专利名称：具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机械臂模块化关节。
背景技术：
机械臂关节是机械臂构成的核心部件,关节的整体结构 、负载能力及感知能力直接影响着机械臂整体的作业水平。近年来服务型机器人、空间机器人以及特种操作机器人等的迅速发展，对机械臂的性能提出了更高的要求。高性能、模块化、大负载机械臂关节的研制显得尤为必要。目前国内市场上机械臂关节普遍存在重量大、负载能力低、体积大、集成度低、感知能力差等问题，限制了机械臂性能的进一步提升。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节，以解决现有机械臂关节重量大、负载能力低、体积大、集成度低、感知能力差等问题。本发明为解决上述问题采取的技术方案是具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节，所述机械臂模块化关节包括机械系统、关节电气系统、传感器系统及失电制动器；机械系统、关节电气系统、传感器系统和失电制动器集成于一体；机械系统包括关节固定端、关节输出端、关节传动装置、交叉滚柱轴环、第一深沟球轴承和第二深沟球轴承 ’关节固定端包括电机外壳、C型环、电机定子、电机端盖、谐波减速器刚轮固定架、谐波减速器刚轮、绝对式光电编码器固定架、固定螺母、关节中心走线圆管、增量式磁编码器固定架、第一深沟球轴承压板、第二深沟球轴承压板及蝶形弹簧；关节输出端包括谐波减速器柔轮、刚性连接件、关节输出外壳、关节限位块、交叉滚柱轴环外圈挡板、垫圈及圆环套；关节传动装置包括电机转子、电机轴、谐波减速器波发生器、轴承套筒及磁环支架；关节电气系统包括关节驱动板及关节控制板；传感器系统包括力矩传感器、绝对式光电编码器、增量式磁编码器及电机霍尔传感器，绝对式光电编码器包括发光板、接收板、旋转码盘、狭缝、金属支架及光电/力矩传感器处理电路板；增量式磁编码器包括磁环及增量式磁编码器电路板；电机霍尔传感器包括电机霍尔及电机霍尔传感器电路板；电机外壳和谐波减速器柔轮均套装在关节中心走线圆管的外壁上，电机定子通过C型环与电机外壳的内壁固连，第一深沟球轴承压板与电机外壳的输出端固连，电机端盖与电机外壳的输入端固连，第二深沟球轴承压板安装在电机端盖上，增量式磁编码器固定架与电机端盖的输入端固连，谐波减速器刚轮通过谐波减速器刚轮固定架与电机外壳的输出端固连，绝对式光电编码器固定架依次通过谐波减速器刚轮、谐波减速器刚轮固定架与电机外壳的输出端固连，固定螺母与绝对式光电编码器固定架可拆卸连接，关节中心走线圆管与失电制动器的失电制动器端盖固连；刚性连接件的输入端与谐波减速器柔轮固连，刚性连接件的输出端与力矩传感器的机械本体的内环固连，该力矩传感器的机械本体的外环与关节输出外壳的输出端固连，关节输出外壳的输入端通过垫圈与交叉滚柱轴环外圈挡板固连，关节限位块通过交叉滚柱轴环外圈挡板与关节输出外 壳固连，圆环套固定在力矩传感器的机械本体的内环的内腔中；电机轴套装在关节中心走线圆管上并置于电机外壳内，电机轴与关节中心走线圆管间隙配合，电机转子与电机轴固连，谐波减速器波发生器与电机轴的输出端固连，磁环支架固套装在电机轴上，轴承套筒固套装在电机轴上并通过磁环支架轴向定位；谐波减速器柔轮置于谐波减速器刚轮与谐波减速器波发生器之间；第一深沟球轴承的内圈安装于电机轴上，第一深沟球轴承的外圈安装于电机外壳内，第一深沟球轴承的外圈通过第一深沟球轴承压板轴向定位，第二深沟球轴承的内圈安装于电机轴上并通过轴承套筒轴向定位，第二深沟球轴承的外圈安装于电机端盖内，第二深沟球轴承的外圈通过第二深沟球轴承压板轴向定位，蝶形弹簧置于第二深沟球轴承压板与失电制动器的失电制动器底座之间；交叉滚柱轴环的内圈套装在电机外壳的外侧壁上，交叉滚柱轴环的外圈安装于关节输出外壳内并通过交叉滚柱轴环外圈挡板轴向定位，增量式磁编码器的磁环固套装在磁环支架上，增量式磁编码器电路板与增量式磁编码器固定架固连，电机霍尔和电机霍尔传感器电路板集成于一体并共同固定于电机定子上；失电制动器的失电制动器端盖及失电制动器外壳均与电机端盖固连，失电制动器的旋转摩擦片与电机轴连接；关节驱动板与关节控制板共同安装于失电制动器端盖上；发光板与接收板平行设置，金属支架位于发光板及接收板之间，且金属支架与发光板一起固定安装于关节输出外壳上，狭缝的一端与金属支架固连，旋转码盘置于发光板与狭缝之间，旋转码盘通过固定螺母将旋转码盘与绝对式光电编码器固定架固连，光电/力矩传感器处理电路板与接收板平行设置并位于接收板的外侧，光电/力矩传感器处理电路板与力矩传感器的外环固连，绝对式光电编码器的旋转码盘固连于绝对式光电编码器固定架上，发光板、接收板、狭缝及金属支架共同固连于关节输出外壳内侧，光电/力矩传感器处理电路板、电机霍尔传感器电路板、增量式磁编码器电路板及失电制动器均通过多根导线与关节电气系统连接。本发明的有益效果是本发明具有结构模块化、配置紧凑、负载能力强、力矩感知、电机相对位置和关节绝对位置检测、失电制动、电气单元化等优点。内置的增量式磁编码器可以检测电机转子相对电机定子的相对转动位置，绝对式光电编码器可以检测关节输出端相对关节固定端的绝对位置，通过增量式磁编码器和绝对式光电编码器的融合，可达到更高的关节绝对位置检测精度。失电制动器在关节掉电时，阻止关节输出端与关节固定端的相对转动。机械系统、传感器系统、关节电气系统和失电制动器高度集成于一体，力矩传感器与绝对式光电编码器采用关节中心孔走线的方式与电气系统连接，使关节结构紧凑，模块化程度高。
图I是本发明的机械臂模块化关节整体结构轴侧剖视图，图中箭头所示方向为由输入端指向输出端方向；图2a是本发明的机械臂模块化关节从输出端向输入端看去的整体结构轴侧图，图中箭头所示方向为由输入端指向输出端方向；图2&是本发明的机械臂模块化关节从输入端向输出端看去的整体结构轴侧图，图中箭头所示方向为由输入端指向输出端方向；图3是本发明的机械臂模块化关节内部结构主剖视图，沿第二出线孔剖切，图中箭头所示方向为由输入端指向输出端方向；图4是本发明的机械臂模块化关节内部结构主剖视图，沿第一出线孔剖切，图中箭头所示方向为由输入端指向输出端方向；图5a是力矩传感器的主视图；图5b是力矩传感器的后视图；图5c是力矩传感器的轴侧剖视图；图6是绝对式光电编码器的主剖视图；图7是失电制动器的旋转剖视图；图8a是接触开关的活动端的主剖视图；图8b是接触开关的固定端的主剖视图，图9是本发明的机械臂模块化关节内部走线沿第二出线孔方向的主剖视图，图中箭头所示方向为由输入端指向输出端方向；图10是本发明的机械臂模块化关节内部走线沿第一出线孔方向的剖视图，图中箭头所示方向为由输入端指向输出端方向；图11是本发明的机械臂模块化关节走线的轴测图。
具体实施方式
具体实施方式
一结合图I-图11说明，本实施方式的具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节，所述机械臂模块化关节包括机械系统I、关节电气系统5、传感器系统6及失电制动器7 ;机械系统I、关节电气系统5、传感器系统6和失电制动器7集成于一体；机械系统I包括关节固定端2、关节输出端3、关节传动装置4、交叉滚柱轴环8、第一深沟球轴承9和第二深沟球轴承10 ;关节固定端2包括电机外壳2-l、C型环2-2、电机定子
2-3、电机端盖2-4、谐波减速器刚轮固定架2-5、谐波减速器刚轮2-6、绝对式光电编码器固定架2-7、固定螺母2-8、关节中心走线圆管2-9、增量式磁编码器固定架2-10、第一深沟球轴承压板2-11、第二深沟球轴承压板2-12及蝶形弹簧2-13 ;关节输出端3包括谐波减速器柔轮3-1、刚性连接件3-2、关节输出外壳3-3、关节限位块3-4、交叉滚柱轴环外圈挡板3_5、垫圈3-6及圆环套3-7 ;关节传动装置4包括电机转子4-1、电机轴4-2、谐波减速器波发生器4-3、轴承套筒4-4及磁环支架4-5 ;关节电气系统5包括关节驱动板5_1及关节控制板5-2 ;传感器系统6包括力矩传感器11、绝对式光电编码器12、增量式磁编码器13及电机霍尔传感器14，绝对式光电编码器包括发光板12-1、接收板12-2、旋转码盘12-3、狭缝12_4、金属支架12-5及光电/力矩传感器处理电路板12-6 ;增量式磁编码器13包括磁环13-1及增量式磁编码器电路板13-2 ;电机霍尔传感器14包括电机霍尔14-1及电机霍尔传感器电路板14-2 ；电机外壳2-1和谐波减速器柔轮3-1均套装在关节中心走线圆管2-9的外壁上，电机定子2-3通过C型环2-2与电机外壳2-1的内壁固连,第一深沟球轴承压板2-11与电机外壳2-1的输出端固连，电机端盖2-4与电机外壳2-1的输入端固连,第二深沟球轴承压板2-12安装在电机端盖2-4上，增量式磁编码器固定架2-10与电机端盖2-4的输入端固连，谐波减速器刚轮2-6通过谐波减速器刚轮固定架2-5与电机外壳2-1的输出端固连，绝对式光电编码器固定架2-7依次通过谐波减速器刚轮2-6、谐波减速器刚轮固定架2-5与电机外壳2-1的输出端固连，固定螺母2-8与绝对式光电编码器固定架2-7可拆卸连接(通过螺纹连接)，关节中心走线圆管2-9与失电制动器7的失电制动器端盖7-1固连；刚性连接件3-2的输入端3-8与谐波减速器柔轮3-1固连，刚性连接件3_2的输出端3-9与力矩传感器11的机械本体11-1的内环11-4固连，该力矩传感器11的机械本体11-1的外环11-3与关节输出外壳3-3的输出端3-10固连，关节输出外壳3_3的输入端
3-11通过垫圈3-6与交叉滚柱轴环外圈挡板3-5固连，关节限位块3-4通过交叉滚柱轴环外圈挡板3-5与关节输出外壳3-3固连，圆环套3-7固定在力矩传感器11的机械本体11_1的内环11-4的内腔中；电机轴4-2套装在关节中心走线圆管2-9上并置于电机外壳2-1内，电机轴4_2与关节中心走线圆管2-9间隙配合，电机转子4-1与电机轴4-2固连，谐波减速器波发生器
4-3与电机轴4-2的输出端固连，磁环支架4-5固套装在电机轴4-2上，轴承套筒4_4固套装在电机轴4-2上并通过磁环支架4-5轴向定位；谐波减速器柔轮3-1置于谐波减速器刚轮2-6与谐波减速器波发生器4-3之间；第一深沟球轴承9的内圈9-1安装于电机轴4-2上，第一深沟球轴承9的外圈9_2安装于电机外壳2-1内，第一深沟球轴承9的外圈9-2通过第一深沟球轴承压板2-11轴向定位，第二深沟球轴承10的内圈10-1安装于电机轴4-2上并通过轴承套筒4-4轴向定位，第二深沟球轴承10的外圈10-2安装于电机端盖2-4内，第二深沟球轴承10的外圈10-2 通过第二深沟球轴承压板2-12轴向定位，蝶形弹簧2-13置于第二深沟球轴承压板2-12与失电制动器7的失电制动器底座7-2之间；交叉滚柱轴环8的内圈8-1套装在电机外壳2-1的外侧壁上，交叉滚柱轴环8的外圈8-2安装于关节输出外壳3-3内并通过交叉滚柱轴环外圈挡板3-5轴向定位，增量式磁编码器13的磁环13-1固套装在磁环支架4-5上，增量式磁编码器电路板13-2与增量式磁编码器固定架2-10固连，电机霍尔14-1和电机霍尔传感器电路板14-2集成于一体并共同固定于电机定子2-3上；失电制动器7的失电制动器端盖7-1及失电制动器外壳7-3均与电机端盖2_4固连，失电制动器7的旋转摩擦片7-4与电机轴4-2连接；关节驱动板5-1与关节控制板5-2共同安装于失电制动器端盖7-1上；发光板12-1与接收板12-2平行设置，金属支架12-5位于发光板12_1及接收板12_2之间，且金属支架12-5与发光板12-1 —起固定安装于关节输出外壳3-3上，狭缝12-4的一端与金属支架12-5固连，旋转码盘12-3置于发光板12-1与狭缝12_4之间，旋转码盘12_3通过固定螺母2-8将旋转码盘12-3与绝对式光电编码器固定架2-7固连，光电/力矩传感器处理电路板12-6与接收板12-2平行设置并位于接收板12-2的外侧，光电/力矩传感器处理电路板12-6与力矩传感器11的外环11-3固连，绝对式光电编码器12的旋转码盘12_3固连于绝对式光电编码器固定架2-7上，发光板12-1、接收板12-2、狭缝12-4及金属支架12_5共同固连于关节输出外壳3-3内侧,光电/力矩传感器处理电路板12-6、电机霍尔传感器电路板14-2、增量式磁编码器电路板13-2及失电制动器7均通过多根导线与关节电气系统5连接。电机外壳2-1的连接端面上均布设有十二个第一螺纹孔2-16，关节输出外壳3_3的连接端面上均布设有十二个第二螺纹孔3-12，用于实现模块化关节与外部连接件的上、下机械连接。
具体实施方式
二 结合图2a、图4、图6、图5a-图5c、图9-图11说明，本实施方式的力矩传感器11包括机械本体11-1及四个应变片11-2，机械本体11-1包括外环11-3、内环11-4、四个应变梁11-5及过载保护块11-6 ；四个应变梁11-5置于外环11-3与内环11-4之间，且四个应变梁11-5沿外环11-3的圆周方向均匀布置，用于传递关节输出转矩，相邻两个应变梁11-5之间设置有一个过载保护块11-6，四个过载保护块11-6均与内环11-4固连，每个过载保护块11-6与外环11_3之间留有间隙，每个应变梁11-5上粘贴有一个应变片11-2，应变片11-2通过多根导线中的第七导线26与绝对式光电编码器12及光电/力矩传感器处理电路板12-6连接；绝对式光电编码器12及光电/力矩传感器处理电路板12-6与力矩传感器11固连并通过关节中心走线圆管2-9与关节控制板5-2进行电气连接。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图I、图7、图8a、图8b、图9说明，本实施方式的失电制动器7包括失电制动器端盖7-1、失电制动器底座7-2、失电制动器外壳7-3、旋转摩擦片7-4、圆柱销7-5、弹簧7-6、失电制动器压板7-7、电磁线圈7-8及两个接触开关15 ；电磁线圈7-8固定在失电制动器底座7-2的内腔中，失电制动器底座7_2固定在失电制动器外壳7-3内，失电制动器压板7-7置于失电制动器底座7-2顶部,失电制动器压板7-7为圆环形，失电制动器压板7-7上沿圆周方向均布设有八个光孔7-9，八个圆柱销7-5分别穿过失电制动器压板7-7上的八个光孔7-9后其一端固定在失电制动器外壳7-3上，另一端固定于失电制动器端盖7-1上，每个圆柱销7-5上套装有一个弹簧7-6，弹簧7-6置于失电制动器外壳7-3与失电制动器压板7-7之间,旋转摩擦片7-4置于失电制动器压板7-7与失电制动器端盖7-1之间，两个接触开关15置于失电制动器压板7-7与失电制动器外壳7-3之间，两个接触开关15的固定端16均固定在失电制动器外壳7-3内，两个接触开关15的活动端17分别位于两个接触开关15的固定端16的顶部，且均与失电制动器压板7-7固连，每个接触开关15的固定端16包括开关底座16-1、开关端盖16_2、弹簧触针16-3、弹簧触针固定架16-4、导线端子16-5及底座绝缘垫片16_6 ;每个接触开关15的活动端17包括导电片17-1及绝缘垫片17-2 ;开关底座16-1上设有两个阶梯孔，每个开关底座16-1的阶梯孔内置有一个导线端子16-5，弹簧触针16-3固定于弹簧触针固定架16_4内，弹簧触针固定架16-4固定于开关底座16-1的阶梯孔内并与导线端子16-5接触，开关端盖16-2与开关底座16-1固连并压在弹簧触针固定架16-4上，底座绝缘垫片16_6置于开关底座16-1与失电制动器外壳7-3之间，多根导线中的第五导线24分别与电线端子16-5固连并由开关底座16-1与底座绝缘垫片16-6之间引出，绝缘垫片17-2置于导电片17_1与失电制动器压板7-7之间并共同固定于失电制动器压板7-7上，失电制动器7在关节掉电时进行制动，阻止关节固定端2和关节输出端3的相对转动。其它与具体实施方式
一或二相同。
具体实施方式
四结合图3、图4、图5b、图6、图7、图8b、图9-图11说明，本实施方式的多根导线还包括第一导线20、第二导线21、第三导线22、第四导线23、第六导线25 ；电机端盖2-4的侧壁上设有第一出线孔2-14 ;第一导线20经电机端盖2_4的第一出线孔2-14将电机定子2-3与关节驱动板5-1连接；第二导线21通过电机端盖2_4的第一出线孔2-14将电机霍尔传感器电路板14-2与关节控制板5-2连接；第三导线22经过关节中心走线圆管2-9将光电/力矩传感器处理电路板12-6与关节控制板5-2连接；电机端盖2-4上设有第二出线孔2-15，第四导线23及所述第五导线24经 过电机端盖2_4的第二出线孔2-15分别将增量式磁编码器电路板13-2、失电制动器7内部的导线端子16-5与关节控制板5-2连接，第六导线25经过电机端盖2-4的第二出线孔2-15将失电制动器7内部的电磁线圈7-8与关节驱动板5-1连接；所述第七根导线26将力矩传感器11的四个应变片11-2与光电/力矩传感器处理电路板12-6连接。其它与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
五结合图I、图2b、图3、图4说明，本实施方式通过改变关节限位块3-4在关机固定端2上的安装位置实现关节转动范围0° 360°内的逐级变化。其它与具体实施方式
四相同。
本发明的模块化关节工作原理为电机转子4-1在电机定子2-3作用下，实现关节传动装置4相对关节固定端2的相对转动，关节传动装置4带动关节输出端3转动，从而实现关节输出端3与关节固定端2的相对转动。关节通电时，关节传动装置4带动旋转摩擦片7-4相对关节固定端2和失电制动器压板7-7旋转；关节掉电时，失电制动器压板7-7在弹簧7-6的作用下对旋转摩擦片7-4施加压力，通过旋转摩擦片7-4与失电制动器端盖7-1之间产生的摩擦力来限制关节传动装置4的转动，最终限制关节输出端3相对关节固定端2的转动。关节转动过程中，关节限位块3-4与电机外壳2-1上的凸台发生干涉，限制关节的转动，通过改变关节限位块3-4在关节输出端3上的安装位置可实现关节不同的转动范围，关节转动范围可在0° 360°呈30°逐级变化。本发明中所用的电机为直流无刷电机，本发明采用关节中心孔走线的方式实现力矩传感器、光电编码器与电气系统之间的电气连接；整个关节具有结构模块化、配置紧凑、负载能力强、力矩感知、电机相对位置和关节绝对位置检测、失电制动、电气单元化等优点。本发明适用于串联构成大力矩的多自由度机械臂。
权利要求
1.ー种具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节，所述机械臂模块化关节包括机械系统(I)、关节电气系统(5)、传感器系统(6)及失电制动器(7);机械系统(I)、关节电气系统(5)、传感器系统(6)和失电制动器(7)集成于一体；机械系统(I)包括关节固定端(2)、关节输出端(3)、关节传动装置(4)、交叉滚柱轴环(8)、第一深沟球轴承(9)和第二深沟球轴承(10);关节固定端(2)包括电机外壳(2-l)、C型环(2-2)、电机定子(2-3)、电机端盖(2-4)、谐波减速器刚轮固定架(2-5)、谐波减速器刚轮(2-6)、绝对式光电编码器固定架(2-7)、固定螺母(2-8)、关节中心走线圆管(2-9)、増量式磁编码器固定架(2-10)、第一深沟球轴承压板(2-11)、第二深沟球轴承压板(2-12)及蝶形弹簧(2-13);关节输出端(3)包括谐波减速器柔轮(3-1)、刚性连接件(3-2)、关节输出外壳(3-3)、关节限位块(3-4)、交叉滚柱轴环外圈挡板(3-5)、垫圈(3-6)及圆环套(3-7);关节传动装置(4)包括电机转子(4-1)、电机轴(4-2)、谐波减速器波发生器(4-3)、轴承套筒(4-4)及磁环支架(4_5);关节电气系统(5)包括关节驱动板(5-1)及关节控制板(5-2);传感器系统(6)包括力矩传感器 (11)、绝对式光电编码器(12)、増量式磁编码器(13)及电机霍尔传感器(14)，绝对式光电编码器包括发光板(12-1)、接收板(12-2)、旋转码盘(12-3)、狭缝(12-4)、金属支架(12_5)及光电/力矩传感器处理电路板(12-6);增量式磁编码器(13)包括磁环(13-1)及増量式磁编码器电路板(13-2);电机霍尔传感器(14)包括电机霍尔(14-1)及电机霍尔传感器电路板(14-2)； 电机外壳(2-1)和谐波减速器柔轮(3-1)均套装在关节中心走线圆管(2-9)的外壁上，电机定子(2-3)通过C型环(2-2)与电机外壳(2-1)的内壁固连，第一深沟球轴承压板(2-11)与电机外壳(2-1)的输出端固连，电机端盖(2-4)与电机外壳(2-1)的输入端固连，第二深沟球轴承压板(2-12)安装在电机端盖(2-4)上，増量式磁编码器固定架(2-10)与电机端盖(2-4)的输入端固连，谐波減速器刚轮(2-6)通过谐波減速器刚轮固定架(2-5)与电机外壳(2-1)的输出端固连，绝对式光电编码器固定架(2-7)依次通过谐波減速器刚轮(2-6)、谐波减速器刚轮固定架(2-5)与电机外壳(2-1)的输出端固连，固定螺母(2-8)与绝对式光电编码器固定架(2-7)可拆卸连接，关节中心走线圆管(2-9)与失电制动器(7)的失电制动器端盖(7-1)固连； 刚性连接件(3-2)的输入端(3-8)与谐波减速器柔轮(3-1)固连，刚性连接件(3-2)的输出端(3-9)与力矩传感器(11)的机械本体(11-1)的内环(11-4)固连，该カ矩传感器(11)的机械本体(11-1)的外环(11-3)与关节输出外壳(3-3)的输出端(3-10)固连，关节输出外壳(3-3)的输入端(3-11)通过垫圈(3-6)与交叉滚柱轴环外圈挡板(3-5)固连，关节限位块(3-4)通过交叉滚柱轴环外圈挡板(3-5)与关节输出外壳(3-3)固连，圆环套(3-7)固定在力矩传感器(11)的机械本体(11-1)的内环(11-4)的内腔中； 电机轴(4-2)套装在关节中心走线圆管(2-9)上井置于电机外壳(2-1)内，电机轴(4-2)与关节中心走线圆管(2-9)间隙配合，电机转子(4-1)与电机轴(4-2)固连，谐波减速器波发生器(4-3)与电机轴(4-2)的输出端固连,磁环支架(4-5)固套装在电机轴(4-2)上，轴承套筒(4-4)固套装在电机轴(4-2)上并通过磁环支架(4-5)轴向定位；谐波減速器柔轮(3-1)置于谐波減速器刚轮(2-6)与谐波减速器波发生器(4-3)之间； 第一深沟球轴承(9)的内圈(9-1)安装于电机轴(4-2)上，第一深沟球轴承(9)的外圈(9-2)安装于电机外壳(2-1)内，第一深沟球轴承(9)的外圈(9-2)通过第一深沟球轴承压板(2-11)轴向定位，第二深沟球轴承(10)的内圈(10-1)安装于电机轴(4-2)上并通过轴承套筒(4-4)轴向定位，第二深沟球轴承(10)的外圈(10-2)安装于电机端盖(2-4)内，第二深沟球轴承(10)的外圈(10-2)通过第二深沟球轴承压板(2-12)轴向定位，蝶形弹簧(2-13)置于第二深沟球轴承压板(2-12)与失电制动器(7)的失电制动器底座(7-2)之间； 交叉滚柱轴环⑶的内圈(8-1)套装在电机外壳(2-1)的外侧壁上，交叉滚柱轴环(8)的外圈(8-2)安装于关节输出外壳(3-3)内并通过交叉滚柱轴环外圈挡板(3-5)轴向定位，増量式磁编码器(13)的磁环(13-1)固套装在磁环支架(4-5)上，増量式磁编码器电路板(13-2)与増量式磁编码器固定架(2-10)固连，电机霍尔(14-1)和电机霍尔传感器电路板(14-2)集成于一体并共同固定于电机定子(2-3)上； 失电制动器(X)的失电制动器端盖(7-1)及失电制动器外壳(7-3)均与电机端盖(2-4)固连，失电制动器(7)的旋转摩擦片(7-4)与电机轴(4-2)连接； 关节驱动板(5-1)与关节控制板(5-2)共同安装于失电制动器端盖(7-1)上；发光板(12-1)与接收板(12-2)平行设置，金属支架(12-5)位于发光板(12-1)及接收板(12-2)之间，且金属支架(12-5)与发光板(12-1) —起固定安装于关节输出外壳(3-3)上，狭缝(12-4)的一端与金属支架(12-5)固连，旋转码盘(12-3)置于发光板(12-1)与狭缝(12_4)之间，旋转码盘(12-3)通过固定螺母(2-8)将旋转码盘(12-3)与绝对式光电编码器固定架(2-7)固连，光电/力矩传感器处理电路板(12-6)与接收板(12-2)平行设置并位于接收板(12-2)的外侧,光电/力矩传感器处理电路板(12-6)与力矩传感器(11)的外环(11-3)固连，绝对式光电编码器(12)的旋转码盘(12-3)固连于绝对式光电编码器固定架(2-7)，发光板(12-1)、接收板(12-2)、狭缝(12-4)及金属支架(12-5)共同固连于关节输出外壳(3-3)内侧,光电/力矩传感器处理电路板(12-6)、电机霍尔传感器电路板(14-2)、增量式磁编码器电路板(13-2)及失电制动器(7)均通过多根导线与关节电气系统(5)连接。
2.根据权利要求I所述具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节，其特征在于力矩传感器(11)包括机械本体(11-1)及四个应变片(11-2)，机械本体(11-1)包括外环(11-3)、内环(11-4)、四个应变梁(11-5)及过载保护块(11-6)； 四个应变梁(11-5)置于外环(11-3)与内环(11-4)之间，且四个应变梁(11-5)沿外环(11-3)的圆周方向均匀布置，用于传递关节输出转矩，相邻两个应变梁(11-5)之间设置有一个过载保护块(11-6)，四个过载保护块(11-6)均与内环(11-4)固连，每个过载保护块(11-6)与外环(11-3)之间留有间隙，每个应变梁(11-5)上粘贴有ー个应变片(11-2)，应变片(11-2)通过多根导线中的第七导线(26)与绝对式光电编码器(12)及光电/カ矩传感器处理电路板(12-6)连接；绝对式光电编码器(12)及光电/力矩传感器处理电路板(12-6)与力矩传感器(11)固连并通过关节中心走线圆管(2-9)与关节控制板(5-2)进行电气连接。
3.根据权利要求I或2所述具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节，其特征在于失电制动器(X)包括失电制动器端盖(7-1)、失电制动器底座(7-2)、失电制动器外壳(7-3)、旋转摩擦片(7-4)、圆柱销(7-5)、弹簧(7-6)、失电制动器压板(7_7)、电磁线圈(7-8)及两个接触开关(15)； 电磁线圈(7-8)固定在失电制动器底座(7-2)的内腔中，失电制动器底座(7-2)固定在失电制动器外壳(7-3)内，失电制动器压板(7-7)置于失电制动器底座(7-2)顶部，失电制动器压板(7-7)为圆环形，失电制动器压板(7-7)上沿圆周方向均布设有八个光孔(7-9)，八个圆柱销(7-5)分别穿过失电制动器压板(7-7)上的八个光孔(7-9)后其一端固定在失电制动器外壳(7-3)上，另一端固定于失电制动器端盖(7-1)上，每个圆柱销(7-5)套装有一个弹簧(7-6),弹簧(7-6)置于失电制动器外壳(7-3)与失电制动器压板(7-7)之间，旋转摩擦片(7-4)置于失电制动器压板(7-7)与失电制动器端盖(7-1)之间，两个接触开关(15)置于失电制动器压板(7-7)与失电制动器外壳(7-3)之间，两个接触开关(15)的固定端(16)均固定在失电制动器外壳(7-3)内，两个接触开关(15)的活动端(17)分别位于两个接触开关(15)的固定端(16)的顶部，且均与失电制动器压板(7-7)固连，每个接触开关(15)的固定端(16)包括开关底座(16-1)、开关端盖(16-2)、弹簧触针(16-3)、弹簧触针固定架(16-4)、导线端子(16-5)及底座绝缘垫片(16-6);每个接触开关(15)的活动端(17)包括导电片(17-1)及绝缘垫片(17-2);开关底座(16-1)上设有两个阶梯孔，每个开关底座(16-1)的阶梯孔内置有一个导线端子(16-5)，弹簧触针(16-3)固定于弹簧触针固定架(16-4)内，弹簧触针固定架(16-4)固定于开关底座(16-1)的阶梯孔内并与导线端子(16-5)接触，开关端盖(16-2)与开关底座(16-1)固连并压在弹簧触针固定架(16-4)上，底座绝缘垫片(16-6)置于开关底座(16-1)与失电制动器外壳(7-3)之间，多根导线中的第五导线(24)分别与电线端子(16-5)固连并由开关底座(16-1)与底座绝缘垫片(16-6)之间引出，绝缘垫片(17-2)置于导电片(17-1)与失电制动器压板(7-7)之间并共同固定于失电制动器压板(7-7)上，失电制动器(7)在关节掉电时进行制动，阻止关节固定端(2)和关节输出端(3)的相对转动。
4.根据权利要求3所述具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节，其特征在于所述多根导线还包括第一导线20、第二导线21、第三导线22、第四导线23、第六导线25 ； 电机端盖(2-4)的侧壁上设有第一出线孔(2-14);第一导线20经电机端盖(2-4)的第一出线孔(2-14)将电机定子(2-3)与关节驱动板(5-1)连接；第ニ导线21通过电机端盖(2-4)的第一出线孔(2-14)将电机霍尔传感器电路板(14-2)与关节控制板(5-2)连接；第三导线22经过关节中心走线圆管(2-9)将光电/力矩传感器处理电路板(12-6)与关节控制板(5-2)连接；电机端盖(2-4)上设有第二出线孔(2-15)，第四导线(23)及所述第五导线(24)经过电机端盖(2-4)的第二出线孔(2-15)分别将增量式磁编码器电路板(13-2)、失电制动器(7)内部的导线端子(16-5)与关节控制板(5-2)连接，第六导线(25)经过电机端盖(2-4)的第二出线孔(2-15)将失电制动器(7)内部的电磁线圈(7-8)与关节驱动板(5-1)连接；所述第七根导线(26)将カ矩传感器(11)的四个应变片(11-2)与光电/力矩传感器处理电路板(12-6)连接。
5.根据权利要求4所述具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节，其特征在于通过改变关节限位块(3-4)在关机固定端(2)上的安装位置实现关节转动范围0° 360°内的逐级变化。全文摘要
具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节。它涉及机械臂模块化关节。以解决现有机械臂关节重量大、负载能力低、体积大、集成度低、感知能力差问题。机械及关节电气系统、传感器系统和失电制动器集成一体；电气系统包括关节驱动板、控制板；传感器系统包括力矩传感器、绝对式光电编码器、增量式磁编码器及电机霍尔传感器，增量式磁编码器包括磁环及增量式磁编码器电路板；电机霍尔传感器包括电机霍尔及电机霍尔传感器电路板；绝对式光电编码器固套装在绝对式光电编码器固定架上，光电/力矩传感器处理电路板、电机霍尔传感器电路板、增量式磁编码器电路板及失电制动器均通过导线与关节控制板连接。用于串联构成大力矩的多自由度机械臂。
文档编号B25J19/00GK102626930SQ20121013108
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月28日 优先权日2012年4月28日
发明者刘伊威, 刘宏, 张奇, 张子建, 霍希建 申请人:哈尔滨工业大学