本發(fā)明涉及機(jī)器人，具體地，涉及一種多功能大扭矩一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)。

背景技術(shù)：

隨著機(jī)器人的使用越來越廣泛，在工業(yè)、服務(wù)等行業(yè)到處都有機(jī)器人的存在，但是涉及機(jī)器人售后和維護(hù)等因素都是阻礙機(jī)器人廣泛應(yīng)用的障礙之一，使之不能大規(guī)模應(yīng)用。機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化將大大降低機(jī)器人的成本，提高機(jī)器人的精度，簡化機(jī)器人的維修，是機(jī)器人發(fā)展的趨勢和研究的熱點(diǎn)。模塊化關(guān)節(jié)的研究使關(guān)節(jié)模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化，將提高機(jī)器人結(jié)構(gòu)的可重構(gòu)性，便于機(jī)械臂的選用和更替，降低了成本，減輕了重量，提高了可靠性，縮短了研發(fā)和制造周期，適合多領(lǐng)域多行業(yè)應(yīng)用，具有較高的價(jià)值和前景。

模塊化關(guān)節(jié)目前已經(jīng)有一定的研究，具體描述如下：

公開號(hào)為CN 105313134A，名稱為輕量型機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)的發(fā)明專利中，公開了一種輕量型機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)，包括：中空電機(jī)，具有：中空電機(jī)轉(zhuǎn)子，中空電機(jī)定子，以及中空電機(jī)軸；減速器；高速電機(jī)軸承；模塊化關(guān)機(jī)輸出軸；第一編碼器以及第二編碼器。該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕。但該發(fā)明的電機(jī)為特制中空電機(jī)，制造電機(jī)的難度和成本較高；編碼器數(shù)量兩個(gè)，占據(jù)較大空間；只有一級(jí)諧波減速，傳動(dòng)比較小。

公開號(hào)為CN 103802125 A，名稱為一種單自由度的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊的發(fā)明專利中，公開了一種旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊，包括伺服電機(jī)及編碼器組件、行星齒輪減速器、關(guān)節(jié)基座、軸承、軸承基座、軸承端蓋、上旋轉(zhuǎn)外殼、下旋轉(zhuǎn)外殼，控制器圓周搭載系統(tǒng)、控制器軸向搭載系統(tǒng)等。該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單緊湊，上下旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)可分離，方便裝配和拆卸。關(guān)節(jié)基座和上旋轉(zhuǎn)外殼均設(shè)有與其它零部件相接的孔位，方便搭建不同的機(jī)器人構(gòu)型或系統(tǒng)。但是該發(fā)明采用行星齒輪減速器，體積較大，重量較重，關(guān)節(jié)運(yùn)輸、安裝比較繁瑣，不易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，而且價(jià)格會(huì)比較高；沒有描述編碼器，可能存在無法定零位及在機(jī)械關(guān)節(jié)意外斷電后無法判斷位置的問題。

公開號(hào)為CN 103273499 A，名稱為緊湊型機(jī)器人模塊化關(guān)節(jié)及機(jī)器人的發(fā)明專利中，公開了一種緊湊型關(guān)節(jié)，該緊湊型機(jī)器人模塊化關(guān)節(jié)通過輸入軸使該關(guān)節(jié)自轉(zhuǎn)，并通過相嚙合的第一、第二圓錐齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)，且其承載部和轉(zhuǎn)動(dòng)部之間形成T形結(jié)構(gòu)。該發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，但是其結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)電機(jī)，加大了控制難度；而且由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，限制了其可重構(gòu)的多樣性。

其他一些模塊化關(guān)節(jié)，如“空間機(jī)械臂模塊化關(guān)節(jié)”(CN 1807032 A)、“一體化柔性旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)”(CN 203371554 U)等，其不足之處在于只適用于特定場合，不能多領(lǐng)域多行業(yè)應(yīng)用，難以實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)的模塊化推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種多功能大扭矩一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)。

根據(jù)本發(fā)明提供的多功能大扭矩一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)，包括直流伺服電機(jī)、帶輪組、齒輪組、中空諧波減速器、中空輸出軸、中空編碼器以及中空輸出軸端軸承；

其中，所述帶輪組包括大帶輪和小帶輪；所述齒輪組包括小齒輪和大齒輪；

所述直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述小帶輪；所述小帶輪驅(qū)動(dòng)所述大帶輪；所述大帶輪通過帶輪軸連接所述小齒輪，所述小齒輪與所述大齒輪嚙合；所述中空輸出軸的一端連接所述大齒輪和所述中空編碼器，另一端連接所述中空諧波減速器、所述中空輸出軸端軸承的內(nèi)圈。

優(yōu)選地，還包括電機(jī)軸端軸承；

所述的直流伺服電機(jī)的軸連接電機(jī)軸端軸承的內(nèi)圈。

優(yōu)選地，還包括軸承調(diào)整墊片和軸用卡簧；

軸承調(diào)整墊片用于調(diào)整電機(jī)軸端軸承的軸向游隙，所述軸用卡簧用于進(jìn)行電機(jī)軸端軸承的軸向固定。

優(yōu)選地，所述的中空諧波減速器包括波發(fā)生器、鋼輪、柔輪以及十字交叉滾子軸承；

所述發(fā)生器通過中空輸出軸與大齒輪相連；

所述柔輪與所述十字交叉滾子軸承的外圈、輸入端相連；

所述鋼輪與所述的十字交叉滾子軸承的內(nèi)圈、輸出端相連。

優(yōu)選地，還包括驅(qū)動(dòng)控制板；所述驅(qū)動(dòng)控制板電連接所述直流伺服電機(jī)、所述中空諧波減速器、所述中空編碼器。

優(yōu)選地，所述的驅(qū)動(dòng)控制板接受所述的中空編碼器的反饋控制所述的直流伺服電機(jī)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明中直流伺服電機(jī)輸出端連接有帶輪組、齒輪組、中空諧波減速器三級(jí)減速，在提高減速比的同時(shí)，增加了一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)的輸出力矩。中空諧波減速器位于第三級(jí)減速，依據(jù)諧波減速特有的回差小、精度高等優(yōu)勢，提高了一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)的輸出精度；同時(shí)，三級(jí)減速減速比的優(yōu)選及組合可以實(shí)現(xiàn)不同場所、不同領(lǐng)域的應(yīng)用需求；

2、本發(fā)明中中空編碼器與中空輸出軸直接相連，在實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)位置反饋的同時(shí)，保證了意外斷電情況下對絕對位置信息的記錄，使得系統(tǒng)重新上電后無需重復(fù)定零位；

3、本發(fā)明中中空編碼器、中空輸出軸確保了一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)具有中空布線功能，其結(jié)構(gòu)簡單可靠，避免一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)組裝所產(chǎn)生的布線復(fù)雜問題；同時(shí)，驅(qū)動(dòng)控制板具有EtherCAT總線功能，簡潔的線路及中空布線確保了一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)之間的360度旋轉(zhuǎn)；

4、本發(fā)明中輸入端、輸出端具有模塊化輸入、輸出接口，可以方便的和其他關(guān)節(jié)或機(jī)械臂相連，具有較強(qiáng)的可重構(gòu)性，連接和拆卸方便快捷；同時(shí)，還具有方便制造加工，易于裝配和拆卸維護(hù)等特點(diǎn)；

5、本發(fā)明中驅(qū)動(dòng)控制板可布置在一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)內(nèi)部空閑空間內(nèi)，巧妙地利用了內(nèi)部空閑空間，使得整個(gè)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)緊湊，易于實(shí)現(xiàn)模塊化銜接，且拆裝方便；

6、本發(fā)明由于三級(jí)減速比具有多重優(yōu)選可能，且輸出端精度好、可靠性高，可用于工業(yè)領(lǐng)域或服務(wù)行業(yè)，滿足了一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化需求，利于大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)布置示意圖；

圖中：101為輸出端；102為輸入端；2為直流伺服電機(jī)；3為電機(jī)軸端軸承；4為中空編碼器；501為小齒輪；502為大齒輪；6為中空諧波減速器；601為波發(fā)生器；602為柔輪；603為剛輪；604為十字交叉滾子軸承；7為中空輸出軸；8為中空輸出軸端軸承；9為帶輪軸軸承；10為大帶輪；1101、1102均為軸套。

圖2為本發(fā)明中直流伺服電機(jī)與電機(jī)軸端軸承連接示意圖；

圖中：2位直流伺服電機(jī)；3位電機(jī)軸端軸承。

圖3為本發(fā)明中諧波減速器與中空輸出端連接示意圖；

圖中：601為波發(fā)生器；602為柔輪；603為剛輪；604為十字交叉滾子軸承；8為中空輸出軸端軸承。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

在本實(shí)施例中，本發(fā)明提供的多功能大扭矩一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)，包括直流伺服電機(jī)2、帶輪組、齒輪組、中空諧波減速器6、中空輸出軸7、中空編碼器4、中空輸出軸端軸承8、以及驅(qū)動(dòng)控制板；

其中，所述帶輪組包括大帶輪10和小帶輪；所述齒輪組包括小齒輪501和大齒輪502；

所述直流伺服電機(jī)2驅(qū)動(dòng)所述小帶輪；所述小帶輪驅(qū)動(dòng)所述大帶輪10；所述大帶輪10通過帶輪軸連接所述小齒輪501，所述小齒輪501與所述大齒輪502嚙合；所述中空輸出軸7的一端連接所述大齒輪502和所述中空編碼器4，另一端連接所述中空諧波減速器6、所述中空輸出軸端軸承8的內(nèi)圈；

所述驅(qū)動(dòng)控制板電連接所述直流伺服電機(jī)2、所述中空諧波減速器6、所述中空編碼器4。

本發(fā)明提供的多功能大扭矩一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)，還包括電機(jī)軸端軸承3；

所述的直流伺服電機(jī)2的軸連接電機(jī)軸端軸承3的內(nèi)圈。

本發(fā)明提供的多功能大扭矩一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)，還包括軸承調(diào)整墊片和軸用卡簧；

軸承調(diào)整墊片用于調(diào)整電機(jī)軸端軸承的軸向游隙，所述軸用卡簧用于進(jìn)行電機(jī)軸端軸承的軸向固定。

所述中空諧波減速器包括波發(fā)生器601、鋼輪、柔輪以及十字交叉滾子軸承；

所述發(fā)生器601通過中空輸出軸7與大齒輪501相連；

所述柔輪602與所述十字交叉滾子軸承604的外圈、輸入端102相連；

所述鋼輪603與所述的十字交叉滾子軸承604的內(nèi)圈、輸出端101相連。

在本實(shí)施例中，輸入端101和輸出端102的外形大小根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來確定，縮小了關(guān)節(jié)的整體體積；；輸入端101、輸出端102、中空諧波減速器6和中空編碼器4均采用中空結(jié)構(gòu)，方便中心孔布線；通過帶輪改變電機(jī)軸輸出的方向，帶輪通過軸及軸承和小齒輪相連，大齒輪和諧波減速器相連；編碼器安裝在中空輸出軸下端，檢測輸出軸的位置，為絕對編碼器，可以定零位并保證意外斷電情況下位置的記錄。

所述的直流伺服電機(jī)2與所述的電機(jī)軸端軸承3相連，減少了帶輪傳動(dòng)對所述的直流伺服電機(jī)2軸端的彎矩影響，能夠確保所述的直流伺服電機(jī)平穩(wěn)地輸出旋轉(zhuǎn)扭矩。

所述大齒輪502與所述中空輸出軸7固連，同時(shí)所述的中空輸出軸與所述的中空編碼器4相連，確保所述的中空編碼器測量到的旋轉(zhuǎn)角度能夠反饋到驅(qū)動(dòng)控制板用于電機(jī)旋轉(zhuǎn)控制及定零位需求。

所述的中空諧波減速器6中，所述的波發(fā)生器601通過所述的中空高輸出軸7進(jìn)行力矩傳輸，所述的柔輪602與所述的十字交叉滾子軸承604外圈以及所述的輸入端102固連，確保了一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)可以承受交大的輸出彎矩。所述的鋼輪603與所述的十字交叉滾子軸承604內(nèi)圈、輸出端101固連，確保輸出端的平穩(wěn)傳輸及穩(wěn)定運(yùn)行。

所述的中空輸出軸7，便于中心孔布線，避免一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)過程中對電纜的特殊要求，實(shí)現(xiàn)360度回轉(zhuǎn)功能。所述的中空編碼器4與所述的中空輸出軸7相連，既能反饋中輸出軸的旋轉(zhuǎn)位置，還能在意外斷電等狀態(tài)下進(jìn)行位置記錄，并使一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)在恢復(fù)上電后無需再次定零位。

所述的驅(qū)動(dòng)控制板接受所述的中空編碼器4的反饋，以便控制所述的直流伺服電機(jī)2來實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、可靠的扭轉(zhuǎn)需求。所述的驅(qū)動(dòng)控制板上包含電源轉(zhuǎn)接模塊，EtherCAT總線接口等，在簡化一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)之間布線復(fù)雜度的同時(shí)，有效地提高了實(shí)時(shí)控制的快捷性和穩(wěn)定性。

上述實(shí)施例能夠依據(jù)使用場所的具體需求，對帶輪組、齒輪組、中空諧波減速器構(gòu)成的三級(jí)減速的減速比進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，確保其適合多種領(lǐng)域，多場合的廣泛應(yīng)用。同時(shí)，所述的中空諧波減速器是第三級(jí)減速，保證了輸出端具有回差小，傳動(dòng)精度高等優(yōu)勢。也可以對三級(jí)減速進(jìn)行挑選級(jí)不同順序的組合，靈活應(yīng)用以便滿足具體場所需求。

本發(fā)明提供的一種多功能大扭矩一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)，通過EtherCAT(開放的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議)總線對模塊化一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋控制，提高了機(jī)械臂作業(yè)中的承載操作平穩(wěn)性及實(shí)時(shí)操作性。本發(fā)明既為工業(yè)領(lǐng)域模塊化關(guān)節(jié)選用提供了一種適合的一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)，又為非工業(yè)行業(yè)需求提供了一種具有多功能、多種扭矩選用方案。

以上對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。