一种新型的机器人模块化关节的制作方法

本发明属于机器人领域，具体地涉及一种新型的高度集成的模块化关节。

背景技术：

当前机器人的自由度已经越来越高，单自由度集成关节的发明使得机器人设计更加简单，这种关节非常适合串联的多自由度机器人，每个自由度相对独立。

但是随着双足人形机器人的发展，单自由度集成关节已经无法满足需求，比如人形机器人的髋关节，需要高度集成的三自由度关节，本发明的两自由度集成关节相对于单自由度关节具有明显的优势，提高了关节的集成度，适用于更多复杂结构的机器人结构。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有单自由度关节所存在的不足，提供一种新型的机器人模块关节。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种新型的机器人模块化关节，包括减速器组件、关节外壳、电机定子、电机转子、第一电机输出轴、第一磁性块、第一磁性位移传感器、电机驱动板、滚动轴承、第二电机输出轴、第二磁性块和第二磁性位移传感器；所述减速器组件的固定法兰与关节外壳的侧边固定连接，所述关节外壳的内部中央设有电机驱动板，且电机驱动板的边缘与关节外壳固定连接，所述电机驱动板的内侧设有第一磁性位移传感器和第二磁性位移传感器；所述第一电机输出轴、第二电机输出轴分别设置于电机驱动板的两侧，且第一电机输出轴、第二电机输出轴均位于关节外壳内；所述第一电机输出轴、第二电机输出轴上均设有电机转子，每个电机转子的外侧均设有电机定子，且电机定子与关节外壳固定连接，所述第一电机输出轴和第二电机输出轴上分别设有滚动轴承，所述滚动轴承的外侧与关节外壳连接；所述第一电机输出轴、第二电机输出轴的末端中心处分别嵌有第一磁性块和第二磁性块，且所述第一磁性块与第一磁性位移传感器的轴线位于同一直线上，所述第二磁性块与第二磁性位移传感器的轴线位于同一直线上。

进一步地，所述关节外壳的材料为铝合金或钛合金。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明的关节高度集成两个独立的自由度，两个电机共用同一个外壳，结构更紧凑，同时精度更高，共用一个驱动器，驱动器集成磁性传感器，双向输出可呈一定角度，可以应用于机器人多自由度的关节，成本更低。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的一种新型机器人模块化关节的结构简图；

图2为本发明实施例2提供的另一种新型机器人模块化关节的结构简图。

其中，1、减速器组件，2、关节外壳，3、电机定子，4、电机转子，5、第一电机输出轴，6、第一磁性块，7、第一磁性位移传感器，8、电机驱动板，9、滚动轴承，10、第二电机输出轴，11、第二磁性块，12、第二磁性位移传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步地解释说明。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种新型机器人模块化关节的结构简图，包括：减速器组件1、关节外壳2、电机定子3、电机转子4、第一电机输出轴5、第一磁性块6、第一磁性位移传感器7、电机驱动板8、滚动轴承9、第二电机输出轴10、第二磁性块11和第二磁性位移传感器12；所述减速器组件1的固定法兰与关节外壳2的侧边固定连接，本领域技术人员可以采用螺栓连接的方式进行连接。所述关节外壳2的内部中央设有电机驱动板8，该驱动板放8在中间同时可以驱动两个电机，另外还可以便于防水防尘，且电机驱动板8的边缘与关节外壳2固定连接，本领域技术人员可采用铝合金作为关节外壳2的材料。所述电机驱动板8的内侧设有第一磁性位移传感器7和第二磁性位移传感器12；所述第一电机输出轴5、第二电机输出轴10分别设置于电机驱动板8的两侧，且第一电机输出轴5、第二电机输出轴10均位于关节外壳2内；所述第一电机输出轴5、第二电机输出轴10上均设有电机转子4，每个电机转子4的外侧均设有电机定子3，且电机定子3与关节外壳2固定连接，所述第一电机输出轴5和第二电机输出轴10上分别设有滚动轴承9，所述滚动轴承9的外侧与关节外壳2连接；所述第一电机输出轴5、第二电机输出轴10的末端中心处分别嵌有第一磁性块6和第二磁性块11，使得机器人模块化关节更加的紧凑；且所述第一磁性块6与第一磁性位移传感器7的轴线位于同一直线上，所述第二磁性块11与第二磁性位移传感器12的轴线位于同一直线上。在本实施例中第一电机输出轴5和第二电机输出轴10位于同一条轴线上，在某些需要同轴输出的场合，这种两个电机共用同一个外壳的结构更容易保证同轴精度。

实施例2

如图2所示，本发明提供了另一种新型机器人模块化关节的结构简图，包括：减速器组件1、关节外壳2、电机定子3、电机转子4、第一电机输出轴5、第一磁性块6、第一磁性位移传感器7、电机驱动板8、滚动轴承9、第二电机输出轴10、第二磁性块11和第二磁性位移传感器12；所述减速器组件1的固定法兰与关节外壳2的侧边固定连接，本领域技术人员可以采用螺栓连接的方式进行连接。所述关节外壳2的内部中央设有电机驱动板8，且电机驱动板8的边缘与关节外壳2固定连接，本领域技术人员可采用钛合金作为关节外壳2的材料。所述电机驱动板8的内侧设有第一磁性位移传感器7和第二磁性位移传感器12；所述第一电机输出轴5、第二电机输出轴10分别设置于电机驱动板8的两侧，且第一电机输出轴5、第二电机输出轴10均位于关节外壳2内；所述第一电机输出轴5、第二电机输出轴10上均设有电机转子4，每个电机转子4的外侧均设有电机定子3，且电机定子3与关节外壳2固定连接，所述第一电机输出轴5和第二电机输出轴10上分别设有滚动轴承9，所述滚动轴承9的外侧与关节外壳2连接；所述第一电机输出轴5、第二电机输出轴10的末端中心处分别嵌有第一磁性块6和第二磁性块11，且所述第一磁性块6与第一磁性位移传感器7的轴线位于同一直线上，所述第二磁性块11与第二磁性位移传感器12的轴线位于同一直线上。在本实施例中第一电机输出轴5和第二电机输出轴10不在同一条轴线上，相对于传统的两个独立的关节实现一定角度的两个自由度运动，本实施例在结构上更紧凑，精度更高，可以用于双足人形机器人的髋关节。传统的髋关节都是采用两个独立的关节串联成一定的角度实现髋关节两个自由度的运动，这样整体质量结构尺寸都较大，致使整个髋部惯量大，采用本发明的集成关节如实施例2所示，在结构上减少了各种转接法兰，传感器的安装支承件，关节驱动板，同时使得髋部电源线和控制线走线更加简洁方便，髋关节集成度更高，尺寸减小，质量更小，控制精度更高。

本发明的新型机器人模块化关节的工作过程为：通电后电机驱动板8驱动第一电机输出轴5和第二电机输出轴10旋转，同时第一电机输出轴5、第二电机输出轴10与减速器组件1的输入端联结，传输电机的转速和扭矩，第一磁性位移传感器7和第二磁性位移传感器12分别通过第一磁性块6和第二磁性块11的磁场变化来检测第一电机输出轴5、第二电机输出轴10的旋转位置，将位置信息反馈电机驱动板8。

技术特征：

1.一种新型的机器人模块化关节，其特征在于，包括减速器组件（1）、关节外壳（2）、电机定子（3）、电机转子（4）、第一电机输出轴（5）、第一磁性块（6）、第一磁性位移传感器（7）、电机驱动板（8）、滚动轴承（9）、第二电机输出轴（10）、第二磁性块（11）和第二磁性位移传感器（12）；所述减速器组件（1）的固定法兰与关节外壳（2）的侧边固定连接，所述关节外壳（2）的内部中央设有电机驱动板（8），且电机驱动板（8）的边缘与关节外壳（2）固定连接，所述电机驱动板（8）的内侧设有第一磁性位移传感器（7）和第二磁性位移传感器（12）；所述第一电机输出轴（5）、第二电机输出轴（10）分别设置于电机驱动板（8）的两侧，且第一电机输出轴（5）、第二电机输出轴（10）均位于关节外壳（2）内；所述第一电机输出轴（5）、第二电机输出轴（10）上均设有电机转子（4），每个电机转子（4）的外侧均设有电机定子（3），且电机定子（3）与关节外壳（2）固定连接，所述第一电机输出轴（5）和第二电机输出轴（10）上分别设有滚动轴承（9），所述滚动轴承（9）的外侧与关节外壳（2）连接；所述第一电机输出轴（5）、第二电机输出轴（10）的末端中心处分别嵌有第一磁性块（6）和第二磁性块（11），且所述第一磁性块（6）与第一磁性位移传感器（7）的轴线位于同一直线上，所述第二磁性块（11）与第二磁性位移传感器（12）的轴线位于同一直线上。

2.根据权利要求1所述新型的机器人模块化关节，其特征在于，所述关节外壳（2）的材料为铝合金或钛合金。

技术总结
本发明公开了一种新型的机器人模块化关节，属于机器人领域，所述模块化关节包括减速器组件、关节外壳、电机定子、电机转子、第一电机输出轴、第一磁性块、第一磁性位移传感器、电机驱动板、滚动轴承、第二电机输出轴、第二磁性块和第二磁性位移传感器。该模块化关节集成两个独立的自由度，可以双向输出，本发明的关节刚度大，能够双向独立输出大扭矩，集成度高，成本低。

技术研发人员：钱坤;华强;张明瑞;姚运昌;谢安桓;张丹
受保护的技术使用者：之江实验室
技术研发日：2021.01.25
技术公布日：2021.04.09