拖动示教。拖动示教是不需要通过示教器编辑程序，在机器人示教模式下，拖动机器人末端工具，按照想要运行的轨迹走一遍，并记录关键点的坐标，实现机器人末端工具的运动轨迹。
[0010]有益效果：相比于现有技术，本专利技术具有以下优点：(1)关节小型化，模组化。本专利技术的技术方案中采用无刹车的伺服电机，通过电机组件与减速机组件直接连接，扭力装置组件置于电机组件与减速机组件之间，并且将减速机本体的至少部分设置于安装腔内节约内部空间，结构紧凑，从而减小了电机组件和减速机组件连接后的总体结构的轴向长度，进而使机器人关节结构的轴向长度减小实现了关节模组的小型化设计，利于机器人应用领域的扩展；同时，本专利技术技术方案中J6轴采用电机直连减速机设计，传动级数少，较以往手腕省去至少2级传动，传动效率高。装配无齿轮调整环节，装配效率高，高速运动噪声小；J6轴传动不采用锥齿轮，无调整环节，装配效率高。不采用锥齿轮传动，无锥齿轮高速运动带来的噪声与J5轴之间的耦合运动。另外，手腕结构采用平面结构密封，加工简单；采用密封垫密封，装配方便，密封可靠，能有效防止机床切削液等进入手腕内部，损坏电机组件等元件，防护等级高。(2)基于无刹车电机的关节结构针对性设计了控制系统，可以预设机器人末端的工具的质心、扭力、扭矩等位姿状态信息，解决了记录、判断机器人末端工具的位姿信息；由于采用无刹车电机，机器人关机或断电时扭力装置充当弹性装置，使腕关节的末端(工具端)具有一定的移动或旋转空间，从而自动规避硬性碰撞；通电后恢复断电前机器人末端工具的位姿状态及恢复机器人末端(J6轴)原点的功能，解决无刹车电机原点丢失问题。(3)机器人关节结构内设有增量式光电编码器和伺服控制器，伺服控制器根据包括增量式光电编码器反馈信息在内的电流、速度、位置信息，以三闭环负反馈调节的控制方式控制电机组件，驱动精准、可靠。
附图说明
[0011]图1是本专利技术所述的工业机器人关节结构剖视图；
[0012]图2是本专利技术所述的工业机器人关节控制系统的流程线框图。
[0013]其中，上述附图1包括以下附图标记：关节外壳1，电机组件2，扭力装置组件3，谐波减速机组件4，输出法兰5，增量式光电编码器6，伺服控制组件7，伺服控制组件外壳8，控制板9，接线插座10，关节外壳密封垫11，关节外壳后盖12，线缆固定板13。
具体实施方式
[0014]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。
[0015]本专利技术所述的一种基于无刹车电机的工业机器人关节，是机器人的J6轴的关节结构，与机器人的J5轴通过J5减速机和轴承进行相连。如图1所示，该机器人关节结构包括关节外壳1、电机组件2、扭力装置组件3、谐波减速机组件4、输出法兰5、线缆固定板13、伺服控制组件7。伺服控制组件7、电机组件2设置在关节外壳1内，电机组件2的输出端与谐波减速机组件4通过螺钉直接相连、扭力装置组件3位于电机组件2与谐波减速机组件4之间，扭力装置组件3通过螺钉与关节外壳1内壁相连，谐波减速机组件4的壳体法兰用螺栓固定在关节外壳1上，J6轴的输出法兰5通过螺钉安装于谐波减速机组件4的输出端，从而实现J6轴输出端的转动。
[0016]上述设置中，关节外壳1、关节外壳密封垫11、关节外壳后盖12、谐波减速机组件4共同形成密闭腔体，其中关节外壳1与关节外壳后盖12、关节外壳1与谐波减速机组件4之间安装密封垫，实现机器人腕关节腔体的密封。
[0017]伺服控制组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无刹车电机的工业机器人关节，其特征在于：包括电机组件、谐波减速机组件、输出法兰和关节外壳，所述电机组件的输出端与所述谐波减速机组件固定连接；所述电机组件为无刹车电机；所述输出法兰为机器人关节中的J6轴输出端，所述谐波减速机组件的输出端与所述输出法兰固定连接，实现J6轴输出端的转动；还包括控制组件，所述控制组件包括控制器、伺服控制组件、增量式光电编码器和扭力装置组件，所述伺服控制组件设于所述电机组件的前端，所述伺服控制组件与所述控制器电连接；所述增量式光电编码器设于所述电机组件的传动轴处，用于采集电机的转角信息并反馈给伺服控制组件；所述扭力装置组件设于所述电机组件与谐波减速机组件之间，所述扭力装置组件与所述伺服控制组件电连接，用于控制机器人末端的工具的力矩和扭矩；所述伺服控制组件和电机组件均设置在所述关节外壳内。2.根据权利要求1所述的基于无刹车电机的工业机器人关节，其特征在于：所述扭力装置组件安装在电机组件的传动轴上并用止紧螺钉进行轴向固定。3.根据权利要求1所述的基于无刹车电机的工业机器人关节，其特征在于：所述关节外壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁朝景，何杏兴，徐立轩，甄文臣，李松领，
申请(专利权)人：南京熊猫电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：