一种机器人关节及其辅助设计方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种机器人关节及其辅助设计方法和装置，属于机器人领域。机器人关节包括：共轴的关节轴系和电机转子轴系；关节轴系包括主动关节、从动关节和关节轴承；电机转子轴系包括电机主轴、电机轴承、主动关节旋转变压器、永磁同步电机、谐波齿轮减速器和从动关节旋转变压器。方法包括：根据设计的机器人关节的各个组成部件的材料热特性、各个组成部件之间的接触面的热阻，计算设计的机器人关节的总的热容量；根据计算出的设计的机器人关节的总的热容量、预设的环境温度和预设的机器人关节的总的功率损耗，模拟计算设计的机器人关节在预设的环境下的工作温度；根据计算出的设计的机器人关节的工作温度，验证设计的机器人关节的合理性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人领域，特别涉及一种机器人关节及其辅助设计方法和装置。
技术介绍
机器人关节是机器人的重要组成部分，是机器人的执行部件，主要完成位 置、速度和力的输出。机器人关节是涉及机械、电子、传感器和控制等多重技 术的机电系统。机器人关节通常包括机械结构、传动系统以及驱动系统，其中 传动系统可以是直齿轮减速器和谐波齿轮减速器等，驱动系统可以是直流电机 禾口交《u电才几等。目前，构建机器人关节的部件大多釆用分立元件或模块化的设计。基于分 立元件设计的机器人关节中，每个元件都具有独立的封装外壳和安装表面。基 于模块化设计的机器人关节中，将传感系统、驱动系统、控制系统和电源系统 等电气系统都集成在关节的内腔，并采用大中心孔的方法在关节的内腔布线。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现在技术至少存在以下缺点 对于采用分立元件设计的机器人关节，由于要为每个元件设置独立的封装 外壳与安装表面，导致关节的体积和重量较大和关节的集成度较低，关节的寿 命也较短等。对于采用模块化设计的机器人关节，仅仅是各个分立系统的综合， 传动系统、驱动系统的各个部件依旧是分立的元件，结构设计上的整体性较差， 关节的集成度较低。
技术实现思路
为了降低机器人关节的体积和重量，提高结构设计上的整体性以及集成度， 以及保证设计的机器人关节的合理性，本专利技术实施例提供了 一种机器人关节及 其辅助设计方法和装置。所述技术方案如下一方面，本专利技术实施例提供了一种机器人关节，所述机器人关节包括共轴的关节轴系和电机转子轴系；所述关节轴系包括主动关节、>^人动关节和关节轴^^;所述主动关节和所述 从动关节通过所述关节轴承相连形成中空的内腔；所述电机转子轴系位于关节轴系的内腔，所述电机转子轴系包括电机主轴、 电机轴承、主动关节旋转变压器、永磁同步电机、谐波齿轮减速器和从动关节 旋转变压器；所述主动关节旋转变压器包括主动关节旋转变压器的定子和主动 关节旋转变压器的转子；所述永磁同步电机包括永磁同步电机的定子和永磁同 步电机的转子；所述谐波齿轮减速器包括谐波齿轮减速器的刚轮、谐波齿轮减 速器的波发生器和谐波齿轮减速器的柔轮；所述从动关节旋转变压器包括从动 关节旋转变压器的定子和从动关节旋转变压器的转子；所述电才几主轴是所述关节轴系和所述电4几转子轴系的轴心，所述电才几主轴 通过所述电机轴承与所述主动关节和所述从动关节相连；动关节旋转变压器的转子、所述永磁同步电机的转子和所述从动关节旋转变压 器的转子；所述永磁l装有所述永磁同步电机的定子和所述谐波齿轮减速器的波发生器;所述谐波苗松賊迷器的敬及玍器上〉t 依次安装有所述谐波齿轮減速器的刚轮和所述谐波齿轮减速器的柔轮；将所述主动关节作为所述主动关节旋转变压器的定子和所述永磁同步电机 的定子的外壳；将所述从动关节作为所述从动关节旋转变压器的定子、谐波齿轮减速器的 刚轮和谐波齿轮减速器的波发生器的外壳。 进一步地，所述电机主轴的内腔为中空。进一步地，所述主动关节旋转变压器的左侧设有安装控制电路的空间。 另一方面，本专利技术实施例提供了一种机器人关节辅助设计方法，所述方法 包括根据设计的机器人关节的各个组成部件的材料热特性、各个组成部件之间的接触面的热阻，计算所述设计的机器人关节的总的热容量；根据计算出的所述设计的机器人关节的总的热容量、预设的环境温度和预设的机器人关节的总的功率损耗，模拟计算所述设计的机器人关节在预设的环 境下的工作温度；根据计算出的所述设计的机器人关节的工作温度，验证所述设计的机器人 关节的合理性。进一步地，所述根据计算出的所述设计的机器人关节的工作温度，验证所述设计的机器人关节的合理性包括根据计算出的所述设计的机器人关节的工作温度，判断所述设计的机器人关节的工作温度是否在机器人关节正常工作的温度范围内；如果所述设计的机器人关节的工作温度在所述机器人关节正常工作的温度 范围内，则所述设计的机器人关节合理；否则，所述设计的机器人关节不合理。另一方面，本专利技术实施例提供了一种机器人关节辅助设计装置，所述装置 包括性、各个组成部件之间的接触面的热阻，计算所述设计的机器人关节的总的热合里,温度获取模块，用于在所述热容量获取模块计算出所述设计的机器人关节 的总的热容量后，根据计算出的所述设计的机器人关节的总的热容量、预设的 环境温度和预设的机器人关节的总的功率损耗，模拟计算所述设计的机器人关节在预设的环境下的工作温度；验证模块，用于在所述温度获取模块计算出所述设计的机器人关节的工作 温度后，根据计算出的所述设计的机器人关节的工作温度，验证所述设计的机 器人关节的合理性。进一步地，所述验证模块具体包括判断单元，用于在所述温度获取模块计算出所述设计的机器人关节的工作 温度后，根据计算出的所述设计的机器人关节的工作温度，判断所述设计的机 器人关节的工作温度是否在机器人关节正常工作的温度范围内；处理单元，用于在所述判断单元的判断结果是所述设计的机器人关节的工 作温度在所述机器人关节正常工作的温度范围内时，所述设计的机器人关节合理；否则，所述设计的机器人关节不合理。本专利技术实施例提供的技术方案的有益效果是通过将主动关节和从动关节作为永磁同步电机、主和从动关节旋转变压器 和整个机器人关节的外壳，避免了使用多余的外壳，可以降低机器人关节的体部直接集成在电机主轴上，将主动关节旋转变压器的定子安装在主动关节旋转 变压器的转子上，将永磁同步电机的定子和谐波齿轮减速器的波发生器安装在压器的转子上，将谐波齿轮减速器的刚轮和谐波齿轮减速器的柔轮安装在谐波 齿轮减速器的波发生器上，从而使得各个部件的接触面可以互为安装表面，避 免了使用多余的安装表面，进一步降低了机器人关节的体积和重量，提高了结 构设计上的整体性以及集成度。在设计机器人关节的过程中，通过设计的机器 人关节的各个组成部件的材料热特性、各个组成部件之间的接触面的热阻、预 设的环境温度和预设的机器人关节的总的损耗，模拟计算出设计的机器人关节 的工作温度，根据设计的机器人关节的工作温度可以验证设计的机器人关节的 合理性，从而保证了机器人关节可以正常工作，避免了机器人关节的温度过高 造成的机器人关节无法正常工作的缺陷。附图说明图l是本专利技术实施例l提供的一种机器人关节的剖面结构示意图； 图2是本专利技术实施例2提供的一种机器人关节的热^^莫型示意图； 图3是本专利技术实施例2提供的一种机器人关节辅助设计方法流程图； 图4是本专利技术实施例3提供的一种机器人关节辅助设计装置结构示意图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术 实施方式作进一步地详细描述。 实施例1参见图1，本专利技术实施例提供了一种机器人关节，机器人关节包括关节轴系 和电机转子轴系，关节轴系和电机转子轴系共轴。其中，关节轴系包括主动关节l、从动关节6和关节轴承17,主动关节1和从动关节6通过关节轴承17相 连，主动关节1和从动关节6相连形成中空的内腔。电机转子轴系位于关节轴 系的内腔，电机转子轴系包括电机主轴16、电机轴承14、主动关节旋转变压器 (包括主动关节旋转变压器的定子2和主动关节旋转变压器的转子3 )、永磁同 步电机(包括永磁同步电机的定子4和永磁同步电机的转子5 )、谐波齿轮减速 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人关节，其特征在于，所述机器人关节包括：共轴的关节轴系和电机转子轴系；　所述关节轴系包括主动关节、从动关节和关节轴承；所述主动关节和所述从动关节通过所述关节轴承相连形成中空的内腔；　所述电机转子轴系位于所述关节轴系的内腔，所述电机转子轴系包括电机主轴、电机轴承、主动关节旋转变压器、永磁同步电机、谐波齿轮减速器和从动关节旋转变压器；所述主动关节旋转变压器包括主动关节旋转变压器的定子和主动关节旋转变压器的转子；所述永磁同步电机包括永磁同步电机的定子和永磁同步电机的转子；所述谐波齿轮减速器包括谐波齿轮减速器的刚轮、谐波齿轮减速器的波发生器和谐波齿轮减速器的柔轮；所述从动关节旋转变压器包括从动关节旋转变压器的定子和从动关节旋转变压器的转子；　所述电机主轴通过所述电机轴承与所述主动关节和所述从动关节相连，所述电机主轴是所述关节轴系和所述电机转子轴系的轴心；　所述电机主轴上沿所述主动关节至所述从动关节的方向依次安装有所述主动关节旋转变压器的转子、所述永磁同步电机的转子和所述从动关节旋转变压器的转子；　所述主动关节旋转变压器的转子上安装有所述主动关节旋转变压器的定子；　所述永磁同步电机的转子上沿所述主动关节至所述从动关节的方向依次安装有所述永磁同步电机的定子和所述谐波齿轮减速器的波发生器；　所述从动关节旋转变压器的转子上安装有所述从动关节旋转变压器的定子；　所述谐波齿轮减速器的波发生器上沿所述主动关节至所述从动关节的方向依次安装有所述谐波齿轮减速器的刚轮和所述谐波齿轮减速器的柔轮；　将所述主动关节作为所述主动关节旋转变压器的定子和所述永磁同步电机的定子的外壳；　将所述从动关节作为所述从动关节旋转变压器的定子、所述谐波齿轮减速器的刚轮和所述谐波齿轮减速器的波发生器的外壳。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄强，蒋志宏，贾宏亮，李辉，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]