一種模塊化球關節驅動單元內部布局結構的制作方法

本發明涉及機器人關節驅動裝置，尤其涉及一種模塊化球關節驅動單元內部布局結構。

背景技術：

協作機器人作為輕型機器人，安全可靠性高，在不需要安全圍欄的基礎上，能夠實現與人類的共同操作，解決了人類較難以達成的精確度或讓人類遠離危險的環境和工作。協作機器人關節結構作為協作機器人的核心組成部件，它的性能在整個協作機器人運動過程中顯得至關重要。協作機器人多采用串聯關節結構，該型關節結構復雜，穩定性差，難以在有限空間內輸出較大力矩，關節的驅動結構內的走線難以合理排布，現有關節驅動裝置的已經限制了關節協作機器人運動性能的發揮，現在急需一種結構更為緊湊、穩定性更高、運動空間更大的協作機器人模塊化球關節內部布局結構。

技術實現要素：

本發明要解決的問題是如何克服現有技術的不足，提供一種模塊化球關節驅動單元內部布局結構。

本發明為實現上述目的采用的技術方案是：一種模塊化球關節驅動單元內部布局結構，其特征在于：包括支架、中空電機、大同步輪軸、諧波減速器、輸出法蘭軸、關節端部法蘭、同步帶和制動裝置，所述支架為中空殼體結構，所述中空電機固定安裝在支架內部，所述支架內部安裝有第一滾動軸承，所述支架左端設有同步輪側法蘭，所述同步輪側法蘭上安裝有第二滾動軸承，所述大同步輪軸為空心軸狀結構，所述大同步輪軸通過第一滾動軸承和第二滾動軸承安裝在支架上，所述大同步輪軸與中空電機的中空軸固定連接，所述諧波減速器設在支架內部右側，所述輸出法蘭軸為端部設有法蘭的空心軸體，所述支架右端安裝有第三滾動軸承，所述輸出法蘭軸與第三滾動軸承連接，所述大同步輪軸通過諧波減速器將轉動傳遞給輸出法蘭軸，所述關節端部法蘭固定連接在輸出法蘭軸外端；所述支架左端固定安裝有制動裝置，所述制動裝置包括抱閘安裝法蘭、抱閘固定座、抱閘軸、無勵磁型制動器和絕對式編碼器，所述抱閘安裝法蘭固定安裝在同步輪側法蘭外側，所述抱閘固定座為殼體式結構，所述抱閘固定座固定安裝在抱閘安裝法蘭左側，抱閘安裝法蘭上安裝有第四滾動軸承，所述抱閘固定座上安裝有第五滾動軸承，所述抱閘軸通過第四滾動軸承和第五滾動軸承依次與抱閘安裝法蘭和抱閘固定座連接，抱閘固定座外部安裝有絕對式編碼器，抱閘安裝法蘭左側安裝有無勵磁型制動器，所述抱閘軸右端設有小同步輪，所述小同步輪通過同步帶與大同步輪軸左端連接。

進一步，所述諧波減速器的剛輪固定安裝在支架上，所述諧波減速器的波發生器與大同步輪軸固定連接，所述輸出法蘭軸與諧波減速器的輸出柔輪固定連接。

進一步，所述無勵磁型制動器的轉子輪轂與抱閘軸連接。

進一步，所述支架右端設有防止第三滾動軸承竄動的軸承固定座，所述軸承固定座上設有油封。

進一步，所述關節端部法蘭上安裝有力矩傳感器。

本發明的優點在于采用中孔走線方式，使布線方便合理，避免了線路外漏；在驅動方面，采用中空電機驅動并通過諧波減速器減速，實現了高轉矩傳動，且保證了傳動精度，結構緊湊輕巧；在制動方面，利用無勵磁型制動器在停電時的緊急制動，可長時間保持停止狀態并防止機械空轉，制動音輕，使用壽命長，方便可靠；在結構方面，利用同步帶輪傳動，使得驅動部分和制動部分隔離，安裝拆卸更為方便；在功能方面，具有較強的可拓展性，通過合理布置驅動裝置的安裝方式，易于實現單關節輸出二自由度。本發明通過對球關節驅動單元內部布局結構的優化，使結構更加緊湊，成本更低，安裝簡單方便，安全可靠性更高，提高了球關節整體內部結構的模塊化、系統化、集成化程度，解決了傳統串聯關節占用空間大的缺點。

附圖說明

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步的詳細說明，其中：

圖1是本發明的整體結構示意圖；

圖2是圖1的側視圖；

圖3是圖2的內部結構示意圖。

具體實施方式

圖1～3所示，一種模塊化球關節驅動單元內部布局結構，其特征在于：包括支架1、中空電機2、大同步輪軸3、諧波減速器4、輸出法蘭軸5、關節端部法蘭6、同步帶7和制動裝置8，所述支架1為中空殼體結構，所述中空電機2固定安裝在支架1內部，所述支架1內部安裝有第一滾動軸承31，所述支架1左端設有同步輪側法蘭12，所述同步輪側法蘭12上安裝有第二滾動軸承32，所述大同步輪軸3為空心軸狀結構，所述大同步輪軸3通過第一滾動軸承31和第二滾動軸承32安裝在支架1上，所述大同步輪軸3與中空電機2的中空軸固定連接，所述諧波減速器4設在支架1內部右側，所述輸出法蘭軸5為端部設有法蘭的空心軸體，所述支架1右端安裝有第三滾動軸承51，所述輸出法蘭軸5與第三滾動軸承51連接，所述大同步輪軸3通過諧波減速器4將轉動傳遞給輸出法蘭軸5，所述關節端部法蘭6固定連接在輸出法蘭軸5外端；所述支架1左端固定安裝有制動裝置8，所述制動裝置8包括抱閘安裝法蘭81、抱閘固定座82、抱閘軸83、無勵磁型制動器84和絕對式編碼器85，所述抱閘安裝法蘭81固定安裝在同步輪側法蘭12外側，所述抱閘固定座82為殼體式結構，所述抱閘固定座82固定安裝在抱閘安裝法蘭81左側，抱閘安裝法蘭81上安裝有第四滾動軸承832，所述抱閘固定座82上安裝有第五滾動軸承833，所述抱閘軸83通過第四滾動軸承832和第五滾動軸承833依次與抱閘安裝法蘭81和抱閘固定座82連接，抱閘固定座82外部安裝有絕對式編碼器85，抱閘安裝法蘭81左側安裝有無勵磁型制動器84，所述抱閘軸83右端設有小同步輪831，所述小同步輪831通過同步帶7與大同步輪軸3左端連接。

所述諧波減速器4的剛輪固定安裝在支架1上，所述諧波減速器4的波發生器與大同步輪軸3固定連接，所述輸出法蘭軸5與諧波減速器4的輸出柔輪固定連接。所述無勵磁型制動器84的轉子輪轂與抱閘軸83連接。所述支架1右端設有防止第三滾動軸承51竄動的軸承固定座11，所述軸承固定座11上設有油封61。所述關節端部法蘭6上安裝有力矩傳感器。

實際運行時，控制系統輸入關節輸出端的運動角度指令，在外部信號作用下，中空電機2通電進行轉動，其中空電機2定子與支架1進行連接，不進行轉動，其轉子與大同步輪軸3連接，并帶動大同步輪軸3進行轉動。大同步輪軸3的轉動分兩路進行傳動，其一端通過同步帶7將轉動傳遞給小同步輪831，并帶動抱閘軸83進行轉動，同時無勵磁型制動器84得電并隨著抱閘軸83進行轉動，絕對式編碼器85檢測抱閘軸83的運動角度，實時反饋關節輸出端的運轉角度；大同步輪軸3的另一端與諧波減速器4中的波發生器連接，帶動諧波減速器4柔輪進行轉動，而諧波減速器4的剛輪與支架1進行固接，諧波減速器4柔輪通過螺栓與輸出法蘭軸5進行連接，經諧波減速器4減速后，通過輸出法蘭軸5與關節端部法蘭6實現關節輸出端的轉動。待絕對式編碼器85檢測運動角度達到指令要求時，無勵磁型制動器84失電，使抱閘軸83緊急制動。由于無勵磁型制動器84的制動轉矩大于中空電機2的輸出轉矩，因此，此時大同步輪軸3停止轉動，進而實現對諧波減速器4、輸出法蘭軸5以及關節端部法蘭6的制動，最終關節輸出端在指定位置停止。

本發明采用模塊化設計，實現中空電機2、諧波減速器4中孔內部走線，關節結構更加緊湊、重量更輕、性能更加穩定可靠、擴展性更好。通過將中空電機2的定子與支架1固定，中空電機2轉子與大同步輪軸3固定，結構緊湊，輸出力矩大，動態響應高；大同步輪軸3與諧波減速器4輸入端相連，經過減速后輸出到輸出法蘭軸5，進而到關節端部法蘭6，且可在關節端部法蘭6上安裝力矩傳感器，時刻反饋關節負載力矩，結構緊湊，精度高，反饋靈敏。當遇到超載或者緊急情況，可實現緊急制動，提高協作機器人安全防護性能。

所述絕對式編碼器85由機械位置決定的每一個位置都是唯一的，它無需記憶，無需找到參考點，且不用一直計數，控制系統可隨時讀取位置信息，抗干擾性好，數據可靠性高。

本發明采用模塊化球關節驅動單元內部布局結構，結構緊湊、靈巧，解決了協作機器人關節笨重、互換性不好、集成度不高、結構不夠緊湊等問題；解決了制動響應慢、發熱量大、制動位置保持精度不足、制動力不足問題，創新性的提出了一種協作機器人球關節驅動單元內部布局結構，為解決機器人關節可拓展性不佳，無法實現單關節輸出二自由度的問題提供了解決方案。本發明布局結構更加緊湊，成本低，安全可靠性更高，靈巧，模塊化，集成化，制動結構簡易，便于安裝，制動性能可靠穩定。

上述實施例只是為了說明本發明的技術構思及特點，其目的是在于讓本領域內的普通技術人員能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡是根據本發明內容的實質所作出的等效的變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍內。