一种力控关节力矩测量和传递模块制造技术

本发明专利技术公开了一种力控关节力矩测量和传递模块，包括壳体、设置在壳体中的中轴、转动套设在中轴上的前外轴、套设在前外轴上的电机端编码器、谐波减速器、力矩传感器和输出法兰盘；中轴的一端设置在壳体中，中轴的另一端延伸至壳体外部，电机端编码器设置在前外轴上，谐波减速器分别与中轴以及力矩传感器连接，力矩传感器远离谐波减速器的一端与输出法兰盘连接；其结构可靠，使用性能好，能够准确测量出输出的力矩和位移，有效的提高了机器人关节力控精度。

A torque measurement and transmission module of force control joint

【技术实现步骤摘要】
一种力控关节力矩测量和传递模块
本专利技术涉及机器人
，具体涉及一种控关节力矩测量和传递装置。
技术介绍
在工业生产中对于一些精密零件的装配，传统工业机器人只能做到位置控制，简单来讲就是只能让工业机器人改变位置姿态运动。这样的工业机器人就不够智能，它没有力觉感知能力，从而只能死板的执行位移动作，在安装精密零件时不能做到精确的控制出力，从而可能损坏一些零件，并且如果更改零件的大小就需要重新编程。协作型机器人就具有拖动示教编程的功能，可以降低机器人示教编程的难度，降低机器人生产线的维护成本，在生产线上可以更加灵活的改变路径，但由于没有力矩反馈，不能精确测量外部的受力。为了解决上述问题，市场上出现了力控协作机器人，是在原有协作机器人的基础上各个关节增加力矩传感器，以达到测量关节实时输出的力矩大小，从而通过各关节集成的控制器自动调节出力大小，可以对一些娇气的零件安装出力大小实现自适应控制，让零件均匀受力安装。并且当机器人在运动过程中触碰到障碍时可以立刻停下来，保护人机安全。目前国内大多数协作机器人关节均建立在双编码器测量和弹簧SEA测量力矩基础上，上述方式不仅降低了系统刚度，还降低了机器人的力控精度，也增加了算法辨识上面的难度。目前的协作机器人关节可以作为手术机器人关节使用，但是由于力反馈精度低，外科医生不能通过用外科医生控制台的操作手柄感受到实际手术操作时的受力，所以增加了手术的安全风险和手术时间，对患者的手术治疗效果具有一定安全隐患。与常用的协作机器人关节相比，普通的协作机器人采用双编码器或者SEA柔性弹簧测量单元作为关节的输出力矩测量传感器，这些方法无法做到高精度的力矩控制。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目在于提供一种力控关节力矩测量和传递模块。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种力控关节力矩测量和传递模块，包括壳体、设置在壳体中的中轴、转动套设在中轴上的前外轴、套设在前外轴上的电机端编码器、谐波减速器、力矩传感器和输出法兰盘；中轴的一端设置在壳体中，中轴的另一端延伸至壳体外部，电机端编码器设置在前外轴上，谐波减速器分别与中轴以及力矩传感器连接，力矩传感器远离谐波减速器的一端与输出法兰盘连接。进一步地，壳体包括依次连接的轴承后盖、减速器后壳以及减速器前壳，电机端编码器通过紧固件设置在减速器后壳上，输出法兰盘与减速器前壳连接。进一步地，力矩传感器包括力矩传感器本体以及配合连接在力矩传感器本体中的公航空插头线束，力矩传感器本体上分别设置有固定孔和销孔，通过固定孔和销孔将力矩传感器本体固定在所述输出法兰盘上。进一步地，电机端编码器包括电机端编码器电路板和码盘，电机端编码器和所述码盘分别设置在前外轴上。进一步地，谐波减速器包括钢轮、波发生器和杯型柔轮，钢轮设置在壳体上，波发生器一端设置在杯型柔轮上，波发生器的另一端与中轴连接，杯型柔轮套设在中轴上并与力矩传感器连接。进一步地，中轴与谐波减速器的杯型柔轮之间设置有第一密封圈，力矩传感器与输出法兰盘之间设置有第二密封圈。进一步地，前外轴与减速器后壳之间设置有第一骨架油封，前外轴与中轴之间设置有第二骨架油封。进一步地，轴承后盖与输出法兰盘之间设置有交叉滚子轴承，并通过前轴承固定环和后轴承固定环固定。进一步地，壳体上设有状态指示灯，状态指示灯包括灯壳以及发光灯带，灯壳设置在输出法兰盘上，发光灯带设置在壳体上，发光灯带采用流水灯。进一步地，输出法兰盘上设置有零位刻度线。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所提供的一种力控关节力矩测量和传递模块，其结构可靠，使用性能好，当力矩测量和转递模块运行时，前外轴作为输入轴输入力矩，会带动谐波减速器的波发生器旋转，杯型柔轮受到波发生器的驱动，相对于谐波减速器的钢轮旋转，从而驱动力矩传感器旋转，而力矩传感器又与输出法兰盘相连，从而可以测出输出法兰盘和杯型柔轮之间的相对力矩，从而起到力矩测量的效果。在前外轴转动时，同时也会带动电机端编码器的码盘的转动，通过电机端编码器电路板可以检测出相对转角，从而达到位置检测的目的。此外，在该模块中同时设置了力矩传感器和编码器，能够准确测量出输出的力矩和位移，有效的提高了机器人关节力控精度。附图说明图1为本专利技术轴测图；图2为本专利技术的剖面图；图3为本专利技术的爆炸结构图；图4为本专利技术中力矩传感器结构示意图；图5为本专利技术中电机端编码器结构示意图；图1至图5中所示附图标记分别表示为：1-壳体，2-中轴，3-前外轴，4-电机端编码器，5-谐波减速器，6-力矩传感器，7-输出法兰盘，10-轴承后盖，11-减速器后壳，12-减速器前壳，40-电机端编码器电路板，41-码盘，50-钢轮，51-波发生器，52-杯型柔轮，60-力矩传感器本体，61-公航空插头线束，62-固定孔，63-销孔，20-第一密封圈，21-第二密封圈，30-第一骨架油封，31-第二骨架油封，13-交叉滚子轴承，14-前轴承固定环，15-后轴承固定环，18-深沟球轴承，16-状态指示灯，160-灯壳，161-发光灯带，71-零位刻度线。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图1至图3所示，一种力控关节力矩测量和传递模块，包括壳体1、设置在壳体1中的中轴2、转动套设在中轴2上的前外轴3、套设在前外轴3上的电机端编码器4、谐波减速器5、力矩传感器6和输出法兰盘7。壳体1采用铝合金制作，减少关节整体的质量，降低功耗。通过在力矩测量和传递模块内部增加力矩传感器6，以达到力矩测量的目的。通过在力矩测量和传递模块内部增设谐波减速器5，用于将力矩放大，起到力矩传递的目的。中轴2的一端设置在壳体1中，中轴2的另一端延伸至壳体1外部，电机端编码器4设置在前外轴3上，谐波减速器5分别与中轴2以及力矩传感器6连接，力矩传感器6远离谐波减速器5的一端与输出法兰盘7连接。前外轴3与减速器后壳11之间设置有第一骨架油封30，防止减速器内部有油回到关节尾部污染编码器。前外轴3与中轴2之间设置有第二骨架油封31，防止污染输出侧编码器。轴承后盖10和输出法兰盘7之间设有交叉滚子轴承13，交叉滚子轴承13通过前轴承固定环14和后轴承固定环15固定到输出法兰盘7上，用于承受关节的径向载荷和轴向载荷，另一端设有深沟球轴承18，用于平衡交叉滚子轴承13的径向载荷。在使用时，当力矩测量和转递模块运行时，前外轴3作为输入轴输入力矩，会带动谐波减速器5波发生器51旋转，杯型柔轮52受到波发生器51的驱动，相对于谐波减速器5钢轮50旋转，从而驱动力矩传感器6旋转，而力矩传感器6又与输出法兰盘7相连，从而可以测出输出法兰盘7和杯型柔轮52之间的相对力矩，从而起到力矩测量的效果。在前外轴3转动时，同时也会带动电机端编码器4码盘41的转动，通过电机端编码器4电路板可以检测出相对转角，从而达到位置检测的目的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种力控关节力矩测量和传递模块，其特征在于，包括壳体(1)、设置在所述壳体(1)中的中轴(2)、转动套设在所述中轴(2)上的前外轴(3)、套设在所述前外轴(3)上的电机端编码器(4)、谐波减速器(5)、力矩传感器(6)和输出法兰盘(7)；/n所述中轴(2)的一端设置在所述壳体(1)中，所述中轴(2)的另一端延伸至所述壳体(1)外部，所述电机端编码器(4)设置在所述前外轴(3)上，所述谐波减速器(5)分别与所述中轴(2)以及所述力矩传感器(6)连接，所述力矩传感器(6)远离所述谐波减速器(5)的一端与所述输出法兰盘(7)连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种力控关节力矩测量和传递模块，其特征在于，包括壳体(1)、设置在所述壳体(1)中的中轴(2)、转动套设在所述中轴(2)上的前外轴(3)、套设在所述前外轴(3)上的电机端编码器(4)、谐波减速器(5)、力矩传感器(6)和输出法兰盘(7)；
所述中轴(2)的一端设置在所述壳体(1)中，所述中轴(2)的另一端延伸至所述壳体(1)外部，所述电机端编码器(4)设置在所述前外轴(3)上，所述谐波减速器(5)分别与所述中轴(2)以及所述力矩传感器(6)连接，所述力矩传感器(6)远离所述谐波减速器(5)的一端与所述输出法兰盘(7)连接。


2.根据权利要求1所述的力控关节力矩测量和传递模块，其特征在于，所述壳体(1)包括依次连接的轴承后盖(10)、减速器后壳(11)以及减速器前壳(12)，所述电机端编码器(4)通过紧固件设置在所述减速器后壳(11)上，所述输出法兰盘(7)与所述减速器前壳(12)连接。


3.根据权利要求1所述的力控关节力矩测量和传递模块，其特征在于，所述电机端编码器(4)包括电机端编码器电路板(40)和码盘(41)，所述电机端编码器(4)和所述码盘(41)分别设置在所述前外轴(3)上。


4.根据权利要求1所述的力控关节力矩测量和传递模块，其特征在于，所述谐波减速器(5)包括钢轮(50)、波发生器(51)和杯型柔轮(52)，所述钢轮(50)设置在所述壳体(1)上，所述波发生器(51)一端设置在所述杯型柔轮(52)上，所述波发生器(51)的另一端与所述中轴(2)连接，所述杯型柔轮(52)套设在所述中轴(2)上并与所述力矩传感器(6)连接。


5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：门正兴，王子强，白凤光，郑金辉，唐鑫，苏艳红，陈诚，岳太文，马亚鑫，李杰臣，
申请(专利权)人：成都航空职业技术学院，
类型：发明
国别省市：四川;51