具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节制造技术

具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节。它涉及机械臂模块化关节。以解决现有机械臂关节重量大、负载能力低、体积大、集成度低、感知能力差问题。机械及关节电气系统、传感器系统和失电制动器集成一体；电气系统包括关节驱动板、控制板；传感器系统包括力矩传感器、绝对式光电编码器、增量式磁编码器及电机霍尔传感器，增量式磁编码器包括磁环及增量式磁编码器电路板；电机霍尔传感器包括电机霍尔及电机霍尔传感器电路板；绝对式光电编码器固套装在绝对式光电编码器固定架上，光电/力矩传感器处理电路板、电机霍尔传感器电路板、增量式磁编码器电路板及失电制动器均通过导线与关节控制板连接。用于串联构成大力矩的多自由度机械臂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机械臂模块化关节。
技术介绍
机械臂关节是机械臂构成的核心部件,关节的整体结构 、负载能力及感知能力直接影响着机械臂整体的作业水平。近年来服务型机器人、空间机器人以及特种操作机器人等的迅速发展，对机械臂的性能提出了更高的要求。高性能、模块化、大负载机械臂关节的研制显得尤为必要。目前国内市场上机械臂关节普遍存在重量大、负载能力低、体积大、集成度低、感知能力差等问题，限制了机械臂性能的进一步提升。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节，以解决现有机械臂关节重量大、负载能力低、体积大、集成度低、感知能力差等问题。本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节，所述机械臂模块化关节包括机械系统、关节电气系统、传感器系统及失电制动器；机械系统、关节电气系统、传感器系统和失电制动器集成于一体；机械系统包括关节固定端、关节输出端、关节传动装置、交叉滚柱轴环、第一深沟球轴承和第二深沟球轴承 ’关节固定端包括电机外壳、C型环、电机定子、电机端盖、谐波减速器刚轮固定架、谐波减速器刚轮、绝对式光电编码器固定架、固定螺母、关节中心走线圆管、增量式磁编码器固定架、第一深沟球轴承压板、第二深沟球轴承压板及蝶形弹簧；关节输出端包括谐波减速器柔轮、刚性连接件、关节输出外壳、关节限位块、交叉滚柱轴环外圈挡板、垫圈及圆环套；关节传动装置包括电机转子、电机轴、谐波减速器波发生器、轴承套筒及磁环支架；关节电气系统包括关节驱动板及关节控制板；传感器系统包括力矩传感器、绝对式光电编码器、增量式磁编码器及电机霍尔传感器，绝对式光电编码器包括发光板、接收板、旋转码盘、狭缝、金属支架及光电/力矩传感器处理电路板；增量式磁编码器包括磁环及增量式磁编码器电路板；电机霍尔传感器包括电机霍尔及电机霍尔传感器电路板；电机外壳和谐波减速器柔轮均套装在关节中心走线圆管的外壁上，电机定子通过C型环与电机外壳的内壁固连，第一深沟球轴承压板与电机外壳的输出端固连，电机端盖与电机外壳的输入端固连，第二深沟球轴承压板安装在电机端盖上，增量式磁编码器固定架与电机端盖的输入端固连，谐波减速器刚轮通过谐波减速器刚轮固定架与电机外壳的输出端固连，绝对式光电编码器固定架依次通过谐波减速器刚轮、谐波减速器刚轮固定架与电机外壳的输出端固连，固定螺母与绝对式光电编码器固定架可拆卸连接，关节中心走线圆管与失电制动器的失电制动器端盖固连；刚性连接件的输入端与谐波减速器柔轮固连，刚性连接件的输出端与力矩传感器的机械本体的内环固连，该力矩传感器的机械本体的外环与关节输出外壳的输出端固连，关节输出外壳的输入端通过垫圈与交叉滚柱轴环外圈挡板固连，关节限位块通过交叉滚柱轴环外圈挡板与关节输出外 壳固连，圆环套固定在力矩传感器的机械本体的内环的内腔中；电机轴套装在关节中心走线圆管上并置于电机外壳内，电机轴与关节中心走线圆管间隙配合，电机转子与电机轴固连，谐波减速器波发生器与电机轴的输出端固连，磁环支架固套装在电机轴上，轴承套筒固套装在电机轴上并通过磁环支架轴向定位；谐波减速器柔轮置于谐波减速器刚轮与谐波减速器波发生器之间；第一深沟球轴承的内圈安装于电机轴上，第一深沟球轴承的外圈安装于电机外壳内，第一深沟球轴承的外圈通过第一深沟球轴承压板轴向定位，第二深沟球轴承的内圈安装于电机轴上并通过轴承套筒轴向定位，第二深沟球轴承的外圈安装于电机端盖内，第二深沟球轴承的外圈通过第二深沟球轴承压板轴向定位，蝶形弹簧置于第二深沟球轴承压板与失电制动器的失电制动器底座之间；交叉滚柱轴环的内圈套装在电机外壳的外侧壁上，交叉滚柱轴环的外圈安装于关节输出外壳内并通过交叉滚柱轴环外圈挡板轴向定位，增量式磁编码器的磁环固套装在磁环支架上，增量式磁编码器电路板与增量式磁编码器固定架固连，电机霍尔和电机霍尔传感器电路板集成于一体并共同固定于电机定子上；失电制动器的失电制动器端盖及失电制动器外壳均与电机端盖固连，失电制动器的旋转摩擦片与电机轴连接；关节驱动板与关节控制板共同安装于失电制动器端盖上；发光板与接收板平行设置，金属支架位于发光板及接收板之间，且金属支架与发光板一起固定安装于关节输出外壳上，狭缝的一端与金属支架固连，旋转码盘置于发光板与狭缝之间，旋转码盘通过固定螺母将旋转码盘与绝对式光电编码器固定架固连，光电/力矩传感器处理电路板与接收板平行设置并位于接收板的外侧，光电/力矩传感器处理电路板与力矩传感器的外环固连，绝对式光电编码器的旋转码盘固连于绝对式光电编码器固定架上，发光板、接收板、狭缝及金属支架共同固连于关节输出外壳内侧，光电/力矩传感器处理电路板、电机霍尔传感器电路板、增量式磁编码器电路板及失电制动器均通过多根导线与关节电气系统连接。本专利技术的有益效果是本专利技术具有结构模块化、配置紧凑、负载能力强、力矩感知、电机相对位置和关节绝对位置检测、失电制动、电气单元化等优点。内置的增量式磁编码器可以检测电机转子相对电机定子的相对转动位置，绝对式光电编码器可以检测关节输出端相对关节固定端的绝对位置，通过增量式磁编码器和绝对式光电编码器的融合，可达到更高的关节绝对位置检测精度。失电制动器在关节掉电时，阻止关节输出端与关节固定端的相对转动。机械系统、传感器系统、关节电气系统和失电制动器高度集成于一体，力矩传感器与绝对式光电编码器采用关节中心孔走线的方式与电气系统连接，使关节结构紧凑，模块化程度高。附图说明图I是本专利技术的机械臂模块化关节整体结构轴侧剖视图，图中箭头所示方向为由输入端指向输出端方向；图2a是本专利技术的机械臂模块化关节从输出端向输入端看去的整体结构轴侧图，图中箭头所示方向为由输入端指向输出端方向；图2&是本专利技术的机械臂模块化关节从输入端向输出端看去的整体结构轴侧图，图中箭头所示方向为由输入端指向输出端方向；图3是本专利技术的机械臂模块化关节内部结构主剖视图，沿第二出线孔剖切，图中箭头所示方向为由输入端指向输出端方向；图4是本专利技术的机械臂模块化关节内部结构主剖视图，沿第一出线孔剖切，图中箭头所示方向为由输入端指向输出端方向；图5a是力矩传感器的主视图；图5b是力矩传感器的后视图；图5c是力矩传感器的轴侧剖视图；图6是绝对式光电编码器的主剖视图；图7是失电制动器的旋转剖视图；图8a是接触开关的活动端的主剖视图；图8b是接触开关的固定端的主剖视图，图9是本专利技术的机械臂模块化关节内部走线沿第二出线孔方向的主剖视图，图中箭头所示方向为由输入端指向输出端方向；图10是本专利技术的机械臂模块化关节内部走线沿第一出线孔方向的剖视图，图中箭头所示方向为由输入端指向输出端方向；图11是本专利技术的机械臂模块化关节走线的轴测图。具体实施方式具体实施方式一结合图I-图11说明，本实施方式的具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节，所述机械臂模块化关节包括机械系统I、关节电气系统5、传感器系统6及失电制动器7 ;机械系统I、关节电气系统5、传感器系统6和失电制动器7集成于一体；机械系统I包括关节固定端2、关节输出端3、关节传动装置4、交叉滚柱轴环8、第一深沟球轴承9和第二深沟球轴承10 ;关节固定端2包括电机外壳2-l、C型环2-2、电机定子2-3、电机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伊威，霍希建，刘宏，张子建，张奇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：