一种机器人用集成扭矩传感器的关节电机模组制造技术

技术编号：42988318 阅读：12 留言：0更新日期：2024-10-15 13:20

本发明专利技术涉及一种机器人用集成扭矩传感器的关节电机模组，包括电机、谐波减速器和控制器总成，本发明专利技术的控制器总成采用支撑固定杆既可以将两块电路板连接，又将下部的电路板固定到端板上，结构简单安装方便，同时两块电路板之间留有间隙，能够保证散热空间；另外，两个电路板采用对插设计，连接方便，两个电路板直径较小，结构紧凑；本发明专利技术电机的转轴和壳体通过轴承连接，且轴承通过壳体上的凸环和轴承压板进行限位安装，整体安装方便，不易损伤零件，且用于固定轴承压板和壳体的螺栓贯穿了壳体，可直接用于固定谐波减速器，简化了安装步骤；另外，将扭矩传感器的外圈作为输出端，通过扭矩传感器可以精确地检测到关节电机输出端的扭矩信息。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于关节电机结构，尤其涉及一种机器人用集成扭矩传感器的关节电机模组。

技术介绍

1、机器人技术的迅猛发展已经在多个领域引起了革命性的变革，从制造业到医疗保健，再到日常生活。在机器人的运动控制中，关节电机模组扮演着关键的角色，它们为机器人的关节提供了动力和精确的运动控制。

2、关节电机是一种由电机和减速器组成的机电一体化设备。其工作原理是基于电机和减速器的协同作用，实现高精度运动。关节电机主要由电机主体、减速器、轴承、控制器组件、外壳等部分组成。其中，电机主体是关节电机的核心部分，负责产生旋转动力；减速器则是将电机的旋转速度降低到适合关节电机工作的速度；控制器组件是用于检测电机转速、减速器输出端转速等信息，并对电机进行精确的控制；轴承是用来支撑电机的旋转部分；而外壳则是保护关节电机的各个部分不受外界环境的损害。

3、现有的关节电机模组中电机转轴与壳体之间的轴承需要过盈安装，操作不当易造成零部件损伤，且现有的关节电机由于包含的部件较多，需要分别将电机以及减速器单独组装完成后再连接在一起，整个过程安装步骤繁琐，影响组装效率；且现有的关节电机多数没有对于输出端(减速器输出端)的扭矩信息检测功能，无法提高控制进度，小部分关节电机即使配置了扭矩传感器，也会使得关节电机体积增加，结构更加复杂，同时装配也更加繁琐。

4、另外，控制器总成是实现关节电机模组精确运动的核心控制部件，现有的控制器总成结构复杂，散热性能差，影响关节电机性能的稳定性。

技术实现思路

<p>1、为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种机器人用集成扭矩传感器的关节电机模组，该模组安装方便，控制精确、结构紧凑，散热好，且性能稳定。

2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：

3、一种机器人用集成扭矩传感器的关节电机模组，包括电机、谐波减速器和控制器总成，所述电机包括端板、壳体、定子铁芯、转轴以及转子铁芯，所述定子铁芯固定在壳体内壁，所述转子铁芯固定在转轴上，且位于定子铁芯内，所述端板固定在壳体的一端，所述转轴的两端分别通过轴承a、轴承b与端板、壳体转动连接，所述谐波减速器包括波发生器、柔轮和钢轮，所述柔轮套设在波发生器外，所述钢轮套设在柔轮外，且在波发生器的推动下，柔轮与钢轮错齿传动，所述控制器总成固定在端板上，所述控制器总成包括控制器盖、第一电路板、第二电路板以及支撑固定杆，所述第二电路板的外沿间隔设有多个定位缺口，多个支撑固定杆的下部分别卡设在相应的定位缺口内，且与端板固定，所述第一电路板设置在支撑固定杆的顶部，且通过螺栓固定，所述第一电路板为通讯板，所述第二电路板为控制板，且通讯板与控制板间通过板板连接器对插连接；所述控制器盖与端板固定，且将第一电路板、第二电路板遮蔽，所述控制器盖的顶面至少部分下凹形成散热接触面，所述第一电路板上设有扇面状缺口，所述散热接触面贯穿扇面状缺口后与第二电路板上的元器件接触；所述壳体另一端的端面上设有通孔，所述通孔的外圈设有凸环，所述轴承b的外圈的一侧卡设在凸环内，所述轴承外圈的另一侧还扣设有轴承压板，所述轴承压板通过螺栓与壳体的内端面固定，且螺栓贯穿壳体的内端面后与钢轮固定，所述钢轮与壳体的接触面之间还设有密封圈d，所述转轴贯穿通孔后与波发生器固定；所述钢轮的一侧还通过交叉滚子轴承连接有扭矩传感器。

4、作为优选方案：所述交叉滚子轴承包括相互套接且转动设置的轴承内圈和轴承外圈，所述钢轮与轴承内圈固定，且钢轮与轴承外圈之间还设有密封环，所述扭矩传感器包括弹性基体、信号调理模块和应变片，所述弹性基体的外圈与轴承外圈固定，所述弹性基体的内圈与柔轮固定。

5、作为优选方案：所述第一电路板中部开设有通孔a，所述通孔a内还嵌设有线束固定块b，所述线束固定块b包括上限位部和下卡接部，所述下卡接部的外壁设有凸块，所述通孔a的外沿设有与凸块相配合的缺口，所述线束固定块b上还设有通孔b，线束贯穿通孔b。

6、作为优选方案：所述上限位部和下卡接部形成台阶面，所述台阶面与第一电路板的上端面相抵，所述下卡接部的下部还设有凸沿，且凸沿的外径大于通孔a的外径。

7、作为优选方案：所述支撑固定杆的下部为螺杆，上部为长杆，且长杆的外径大于螺杆的外径，所述螺杆卡设在定位缺口内，且与端板固定，所述长杆底部压设在第二电路板上。

8、作为优选方案：所述端板外沿间隔设有多个用于支撑第二电路板的支撑柱，所述支撑柱包括上下两个外径不同的底部支撑柱和限位凸柱，底部支撑柱与第二电路板下端面相抵，限位凸柱卡入第二电路板的定位缺口内，且限位凸柱中还设有用于将第二电路板压紧的螺栓。

9、作为优选方案：所述端板上沿外沿间隔设置多个台阶状的连接块，所述连接块侧壁的上部开设有第一连接孔，所述连接块侧壁的下部开设有第二连接孔，且第一连接孔和第二连接孔分别位于两个台阶的外侧壁，所述控制器盖扣设在连接块外，且通过贯穿控制器盖的连接件与第一连接孔固定，所述端板嵌设在壳体内，且通过贯穿壳体的连接件与第二连接孔固定。

10、作为优选方案：所述端板的外圆周还间隔设置多个定位凸块，所述定位凸块与连接块错位设置，所述壳体的上边沿内侧还设有多个与定位凸块相配合的限位缺口。

11、作为优选方案：所述第二电路板的上下两侧还分别设有磁环a和磁环b，所述磁环a通过中间管与谐波减速器输出端固定，所述磁环b与电机的转轴相固定，所述第二电路板的上端面设置有与磁环a相配合的磁性传感器、信号处理器；所述第二电路板的下端面设置有与磁环b相配合的磁性传感器、信号处理器。

12、作为优选方案：所述扭矩传感器的外侧还固定有t型轴，所述t形轴包括一体成型的中间管和连接盘，连接盘设置在中间管的一端，所述连接盘的中部还设有与中间管连通的通孔，所述中间管贯穿扭矩传感器、谐波减速器以及转轴。

13、作为优选方案：所述连接盘上还设有过线孔，所述信号调理模块的导线贯穿过线孔。

14、作为优选方案：所述弹性基体的外圈为外法兰盘，所述弹性基体的内圈为内法兰盘，两者通过应变梁连接，所述应变片设置在应变梁上，所述中间管的一端通过连接盘与外法兰盘固定，所述中间管的一端通过轴瓦支撑在电机的转轴中。

15、作为优选方案：所述应变梁为多个，且沿圆周等距间隔设置，相邻的应变梁之间设有凹槽，所述信号调理模块嵌设在凹槽内。

16、作为优选方案：所述外法兰盘的端面靠近外围设有一圈凸沿，所述连接盘的外侧壁与凸沿的内壁相抵。

17、本专利技术的控制器总成中采用支撑固定杆既可以将两块电路板连接，又将下部的电路板固定到端板上，结构简单安装方便，同时两块电路板之间留有间隙，能够保证散热空间；另外，两个电路板采用对插设计，连接方便，两个电路板直径较小，结构紧凑，利于产品集成小型化设计；另外，本专利技术的控制板固定在端板上靠近电机侧，较短的电机线的长度，减少损耗，提高整机效率。

18、本专利技术的转轴和壳体通过轴承连接，且轴承通过壳体上的凸环和本文档来自技高网...

【技术保护点】

2.根据权利要求1所述的一种机器人用集成扭矩传感器的关节电机模组，其特征在于：所述交叉滚子轴承包括相互套接且转动设置的轴承内圈(85)和轴承外圈(86)，所述钢轮(83)与轴承内圈(85)固定，且钢轮(83)与轴承外圈(86)之间还设有密封环(84)，所述扭矩传感器(9)包括弹性基体、信号调理模块(95)和应变片(96)，所述弹性基体的外圈与轴承外圈(86)固定，所述弹性基体的内圈与柔轮(82)固定。

3.根据权利要求1所述的一种机器人用集成扭矩传感器的关节电机模组，其特征在于：所述第一电路板(2)中部开设有通孔A，所述通孔A内还嵌设有线束固定块B(22)，所述线束固定块B(22)包括上限位部(221)和下卡接部(222)，所述下卡接部(22)的外壁设有凸块(23)，所述通孔A的外沿设有与凸块(23)相配合的缺口(24)，所述线束固定块B(22)上还设有通孔B，线束贯穿通孔B。

4.根据权利要求3所述的一种机器人用集成扭矩传感器的关节电机模组，其特征在于：所述上限位部(221)和下卡接部(222)形成台阶面，所述台阶面与第一电路板(2)的上端面相抵，所述下卡接部的下部还设有凸沿(25)，且凸沿(25)的外径大于通孔A的外径。

5.根据权利要求1所述的一种机器人用集成扭矩传感器的关节电机模组，其特征在于：所述支撑固定杆(31)的下部为螺杆，上部为长杆，且长杆的外径大于螺杆的外径，所述螺杆卡设在定位缺口(32)内，且与端板(4)固定，所述长杆底部压设在第二电路板(3)上。

6.根据权利要求1所述的一种机器人用集成扭矩传感器的关节电机模组，其特征在于：所述端板(4)外沿间隔设有多个用于支撑第二电路板(3)的支撑柱(41)，所述支撑柱(41)包括上下两个外径不同的底部支撑柱(411)和限位凸柱(412)，底部支撑柱(411)与第二电路板(3)下端面相抵，限位凸柱(412)卡入第二电路板(3)的定位缺口(32)内，且限位凸柱(412)中还设有用于将第二电路板(3)压紧的螺栓。

7.根据权利要求1所述的一种机器人用集成扭矩传感器的关节电机模组，其特征在于：所述端板(4)上沿外沿间隔设置多个台阶状的连接块(42)，所述连接块(42)侧壁的上部开设有第一连接孔，所述连接块(42)侧壁的下部开设有第二连接孔，且第一连接孔和第二连接孔分别位于两个台阶的外侧壁，所述控制器盖(1)扣设在连接块(42)外，且通过贯穿控制器盖(1)的连接件与第一连接孔固定，所述端板(4)嵌设在壳体(5)内，且通过贯穿壳体(5)的连接件与第二连接孔固定。...

【技术特征摘要】

1.一种机器人用集成扭矩传感器的关节电机模组，包括电机、谐波减速器(8)和控制器总成，所述电机包括端板(4)、壳体(5)、定子铁芯(500)、转轴(6)以及转子铁芯(600)，所述定子铁芯(500)固定在壳体(5)内壁，所述转子铁芯(600)固定在转轴(6)上，且位于定子铁芯(500)内，所述端板(4)固定在壳体(5)的一端，所述转轴(6)的两端分别通过轴承a(46)、轴承b(64)与端板(4)、壳体(5)转动连接，所述谐波减速器包括波发生器、柔轮(82)和钢轮(83)，所述柔轮(82)套设在波发生器外，所述钢轮(83)套设在柔轮(82)外，且在波发生器的推动下，柔轮(82)与钢轮(83)错齿传动，其特征在于：所述控制器总成固定在端板(4)上，所述控制器总成包括控制器盖(1)、第一电路板(2)、第二电路板(3)以及支撑固定杆(31)，所述第二电路板(3)的外沿间隔设有多个定位缺口(32)，多个支撑固定杆(31)的下部分别卡设在相应的定位缺口(32)内，且与端板(4)固定，所述第一电路板(2)设置在支撑固定杆(31)的顶部，且通过螺栓固定，所述第一电路板(2)为通讯板，所述第二电路板(3)为控制板，且通讯板与控制板间通过板板连接器对插连接；所述控制器盖(1)与端板(4)固定，且将第一电路板(2)、第二电路板(3)遮蔽，所述控制器盖(1)的顶面至少部分下凹形成散热接触面(14)，所述第一电路板(2)上设有扇面状缺口(20)，所述散热接触面(14)贯穿扇面状缺口(20)后与第二电路板(3)上的元器件接触；所述壳体(5)另一端的端面上设有通孔，所述通孔的外圈设有凸环(54)，所述轴承b(64)的外圈的一侧卡设在凸环(54)内，所述轴承(64)外圈的另一侧还扣设有轴承压板(63)，所述轴承压板(63)通过螺栓与壳体(5)的内端面固定，且螺栓贯穿壳体(5)的内端面后与钢轮(83)固定，所述钢轮(83)与壳体(5)的接触面之间还设有密封圈d(800)，所述转轴(6)贯穿通孔后与波发生器固定；所述钢轮(83)的一侧还通过交叉滚子轴承连接有扭矩传感器(9)。

3.根据权利要求1所述的一种机器人用集成扭矩传感器的关节电机模组，其特征在于：所述第一电路板(2)中部开设有通孔a，所述通孔a内还嵌设有线束固定块b(22)，所述线束固定块b(22)包括上限位部(221)和下卡接部(222)，所述下卡接部(22)的外壁设有凸块(23)，所述通孔a的外沿设有与凸块(23)相配合的缺口(24)，所述线束固定块b(22)上还设有通孔b，线束贯穿通孔b。

4.根据权利要求3所述的一种机器人用集成扭矩传感器的关节电机模组，其特征在于：所述上限位部(221)和下卡接部(222)形成台阶面，所述台阶面与第一电路板(2)的上端面相抵，所述下卡接部的下部还设有凸沿(25)，且凸沿(25)的外径大于通孔a的外径。

5.根据权利要求1所述的一种机器人用集成扭矩传感器的关节电机模组，其特征在于：所述支撑固定杆(31)的下部为螺杆，上部为长杆，且长杆的外径大于螺杆的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高志川，牛铭奎，金启前，张鸿，
申请(专利权)人：浙江方德机器人关节科技有限公司，
类型：发明
国别省市：

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