一种带扭矩传感器的协作机器人关节模组制造技术

本实用新型专利技术涉及机器人领域，尤其涉及一种带扭矩传感器的协作机器人关节模组。该关节模组采用了多圈绝对值编码器，并将多圈绝对值编码器直接与减速机输入轴或者电机转子相连，从而能够直接获取测量转子转速、旋转位置，并且直流伺服驱动器能够通过根据采集多圈绝对值编码器反馈的转子转速、旋转位置数据，从而经过系统换算减速机输出端机构的角度，可以保证运行的精度；同时该关节模组采用了扭矩传感器，通过通讯或者模拟量将数据传递给直流伺服驱动器，直流伺服驱动器通过总线将扭矩数据实时传递给控制系统，由系统算法建立机器人动力学模型，实现高精度的防碰撞和拖拽功能，关节模组扭矩限制促使机器人本体安全性能更好。

【技术实现步骤摘要】
一种带扭矩传感器的协作机器人关节模组
本技术涉及机器人领域，尤其涉及一种带扭矩传感器的协作机器人关节模组。
技术介绍
目前，现有协作机器人关节模组中，大多是采用直流伺服电机的力矩控制模式，通过动力学辨识建立动力学模型，该模型无法补偿减速机摩擦、机构摩擦变化带来的影响，且因本体差异每一套协作机器人本体都需要做动力学辨识，效率低下而且复杂。通过关节扭矩传感器得到关节的扭矩信息，并通过绝对值编码器得到位置信息转换成电机的位置信息、速度信息以及加速度信息，可确保关节模组及协作机器人的安全性，且实现机器人本体的防碰撞和拖动示教功能。
技术实现思路
本技术的目的在于一种带扭矩传感器的协作机器人关节模组，采用关节壳体、扭矩传感器、谐波减速器、直流无框电机、制动器、多圈绝对值编码器、直流伺服驱动器作为机器人关节模组的核心部件，结构紧凑，装配简单，实现了机构控制、驱动、通信、扭矩检测于一体；采用多圈绝对值编码器直接采集电机转子的位置及转速等数据，无须双编码器确保精度，使用过程稳定可靠且成本更低；采用扭矩传感器采集减速机法兰和外接旋转机构之间的扭矩，模组及机器人本体安全检测系数更高。为实现上述目的，本技术的一种带扭矩传感器的协作机器人关节模组，包括扭矩传感器、多圈绝对值编码器、谐波减速器、直流无框电机、直流伺服驱动器和制动器，所述谐波减速器设置有一输出轴和一输入轴，输入轴、输出轴均为中空式结构，且中空的输出轴部分套接于中空的输入轴内部；输出轴连接一减速机法兰，输入轴与直流无框电机的转子固定连接；所述扭矩传感器外圈为刚体端，刚体端通过刚体安装孔位与减速机法兰紧固连接；扭矩传感器内圈为形变端，形变端通形变安装孔位外接一旋转机构；所述多圈绝对值编码器与输入轴或转子固定连接并同步旋转；直流伺服驱动器分别与扭矩传感器和多圈绝对值编码器电连接，并采集多圈绝对值编码器和扭矩传感器反馈的数据。进一步的，所述的谐波减速器还包括刚轮、波发生器和交叉滚子轴承；刚轮与输出轴固定并与交叉滚子轴承的内圈相连；波发生器与输入轴固定连接，且波发生器设置有柔轮，柔轮与交叉滚子轴承的外圈紧固连接。进一步的，输入轴套接有一高速轴轴承，输出轴套接有一低速轴轴承，高速轴轴承和低速轴轴承保持与输入轴和输出轴同心；谐波减速器还设置有高速轴轴承盖板，高速轴轴承盖板将谐波减速器密封。进一步的，刚轮、多圈绝对值编码器对应设置于输出轴的两端；波发生器、多圈绝对值编码器对应设置于输入轴的两端，转子设置于输入轴的中部。进一步的，还包括主壳体和副壳体，直流无框电机的定子固定设置在主壳体内壁，制动器和多圈绝对值编码器位于副壳体通道两侧，副壳体与主壳体相互固定并且副壳体内空间围合制动器；输入轴、输出轴自主壳体一侧向主壳体内空间贯穿至另一侧并通向副壳体内空间内的轴承件。作为一种有效的设置方案，直流伺服驱动器包括电源转换单元、电机控制单元、制动器控制单元、总线接口单元、IO接口单元、扭矩传感器接口单元；所述电源转换单元用于提供直流伺服驱动器自身工作和直流无框电机工作的电源；所述电机控制单元用于控制电机的转速和位置数据收发；所述制动器控制单元用于控制制动器的打开与关闭；所述总线接口单元用于接收上位机控制指令和反馈直流伺服驱动器状态数据及扭矩传感器的扭矩数据；所述IO接口单元用于检测外围数字量输入信号和模拟量输入信号，控制外围数字量输出；所述扭矩传感器接口单元用于检测扭矩传感器反馈的关节扭矩数据。本技术的贡献在于提供了一种带扭矩传感器的协作机器人关节模组，具备以下有益效果。1、该关节模组采用了多圈绝对值编码器，并将多圈绝对值编码器直接与减速机输入轴或者电机转子相连，从而能够直接获取测量转子转速、旋转位置，并且直流伺服驱动器能够通过根据采集多圈绝对值编码器反馈的转子转速、旋转位置数据，从而经过系统换算减速机输出端机构的角度，可以保证运行的精度；2、该关节模组采用了扭矩传感器，通过通讯或者模拟量将数据传递给直流伺服驱动器，直流伺服驱动器通过总线将扭矩数据实时传递给控制系统，由系统算法建立机器人动力学模型，实现高精度的防碰撞和拖拽功能，关节模组扭矩限制促使机器人本体安全性能更好；3、主壳体用于固定电机定子，副壳体用于固定制动器和多圈绝对值编码器，制动器和多圈绝对值编码器在副壳体的两个面上，兼具结构紧凑、内部零配件安装、拆装方便的效果。【附图说明】图1为本机器人关节模组的爆炸状态示意图；图2为本机器人关节模组结构剖视图；图3为本机器人关节模组谐波减速器剖面示意图；图4为本机器人关节模组直流伺服驱动器接口的示意图。图5是本机器人关节模组扭矩传感器的结构示意图。【具体实施方式】下列实施例是对本技术的进一步解释和补充，对本技术不构成任何限制。实施例1如图1-5所示，本实施例的一种带扭矩传感器的协作机器人关节模组，包括扭矩传感器8、多圈绝对值编码器5、谐波减速器、直流无框电机2和直流伺服驱动器7，所述谐波减速器设置有一输出轴12和一输入轴11，输入轴11、输出轴12均为中空式结构，且中空的输出轴12部分套接于中空的输入轴11内部；输出轴12连接一减速机法兰15，输入轴11与直流无框电机2的转子22固定连接；所述扭矩传感器8外圈为刚体端81，刚体端81通过刚体安装孔位82与减速机法兰15紧固连接；扭矩传感器8内圈为形变端83，形变端83通形变安装孔位84外接一旋转机构；所述多圈绝对值编码器5与输入轴11或转子22固定连接并同步旋转；直流伺服驱动器7分别与扭矩传感器8和多圈绝对值编码器5电连接，并采集多圈绝对值编码器5和扭矩传感器8反馈的数据。多圈绝对值编码器5与输入轴11或转子22固连并同步旋转，以测量转子22转速、旋转位置；直流伺服驱动器7通过根据外部上位控制器的指令，控制制动控制转子22的启停、并采集多圈绝对值编码器5和扭矩传感器8反馈的数据。当直流无框电机2转子22实现旋转运动后，带动谐波减速器的输入轴11转动，输入轴11带动多圈绝对值编码器5旋转，多圈绝对值编码器5测量转子22的转速、旋转位置，多圈绝对值编码器5将转子22的数据传输给直流伺服驱动器7，从而实现直流伺服驱动器7向上位控制器反馈数据，并根据上位控制器的下发的指令，控制关节模组输出轴12的运转实施例2如图1-3所示，本实施例中谐波减速器还包括刚轮14、波发生器13和交叉滚子轴承19；刚轮14与输出轴12固定并与交叉滚子轴承19的内圈相连；波发生器13与输入轴11固定连接，且波发生器11设置有柔轮，柔轮与交叉滚子轴承19的外圈紧固连接。输入轴11套接有一高速轴轴承17，输出轴12套接有一低速轴轴承16，高速轴轴承17和低速轴轴承16保持与输入轴11和输出轴12同心；谐波减速器还设置有高速轴轴承盖板18，高速轴轴承盖板18将谐波减速器密封，避免漏油。刚轮14、多圈绝对值编码器5对应设置于输出轴12的两端；波发生器13本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带扭矩传感器的协作机器人关节模组，包括扭矩传感器、多圈绝对值编码器、谐波减速器、直流无框电机、直流伺服驱动器和一制动器，其特征在于：/n所述谐波减速器设置有一输出轴和一输入轴，输入轴、输出轴均为中空式结构，且中空的输出轴部分套接于中空的输入轴内部；输出轴连接一减速机法兰，输入轴与直流无框电机的转子固定连接；/n所述扭矩传感器外圈为刚体端，刚体端通过刚体安装孔位与减速机法兰紧固连接；扭矩传感器内圈为形变端，形变端通形变安装孔位外接一旋转机构；/n所述多圈绝对值编码器与输入轴或转子固定连接并同步旋转；/n直流伺服驱动器分别与扭矩传感器和多圈绝对值编码器电连接，并采集多圈绝对值编码器和扭矩传感器反馈的数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种带扭矩传感器的协作机器人关节模组，包括扭矩传感器、多圈绝对值编码器、谐波减速器、直流无框电机、直流伺服驱动器和一制动器，其特征在于：
所述谐波减速器设置有一输出轴和一输入轴，输入轴、输出轴均为中空式结构，且中空的输出轴部分套接于中空的输入轴内部；输出轴连接一减速机法兰，输入轴与直流无框电机的转子固定连接；
所述扭矩传感器外圈为刚体端，刚体端通过刚体安装孔位与减速机法兰紧固连接；扭矩传感器内圈为形变端，形变端通形变安装孔位外接一旋转机构；
所述多圈绝对值编码器与输入轴或转子固定连接并同步旋转；
直流伺服驱动器分别与扭矩传感器和多圈绝对值编码器电连接，并采集多圈绝对值编码器和扭矩传感器反馈的数据。


2.如权利要求1所述的一种带扭矩传感器的协作机器人关节模组，其特征在于：所述的谐波减速器还包括刚轮、波发生器和交叉滚子轴承；
刚轮与输出轴固定并与交叉滚子轴承的内圈相连；
波发生器与输入轴固定连接，且波发生器设置有柔轮，柔轮与交叉滚子轴承的外圈紧固连接。


3.如权利要求2所述的一种带扭矩传感器的协作机器人关节模组，其特征在于：输入轴套接有一高速轴轴承，输出轴套接有一低速轴轴承，高速轴轴承和低速轴轴承保持与输入轴和输出轴同心；谐波减速器还设置有高速轴轴承盖板，高速轴轴承盖板将谐波减...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小虎，陈威盛，邓旭高，周星，杨林，杨海滨，王群，
申请(专利权)人：佛山智能装备技术研究院，
类型：新型
国别省市：广东;44