一种具有单编码器的协作机器人关节制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有单编码器的协作机器人关节，属于机器人技术领域。该关节包括输出法兰、力矩传感器、谐波减速器、无框直驱力矩电机、输入法兰、多圈绝对值编码器、制动器，其中输出法兰和输入法兰可相对转动，无框直驱力矩电机的输出端通过谐波减速器与扭力传感器和输出法兰连接，无框直驱力矩电机的输入端与制动器和绝对值编码器连接。本实用新型专利技术的协作机器人关节具有力感知、绝对位置记忆、回零等功能，由其组成的协作机器人能够在半结构环境下与人协同作业，该协作机器人关节具有高精度力感知功能、结构紧凑、刚度高、可扩展性好等优点。好等优点。好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种具有单编码器的协作机器人关节


[0001]本技术属于机器人
，特别涉及一种具有单编码器的协作机器人关节。

技术介绍

[0002]协作机器人能够将自身的高精度、高忍耐性与人类的灵活适应能力相结合，具有人机融合、安全易用、灵敏精准及灵活通用的特征，不仅适应工业领域中小批量、多品种、用户定制的柔性制造需求，在应对老龄化的社会服务、康复医疗等领域也有潜在的应用前景。近年来，作为协作机器人重要组成部分的模块化一体化关节的研发日益受到人们的重视，轻质、高能量密度的机器人关节能够实现协作机器人的轻质、大负载自重比、灵活易用、安全性高、能够与人协同作业等优点。
[0003]目前，协作机器人关节一般采用双编码器运动控制方法，安装于关节输出端的绝对值编码器用于获得输出端的实际位移和绝对位置，实现绝对位置记忆(掉电保护)和回零功能，安装于电机端的增量式编码器用于电机位置、速度等伺服环控制。同时，基于双编码器的全状态反馈能够实现力感知功能。但这种双编码器结构使关节结构复杂，对关节中心走线管直径要求较高，力感知精度低，难以实现高精度的柔顺控制。为解决问题，专利CN210061184U采用多圈绝对值编码器实现了机器人关节的运动控制，但该方式无法实现高精度的力感知功能。专利CN109895122A等采用绝对值编码器和力矩传感器实现驱动装置的运动控制和力感知，但是该装置无法实现绝对位置记忆(掉电保护)和回零功能，同时因为制动器的缺失导致了关节无法紧急制动和保持，存在一定的安全隐患。专利CN108015799A等采用编码器和力矩传感器实现驱动装置的运动控制和力感知，但是该装置无法实现绝对位置记忆(掉电保护)和回零功能，同时由于电机与减速器的轴线错开设置，导致结构复杂、中空走线困难。
[0004]所以在精准力感知、绝对位置记忆、高精度运动学控制、精准回零的约束下，提高机器人关节结构紧凑性、降低关节结构复杂性和生产制造成本是本
人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供一种具有单编码器的协作机器人关节，该关节具有力感知、绝对位置记忆、回零等功能，并具有高精度、高刚度、结构紧凑、大中心孔、成本低等优点，由其组成的协作机器人能够在半结构环境下与人协同作业。
[0006]实现本技术目的的技术解决方案为：一种具有单编码器的协作机器人关节，该关节包括无框直驱力矩电机、驱动器和固定于某一基座上的输入法兰，所述无框直驱力矩电机包括无框直驱力矩电机定子和无框直驱力矩电机转子，其中无框直驱力矩电机转子安装在转子安装轴上，该安装轴通过第一深沟球轴承和第二深沟球轴承安装在输入法兰
上，无框直驱力矩电机定子安装在输入法兰上；
[0007]所述转子安装轴的输出端即电机的输出端依次连接谐波减速器和力矩传感器，力矩传感器的外圈连接转接法兰的内圈，转接法兰的外圈连接输出法兰；所述输入法兰和输出法兰之间设置十字交叉滚珠轴承，且该轴承的内圈安装在输入法兰上，外圈安装在输出法兰上；驱动器驱动无框直驱力矩电机进行旋转运动，进而带动谐波减速器、力矩传感器、转接法兰、输出法兰相对于输入法兰进行转动；
[0008]所述转子安装轴的输入端即电机的输入端连接对电机进行制动的制动器，以及反馈电机位置的多圈绝对值编码器；
[0009]所述驱动器上设置驱动器扩展板，用于为所述力矩传感器、无框直驱力矩电机、制动器、多圈绝对值编码器、驱动器提供稳压直流电源，还用于扩展驱动器的针脚。
[0010]本技术与现有技术相比，其显著优点为：
[0011](1)能够在精准力感知、绝对位置记忆、高精度运动学控制、精准回零的约束下，提高机器人关节结构紧凑性、降低关节结构复杂性和生产制造成本；
[0012](2)在关节的输出端安装有力矩传感器，能够精确感知关节所受扭矩，精度高，克服了基于双编码器的力感知方法和基于电机电流估计的力感知方法的缺陷；
[0013](3)采用多圈绝对值编码器，降低了结构复杂性，缩短了力传递路线，提高了关节刚度；同时，穿线管内只需要走力矩传感器信号和电源线、关节信号和电源线，降低了对穿线管直径的要求；
[0014](4)采用多圈绝对值编码器，避免了双编码器结构，降低了关节制造成本；
[0015](5)设有机械限位，同时采用制动器实现掉电时刻的制动保护，增加了模块使用过程中的安全性。
[0016]下面结合附图对本技术作进一步详细描述。
附图说明
[0017]图1为一个实施例中具有单编码器的协作机器人关节的总体结构剖面示意图。
[0018]图2为一个实施例中具有单编码器的协作机器人关节的总体外观示意图。
[0019]图3为一个实施例中无框直驱力矩电机安装结构示意图。
[0020]图4为一个实施例中多圈绝对值编码器安装结构示意图。
[0021]图5为一个实施例中编码器安装座结构示意图。
[0022]图6为一个实施例中的机械限位示意图。
[0023]图中：1为转接法兰、2为力矩传感器、3为输出法兰、4为十字交叉滚珠轴承、5为轴环压环、6为输入法兰、7为无框直驱力矩电机、7
‑
1为无框直驱力矩电机定子、7
‑
2为无框直驱力矩电机转子、8为轴承压盖、9为制动器安装座、10为驱动器安装座、11为驱动器、12为驱动器扩展板、13为橡胶圈、14为穿线管、15为制动器、15
‑
1为制动器衔铁、15
‑
2为制动器摩擦片、16为编码器安装座、17为编码器安装螺柱、18为编码器安装螺钉、19为多圈绝对值编码器、19
‑
1为编码器读头、19
‑
2为编码器码盘、20为摩擦片安装座、21为第一深沟球轴承、22为转子安装轴、23为第二深沟球轴承、24为谐波减速器、24
‑
1为谐波减速器钢轮、24
‑
2为谐波减速器波发生器、24
‑
3为谐波减速器柔轮、25为第一限位块、26为第二限位块。
具体实施方式
[0024]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0025]需要说明，若本技术实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0026]另外，若本技术实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有单编码器的协作机器人关节，其特征在于，该关节包括无框直驱力矩电机(7)、驱动器(11)和固定于某一基座上的输入法兰(6)，所述无框直驱力矩电机(7)包括无框直驱力矩电机定子(7
‑
1)和无框直驱力矩电机转子(7
‑
2)，其中无框直驱力矩电机转子(7
‑
2)安装在转子安装轴(22)上，该安装轴通过第一深沟球轴承(21)和第二深沟球轴承(23)安装在输入法兰(6)上，无框直驱力矩电机定子(7
‑
1)安装在输入法兰(6)上；所述转子安装轴(22)的输出端即电机的输出端依次连接谐波减速器(24)和力矩传感器(2)，力矩传感器(2)的外圈连接转接法兰(1)的内圈，转接法兰(1)的外圈连接输出法兰(3)；所述输入法兰(6)和输出法兰(3)之间设置十字交叉滚珠轴承(4)，且该轴承的内圈安装在输入法兰(6)上，外圈安装在输出法兰(3)上；驱动器(11)驱动无框直驱力矩电机(7)进行旋转运动，进而带动谐波减速器(24)、力矩传感器(2)、转接法兰(1)、输出法兰(3)相对于输入法兰(6)进行转动；所述转子安装轴(22)的输入端即电机的输入端连接对电机进行制动的制动器(15)，以及反馈电机位置的多圈绝对值编码器(19)；所述驱动器(11)上设置驱动器扩展板(12)，用于为所述力矩传感器(2)、无框直驱力矩电机(7)、制动器(15)、多圈绝对值编码器(19)、驱动器(11)提供稳压直流电源，还用于扩展驱动器(11)的针脚。2.根据权利要求1所述的具有单编码器的协作机器人关节，其特征在于，所述输入法兰(6)上还设有轴承压盖(8)，该压盖与输入法兰(6)、第一深沟球轴承(21)、第二深沟球轴承(23)一起支撑转子安装轴(22)。3.根据权利要求2所述的具有单编码器的协作机器人关节，其特征在于，所述谐波减速器(24)包括谐波减速器钢轮(24
‑
1)、谐波减速器波发生器(24
‑
2)、谐波减速器柔轮(24
‑
3)，其中谐波减速器钢轮(24
‑
1)安装在输入法兰(6)上，谐波减速器波发生器(24
‑
2)与转子安装轴(22)相连接，谐波减速器柔轮(24
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：胡明伟，孙宏伟，邹金欣，李萌萌，赵昀，何家健，王晶晶，杨迎霞，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一六研究所，
类型：新型
国别省市：