【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机器人，涉及一种直线电缸，尤其涉及一种集驱动、感知和控制的一体化直线驱动电缸。
技术介绍
1、人形机器人是现代科技发展的重要产物，随着国内和国际上对人形机器人的研究，逐渐开始使用轻量化的电缸作为驱动元件，并且电缸的功能在一定程度上得到了完善和优化。例如，中国专利“cn219999173u”公开的“一种适用于人形机器人的伺服电缸”，其包括具有转动设置的电机轴的伺服电机，伺服电机一端同轴连接有套筒体，套筒体内穿设有丝杆体，丝杆体与电机轴可拆相连，在套筒体内活动设有与丝杆体螺纹相连的丝杆螺母，丝杆螺母一端延伸至套筒体外侧，丝杆螺母延伸至套筒体外侧的一端和/或伺服电机远离套筒体的一端设有球铰组件。该装置采用分体式结构，丝杆体通过转换法兰与伺服电机相连，提高散热能力，也提高了灵活性，同时电机定子与缸体一体化设计，保证了机械尺寸的紧凑，并且球铰组件的设计，可用于直线推拉场景，适用于人形机器人的肌肉仿生模拟。
2、但是此电缸在输出动力、集成度、轻质性、结构强度、功耗和运动速度方面仍然存在一定的劣势，不能满足人形机器人对低功耗和高动态的需求。具体的，目前电缸对人形机器人存在以下制约因素：一是，动力输出不足和运动速度慢，导致机器人的运动能力和工作效率受到了限制。二是，轴向尺寸大，导致机器人关节的运动行程受到了限制。三是，集成度低、体积大和重量大，导致机器的灵活性受到了限制，且影响了机器人的平衡性和稳定性，增加控制和运动的难度。四是，待机功耗高，导致机器人的使用时间和效率受到了限制。五是，结构强度低，使人形机器人的功能受限
技术实现思路
1、本专利技术为解决上述技术问题，提供一种集驱动、感知和控制的一体化直线驱动电缸。
2、本专利技术为解决上述技术问题采用的技术方案是：
3、一种集驱动、感知和控制的一体化直线驱动电缸，它包括电缸外壳、直流无刷电机、电缸传动模块、动力输出模块、失电制动模块、拉/压应力传感器、电磁编码器、霍尔限位传感器、电位计位移传感器和驱控集成电路板；所述的电缸传动模块与直流无刷电机由内至外依次设置在电缸外壳内，并与电缸外壳同轴布置；所述电缸传动模块轴向的两端分别伸出直流无刷电机两端的端部，并与电缸外壳转动连接；所述的失电制动模块、拉/压应力传感器和电磁编码器设置在电缸外壳内，并布置在电缸传动模块的一端，所述电缸传动模块的一端与失电制动模块的制动端连接，电缸传动模块的另一端与动力输出模块连接，并为动力输出模块提供直线运动的动力；所述的动力输出模块设置在电缸外壳外的一端，并与电缸外壳的外壁滑动连接；所述的驱控集成电路板安装在电缸外壳的外侧壁上，并与直流无刷电机电连接；所述的拉/压应力传感器与驱控集成电路板电连接；所述的电位计位移传感器和霍尔限位传感器安装在动力输出模块上，并分别与驱控集成电路板连接；
4、所述的电缸传动模块包括动力输入轴、丝杠螺母、丝杆轴、轴向定位组件和两组径向定位组件；所述的动力输入轴为中空的筒状结构，动力输入轴左侧的轴段插装在电机转子内，并与电机转子固定连接，动力输入轴右侧的轴段通过轴向定位组件与电缸外壳1转动连接，动力输入轴的两端分别通过一组径向定位组件与失电制动模块和电缸外壳上右侧的端盖转动连接，动力输入轴通过轴向定位组件和径向定位组件实现轴向定位和径向定位；所述的丝杠螺母从动力输入轴的一端端口插在动力输入轴内，并与动力输入轴采用键连接，以实现二者之间扭矩的传递；所述的丝杠螺母通过动力输入轴内环壁上的轴肩和轴向定位组件实现轴向定位；所述的丝杆轴同轴插在动力输入轴内，并与丝杠螺母螺接在一起，丝杆轴的动力输出端连接在动力输出模块上。
5、优选地，所述丝杆轴左端的端部安装有一个圆台形限位块，圆台形限位块的最小外径小于动力输入轴左端端口口径，圆台形限位块的最大外径大于动力输入轴左端端口口径，所述圆台形限位块的最大外径大于丝杠螺母的内螺纹孔的孔径。
6、优选地，所述的动力输出模块包括输出连杆、输出端盖、n根导杆和2n个石墨铜管；所述的输出端盖设置在电缸外壳外，并与电缸外壳右侧的端盖平行布置；所述输出连杆的一端同轴连接在输出端盖的外端面上，丝杆轴的动力输出端同轴连接在输出端盖的内端面上，丝杆轴通过输出端盖将动力传递给输出连杆；n根所述的导杆周向均匀布置，导杆的一端固定连接在输出端盖的内端面上，导杆的另一端通过两个石墨铜管分别插装在电缸外壳上轴向对应设置的两个导向连接座内，并沿着导向连接座的轴线方向进行直线运动。
7、优选地，所述电缸外壳上左侧端盖的外端面设置有同轴布置的电缸连接部，电缸连接部的端部设置有关节轴承一，所述输出连杆的另一端设置有关节轴承二。
8、优选地，所述输出端盖的中心位置处开有螺纹通孔，输出连杆与输出端盖的连接端开有外螺纹，并螺接有一个六角螺母；丝杆轴的输出端开有外螺纹，输出连杆的螺纹端与丝杆轴的螺纹端共同螺接在输出端盖的螺纹通孔内；六角螺母的一端端面抵接在输出端盖上，六角螺母的另一端端面抵接在输出连杆的轴肩上。
9、优选地，所述的失电制动模块包括均为环形的安装座、失电制动转子、失电制动定子和间隙调整垫圈，所述的安装座固定安装在动力输入轴的左端端面上，失电制动定子、失电制动转子和间隙调整垫圈依次套在动力输入轴的左侧轴段上，失电制动定子固定安装在电缸外壳的内部，所述的间隙调整垫圈和失电制动转子固定安装在安装座的右端面上，失电制动转子和失电制动定子之间留有间隙。
10、优选地，所述的拉/压应力传感器包括定位套环、拉/压力检测电路板和四个应变片，所述的定位套环安装在电缸外壳上左侧端盖的内端面上，拉/压力检测电路板安装在定位套环上，四个所述的应变片沿着电缸外壳上左侧端盖的径向方向对称粘贴在左侧端盖的外端面上；四个所述的应变片以惠斯通电桥的方式与拉/压力检测电路板电连接。
11、优选地，所述的电磁编码器为旋转磁极，旋转磁极粘贴在失电制动模块中安装座背向失电制动转子的一侧端面上，并与拉/压力检测电路板之间留有间隙；所述的拉/压力检测电路板上设置有与旋转磁极相配合的芯片，通过芯片可以确定旋转磁极的旋转角度。
12、优选地，所述的霍尔限位传感器包括磁缸和两个检测芯片，所述的磁缸安装在动力输出模块中导杆的末端，两个所述的检测芯片沿着导杆的轴线方向安装在驱控集成电路板上，并与驱控集成电路板电连接。
13、优选地，所述的电位计位移传感器包括电刷和电刷定位销，电刷定位销设置在电刷上，所述的驱控集成电路板上并排设置有两个碳道，碳道的延伸方向与动力输出模块的运动方向相同，所述的电刷安装在霍尔限位传感器的外壳上，并朝向驱控集成电路板设置，电刷的两个刷体与驱控集成电路板上的两个碳道分别滑动连接。
14、本专利技术与现有技术相比产生的有益效果是：
15、1、本专利技术采用轴向尺寸小的直流无刷电机和采用以套叠的方式设计的电缸传动模块，使得电缸整体轴向尺寸较小、质量较轻、集成度本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种集驱动、感知和控制的一体化直线驱动电缸，其特征在于：它包括电缸外壳(1)、直流无刷电机(2)、电缸传动模块(3)、动力输出模块(4)、失电制动模块(5)、拉/压应力传感器(6)、电磁编码器(7)、霍尔限位传感器(8)、电位计位移传感器(9)和驱控集成电路板(10)；所述的电缸传动模块(3)与直流无刷电机(2)由内至外依次设置在电缸外壳(1)内，并与电缸外壳(1)同轴布置；所述电缸传动模块(3)轴向的两端分别伸出直流无刷电机(2)两端的端部，并与电缸外壳(1)转动连接；所述的失电制动模块(5)、拉/压应力传感器(6)和电磁编码器(7)设置在电缸外壳(1)内，并布置在电缸传动模块(3)的一端，所述电缸传动模块(3)的一端与失电制动模块(5)的制动端连接，电缸传动模块(3)的另一端与动力输出模块(4)连接，并为动力输出模块(4)提供直线运动的动力；所述的动力输出模块(4)设置在电缸外壳(1)外的一端，并与电缸外壳(1)的外壁滑动连接；所述的驱控集成电路板(10)安装在电缸外壳(1)的外侧壁上，并与直流无刷电机(2)电连接；所述的拉/压应力传感器(6)与驱控集成电路板(10)电连
2.根据权利要求1所述的一种集驱动、感知和控制的一体化直线驱动电缸，其特征在于：所述丝杆轴(3-3)左端的端部安装有一个圆台形限位块(3-3-1)，圆台形限位块(3-3-1)的最小外径小于动力输入轴(3-1)左端端口口径，圆台形限位块(3-3-1)的最大外径大于动力输入轴(3-1)左端端口口径，所述圆台形限位块(3-3-1)的最大外径大于丝杠螺母(3-2)的内螺纹孔的孔径。
3.根据权利要求1所述的一种集驱动、感知和控制的一体化直线驱动电缸，其特征在于：所述的动力输出模块(4)包括输出连杆(4-1)、输出端盖(4-2)、N根导杆(4-3)和2N个石墨铜管(4-4)；所述的输出端盖(4-2)设置在电缸外壳(1)外，并与电缸外壳(1)右侧的端盖平行布置；所述输出连杆(4-1)的一端同轴连接在输出端盖(4-2)的外端面上，丝杆轴(3-3)的动力输出端同轴连接在输出端盖(4-2)的内端面上，丝杆轴(3-3)通过输出端盖(4-2)将动力传递给输出连杆(4-1)；N根所述的导杆(4-3)周向均匀布置，导杆(4-3)的一端固定连接在输出端盖(4-2)的内端面上，导杆(4-3)的另一端通过两个石墨铜管(4-4)分别插装在电缸外壳(1)上轴向对应设置的两个导向连接座(1-2-1)内，并沿着导向连接座(1-2-1)的轴线方向进行直线运动。
4.根据权利要求3所述的一种集驱动、感知和控制的一体化直线驱动电缸，其特征在于：所述电缸外壳(1)上左侧端盖的外端面设置有同轴布置的电缸连接部(1-1-1)，电缸连接部(1-1-1)的端部设置有关节轴承一(1-1-2)，所述输出连杆(4-1)的另一端设置有关节轴承二(4-5)。
5.根据权利要求3所述的一种集驱动、感知和控制的一体化直线驱动电缸，其特征在于：所述输出端盖(4-2)的中心位置处开有螺纹通孔(4-2-1)，输出连杆(4-1)与输出端盖(4-2)的连接端开有外螺纹，并螺接有一个六角螺母(4-6)；丝杆轴(3-3)的输出端开有外螺纹，输出连杆(4-1)的螺纹端与丝杆轴(3-3)的螺纹端共同螺接在输出端盖(4-2)的螺纹通孔(4-2-1)内；六角螺母(4-6)的一端端面抵接在输出端盖(4-2)上，六角螺母(4-6)的另一端端面抵接在输出连杆(4-1)的轴肩上。
6.根据权利要求1所述的一种集驱动、感知和控制的一体化直线驱动电缸，其特征在于：所述的失电制动模块(5)包括均为环形的安装座(5-1)、失电制动转子(5-2)、失电制动定子(5-3)和间隙调整垫圈(5-4)，所述的安装座(5-1)固定安装在动力输入轴(3-1)的左端端面上，失电制动定子(5-3)、失电制动转子(5-2)和间隙调整垫圈(5-4)依次套在动力输入轴(3-1)的左侧轴段上，失电制动定子(5-3)固定安装在电缸外壳(1)的内部，所述的间隙调整垫圈(5-4)和失电制动转子(5-2)固定安装在安装座(5-1)的右端面上，失电制动转子(5-2)和失电制动定子(5-3)之间留有间隙。
7.根据权利要求6所述的一种集驱动、感知和控制的一体化直线驱动电缸，其特征在于：所述的拉/压应力传感器(6)包括定位套环(6-1)、拉/压力检测电路板(6-2)和四个应变片(6-3)，所述的定位套环(6-1)安装在电缸外壳(1)上左侧端盖的内端面上，拉/压力检测电路板(6-2)安装在定位套环(6-1...
【技术特征摘要】
1.一种集驱动、感知和控制的一体化直线驱动电缸，其特征在于：它包括电缸外壳(1)、直流无刷电机(2)、电缸传动模块(3)、动力输出模块(4)、失电制动模块(5)、拉/压应力传感器(6)、电磁编码器(7)、霍尔限位传感器(8)、电位计位移传感器(9)和驱控集成电路板(10)；所述的电缸传动模块(3)与直流无刷电机(2)由内至外依次设置在电缸外壳(1)内，并与电缸外壳(1)同轴布置；所述电缸传动模块(3)轴向的两端分别伸出直流无刷电机(2)两端的端部，并与电缸外壳(1)转动连接；所述的失电制动模块(5)、拉/压应力传感器(6)和电磁编码器(7)设置在电缸外壳(1)内，并布置在电缸传动模块(3)的一端，所述电缸传动模块(3)的一端与失电制动模块(5)的制动端连接，电缸传动模块(3)的另一端与动力输出模块(4)连接，并为动力输出模块(4)提供直线运动的动力；所述的动力输出模块(4)设置在电缸外壳(1)外的一端，并与电缸外壳(1)的外壁滑动连接；所述的驱控集成电路板(10)安装在电缸外壳(1)的外侧壁上，并与直流无刷电机(2)电连接；所述的拉/压应力传感器(6)与驱控集成电路板(10)电连接；所述的电位计位移传感器(9)和霍尔限位传感器(8)安装在动力输出模块(4)上，并分别与驱控集成电路板(10)连接；
2.根据权利要求1所述的一种集驱动、感知和控制的一体化直线驱动电缸，其特征在于：所述丝杆轴(3-3)左端的端部安装有一个圆台形限位块(3-3-1)，圆台形限位块(3-3-1)的最小外径小于动力输入轴(3-1)左端端口口径，圆台形限位块(3-3-1)的最大外径大于动力输入轴(3-1)左端端口口径，所述圆台形限位块(3-3-1)的最大外径大于丝杠螺母(3-2)的内螺纹孔的孔径。
3.根据权利要求1所述的一种集驱动、感知和控制的一体化直线驱动电缸，其特征在于：所述的动力输出模块(4)包括输出连杆(4-1)、输出端盖(4-2)、n根导杆(4-3)和2n个石墨铜管(4-4)；所述的输出端盖(4-2)设置在电缸外壳(1)外，并与电缸外壳(1)右侧的端盖平行布置；所述输出连杆(4-1)的一端同轴连接在输出端盖(4-2)的外端面上，丝杆轴(3-3)的动力输出端同轴连接在输出端盖(4-2)的内端面上，丝杆轴(3-3)通过输出端盖(4-2)将动力传递给输出连杆(4-1)；n根所述的导杆(4-3)周向均匀布置，导杆(4-3)的一端固定连接在输出端盖(4-2)的内端面上，导杆(4-3)的另一端通过两个石墨铜管(4-4)分别插装在电缸外壳(1)上轴向对应设置的两个导向连接座(1-2-1)内，并沿着导向连接座(1-2-1)的轴线方向进行直线运动。
4.根据权利要求3所述的一种集驱动、感知和控制的一体化直线驱动电缸，其特征在于：所述电缸外壳(1)上左侧端盖的外端面设置有同轴布置的电缸连接部(1-1-1)，电缸连接部(1-1-1)的端部设置有关节轴承一(1-1-2)，所述输出连杆(4-1)的另一端设置有关节轴承二(4-5)。
5.根据权利要求3所述的一种集驱动、感知和控制的一体化直线驱动电缸，其特征在于：所述输出端盖(4-2)的中心位置处开有螺纹通...
【专利技术属性】
技术研发人员：李雪皑，孙永军，王君扬，祁乐，曹宝石，倪风雷，史士财，杨雨晨，刘宏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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