关节机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于关节结构领域，尤其涉及一种关节机构。
【背景技术】
[0002]近数十年来，机器人技术得到的快速发展，并应用到生活生产的各行各业。其中用于完成重复任务的工业机器人技术最为成熟，开发难度小，尤其是模块化可重构机器人的提出，使得有些时候只需要用几个模块进行简单拼接即可集成出一台满足功能的机器人。而在社会消费需求的刺激和政策引导下，智能机器人的研究方兴未艾。其中，可穿戴式外骨骼机器人作为一款高度集成的智能机器人，为瘫痪病患、体弱者乃至士兵带来了福音。由于其与人体之间存在着紧密的接触或联系，对结构紧凑性、安全性、舒适性、美观性都有着更高要求。
[0003]在机器人领域，模块化研究已取得较多成果。华南理工大学研发的T型和I型关节模块(中国专利:CN201300421Y和CN201291458Y)，通过卡环与加长管(直管或转弯管)任意组合，即可实现大多数常规机器人的功能。沈阳自动化研究所研制的一种水陆两栖蛇形机器人关节模块(中国专利:CN201092046Y)，在结构上未充分考虑人体穿戴的需求，或者只涉及狭窄的适用范围。德国Amtec公司开发并已商品化的工业用单自由度机器人关节(德国专利:DE19939646.A1)具有一定通用性，但是偏向于其他应用场所。中国科学院深圳先进技术研究院研制的便携式可穿戴下肢康复及助兴外骨骼机器人所涉及的关节结构(中国专利:CN102846448B)，充分考虑了结构紧凑性、外形美观性，以及人体穿戴的舒适性，但也存在一定不足:关节内采用多级减速(齿轮箱、丝杆与曲柄滑块的组合)运动链较长，容易造成较大累积误差，结构刚性差(具体表现为末端机械间隙大)；由于关节内腔空间有限且零件较多，在保证驱动力足够的前提下对零部件强度要求较高。上述方案能应用于医疗康复其他领域，比如主从控制的手术机器人，然而对于穿戴式外骨骼机器人而言并不适用。
[0004]在一般情况下，驱动力与功率越大，关节机构整体尺寸也要相应增大，而在一些场合，这种矛盾难以调和。以穿戴式外骨骼机器人为例，为避免干涉以及保证舒适性，关节机构尺寸(尤其是关节转轴的轴向尺寸)要做得尽可能小，而同时又必须能带动一定负载，现有技术均难以同时满足上述要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种关节机构，旨在解决现有关节机构难以同时满足尺寸小和承受能力大的要求及多级减速误差累积与结构刚性差的技术问题。
[0006]本发明是这样实现的，一种关节机构，包括:
[0007]具有一贯穿槽的安装座，所述贯穿槽具有相对设置的第一端及第二端；
[0008]转动驱动件，所述转动驱动件包括连接在所述安装座上的壳体及枢接于所述壳体上的转轴；
[0009]谐波减速器，所述谐波减速器包括设置于所述贯穿槽内的柔轮、固定安装于所述贯穿槽的第一端且具有内齿圈的刚轮及安装在所述转轴上且与该转轴同步转动的波发生器，所述柔轮包括环形本体及于所述环形本体的外缘延伸形成的筒状轮体，所述波发生器插设在所述筒状轮体内，所述筒状轮体的外壁设置有与所述内齿圈相啮合的外齿圈；
[0010]固定连接在所述环形本体上且设置于所述贯穿槽的第二端的输出轴；
[0011]用于将所述输出轴支承在所述贯穿槽上的轴承。
[0012]进一步地，还包括固定安装在所述转轴上且与该转轴同步转动的法兰轴套，所述波发生器固定连接在所述法兰轴套上。
[0013]进一步地，所述轴承包括固定安装在所述输出轴上的内圈及固定安装于所述贯穿槽内的外圈；所述输出轴的外壁朝外延伸形成有环形凸缘，所述环形凸缘背离于所述柔轮的一侧上开设有第一环形卡槽，所述内圈容纳于第一环形卡槽内，所述关节机构还包括用于将所述内圈固定安装于所述第一环形卡槽内的第一压盖；所述安装座靠近于所述第二端的一侧上开设有第二环形卡槽，所述外圈容纳于第二环形卡槽内，所述关节机构还包括用于将所述外圈固定安装于所述第二环形卡槽内的第二压盖。
[0014]进一步地，还包括依次穿过所述环形本体、所述环形凸缘与所述第一压盖以使所述柔轮、所述输出轴与所述第一压盖固定连接的第一紧固件。
[0015]进一步地，还包括固定安装在所述安装座上的第一连接臂及固定安装在所述输出轴上的第二连接臂。
[0016]进一步地，所述输出轴上设置有型面轴，所述第二连接臂上开设有供所述型面轴插接的型孔，所述型面轴与所述型孔为型面联接。
[0017]进一步地，还包括设置于所述第二连接臂上的扭力传感组件，所述扭力传感组件包括贴设于所述第二连接臂上的应变片及与所述应变片电连接的测扭力电路板。
[0018]进一步地，还包括用于对所述转轴制动的电磁抱闸组件，所述电磁抱闸组件包括固定安装于所述转轴上且于该转轴同步转动的导磁摩擦件、连接在所述壳体上的摩擦组件、固定安装于所述摩擦组件上的磁体及设置于摩擦组件上的电磁线圈，所述导磁摩擦件与所述摩擦组件于所述电磁线圈断电时相吸合，所述导磁摩擦件与所述摩擦组件于所述电磁线圈通正向电压时相分离，所述导磁摩擦件与所述摩擦组件于所述电磁线圈通反向电压时相吸合。
[0019]进一步地，所述摩擦组件包括连接在壳体上的第一压盘及连接在所述第一压盘上的第二压盘，所述第一压盘包括与所述壳体相顶抵的第一环形部及于所述第一环形部的内缘延伸形成的第一筒状部，所述第二压盘包括与所述第一环形部相对的第二环形部及于所述第二环形部的内缘延伸形成的第二筒状部；所述转轴穿设于所述第一筒状部内，所述第一筒状部穿设于所述第二筒状部内；所述磁体夹设在所述第一环形部与所述第二环形部之间，所述电磁线圈嵌装于所述第一筒状部与所述第二筒状部之间。
[0020]进一步地，所述导磁摩擦件包括面向于所述摩擦组件设置的导磁摩擦环及固定连接在所述导磁摩擦环背离于所述摩擦组件的一侧上且与所述转轴固定连接的延展环，所述延展环上沿径向开设有安装孔，所述安装孔设置有用于将所述延展环固定连接在所述转轴上的第二紧固件。
[0021]本发明相对于现有技术的技术效果是:安装座作为固定机架，转动驱动件的转轴带动谐波减速器的波发生器高速转动，波发生器使得柔轮产生柔性变形，柔轮与固定在安装座上的刚轮啮合传动，通过固定在柔轮上的输出轴输出动力，作低速转动。谐波减速器是少齿差大比率的减速器，轴向尺寸小，关节机构整体结构紧凑，传动链短，误差累积小。该关节机构结构刚度强，可承载大的轴向、径向、扭转力、倾覆力及其组合形式负载。该关节机构适用于单旋转自由度的场合，将其应用于穿戴式外骨骼机器人上时，直接驱动旋转关节臂，转动驱动件位于关节旋转面其中一侧，便于在另外一侧进行穿戴，提高穿戴体验。
【附图说明】
[0022]图1是本发明实施例提供的关节机构的立体装配图；
[0023]图2是图1的关节机构的另一角度的立体装配图；
[0024]图3是图1的关节机构的剖视图；
[0025]图4是图1的关节机构的立体分解图。
【具体实施方式】
[0026]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0027]请参阅图1至图4，本发明实施例提供的关节机构，包括:
[0028]具有一贯穿槽11的安装座10，贯穿槽11具有相对设置的第一端Ila及第二端Ilb ；
[0029]转动驱动件20，转动驱动件20包括连接在安装座10上的壳体21及枢接于壳体21上的转轴22 ；
[0030]谐波减速器30，谐波减速器30包括设置于贯穿槽11内的柔轮31、固定安装于贯穿槽11的第一端Ila且具有内齿圈321的刚轮32及安装在转轴22上且与该转轴22同步转动的波发生器33，柔轮31包括环形本体311及于环形本体311的外缘延伸形成的筒状轮体312，波发生器33插设在筒状轮体312内，筒状轮体312的外壁设置有与内齿圈321相啮合的外齿圈3121 ;
[0031]固定连接在环形本体311上且设置于贯穿槽11的第二端Ilb的输出轴40 ；
[0032]用于将输出轴40支承在贯