一種模塊化兩自由度機器人關節(jié)制造技術

本發(fā)明專利技術涉及機器人關節(jié)領域，尤其涉及一種模塊化兩自由度機器人關節(jié)，其不同之處在于：其包括內部為空腔結構且前端開口的外部殼體、分別用于控制俯仰自由度和滾轉自由度的滾轉電機和俯仰電機、用于改變輸出方向和增加輸出扭矩的滾轉輪系和俯仰輪系、兩組關節(jié)角度檢測傳感器；外部殼體內設有由后向前依次排列的用于驅動電機運轉的雙電機驅動器、滾轉電機座、滾轉輪系座、俯仰電機座，外部殼體的前端開口處設有俯仰輪系箱體，所述外部殼體的后端為用于連接上一關節(jié)模塊的連接部。本發(fā)明專利技術結構緊湊、功率密度比大、成本低。

A modular two DOF robot joint

The present invention relates to the field of robot joint, especially relates to a modular robot with two degrees of freedom joint, the difference is: the internal cavity structure and the external shell, the front opening are respectively used to control the pitch and roll degrees of freedom DOF motor and rolling pitching motor, for changing the output direction and increase output torque roll and pitch gear train, two sets of joint angle sensor; the external shell body is provided with a forward followed arrangement for driving motor dual motor drive, motor seat, roll roll wheel seat, a motor seat pitch system, a gear box opening at the front elevation of the external shell, the outer shell of the back end for the connecting part is connected with a joint module. The invention has the advantages of compact structure, large power density ratio and low cost.

【技術實現步驟摘要】
一種模塊化兩自由度機器人關節(jié)
本專利技術涉及機器人關節(jié)領域，尤其涉及一種模塊化兩自由度機器人關節(jié)。
技術介紹
目前，機械臂是工業(yè)或服務機器人進行作業(yè)的最主要功能部件，通常由數個關節(jié)組成，關節(jié)是組成機械臂的基本單元，在機器人上有著不可替代的作用；在目前應用的各類關節(jié)中，主流是單自由度關節(jié)，即單一電機驅動一個自由度，通過多個單自由度關節(jié)的串、并聯(lián)實現目標功能，這種組織方式使得機械臂結構較為松散、不緊湊、功率密度比較小。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種模塊化兩自由度機器人關節(jié)，結構緊湊、功率密度比大、成本低。為解決以上技術問題，本專利技術的技術方案為：模塊化兩自由度機器人關節(jié)，其不同之處在于：其包括內部為空腔結構且前端開口的外部殼體、分別用于控制俯仰自由度和滾轉自由度的滾轉電機和俯仰電機、用于改變輸出方向和增加輸出扭矩的滾轉輪系和俯仰輪系、兩組關節(jié)角度檢測傳感器；外部殼體內設有由后向前依次排列的用于驅動電機運轉的雙電機驅動器、滾轉電機座、滾轉輪系座、俯仰電機座，外部殼體的前端開口處設有俯仰輪系箱體，所述外部殼體的后端為用于連接上一關節(jié)模塊的連接部；所述滾轉電機座和滾轉輪系座固定連接形成具有內腔且前后兩端開口的安裝殼體，滾轉電機和滾轉輪系均安裝于所述安裝殼體的外緣位置，前端開口且內部為空腔結構的俯仰電機座設于所述安裝殼體內部且開口端延伸至安裝殼體前端開口外側，由滾轉電機驅動的所述滾轉輪系與俯仰電機座開口端固定連接并可帶動俯仰電機座轉動，所述俯仰電機安裝于俯仰電機座內部，內部裝設有俯仰輪系的俯仰輪系箱體與俯仰電機座和俯仰電機固定連接，由俯仰電機驅動的所述俯仰輪系可帶動串聯(lián)的下一關節(jié)模塊進行轉動；所述兩組關節(jié)角度檢測傳感器均由一個磁珠和一個通過檢測所述磁珠的磁場變化來測量角位移的傳感器芯片構成，用于檢測滾轉自由度的傳感器設于所述安裝殼體后端開口的位置，用于檢測俯仰自由度的傳感器設于俯仰輪系與下一關節(jié)模塊的連接位置。按以上方案，該關節(jié)模塊的滾轉自由度和俯仰自由度的軸線相互垂直，所述滾轉電機和俯仰電機的軸線相互平行。按以上方案，所述滾轉輪系由依次相連的第一直齒輪、第一組合齒輪、第二組合齒輪、第三組合齒輪和第二直齒輪組成，第一直齒輪與滾轉電機的輸出軸固定連接，第一組合齒輪和第三組合齒輪同軸并置，通過第一安裝軸安裝在所述安裝殼體上，第二組合齒輪通過第二安裝軸安裝在所述安裝殼體上，第二直齒輪與俯仰電機座相連接；所述俯仰輪系由依次相連的第一錐齒輪、第四組合齒輪、第五組合齒輪、三個組合行星輪和太陽輪組成，第一錐齒輪與俯仰電機的輸出軸固定連接，第四組合齒輪通過第三安裝軸安裝到俯仰輪系箱體上形成旋轉副，第五組合齒輪通過第四安裝軸安裝到俯仰輪系箱體上形成旋轉副，太陽輪與俯仰輪系箱體固定連接，三個組合行星輪套裝在行星輪架的轉軸上，行星輪架蓋與行星輪固定連接并將組合行星輪做軸向限位。按以上方案，所述第一組合齒輪、第二組合齒輪、第三組合齒輪均為由一大一小兩個直齒輪固定在一起形成的組合體；所述第四組合齒輪由一個小直齒輪和一個大錐齒輪固定連接構成，第五組合齒輪和組合行星輪均由一大一小兩個直齒輪固定連接構成。按以上方案，所述俯仰輪系一側設有帶多個凸起圓柱結構的關節(jié)連接件，另一側為下凹圓柱面的結構；所述外部殼體沿軸線分為第一外部殼體和第二外部殼體，所述第一外部殼體的后端連接部帶有多個與所述關節(jié)連接件凸起圓柱結構相配合的圓孔結構，用于串聯(lián)上一關節(jié)模塊時與上一關節(jié)模塊的所述關節(jié)連接件進行固定連接；所述第二外部殼體的后端連接部為帶開口的凸起圓環(huán)結構，用于串聯(lián)上一關節(jié)模塊時與上一關節(jié)模塊的所述下凹圓柱面結構進行配合形成轉動副進行連接。按以上方案，所述磁珠分為滾轉磁珠和俯仰磁珠，所述傳感器芯片分為滾轉傳感器芯片和俯仰傳感器芯片，所述滾轉傳感器芯片與滾轉電機座固定連接，滾轉磁珠安裝在俯仰電機座上并跟隨其進行轉動，所述俯仰傳感器芯片與俯仰輪系箱體固定連接，俯仰磁珠通過俯仰磁珠座安裝在與該關節(jié)模塊串聯(lián)的下一關節(jié)模塊的第二外部殼體后端連接部中央位置并跟隨其進行轉動。按以上方案，所述傳感器芯片和磁珠正對，間距為固定數值，磁珠端面與傳感器芯片平行，磁珠軸線垂直通過傳感器芯片幾何中心點。按以上方案，所述傳感器芯片和磁珠的間距為1～2mm。按以上方案，所述滾轉輪系和俯仰輪系可以采用渦輪蝸桿、錐齒輪組、圓柱齒輪、端面齒輪中的一種或幾種的組合。按以上方案，該關節(jié)模塊的零件間固定連接形式可以采用法蘭孔配緊固件、平鍵、花鍵、內外齒、焊接、粘接、過盈配合、鉚接、卡扣一種或幾種的組合。由上述方案可知，本專利技術的兩只電機經過不同的減速機構后各驅動一個自由度，實現了關節(jié)滾轉、俯仰兩個自由度的運動，再通過模塊化設計，將兩自由度集成在一個關節(jié)模塊內，使形成的模塊化兩自由度關節(jié)結構緊湊、功率密度比較高；關節(jié)角度傳感器采用磁傳感器芯片和磁珠，體積小、成本低；利用本專利技術可以方便快捷的構造出多種結構的串、并聯(lián)機械臂或機器人，使機械臂或機器人開發(fā)時間和資金投入都得以降低。附圖說明圖1是本專利技術實施例的結構示意圖；圖2是相對圖1另一側的本專利技術實施例結構示意圖；圖3是本專利技術實施例的部分結構示意圖；圖4是圖3所示滾轉自由度結構外觀圖；圖5是圖4所示滾轉電機及輪系結構示意圖；圖6是圖4所示滾轉自由度結構的俯視剖視示意圖；圖7是圖3所示俯仰自由度結構外觀圖；圖8是圖7所示俯仰電機及輪系結構示意圖；圖9是圖7所示俯仰自由度結構的側面剖視示意圖；圖10是圖7所示俯仰自由度結構的俯視剖視示意圖；圖11是圖1所示兩自由度關節(jié)組成串聯(lián)六自由度機械臂的實施例示意圖；其中：a—兩自由度關節(jié)、b—機械手示意圖、1—滾轉傳感器芯片、2—滾轉磁珠、3—滾轉傳感器座、4—滾轉電機座、5—滾轉輪系座、6—滾轉電機、7—第一直齒輪、8—第一組合齒輪、9—第二組合齒輪、10—第三組合齒輪、11—第二直齒輪、12—俯仰電機座、13—第一安裝軸、14—第二安裝軸、15—俯仰輪系箱體、16—俯仰電機、17—第一錐齒輪、18—第四組合齒輪、19—第五組合齒輪、20—行星輪、21—太陽輪、22—封蓋、23—行星輪架、24—行星輪架蓋、25—關節(jié)連接件、26—第三安裝軸、27—第四安裝軸、28—俯仰傳感器芯片、29—俯仰磁珠、30—俯仰磁珠座、31—第一螺釘、32—第二螺釘、33—第三螺釘、34—第四螺釘、35—第五螺釘、36—底座、37—外部殼體（3701—第一外部殼體、3702—第二外部殼體、370101—第一外部殼體的后端連接部、370201—第二外部殼體的后端連接部）、38—下凹圓柱面結構、39—雙電機驅動器。具體實施方式下面通過具體實施方式結合附圖對本專利技術作進一步詳細說明。本專利技術實施例中，該關節(jié)模塊的兩個自由度為兩個轉動自由度，如圖3，這兩個轉動自由度分別被稱為俯仰自由度和滾轉自由度，他們的軸線互相垂直。如圖1至圖11所示，本專利技術包括內部為空腔結構且前端開口的外部殼體37、分別用于控制俯仰自由度和滾轉自由度的滾轉電機6和俯仰電機16、用于改變輸出方向和增加輸出扭矩的滾轉輪系和俯仰輪系、兩組關節(jié)角度檢測傳感器,滾轉電機6通過四級直齒輪組進行減速，俯仰電機16通過一級錐齒輪組、一級直齒輪組和一級行星齒輪組共三級減速，外本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種模塊化兩自由度機器人關節(jié)，其特征在于：其包括內部為空腔結構且前端開口的外部殼體、分別用于控制俯仰自由度和滾轉自由度的滾轉電機和俯仰電機、用于改變輸出方向和增加輸出扭矩的滾轉輪系和俯仰輪系、兩組關節(jié)角度檢測傳感器；外部殼體內設有由后向前依次排列的用于驅動電機運轉的雙電機驅動器、滾轉電機座、滾轉輪系座、俯仰電機座，外部殼體的前端開口處設有俯仰輪系箱體，所述外部殼體的后端為用于連接上一關節(jié)模塊的連接部；所述滾轉電機座和滾轉輪系座固定連接形成具有內腔且前后兩端開口的安裝殼體，滾轉電機和滾轉輪系均安裝于所述安裝殼體的外緣位置，前端開口且內部為空腔結構的俯仰電機座設于所述安裝殼體內部且開口端延伸至安裝殼體前端開口外側，由滾轉電機驅動的所述滾轉輪系與俯仰電機座開口端固定連接并可帶動俯仰電機座轉動，所述俯仰電機安裝于俯仰電機座內部，內部裝設有俯仰輪系的俯仰輪系箱體與俯仰電機座和俯仰電機固定連接，由俯仰電機驅動的所述俯仰輪系可帶動串聯(lián)的下一關節(jié)模塊進行轉動；所述兩組關節(jié)角度檢測傳感器均由一個磁珠和一個通過檢測所述磁珠的磁場變化來測量角位移的傳感器芯片構成，用于檢測滾轉自由度的傳感器設于所述安裝殼體后端開口的位置，用于檢測俯仰自由度的傳感器設于俯仰輪系與下一關節(jié)模塊的連接位置。...

【技術特征摘要】
1.一種模塊化兩自由度機器人關節(jié)，其特征在于：其包括內部為空腔結構且前端開口的外部殼體、分別用于控制俯仰自由度和滾轉自由度的滾轉電機和俯仰電機、用于改變輸出方向和增加輸出扭矩的滾轉輪系和俯仰輪系、兩組關節(jié)角度檢測傳感器；外部殼體內設有由后向前依次排列的用于驅動電機運轉的雙電機驅動器、滾轉電機座、滾轉輪系座、俯仰電機座，外部殼體的前端開口處設有俯仰輪系箱體，所述外部殼體的后端為用于連接上一關節(jié)模塊的連接部；所述滾轉電機座和滾轉輪系座固定連接形成具有內腔且前后兩端開口的安裝殼體，滾轉電機和滾轉輪系均安裝于所述安裝殼體的外緣位置，前端開口且內部為空腔結構的俯仰電機座設于所述安裝殼體內部且開口端延伸至安裝殼體前端開口外側，由滾轉電機驅動的所述滾轉輪系與俯仰電機座開口端固定連接并可帶動俯仰電機座轉動，所述俯仰電機安裝于俯仰電機座內部，內部裝設有俯仰輪系的俯仰輪系箱體與俯仰電機座和俯仰電機固定連接，由俯仰電機驅動的所述俯仰輪系可帶動串聯(lián)的下一關節(jié)模塊進行轉動；所述兩組關節(jié)角度檢測傳感器均由一個磁珠和一個通過檢測所述磁珠的磁場變化來測量角位移的傳感器芯片構成，用于檢測滾轉自由度的傳感器設于所述安裝殼體后端開口的位置，用于檢測俯仰自由度的傳感器設于俯仰輪系與下一關節(jié)模塊的連接位置。2.根據權利要求1所述的模塊化兩自由度機器人關節(jié)，其特征在于：該關節(jié)模塊的滾轉自由度和俯仰自由度的軸線相互垂直，所述滾轉電機和俯仰電機的軸線相互平行。3.根據權利要求1所述的模塊化兩自由度機器人關節(jié)，其特征在于：所述滾轉輪系由依次相連的第一直齒輪、第一組合齒輪、第二組合齒輪、第三組合齒輪和第二直齒輪組成，第一直齒輪與滾轉電機的輸出軸固定連接，第一組合齒輪和第三組合齒輪同軸并置，通過第一安裝軸安裝在所述安裝殼體上，第二組合齒輪通過第二安裝軸安裝在所述安裝殼體上，第二直齒輪與俯仰電機座相連接；所述俯仰輪系由依次相連的第一錐齒輪、第四組合齒輪、第五組合齒輪、三個組合行星輪和太陽輪組成，第一錐齒輪與俯仰電機的輸出軸固定連接，第四組合齒輪通過第三安裝軸安裝到俯仰輪系箱體上形成旋轉副，第五組合齒輪通過第四安裝軸安裝到俯仰輪系箱體上形成旋轉副，太陽輪與俯仰輪系...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：趙烈，
申請(專利權)人：江蘇安格爾機器人有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32