一种模块化球关节驱动单元内部布局结构的制作方法

本发明涉及机器人关节驱动装置，尤其涉及一种模块化球关节驱动单元内部布局结构。

背景技术：

协作机器人作为轻型机器人，安全可靠性高，在不需要安全围栏的基础上，能够实现与人类的共同操作，解决了人类较难以达成的精确度或让人类远离危险的环境和工作。协作机器人关节结构作为协作机器人的核心组成部件，它的性能在整个协作机器人运动过程中显得至关重要。协作机器人多采用串联关节结构，该型关节结构复杂，稳定性差，难以在有限空间内输出较大力矩，关节的驱动结构内的走线难以合理排布，现有关节驱动装置的已经限制了关节协作机器人运动性能的发挥，现在急需一种结构更为紧凑、稳定性更高、运动空间更大的协作机器人模块化球关节内部布局结构。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是如何克服现有技术的不足，提供一种模块化球关节驱动单元内部布局结构。

本发明为实现上述目的采用的技术方案是：一种模块化球关节驱动单元内部布局结构，其特征在于：包括支架、中空电机、大同步轮轴、谐波减速器、输出法兰轴、关节端部法兰、同步带和制动装置，所述支架为中空壳体结构，所述中空电机固定安装在支架内部，所述支架内部安装有第一滚动轴承，所述支架左端设有同步轮侧法兰，所述同步轮侧法兰上安装有第二滚动轴承，所述大同步轮轴为空心轴状结构，所述大同步轮轴通过第一滚动轴承和第二滚动轴承安装在支架上，所述大同步轮轴与中空电机的中空轴固定连接，所述谐波减速器设在支架内部右侧，所述输出法兰轴为端部设有法兰的空心轴体，所述支架右端安装有第三滚动轴承，所述输出法兰轴与第三滚动轴承连接，所述大同步轮轴通过谐波减速器将转动传递给输出法兰轴，所述关节端部法兰固定连接在输出法兰轴外端；所述支架左端固定安装有制动装置，所述制动装置包括抱闸安装法兰、抱闸固定座、抱闸轴、无励磁型制动器和绝对式编码器，所述抱闸安装法兰固定安装在同步轮侧法兰外侧，所述抱闸固定座为壳体式结构，所述抱闸固定座固定安装在抱闸安装法兰左侧，抱闸安装法兰上安装有第四滚动轴承，所述抱闸固定座上安装有第五滚动轴承，所述抱闸轴通过第四滚动轴承和第五滚动轴承依次与抱闸安装法兰和抱闸固定座连接，抱闸固定座外部安装有绝对式编码器，抱闸安装法兰左侧安装有无励磁型制动器，所述抱闸轴右端设有小同步轮，所述小同步轮通过同步带与大同步轮轴左端连接。

进一步，所述谐波减速器的刚轮固定安装在支架上，所述谐波减速器的波发生器与大同步轮轴固定连接，所述输出法兰轴与谐波减速器的输出柔轮固定连接。

进一步，所述无励磁型制动器的转子轮毂与抱闸轴连接。

进一步，所述支架右端设有防止第三滚动轴承窜动的轴承固定座，所述轴承固定座上设有油封。

进一步，所述关节端部法兰上安装有力矩传感器。

本发明的优点在于采用中孔走线方式，使布线方便合理，避免了线路外漏；在驱动方面，采用中空电机驱动并通过谐波减速器减速，实现了高转矩传动，且保证了传动精度，结构紧凑轻巧；在制动方面，利用无励磁型制动器在停电时的紧急制动，可长时间保持停止状态并防止机械空转，制动音轻，使用寿命长，方便可靠；在结构方面，利用同步带轮传动，使得驱动部分和制动部分隔离，安装拆卸更为方便；在功能方面，具有较强的可拓展性，通过合理布置驱动装置的安装方式，易于实现单关节输出二自由度。本发明通过对球关节驱动单元内部布局结构的优化，使结构更加紧凑，成本更低，安装简单方便，安全可靠性更高，提高了球关节整体内部结构的模块化、系统化、集成化程度，解决了传统串联关节占用空间大的缺点。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是图2的内部结构示意图。

具体实施方式

图1～3所示，一种模块化球关节驱动单元内部布局结构，其特征在于：包括支架1、中空电机2、大同步轮轴3、谐波减速器4、输出法兰轴5、关节端部法兰6、同步带7和制动装置8，所述支架1为中空壳体结构，所述中空电机2固定安装在支架1内部，所述支架1内部安装有第一滚动轴承31，所述支架1左端设有同步轮侧法兰12，所述同步轮侧法兰12上安装有第二滚动轴承32，所述大同步轮轴3为空心轴状结构，所述大同步轮轴3通过第一滚动轴承31和第二滚动轴承32安装在支架1上，所述大同步轮轴3与中空电机2的中空轴固定连接，所述谐波减速器4设在支架1内部右侧，所述输出法兰轴5为端部设有法兰的空心轴体，所述支架1右端安装有第三滚动轴承51，所述输出法兰轴5与第三滚动轴承51连接，所述大同步轮轴3通过谐波减速器4将转动传递给输出法兰轴5，所述关节端部法兰6固定连接在输出法兰轴5外端；所述支架1左端固定安装有制动装置8，所述制动装置8包括抱闸安装法兰81、抱闸固定座82、抱闸轴83、无励磁型制动器84和绝对式编码器85，所述抱闸安装法兰81固定安装在同步轮侧法兰12外侧，所述抱闸固定座82为壳体式结构，所述抱闸固定座82固定安装在抱闸安装法兰81左侧，抱闸安装法兰81上安装有第四滚动轴承832，所述抱闸固定座82上安装有第五滚动轴承833，所述抱闸轴83通过第四滚动轴承832和第五滚动轴承833依次与抱闸安装法兰81和抱闸固定座82连接，抱闸固定座82外部安装有绝对式编码器85，抱闸安装法兰81左侧安装有无励磁型制动器84，所述抱闸轴83右端设有小同步轮831，所述小同步轮831通过同步带7与大同步轮轴3左端连接。

所述谐波减速器4的刚轮固定安装在支架1上，所述谐波减速器4的波发生器与大同步轮轴3固定连接，所述输出法兰轴5与谐波减速器4的输出柔轮固定连接。所述无励磁型制动器84的转子轮毂与抱闸轴83连接。所述支架1右端设有防止第三滚动轴承51窜动的轴承固定座11，所述轴承固定座11上设有油封61。所述关节端部法兰6上安装有力矩传感器。

实际运行时，控制系统输入关节输出端的运动角度指令，在外部信号作用下，中空电机2通电进行转动，其中空电机2定子与支架1进行连接，不进行转动，其转子与大同步轮轴3连接，并带动大同步轮轴3进行转动。大同步轮轴3的转动分两路进行传动，其一端通过同步带7将转动传递给小同步轮831，并带动抱闸轴83进行转动，同时无励磁型制动器84得电并随着抱闸轴83进行转动，绝对式编码器85检测抱闸轴83的运动角度，实时反馈关节输出端的运转角度；大同步轮轴3的另一端与谐波减速器4中的波发生器连接，带动谐波减速器4柔轮进行转动，而谐波减速器4的刚轮与支架1进行固接，谐波减速器4柔轮通过螺栓与输出法兰轴5进行连接，经谐波减速器4减速后，通过输出法兰轴5与关节端部法兰6实现关节输出端的转动。待绝对式编码器85检测运动角度达到指令要求时，无励磁型制动器84失电，使抱闸轴83紧急制动。由于无励磁型制动器84的制动转矩大于中空电机2的输出转矩，因此，此时大同步轮轴3停止转动，进而实现对谐波减速器4、输出法兰轴5以及关节端部法兰6的制动，最终关节输出端在指定位置停止。

本发明采用模块化设计，实现中空电机2、谐波减速器4中孔内部走线，关节结构更加紧凑、重量更轻、性能更加稳定可靠、扩展性更好。通过将中空电机2的定子与支架1固定，中空电机2转子与大同步轮轴3固定，结构紧凑，输出力矩大，动态响应高；大同步轮轴3与谐波减速器4输入端相连，经过减速后输出到输出法兰轴5，进而到关节端部法兰6，且可在关节端部法兰6上安装力矩传感器，时刻反馈关节负载力矩，结构紧凑，精度高，反馈灵敏。当遇到超载或者紧急情况，可实现紧急制动，提高协作机器人安全防护性能。

所述绝对式编码器85由机械位置决定的每一个位置都是唯一的，它无需记忆，无需找到参考点，且不用一直计数，控制系统可随时读取位置信息，抗干扰性好，数据可靠性高。

本发明采用模块化球关节驱动单元内部布局结构，结构紧凑、灵巧，解决了协作机器人关节笨重、互换性不好、集成度不高、结构不够紧凑等问题；解决了制动响应慢、发热量大、制动位置保持精度不足、制动力不足问题，创新性的提出了一种协作机器人球关节驱动单元内部布局结构，为解决机器人关节可拓展性不佳，无法实现单关节输出二自由度的问题提供了解决方案。本发明布局结构更加紧凑，成本低，安全可靠性更高，灵巧，模块化，集成化，制动结构简易，便于安装，制动性能可靠稳定。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。