本发明专利技术公开了一种电机减速器一体化的变刚度关节驱动器，属于机器人领域，包括：力矩电机，力矩电机包括机壳、定子、转子、针齿销、针齿套；减速器机芯，减速器机芯包括摆线轮、行星架、偏心轴。电机与摆线针轮减速器相连；达到的技术效果：增强驱动器抗冲击能力与反向驱动能力。转子外置于定子，偏心轴连接转子，减速器置于电机内部；达到了技术效果：实现电机减速器一体化，减小驱动器轴向尺寸。摆线轮上设有圆形孔和异形孔，行星架上设有圆形柱销与异形柱销，额定载荷下，圆形孔与圆形柱销接触，异形孔与异型柱销不接触；超过额定载荷时，圆形孔与圆形柱销挤压，达到许用变形，异形孔与异型柱销接触；达到了技术效果：驱动器刚度发生变化。驱动器刚度发生变化。驱动器刚度发生变化。
【技术实现步骤摘要】
一种电机减速器一体化的变刚度关节驱动器
[0001]本专利技术公开了一种电机减速器一体化的变刚度关节驱动器，特点在于电机与减速器高度集成，可根据负载实时变化刚度，增强了驱动器的功率密度、抗冲击能力和反向驱动能力，属于机器人领域。
技术介绍
[0002]腿足移动机器人可以被广泛应用于外太空探索、军事侦察、战争冲突、灾难救援等诸多环境中。关节驱动器是腿足移动机器人的核心模块，直接决定机器人的运动平衡性、稳定性和抗干扰能力。关节驱动器功率密度、抗冲击能力和反向驱动能力的提升可显著增强腿足移动机器人在非结构环境下的适应性与动态响应能力。
[0003]谐波减速器具有传动平稳、结构紧凑、传动精度高等优点，因此，腿足移动机器人关节处多采用谐波减速器与电机在轴向上首尾串联排布，并在谐波减速器的末端串联力矩传感器的布局方式。这种布局方式虽然可以增加传动平稳性，但增加了驱动器的轴向尺寸和机械系统复杂性，造成驱动器功率密度降低，不便于精度控制和动态力跟踪。此外，与其他行星减速器相比，谐波减速器传动比大、传动效率低，使其反向驱动能力不高。在承受冲击载荷方面，谐波减速器钢轮与柔轮啮合，易造成齿轮断裂，固不能承受腿足机器人在奔跑跳跃过程中受到的冲击载荷。
[0004]另一类较常用的关节减速器，是采用渐开线齿轮传动的行星减速器。这种减速器具有传动效率高、反向驱动能力强、制造简单等优点，但这种减速器传动回差大，在腿足机器人高速奔跑过程中容易发生抖振。
[0005]而摆线减速器结构紧凑、承载能力强、传动比范围大，与谐波和行星减速器相比，抗冲击能力强，适用于腿足移动机器人非结构环境下的奔跑与跳跃。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于，针对现有机器人关节驱动器反向驱动能力低、轴向尺寸大、功率密度低、抗冲击能力不足等问题，公开了一种电机减速器一体化的变刚度关节驱动器，包括：
[0007]力矩电机，力矩电机包括机壳、定子、转子、针齿销、针齿套；
[0008]减速器机芯，减速器机芯包括两片呈180
°
相位差布置的完全相同的摆线轮、偏心轴、行星架。
[0009]在改进的方案当中，电机与摆线针轮减速器相连，增强了驱动器的抗冲击能力、传动效率和反向驱动能力。
[0010]在改进的方案当中，定子与机壳固定；转子上设有凸缘，凸缘上嵌有永磁体；凸缘置于转子线圈外侧，实现转子外置于定子。偏心轴与转子通过止口定心并采用螺栓连接，电机转子旋转驱动摆线针轮减速器。摆线针轮减速器内置于力矩电机中，减小了驱动器轴向尺寸，增加了功率密度，实现了关节驱动器的高度集成与机电一体化。
[0011]在改进的方案当中，两片呈180
°
相位差布置的完全相同的摆线轮轮腹上设有圆形孔与异型孔；行星架上设有圆形柱销与异形柱销。当实际负载低于额定载荷时，圆形孔与圆形柱销相接触，以此传递动力；发生冲击时，实际负载高于额定载荷，圆形孔与圆形柱销挤压，达到许用变形后，异形孔与异形柱销开始接触，增加减速器的刚度。
[0012]本专利技术达到的技术效果如下：
[0013]1、摆线针轮减速器具有抗冲击能力强、传动效率高、结构紧凑、传动比范围广的优点。采用摆线针轮减速器与电机相连，增强了关节驱动器的抗冲击能力、传动效率和反向驱动能力。
[0014]2、力矩电机转子外置于定子，减速器内置于力矩电机中，电机转子与偏心轴固连，减小驱动器轴向尺寸，且无需配置辅助弹簧编码器，实现了关节驱动器的高度集成，增强了功率密度。
[0015]3、在摆线针轮减速器中，可根据负载转矩调整行星架柱销与摆线轮柱销孔的接触方式：在平稳运行(负载低于额定载荷)时，圆形柱销与圆形孔接触传递动力；冲击载荷作用下(负载超过额定载荷)，圆形柱销与圆形孔挤压变形达到许用值，行星架异形柱销与摆线轮异形孔发生接触，开始传递动力。通过调整不同柱销的接触方式，实现了减速器刚度的改变，增强了关节驱动器的抗冲击能力。
附图说明
[0016]图1是本专利技术一种电机减速器一体化的变刚度关节驱动器的轴测示意图；
[0017]图2是本专利技术一种电机减速器一体化的变刚度关节驱动器的组成及装配示意图；
[0018]图3是力矩电机上部分的轴测示意图；
[0019]图4是力矩电机下部分的轴测示意图；；
[0020]图5是摆线轮与针齿相啮合的示意图；
[0021]图6是减速器机芯的轴测示意图；
[0022]图7是行星架的轴测示意图；
[0023]图8是行星架柱销与摆线轮轮腹上柱销孔相配合的轴测示意图；
[0024]图9是摆线轮示意图；
[0025]图中标记：
[0026]1‑
力矩电机，11
‑
机壳，111
‑
反馈传感器，12
‑
定子，121
‑
线圈，13
‑
转子，131
‑
凸缘，132
‑
永磁体，133
‑
磁性元件，14
‑
针齿销，15
‑
针齿套，2
‑
减速器机芯，21
‑
摆线轮，211
‑
圆形孔，212
‑
异形孔，22
‑
偏心轴，23
‑
行星架，231
‑
圆形柱销，232
‑
异形柱销。
具体实施方式
[0027]下面结合附图，对本专利技术作详细的说明。
[0028]以下对本专利技术及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，实际的实施方式并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本专利技术创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利技术的保护范围。
[0029]如图1所示，作为本专利技术的一个具体的实施例，公开了一种电机减速器一体化变刚
度关节驱动器，能够用于机器人等领域。
[0030]在优选的实施例当中，其装配关系如图2所示：
[0031]机壳11由上下两部分通过螺栓连接拼接而成；定子12与机壳11上部分通过螺栓固定，定子12上缠绕有线圈121，定子12与机壳11间置有针齿销14，针齿销14外套有针齿套15，轴测图如图3所示；转子13与机壳11下部分通过轴承相连，轴测图如图4所示；当定子线圈通电后，转子可以相对定子发生转动，转子13轴端嵌有磁性元件133，固定在机壳11上的反馈传感器111能够感应磁性元件133的转速与位置，从而将电机的信息传递入电机控制器中，以此控制电机的旋转。
[0032]偏心轴22与转子13通过螺栓连接，摆线轮21与针齿套15相啮合，啮合样式如图5所示。动力可以从电机传入减速器，实现了电机和摆线齿轮减速器的高度集成，实现了电机与减速器一体化，减小了关节驱动器的轴向尺寸。
[0033]减速器机芯2轴测图如图6所示；摆线轮本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电机减速器一体化的变刚度关节驱动器，其特征在于，包括：力矩电机(1)，力矩电机(1)包括机壳(11)、定子(12)、转子(13)、针齿销(14)、针齿套(15)，机壳(11)上固定有反馈传感器(111)，定子(12)上缠有线圈(121)，转子(13)上设有凸缘(131)，凸缘(131)上嵌有永磁体(132)，转子(13)的轴端嵌有磁性元件(133)；减速器机芯(2)，减速器机芯(2)包括两片呈180
°
相位差布置的完全相同的摆线轮(21)、偏心轴(22)、行星架(23)，摆线轮(21)轮腹上设有圆形孔(211)与异型孔(212)，行星架(23)上设有圆形柱销(231)与异形柱销(232)；定子(12)与机壳(11)通过螺栓连接固定，定子(12)与机壳(11)间置有针齿销(14)，针齿销(14)上套有针齿套(15)；定子(12)外侧与机壳(11)内侧间有空腔，转子(13)上的凸缘(131)与永磁体(132)置于空腔内，实现转子外置于定子；转子(13)的轴端通过轴承与机壳相连；减速器机芯(2)中，两片呈180
°
相位差布置的完全相同的摆线轮(21)的中心孔内套有滚针轴承，滚针轴承套在偏心轴(22)上；行星架(23)由上下两部分通过螺栓连接拼接而成；行星架(...
【专利技术属性】
技术研发人员：纪姝婷，袁尔浩，张跃明，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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