驱动控制一体化智能集成关节制造技术

本发明专利技术公开了一种驱动控制一体化智能集成关节，包括：关节输出构件、谐波减速机、轴承座、关节外壳、电机主体、刹车机构、电机编码器、集成电路模块和关节编码器。该驱动控制一体化智能集成关节具有高度集成的优点，将机器人关节部件所需的电机、驱动器、减速机和传感器模块都集成在关节内部，而且在不会带来集成关节过度发热的前提下，还能够使机器人关节部件的体积更紧凑。此外，该集成关节的内部集成了加速度传感器，能够对集成关节所受外部冲击力进行检测，这是传统工业机器人不具备的先进技术；并且，该集成关节的内部还集成了精确的电流检测器，配合控制器算法可以实现智能示教功能，增强人机交互性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种智能集成关节，尤其涉及一种驱动控制一体化智能集成关节，属于机器人

技术介绍
机器人是重要的智能自动化设备，其中工业机器人当前广泛应用于装备制造业、汽车工业等。这类机器人特点是体型重、功率大和负载能力强，但其操作复杂、体积较大和危险性较高，在医疗和家庭服务等领域的应用具有局限性。传统工业机器人关节执行机构都采用分立式的电机和驱动器，电机安装在关节部位，驱动器固定在控制柜中，二者用电缆线进行连接，导致传统工业机器人电气线路繁琐，检修复杂而且未知安全隐患较多，因此轻量化机器人是未来的发展趋势。这种轻量化工业机器人具有小体积、小功率、易操作、智能型高等特点，并且具有感知其受到冲击力和震动情况的能力，能够很好的与人协同工作。然而，这就对机器人的关节提出了更高的要求。因此，亟待解决高性能、高集成性的轻量化机器人关节的设计问题。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提出一种智能集成关节，解决传统机器人中的关节驱动与控制分离、关节体积大、重量大、一体化程度低及负载自重比低等问题。为了实现该目的，本专利技术提供一种驱动控制一体化智能集成关节，其技术方案为:所述驱动控制一体化智能集成关节包括关节输出构件、谐波减速机、轴承座、关节外壳、电机主体、刹车机构、电机编码器、集成电路模块和关节编码器，其中以中心轴互相重合的方式在关节外壳内设置谐波减速机、轴承座和电机主体，并且其中在关节外壳内并且在电机主体远离谐波减速机的一侧配置刹车机构、电机编码器、集成电路模块和关节编码器；所述谐波减速机包括固定轮、输出轮和谐波放生器，其中固定轮和轴承座一起与关节外壳固定；所述电机主体包括与关节外壳固定连接的电机定子、在电机定子内能够旋转的电机转子以及与电机转子固定连接的并且中空的电机轴，其中电机轴由轴承座中的轴承承托，电机轴的一端与谐波减速机的谐波放生器固定连接并且另一端同时与电机编码器和刹车机构连接；所述关节输出构件包括端盖和延伸轴，端盖与谐波减速机的输出轮固定连接，延伸轴从关节外壳的一侧穿过所述电机轴，使延伸轴的外壁与电机轴的内壁保持给定的间隙，然后穿出电机轴的延伸轴的自由端与关节编码器连接；所述集成电路模块分别与电机主体、电机编码器、刹车机构和关节编码器连接，所述集成电路模块包括智能控制器，用于驱动、控制和监测所述的驱动控制一体化智能集成关节，并且根据获取的检测值产生对应的控制指令。作为本专利技术的进一步改进，所述关节输出构件还包括阶梯形的内腔，用于容纳一部分谐波减速机和电机轴，使关节输出构件的端盖的边缘靠近关节外壳的边缘，从而使关节输出构件和关节外壳形成封闭式的结构；所述端盖、所述阶梯形的内腔和所述延伸轴一体成型。进一步，所述端盖设有螺纹连接孔，用于连接集成关节的负载。优选地，所述关节输出构件还包括沿其中心轴线延伸的通孔，用于所述驱动控制一体化智能集成关节的信号线及电源线的内部走线。这样，可以便于机器人中各个关节之间电源线和线号线的布置。作为本专利技术的进一步改进，所述刹车机构包括刹车柱、圆板形状的刹车片以及用于吸引刹车柱来限制刹车片运动的电磁吸头，所述关节外壳在所述电机定子和所述刹车机构之间形成与所述电机轴的中轴线垂直的平面部，该平面部设有至少要一个容纳刹车柱的盲孔；刹车片被配置为与平面部平行地靠近，并且与所述电机轴固定连接，使得电磁吸头能够将一部分刹车柱从平面部吸出以接触刹车片来限制刹车片的运动；刹车柱设有缩回结构，使得电磁吸头消除吸力时或者产生排斥力时，刹车柱自动向其对应的平面部的盲孔回弹。优选地，所述刹车片在外圆周设有凸齿，该凸齿与伸出的刹车柱接触以限制刹车片的运动。作为本专利技术的进一步改进，所述电机定子包括三相交流绕组，所述电机转子包括至少一对通过径向充磁而制成的磁瓦，该磁瓦沿电机轴的外壁均匀地间隔设置并且与电机轴固定，同时使相邻的磁瓦的径向磁性方向相反，从而在三相交流绕组通电的时候使电机定子和电机转子之间产生互相旋转作用的磁场。这样的优点在于，电机定子和电机转子之间不需要有电刷接触，从而使集成关节的结构更紧凑，同时减少维护工作。作为本专利技术的进一步改进，所述集成电路模块还包括:电机驱动电路，该电机驱动电路分别与电机主体、电机编码器和关节编码器连接，用于接收所述智能控制器的指令，向电机主体供应驱动电流以及从电机编码器和关节编码器接收位置信息；10接口电路，该1接口电路与刹车机构连接，用于接收所述智能控制器的指令以触发刹车机构限制电机主体的运动。作为本专利技术的进一步改进，所述集成电路模块还包括:与电机主体电机连接的电流检测器，用于检测电机主体中的电流以判断所述电机主体的运动方向及电机扭矩，输出运动方向和电机扭矩的检测值到所述智能控制器。作为本专利技术的进一步改进，所述集成电路模块还包括:与关节壳体关联的加速度传感器，用于检测所述驱动控制一体化智能集成关节的加速度和振动，输出加速度和振动的检测值到所述智能控制器。作为本专利技术的进一步改进，所述的驱动控制一体化智能集成关节还包括:温度传感器，用于检测所述电机主体和/或所述集成电路模块的温度，输出温度的检测值到所述智能控制器。本专利技术的有益效果为:同轴地配置集成关节中的零部件并且利用端盖内腔形成的扣合结构，使集成关节的内部结构更紧凑，实现了一体化结构；在集成关节中高度整合了电机驱动、电机控制，节省了外部控制单元和简化了传输线路，从而使所述集成关节构成的机器人的体积更小、一体化程度更高、走线更简洁、负载自重比大；集成关节内部整合了加速度计传感器，可用于对集成关节受到的外部冲击力进行碰撞检查，使机器人能够与人安全协作，提高机器人的安全性能，这也是传统工业机器人不具备的先进技术；集成关节内部还整合了精确的电流检测芯片，可以扩展集成关节的功能，比如智能示教，从而增强机器人的人机交互性能。【附图说明】图1所示为根据本专利技术的驱动控制一体化智能集成关节的剖视图； 图2所示为根据本专利技术优选实施例的关节输出构件的透视图； 图3所示为根据本专利技术优选实施例的刹车片的透视图； 图4所示为根据本专利技术优选实施例的集成电路模块的结构框图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和优选的实施例对本专利技术进行详细描述。根据本专利技术的驱动控制一体化智能集成关节既可以作为关节部件应用在狭义的工业机器人、工业机械臂中，也可以应用在广义的机器人，即是自动执行工作的机器装置。参照图1，在第一实施例中，根据本专利技术的驱动控制一体化智能集成关节的壳体部分由关节输出构件I和关节外壳4组成，并且关节输出构件I可以相对关节外壳4旋转。关节外壳4为圆柱形的中通管状结构，其外径与关节输出构件I的外径基本相同。在关节外壳4内部依次同轴地设置有:谐波减速机2、轴承座3、电机本体5、刹车机构6、电机编码器7、集成电路模块8和关节编码器9。谐波减速机2包括谐波发生器当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
驱动控制一体化智能集成关节，其特征在于：所述驱动控制一体化智能集成关节包括关节输出构件（1）、谐波减速机（2）、轴承座（3）、关节外壳（4）、电机主体（5）、刹车机构（6）、电机编码器（7）、集成电路模块（8）和关节编码器（9），其中以中心轴互相重合的方式在关节外壳（4）内设置谐波减速机（2）、轴承座（3）和电机主体（5），并且其中在关节外壳（4）内并且在电机主体（5）远离谐波减速机（2）的一侧配置刹车机构（6）、电机编码器（7）、集成电路模块（8）和关节编码器（9）；所述谐波减速机（2）包括固定轮、输出轮和谐波放生器（23），其中固定轮和轴承座（3）一起与关节外壳（4）固定；所述电机主体（5）包括与关节外壳（4）固定连接的电机定子（51）、在电机定子（51）内能够旋转的电机转子（52）以及与电机转子（52）固定连接的并且中空的电机轴（53），其中电机轴（53）由轴承座（3）中的轴承承托，电机轴（53）的一端与谐波减速机（2）的谐波放生器（23）固定连接并且另一端同时与电机编码器（7）和刹车机构（6）连接；所述关节输出构件（1）包括端盖（11）和延伸轴（13），端盖（11）与谐波减速机（2）的输出轮固定连接，延伸轴（13）从关节外壳（4）的一侧穿过所述电机轴（53），使延伸轴（13）的外壁与电机轴（53）的内壁保持给定的间隙，然后穿出电机轴（53）的延伸轴（13）的自由端与关节编码器（9）连接；所述集成电路模块（8）分别与电机主体（5）、电机编码器（7）、刹车机构（6）和关节编码器（9）连接，所述集成电路模块（8）包括智能控制器（82），用于驱动、控制和监测所述的驱动控制一体化智能集成关节，并且根据获取的检测值产生对应的控制指令。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：楼云江，陆春雨，陈光增，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44