本發(fā)明涉及機(jī)器人，尤其涉及外骨骼機(jī)器人的電動(dòng)關(guān)節(jié)。

背景技術(shù)：

機(jī)器人是由一系列骨架結(jié)構(gòu)通過(guò)旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)關(guān)節(jié)相互連接組成的多自由度機(jī)構(gòu)。關(guān)節(jié)屬于機(jī)器人的基礎(chǔ)部件，是整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，尤其是關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)、重量、尺寸對(duì)機(jī)器人性能起著決定性的作用。

現(xiàn)有的外骨骼機(jī)器人的電動(dòng)關(guān)節(jié)主要包括兩種。一種是電機(jī)絲杠機(jī)構(gòu)，其可實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，然后在關(guān)節(jié)處設(shè)計(jì)相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)鉸接機(jī)構(gòu)，將電機(jī)絲杠機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)體積較大，結(jié)構(gòu)臃腫，例如專利cn203060231u中的下肢外骨骼機(jī)器人采用這種方案。另一種是直接利用電機(jī)和減速器實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這種旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)類似于工業(yè)機(jī)器臂的關(guān)節(jié)，可直接安裝在關(guān)節(jié)位置，例如專利cn104434470a中的下肢外骨骼機(jī)器人采用了這種方案。

前述另一種關(guān)節(jié)采用了帶外殼的直流電機(jī)與組合式的諧波減速器，其體積較大，重量較重，直接應(yīng)用于外骨骼機(jī)器人會(huì)影響外骨骼機(jī)器人的美觀和增加外骨骼機(jī)器人的重量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種電動(dòng)關(guān)節(jié)，其具有緊湊的結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種外骨骼機(jī)器人，其具有緊湊的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。

一種電動(dòng)關(guān)節(jié)包括電機(jī)和諧波減速器，所述諧波減速器包括柔輪、剛輪、波形發(fā)生器以及柔輪連接件，所述電機(jī)包括電機(jī)定子、電機(jī)軸和電機(jī)轉(zhuǎn)子，所述電動(dòng)關(guān)節(jié)還包括關(guān)節(jié)殼體，所述關(guān)節(jié)殼體包括依次對(duì)接的電機(jī)側(cè)端蓋、電機(jī)殼體、所述剛輪和柔輪側(cè)端蓋，所述電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)置于所述電機(jī)側(cè)端蓋、所述電機(jī)殼體圍成的空間中，所述柔輪、波形發(fā)生器容納在所述剛輪、柔輪側(cè)端蓋圍成的空間中； 所述柔輪連接件設(shè)置在所述柔輪側(cè)端蓋內(nèi)；所述電機(jī)軸穿過(guò)所述波形發(fā)生器，其第一端設(shè)置在所述電機(jī)側(cè)端蓋內(nèi)，第二端設(shè)置在所述柔輪連接件內(nèi)；所述電機(jī)轉(zhuǎn)子、所述波形發(fā)生器分別設(shè)置在所述電機(jī)軸上。

在一實(shí)施例中，所述柔輪側(cè)端蓋具有連接孔，所述柔輪連接件設(shè)置在所述連接孔中，所述柔輪連接件、所述電機(jī)側(cè)端蓋分別具有軸孔；所述電機(jī)軸延伸穿過(guò)所述波形發(fā)生器，其第一端設(shè)置在所述電機(jī)側(cè)端蓋的軸孔中，第二端設(shè)置在所述柔輪連接件的軸孔中；所述電機(jī)轉(zhuǎn)子、所述波形發(fā)生器分別固定設(shè)置在所述電機(jī)軸上。

在一實(shí)施例中，所述電機(jī)側(cè)端蓋、電機(jī)殼體、所述剛輪和柔輪側(cè)端蓋由螺栓分別穿入其周向邊緣而連接在一起。

在一實(shí)施例中，所述電機(jī)軸具有徑向突出的法蘭盤，所述波形發(fā)生器固定連接在所述法蘭盤上。

在一實(shí)施例中，所述電機(jī)殼體具有徑向向內(nèi)突出且接近于所述電機(jī)軸的隔離盤。

在一實(shí)施例中，所述電機(jī)轉(zhuǎn)子通過(guò)套設(shè)在所述電機(jī)軸外側(cè)的軸套固定在所述電機(jī)軸上，所述隔離盤沿徑向向內(nèi)方向超過(guò)所述軸套的外側(cè)表面。

在一實(shí)施例中，所述軸套分為兩段并分別鍵連接于所述電機(jī)軸上。

在一實(shí)施例中，所述電機(jī)定子固定在所述電機(jī)殼體的內(nèi)側(cè)表面上。

在一實(shí)施例中，所述柔輪連接件連接有內(nèi)嵌于關(guān)節(jié)殼體內(nèi)的光電編碼器，所述電機(jī)軸的第二端軸向延伸形成被檢測(cè)軸，所述被檢測(cè)軸插入在所述光電編碼器的感應(yīng)區(qū)。

一種外骨骼機(jī)器人，包括有電動(dòng)關(guān)節(jié)，所述電動(dòng)關(guān)節(jié)為任一上述的電動(dòng)關(guān)節(jié)。

由依次對(duì)接的電機(jī)側(cè)端蓋、電機(jī)殼體、所述剛輪和柔輪側(cè)端蓋組成關(guān)節(jié)殼體，剛輪一方面作為諧波減速器的一部分，另一方面作為關(guān)節(jié)殼體的一部分，無(wú)需額外的減速器殼體，因此這樣的設(shè)計(jì)可以獲得一種緊湊的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，這有利于外骨骼機(jī)器人的緊湊設(shè)計(jì)，改善外骨骼機(jī)器人的外觀和減輕外骨骼機(jī)器人的重量。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢(shì)將通過(guò)下面結(jié)合附圖和實(shí)施例的描述而變得更加明顯，其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的外骨骼機(jī)器人的示意圖；

圖2為圖1中電動(dòng)關(guān)節(jié)的分解視圖；

圖3為圖1中電動(dòng)關(guān)節(jié)的半剖視圖；

圖4為圖2中電動(dòng)關(guān)節(jié)組裝后的的立體圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，在以下的描述中闡述了更多的細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況作類似推廣、演繹，因此不應(yīng)以此具體實(shí)施例的內(nèi)容限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

需要注意的是，附圖均僅作為示例，其并非是按照等比例的條件繪制的，并且不應(yīng)該以此作為對(duì)本發(fā)明實(shí)際要求的保護(hù)范圍構(gòu)成限制。

圖1所示的外骨骼機(jī)器人可以是一個(gè)完整的外骨骼機(jī)器人的全部或者部分，其根據(jù)需要可以增加上肢部件，以輔助人體實(shí)現(xiàn)上肢動(dòng)作。在圖1中僅僅示出了機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、電池組、電機(jī)及減速器、傳感器等可以根據(jù)已有的設(shè)計(jì)來(lái)布置，圖1所示的外骨骼機(jī)器人可以幫助人行走、起立、坐下等。其作為動(dòng)力輔助機(jī)器可以有廣泛的應(yīng)用，例如軍事領(lǐng)域或者生活領(lǐng)域，例如可以設(shè)置成裝置的助力大小由控制系統(tǒng)設(shè)定，針對(duì)下肢癱瘓的顧客進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的外骨骼機(jī)器人包括腰部構(gòu)件1、大腿構(gòu)件3、小腿構(gòu)件4以及腳部構(gòu)件5，在圖1中的結(jié)構(gòu)左右兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置。腰部構(gòu)件1與大腿構(gòu)件3之間通過(guò)髖關(guān)節(jié)2、電動(dòng)關(guān)節(jié)8連接，大腿構(gòu)件3與小腿構(gòu)件4、小腿構(gòu)件4與腳部構(gòu)件5分別通過(guò)電動(dòng)關(guān)節(jié)8連接。

電動(dòng)關(guān)節(jié)8包括電機(jī)和諧波減速器。如圖3所示，諧波減速器包括波形發(fā)生器843、柔輪842和剛輪841三個(gè)基本構(gòu)件，柔輪842帶外齒，剛輪841帶內(nèi)齒，其通過(guò)波形發(fā)生器843的轉(zhuǎn)動(dòng)使柔輪842產(chǎn)生可控彈性變形，并與剛輪841相嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，柔輪842的動(dòng)力輸出側(cè)連接有柔輪連接件844，其用于將圖中未示出的執(zhí)行機(jī)構(gòu)與柔輪842連接。如圖2至圖4所示，電動(dòng)關(guān)節(jié)8的關(guān)節(jié)殼體由依次對(duì)接的電機(jī)側(cè)端蓋87、電機(jī)殼體85、剛輪841和柔輪側(cè)端蓋83構(gòu)成，剛輪841作為諧波減速器的一部分同時(shí)也作為關(guān)節(jié)殼體的一部分。電動(dòng)關(guān)節(jié)8的 內(nèi)部構(gòu)件設(shè)置在關(guān)節(jié)殼體圍成的空間內(nèi)。電機(jī)包括電機(jī)定子861、電機(jī)軸82以及電機(jī)轉(zhuǎn)子862。電機(jī)定子861、電機(jī)轉(zhuǎn)子862設(shè)置于電機(jī)側(cè)端蓋87、電機(jī)殼體85圍成的空間中，而柔輪842、波形發(fā)生器843容納在剛輪841、柔輪側(cè)端蓋83圍成的空間中。柔輪側(cè)端蓋83具有連接孔831，柔輪連接件844通過(guò)軸承834設(shè)置在連接孔831中，柔輪連接件844、電機(jī)側(cè)端蓋87分別具有軸孔840、870，電機(jī)軸82自電機(jī)側(cè)延伸穿過(guò)波形發(fā)生器843，其第一端即圖3中的左端通過(guò)軸承825設(shè)置在電機(jī)側(cè)端蓋87的軸孔870中，第二端即圖3中的右端通過(guò)軸承824設(shè)置在柔輪連接件844的軸孔840中，電機(jī)轉(zhuǎn)子862、波形發(fā)生器843分別固定在電機(jī)軸82上。電機(jī)一旦接通電源后，電機(jī)轉(zhuǎn)子862帶動(dòng)電機(jī)軸82，電機(jī)軸82帶動(dòng)波形發(fā)生器843驅(qū)動(dòng)諧波減速器輸出動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)至柔輪連接件844，柔輪連接件844可進(jìn)一步將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。剛輪841直接作為關(guān)節(jié)殼體一部分來(lái)設(shè)置，并且剛輪841同時(shí)與電機(jī)側(cè)端蓋87、電機(jī)殼體85、柔輪側(cè)端蓋83連接成一體，將電機(jī)和減速器裝在一起，裝起來(lái)組成的關(guān)節(jié)相比同體積大小的關(guān)節(jié)力矩更大，因此其結(jié)構(gòu)更緊湊、體積小，相應(yīng)地重量更輕，尤其適合于外骨骼機(jī)器人中使用，例如包括但不限于用于外骨骼助力機(jī)器人，外骨骼康復(fù)機(jī)器人,雙足機(jī)器人,工業(yè)機(jī)械臂。

如圖2所示，電機(jī)側(cè)端蓋87在其周向邊緣提供有螺栓孔，電機(jī)殼體85在其右側(cè)的周向邊緣提供有螺栓孔858，在其左側(cè)的周向邊緣提供有螺栓孔，另外，剛輪84、柔輪側(cè)端蓋83在其周緣也分別提供有螺栓孔，可借助于螺栓分別連接電機(jī)側(cè)端蓋87、電機(jī)殼體85，電機(jī)殼體85、剛輪84、柔輪側(cè)端蓋83。即關(guān)節(jié)殼體的各個(gè)部分只需由螺栓分別穿入其周向邊緣而連接在一起，無(wú)需通過(guò)其內(nèi)部的連接結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此安裝簡(jiǎn)單。

如圖3所示，電機(jī)軸82具有徑向突出的法蘭盤822，波形發(fā)生器843固定連接在法蘭盤822上。電機(jī)軸82同時(shí)兼作電機(jī)的轉(zhuǎn)軸以及諧波減速器的輸入軸，這有利于結(jié)構(gòu)進(jìn)一步緊湊。

繼續(xù)參照?qǐng)D3，電機(jī)殼體85具有徑向向內(nèi)突出的隔離盤850，隔離盤850接近于電機(jī)軸82，以防止電機(jī)定子861、電機(jī)轉(zhuǎn)子862之間的磁力線泄漏。

此外，電機(jī)轉(zhuǎn)子862通過(guò)套在電機(jī)軸82外側(cè)的軸套863固定在電機(jī)軸82上，隔離盤850在徑向向內(nèi)要超過(guò)軸套863的外側(cè)表面，這樣能更佳地防止磁力線泄 漏。

軸套863可以分為兩段軸套8631、8632分體設(shè)置，兩段軸套8631、8632均鍵連接于電機(jī)軸82上，通過(guò)軸向螺栓穿過(guò)兩段軸套8631、8632而將它們連接在一起，從而將電機(jī)轉(zhuǎn)子862夾緊。

電機(jī)定子861可以通過(guò)緊固件或者粘結(jié)的方式直接固定在電機(jī)殼體85的內(nèi)側(cè)表面上。

如圖3和圖4所示，柔輪連接件844的外側(cè)還通過(guò)固定板810連接有光電編碼器81，相應(yīng)地電機(jī)軸82的第二端軸向延伸出被檢測(cè)軸829，被檢測(cè)軸829插入在光電編碼器82的感應(yīng)區(qū)，通過(guò)光電編碼器82可檢測(cè)諧波減速器輸出的圈數(shù)，進(jìn)而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)量。光電編碼器82內(nèi)嵌于關(guān)節(jié)殼體內(nèi)，進(jìn)一步使得電動(dòng)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)緊湊。

本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本發(fā)明權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍之內(nèi)。