本發(fā)明涉及機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置，尤其涉及一種模塊化球關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)單元內(nèi)部布局結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

協(xié)作機(jī)器人作為輕型機(jī)器人，安全可靠性高，在不需要安全圍欄的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)與人類(lèi)的共同操作，解決了人類(lèi)較難以達(dá)成的精確度或讓人類(lèi)遠(yuǎn)離危險(xiǎn)的環(huán)境和工作。協(xié)作機(jī)器人關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)作為協(xié)作機(jī)器人的核心組成部件，它的性能在整個(gè)協(xié)作機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中顯得至關(guān)重要。協(xié)作機(jī)器人多采用串聯(lián)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，該型關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性差，難以在有限空間內(nèi)輸出較大力矩，關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)內(nèi)的走線難以合理排布，現(xiàn)有關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的已經(jīng)限制了關(guān)節(jié)協(xié)作機(jī)器人運(yùn)動(dòng)性能的發(fā)揮，現(xiàn)在急需一種結(jié)構(gòu)更為緊湊、穩(wěn)定性更高、運(yùn)動(dòng)空間更大的協(xié)作機(jī)器人模塊化球關(guān)節(jié)內(nèi)部布局結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問(wèn)題是如何克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種模塊化球關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)單元內(nèi)部布局結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的采用的技術(shù)方案是：一種模塊化球關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)單元內(nèi)部布局結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括支架、中空電機(jī)、大同步輪軸、諧波減速器、輸出法蘭軸、關(guān)節(jié)端部法蘭、同步帶和制動(dòng)裝置，所述支架為中空殼體結(jié)構(gòu)，所述中空電機(jī)固定安裝在支架內(nèi)部，所述支架內(nèi)部安裝有第一滾動(dòng)軸承，所述支架左端設(shè)有同步輪側(cè)法蘭，所述同步輪側(cè)法蘭上安裝有第二滾動(dòng)軸承，所述大同步輪軸為空心軸狀結(jié)構(gòu)，所述大同步輪軸通過(guò)第一滾動(dòng)軸承和第二滾動(dòng)軸承安裝在支架上，所述大同步輪軸與中空電機(jī)的中空軸固定連接，所述諧波減速器設(shè)在支架內(nèi)部右側(cè)，所述輸出法蘭軸為端部設(shè)有法蘭的空心軸體，所述支架右端安裝有第三滾動(dòng)軸承，所述輸出法蘭軸與第三滾動(dòng)軸承連接，所述大同步輪軸通過(guò)諧波減速器將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給輸出法蘭軸，所述關(guān)節(jié)端部法蘭固定連接在輸出法蘭軸外端；所述支架左端固定安裝有制動(dòng)裝置，所述制動(dòng)裝置包括抱閘安裝法蘭、抱閘固定座、抱閘軸、無(wú)勵(lì)磁型制動(dòng)器和絕對(duì)式編碼器，所述抱閘安裝法蘭固定安裝在同步輪側(cè)法蘭外側(cè)，所述抱閘固定座為殼體式結(jié)構(gòu)，所述抱閘固定座固定安裝在抱閘安裝法蘭左側(cè)，抱閘安裝法蘭上安裝有第四滾動(dòng)軸承，所述抱閘固定座上安裝有第五滾動(dòng)軸承，所述抱閘軸通過(guò)第四滾動(dòng)軸承和第五滾動(dòng)軸承依次與抱閘安裝法蘭和抱閘固定座連接，抱閘固定座外部安裝有絕對(duì)式編碼器，抱閘安裝法蘭左側(cè)安裝有無(wú)勵(lì)磁型制動(dòng)器，所述抱閘軸右端設(shè)有小同步輪，所述小同步輪通過(guò)同步帶與大同步輪軸左端連接。

進(jìn)一步，所述諧波減速器的剛輪固定安裝在支架上，所述諧波減速器的波發(fā)生器與大同步輪軸固定連接，所述輸出法蘭軸與諧波減速器的輸出柔輪固定連接。

進(jìn)一步，所述無(wú)勵(lì)磁型制動(dòng)器的轉(zhuǎn)子輪轂與抱閘軸連接。

進(jìn)一步，所述支架右端設(shè)有防止第三滾動(dòng)軸承竄動(dòng)的軸承固定座，所述軸承固定座上設(shè)有油封。

進(jìn)一步，所述關(guān)節(jié)端部法蘭上安裝有力矩傳感器。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用中孔走線方式，使布線方便合理，避免了線路外漏；在驅(qū)動(dòng)方面，采用中空電機(jī)驅(qū)動(dòng)并通過(guò)諧波減速器減速，實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)，且保證了傳動(dòng)精度，結(jié)構(gòu)緊湊輕巧；在制動(dòng)方面，利用無(wú)勵(lì)磁型制動(dòng)器在停電時(shí)的緊急制動(dòng)，可長(zhǎng)時(shí)間保持停止?fàn)顟B(tài)并防止機(jī)械空轉(zhuǎn)，制動(dòng)音輕，使用壽命長(zhǎng)，方便可靠；在結(jié)構(gòu)方面，利用同步帶輪傳動(dòng)，使得驅(qū)動(dòng)部分和制動(dòng)部分隔離，安裝拆卸更為方便；在功能方面，具有較強(qiáng)的可拓展性，通過(guò)合理布置驅(qū)動(dòng)裝置的安裝方式，易于實(shí)現(xiàn)單關(guān)節(jié)輸出二自由度。本發(fā)明通過(guò)對(duì)球關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)單元內(nèi)部布局結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使結(jié)構(gòu)更加緊湊，成本更低，安裝簡(jiǎn)單方便，安全可靠性更高，提高了球關(guān)節(jié)整體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的模塊化、系統(tǒng)化、集成化程度，解決了傳統(tǒng)串聯(lián)關(guān)節(jié)占用空間大的缺點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，其中：

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的側(cè)視圖；

圖3是圖2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1～3所示，一種模塊化球關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)單元內(nèi)部布局結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括支架1、中空電機(jī)2、大同步輪軸3、諧波減速器4、輸出法蘭軸5、關(guān)節(jié)端部法蘭6、同步帶7和制動(dòng)裝置8，所述支架1為中空殼體結(jié)構(gòu)，所述中空電機(jī)2固定安裝在支架1內(nèi)部，所述支架1內(nèi)部安裝有第一滾動(dòng)軸承31，所述支架1左端設(shè)有同步輪側(cè)法蘭12，所述同步輪側(cè)法蘭12上安裝有第二滾動(dòng)軸承32，所述大同步輪軸3為空心軸狀結(jié)構(gòu)，所述大同步輪軸3通過(guò)第一滾動(dòng)軸承31和第二滾動(dòng)軸承32安裝在支架1上，所述大同步輪軸3與中空電機(jī)2的中空軸固定連接，所述諧波減速器4設(shè)在支架1內(nèi)部右側(cè)，所述輸出法蘭軸5為端部設(shè)有法蘭的空心軸體，所述支架1右端安裝有第三滾動(dòng)軸承51，所述輸出法蘭軸5與第三滾動(dòng)軸承51連接，所述大同步輪軸3通過(guò)諧波減速器4將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給輸出法蘭軸5，所述關(guān)節(jié)端部法蘭6固定連接在輸出法蘭軸5外端；所述支架1左端固定安裝有制動(dòng)裝置8，所述制動(dòng)裝置8包括抱閘安裝法蘭81、抱閘固定座82、抱閘軸83、無(wú)勵(lì)磁型制動(dòng)器84和絕對(duì)式編碼器85，所述抱閘安裝法蘭81固定安裝在同步輪側(cè)法蘭12外側(cè)，所述抱閘固定座82為殼體式結(jié)構(gòu)，所述抱閘固定座82固定安裝在抱閘安裝法蘭81左側(cè)，抱閘安裝法蘭81上安裝有第四滾動(dòng)軸承832，所述抱閘固定座82上安裝有第五滾動(dòng)軸承833，所述抱閘軸83通過(guò)第四滾動(dòng)軸承832和第五滾動(dòng)軸承833依次與抱閘安裝法蘭81和抱閘固定座82連接，抱閘固定座82外部安裝有絕對(duì)式編碼器85，抱閘安裝法蘭81左側(cè)安裝有無(wú)勵(lì)磁型制動(dòng)器84，所述抱閘軸83右端設(shè)有小同步輪831，所述小同步輪831通過(guò)同步帶7與大同步輪軸3左端連接。

所述諧波減速器4的剛輪固定安裝在支架1上，所述諧波減速器4的波發(fā)生器與大同步輪軸3固定連接，所述輸出法蘭軸5與諧波減速器4的輸出柔輪固定連接。所述無(wú)勵(lì)磁型制動(dòng)器84的轉(zhuǎn)子輪轂與抱閘軸83連接。所述支架1右端設(shè)有防止第三滾動(dòng)軸承51竄動(dòng)的軸承固定座11，所述軸承固定座11上設(shè)有油封61。所述關(guān)節(jié)端部法蘭6上安裝有力矩傳感器。

實(shí)際運(yùn)行時(shí)，控制系統(tǒng)輸入關(guān)節(jié)輸出端的運(yùn)動(dòng)角度指令，在外部信號(hào)作用下，中空電機(jī)2通電進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，其中空電機(jī)2定子與支架1進(jìn)行連接，不進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)子與大同步輪軸3連接，并帶動(dòng)大同步輪軸3進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。大同步輪軸3的轉(zhuǎn)動(dòng)分兩路進(jìn)行傳動(dòng)，其一端通過(guò)同步帶7將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給小同步輪831，并帶動(dòng)抱閘軸83進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)無(wú)勵(lì)磁型制動(dòng)器84得電并隨著抱閘軸83進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，絕對(duì)式編碼器85檢測(cè)抱閘軸83的運(yùn)動(dòng)角度，實(shí)時(shí)反饋關(guān)節(jié)輸出端的運(yùn)轉(zhuǎn)角度；大同步輪軸3的另一端與諧波減速器4中的波發(fā)生器連接，帶動(dòng)諧波減速器4柔輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，而諧波減速器4的剛輪與支架1進(jìn)行固接，諧波減速器4柔輪通過(guò)螺栓與輸出法蘭軸5進(jìn)行連接，經(jīng)諧波減速器4減速后，通過(guò)輸出法蘭軸5與關(guān)節(jié)端部法蘭6實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)輸出端的轉(zhuǎn)動(dòng)。待絕對(duì)式編碼器85檢測(cè)運(yùn)動(dòng)角度達(dá)到指令要求時(shí)，無(wú)勵(lì)磁型制動(dòng)器84失電，使抱閘軸83緊急制動(dòng)。由于無(wú)勵(lì)磁型制動(dòng)器84的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于中空電機(jī)2的輸出轉(zhuǎn)矩，因此，此時(shí)大同步輪軸3停止轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波減速器4、輸出法蘭軸5以及關(guān)節(jié)端部法蘭6的制動(dòng)，最終關(guān)節(jié)輸出端在指定位置停止。

本發(fā)明采用模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)中空電機(jī)2、諧波減速器4中孔內(nèi)部走線，關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)更加緊湊、重量更輕、性能更加穩(wěn)定可靠、擴(kuò)展性更好。通過(guò)將中空電機(jī)2的定子與支架1固定，中空電機(jī)2轉(zhuǎn)子與大同步輪軸3固定，結(jié)構(gòu)緊湊，輸出力矩大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)高；大同步輪軸3與諧波減速器4輸入端相連，經(jīng)過(guò)減速后輸出到輸出法蘭軸5，進(jìn)而到關(guān)節(jié)端部法蘭6，且可在關(guān)節(jié)端部法蘭6上安裝力矩傳感器，時(shí)刻反饋關(guān)節(jié)負(fù)載力矩，結(jié)構(gòu)緊湊，精度高，反饋靈敏。當(dāng)遇到超載或者緊急情況，可實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)，提高協(xié)作機(jī)器人安全防護(hù)性能。

所述絕對(duì)式編碼器85由機(jī)械位置決定的每一個(gè)位置都是唯一的，它無(wú)需記憶，無(wú)需找到參考點(diǎn)，且不用一直計(jì)數(shù)，控制系統(tǒng)可隨時(shí)讀取位置信息，抗干擾性好，數(shù)據(jù)可靠性高。

本發(fā)明采用模塊化球關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)單元內(nèi)部布局結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊、靈巧，解決了協(xié)作機(jī)器人關(guān)節(jié)笨重、互換性不好、集成度不高、結(jié)構(gòu)不夠緊湊等問(wèn)題；解決了制動(dòng)響應(yīng)慢、發(fā)熱量大、制動(dòng)位置保持精度不足、制動(dòng)力不足問(wèn)題，創(chuàng)新性的提出了一種協(xié)作機(jī)器人球關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)單元內(nèi)部布局結(jié)構(gòu)，為解決機(jī)器人關(guān)節(jié)可拓展性不佳，無(wú)法實(shí)現(xiàn)單關(guān)節(jié)輸出二自由度的問(wèn)題提供了解決方案。本發(fā)明布局結(jié)構(gòu)更加緊湊，成本低，安全可靠性更高，靈巧，模塊化，集成化，制動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，便于安裝，制動(dòng)性能可靠穩(wěn)定。

上述實(shí)施例只是為了說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的是在于讓本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡是根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容的實(shí)質(zhì)所作出的等效的變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。