一种带有输出端编码器的机器人关节及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种带有输出端编码器的机器人关节及控制方法，本发明专利技术通过将同步电机、行星减速箱、置于机壳中的输出端编码器集成在一起形成机器人关节；同时电机端编码器磁铁固连在所述外转子保持架上，可通过电机控制器测量所述外转子保持架的角位移，输出端编码器中的输出端编码器磁铁固连在所述编码器输出齿轮上，通过所述输出端编码器电路板测量所述输出法兰的角位移，在同步电机开始启动时获取输出法兰相对于其零位的相对位置，即使断电后重新启动，也不会丢失输出法兰的相对位置，进而实现断电保持零位，因此无需持续给板载编码器的电机控制器外接供电，也无需每次断电重启后将电机手动摆放回零位，极大的减小了模组体积并降低了操作难度。并降低了操作难度。并降低了操作难度。

【技术实现步骤摘要】
一种带有输出端编码器的机器人关节及控制方法


[0001]本专利技术属于机器人关节设计与控制领域，具体涉及一种带有输出端编码器的机器人关节及控制方法。

技术介绍

[0002]随着近几年机器人技术的发展，机器人已经各个领域得到了广泛的应用，并逐渐趋于小型化和民用化。带有减速箱的电机作为机器人实现各种功能的执行器，是机器人的重要组成部分，也是当今机器人领域的一个重要研究方向。针对小型民用机器人，低速大转矩永磁同步电机集成小减速比行星减速箱的半直驱关节设计方案，由于其具有成本低、重量轻、方便小型化、输出扭矩相对较高等众多优势，已经在多种足式机器人以及部分机械臂上得到了运用。
[0003]考虑到角位移编码精度，对于带有减速箱的电机，电机控制器通常用编码器测量外转子保持架的角位移。这种方案相比于用编码器测量输出法兰的角位移，具有测量精度高的优点，但是这种方案存在着无法保存输出法兰零点的缺点。机器人关节输出轴的零位对于电机控制至关重要，如果不能永久记录零位，可能将导致电机转动到危险范围，进而造成事故。为了解决这个问题，传统解决方案是给电机控制器外接电源，或者每次断电重启前，手动将电机复位到零位附近。但是，这两种方案存在明显缺点：外接电源的方案使机器人关节的结构体积变大，重量变重，不利于安装于机器人上；手动复位使每次机器人断电重启前的操作复杂化，严重影响了机器人调试的效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种带有输出端编码器的机器人关节，通过将同步电机、行星减速箱、置于机壳中的输出端编码器集成在一起形成机器人关节，实现整体结构的紧凑性；同时电机端编码器磁铁固连在所述外转子保持架上，可通过电机控制器测量所述外转子保持架的角位移，输出端编码器与行星减速箱连接，输出端编码器中的输出端编码器磁铁固连在所述编码器输出齿轮上，通过所述输出端编码器电路板测量所述输出法兰的角位移，进而实现断电保持零位，无需外接电源及手动复位，生产成本低廉。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0006]一种带有输出端编码器的机器人关节，包括：
[0007]同步电机，所述同步电机包括机壳、转子组件、定子和电机控制器，所述定子固连在所述机壳的内腔中，所述转子组件转动连接在所述机壳的内腔中，所述电机控制器固连在所述机壳中，所述转子组件包括电机端编码器磁铁，所述电机端编码器磁铁用于提供转子组件的位置反馈给所述电机控制器；
[0008]行星减速箱，所述行星减速箱包括输出机构、减速机构，所述减速机构包括与所述机壳保持相对位置不变的固定组件和与所述转子组件连接的转动组件，所述输出机构与所述转动组件连接，所述转子组件带动所述转动组件和所述输出机构转动；
[0009]输出端编码器，所述输出端编码器包括输出端编码器电路板、输出端编码器磁铁、编码器输出齿轮、编码器输入齿轮；所述编码器输入齿轮与所述输出机构连接，所述输出机构带动所述编码器输入齿轮转动，所述编码器输入齿轮用于带动所述编码器输出齿轮转动，所述输出端编码器磁铁安装在编码器输出齿轮上，所述输出端编码器电路板用于接收输出端编码器磁铁所提供的输出机构的位置反馈。
[0010]优选的，所述同步电机为外转子同步电机，所述转子组件还包括外转子保持架、外转子钢圈，所述外转子钢圈固连在外转子保持架上，所述电机端编码器磁铁安装在所述外转子保持架朝向电机控制器的一端，以使所述电机控制器能够感应到所述电机端编码器磁铁，从而接收电机端编码器磁铁所提供的外转子保持架的位置反馈，所述外转子保持架与所述机壳通过转子轴承转动连接。
[0011]优选的，所述机壳的一端向内腔中延伸设置有固定部，所述固定部的内圈固定有转子轴承，所述外转子保持架朝向所述电机控制器的一端固定在所述转子轴承的内圈中，以使所述外转子保持架能够与所述机壳转动连接，所述定子固定在所述固定部的外圈上，以使所述定子和所述机壳保持相对位置不变，确保定子稳固安装在所述机壳上，所述外转子保持架朝向所述电机控制器的一端设置安装部，所述安装部设置有空腔，所述电机端编码器磁铁置于所述空腔中，同时所述减速机构中的转动组件的一端也插接在所述空腔中，从而使外转子保持架转动时带动所述转动组件转动。
[0012]优选的，所述电机控制器固连在所述机壳远离所述输出端编码器的一端，且所述电机控制器通过电路板螺丝固定在所述机壳的一端。由于所述电机端编码器磁铁固连在所述外转子保持架上，通过电机控制器可测量所述外转子保持架的角位移。所述输出端编码器磁铁固连在所述编码器输出齿轮上，通过所述输出端编码器电路板可测量所述输出法兰的角位移。
[0013]优选的，所述同步电机还包括后盖，所述后盖通过后盖螺丝安装在所述机壳的一端，并使所述电机控制器置于所述后盖的内侧，从而确保电机控制器被封闭在所述机壳的内腔中，从而保护电机控制器。
[0014]优选的，所述输出机构包括依次设置的端盖、输出法兰、输出行星架，所述端盖与所述机壳远离所述电机控制器的一端固定连接，所述输出法兰与所述端盖转动连接，所述输出行星架与所述输出法兰固定连接，以使所述输出行星架和所述输出法兰一起相对于所述端盖转动。
[0015]优选的，所述端盖上安装有端盖轴承，端盖轴承设置在所述端盖的中间位置，所述输出法兰的外圈套设在所述端盖轴承中，以使所述输出法兰和所述端盖转动连接，所述输出行星架通过螺丝安装在输出法兰上，并且输出行星架的外圈也可套设固定在端盖轴承的内圈中，这样可以保证输出行星架在转动过程中的稳定性。
[0016]优选的，输出端编码器电路板通过螺丝安装在端盖上。
[0017]优选的，所述减速机构的固定组件包括固定环形齿轮，所述固定环形齿轮与所述端盖固定连接，且所述固定环形齿轮的端面与所述端盖之间还设置有端盖轴承垫圈，通过端盖轴承垫圈压住端盖轴承；所述减速机构的转动组件包括行星齿轮组，所述行星齿轮组安装在所述固定环形齿轮的内腔中，且所述行星齿轮组分别与所述输出行星架和外转子保持架连接，以使所述外转子保持架转动时带动所述行星齿轮组和输出行星架转动，所述行
星齿轮组用于控制所述外转子保持架和所述输出行星架的转速比，进而控制整个行星减速箱的减速比。
[0018]优选的，所述行星齿轮组包括中心齿轮和位于所述中心齿轮外周的若干个行星齿轮，所述中心齿轮设置在所述固定环形齿轮内腔中心，所述固定环形齿轮的内圈设置内齿圈，所述行星齿轮置于所述内齿圈和所述中心齿轮之间，所述行星齿轮同时与所述中心齿轮的外圈和所述内齿圈啮合，所述中心齿轮与所述外转子保持架连接，以使所述外转子保持架带动所述中心齿轮转动。
[0019]优选的，所述输出行星架上设置若干个齿轮安装槽，所述行星齿轮置于所述齿轮安装槽中，以使所述中心齿轮带动所述行星齿轮转动时，所述行星齿轮带动所述输出行星架转动。
[0020]优选的，所述齿轮安装槽中设置有齿轮安装柱，所述行星齿轮通过轴承转动安装于所述齿轮安装柱上，每个所述齿轮安装槽对应安装一个所述行星齿轮，通过调整行星齿轮的数量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有输出端编码器的机器人关节，其特征在于，包括：同步电机(1)，所述同步电机包括机壳(107)、转子组件、定子(103)和电机控制器(109)，所述定子(103)固连在所述机壳(107)的内腔中，所述转子组件转动连接在所述机壳(107)的内腔中，所述电机控制器(109)固连在所述机壳(107)中，所述转子组件包括电机端编码器磁铁(104)，所述电机端编码器磁铁(104)用于提供转子组件的位置反馈给所述电机控制器(109)；行星减速箱(2)，所述行星减速箱(2)包括输出机构、减速机构(206)，所述减速机构(206)包括与所述机壳(107)保持相对位置不变的固定组件和与所述转子组件连接的转动组件，所述输出机构与所述转动组件连接，所述转子组件带动所述转动组件和所述输出机构转动；输出端编码器(3)，所述输出端编码器(3)包括输出端编码器电路板(301)、输出端编码器磁铁(302)、编码器输出齿轮(303)、编码器输入齿轮(308)；所述编码器输入齿轮(308)与所述输出机构连接，所述输出机构带动所述编码器输入齿轮(308)转动，所述编码器输入齿轮(308)用于带动所述编码器输出齿轮(303)转动，所述输出端编码器磁铁(302)安装在编码器输出齿轮(303)上，所述输出端编码器电路板(301)用于接收输出端编码器磁铁(302)所提供的输出机构的位置反馈。2.根据权利要求1所述的带有输出端编码器的机器人关节，其特征在于，所述同步电机为外转子同步电机，所述转子组件还包括外转子保持架(101)、外转子钢圈(102)，所述外转子钢圈(102)固连在外转子保持架(101)上，所述电机端编码器磁铁(104)安装在所述外转子保持架(101)朝向电机控制器(109)的一端，所述外转子保持架(101)与所述机壳(107)通过转子轴承(105)转动连接。3.根据权利要求1或2所述的带有输出端编码器的机器人关节，其特征在于，所述输出机构包括依次设置的端盖(202)、输出法兰(201)、输出行星架(203)，所述端盖(202)与所述机壳(107)远离所述电机控制器(109)的一端固定连接，所述输出法兰(201)与所述端盖(202)转动连接，所述输出行星架(203)与所述输出法兰(201)固定连接，以使所述输出行星架(203)和所述输出法兰(201)一起相对于所述端盖(202)转动。4.根据权利要求3所述的带有输出端编码器的机器人关节，其特征在于，所述减速机构(206)的固定组件包括固定环形齿轮(2061)，所述固定环形齿轮(2061)与所述端盖(202)固定连接；所述减速机构(206)的转动组件包括行星齿轮(2063)组，所述行星齿轮(2063)组安装在所述固定环形齿轮(2061)的内腔中，且所述行星齿轮(2063)组分别与所述输出行星架(203)和外转子保持架(101)连接，以使所述外转子保持架(101)转动时带动所述行星齿轮(2063)组和输出行星架(203)转动，所述行星齿轮(2063)组用于控制所述外转子保持架(101)和所述输出行星架(203)的转速比。5.根据权利要求4所述的带有输出端编码器的机器人关节，其特征在于，所述行星齿轮(2063)组包括中心齿轮(2062)和位于所述中心齿轮(2062)外周的若干个行星齿轮(2063)，所述中心齿轮(2062)设置在所述固定环形齿轮(2061)内腔中心，所述固定环形齿轮(2061)的内圈设置内...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐林株，宋志涛，曾宣淇，张凌伟，张鸿博，刘云辉，
申请(专利权)人：香港中文大学深港创新研究院福田，
类型：发明
国别省市：