一种动力关节及机器人的制作方法

1.本技术涉及机器人技术领域，特别涉及一种动力关节，还涉及一种包括上述动力关节的机器人。


背景技术：

2.随着机器人行业和技术的发展，特种机器人的形式也越来越多，例如外骨骼机器人、四足机器人、移动巡检机器人、反恐排爆机器人等，由于受到应用环境和续航要求等限制，特种机器人对质轻的要求较高。
3.目前的动力关节通常应用于传统工业机器人，此类动力关节往往需要复杂的零件配置和较为复杂的构造，使得其体积大、自重高、制造成本高，难以适用于特种机器人。


技术实现要素：

4.本技术的一个目的是提供一种结构紧凑、负载自重比高的动力关节，另一个目的是提供一种包括上述动力关节的机器人。
5.为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
6.一种动力关节，包括：
7.驱动控制部件，包括后盖和驱动控制板；
8.动力电机，包括电机外壳、定子和转子，所述电机外壳的后端设有向其内部延伸的支撑筒，所述定子固定套装在所述支撑筒外周，所述转子的后端可转动地套设于所述定子外周，所述后盖连接于所述电机外壳的后端外周，所述驱动控制板连接于所述电机外壳的后端内侧，所述驱动控制板用于驱动所述转子旋转；
9.谐波减速器，包括刚性轮、柔性轮、波发生器、减速器外壳和输出法兰，所述刚性轮、所述柔性轮和所述波发生器连接于所述减速器外壳内，所述转子的前端与所述波发生器连接，所述柔性轮与所述输出法兰连接，所述减速器外壳的一端设有伸入所述电机外壳内的轴承架，所述转子上靠近其与所述波发生器连接的一端外侧通过第一轴承连接于所述轴承架内。
10.优选地，所述输出法兰的外周通过第二轴承连接于所述减速器外壳内。
11.优选地，动力关节还包括轴承内挡圈，所述轴承内挡圈与所述输出法兰连接，所述轴承内挡圈用于限制所述第二轴承的轴向位置。
12.优选地，所述轴承内挡圈包括法兰部和空心套，所述法兰部与所述输出法兰固定连接，所述空心套的一端连接于所述法兰部的内圈，所述空心套的另一端伸入所述减速器外壳和所述电机外壳内，所述转子的前端套设在所述空心套外周。
13.优选地，所述减速器外壳的前端内侧设有盲孔状轴承室，所述第二轴承的外圈安装于所述盲孔状轴承室内，所述减速器外壳的前端设有轴承外挡圈，所述轴承外挡圈用于将所述第二轴承的外圈限制在所述盲孔状轴承室内。
14.优选地，所述空心套外周还套设有磁环轴，所述磁环轴的前端与所述转子的前端
固接，所述磁环轴的后端设有编码器磁环，所述驱动控制板上面向所述编码器磁环的一面设有编码器芯片。
15.优选地，所述磁环轴的外周通过第三轴承连接于所述支撑筒内侧。
16.优选地，所述第二轴承为交叉滚子轴承。
17.优选地，所述刚性轮的外周和所述减速器外壳的内侧分别设有若干组用于供圆柱销插入的半圆盲孔，所述圆柱销用于限定所述刚性轮相对于所述减速器外壳转动。
18.一种机器人，包括上述任一项所述的动力关节。
19.与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
20.本技术所提供的一种动力关节及机器人，包括：驱动控制部件、动力电机和谐波减速器，其中驱动控制部件包括后盖和驱动控制板；动力电机包括电机外壳、定子和转子，电机外壳的后端设有向其内部延伸的支撑筒，定子固定套装在支撑筒外周，转子的后端可转动地套设于定子外周，后盖连接于电机外壳的后端外周，驱动控制板连接于电机外壳的后端内侧，驱动控制板用于驱动转子旋转；谐波减速器包括刚性轮、柔性轮、波发生器、减速器外壳和输出法兰，刚性轮、柔性轮和波发生器连接于减速器外壳内，转子的前端与波发生器连接，柔性轮与输出法兰连接，减速器外壳的一端设有伸入电机外壳内的轴承架，转子上靠近其与波发生器连接的一端外侧通过第一轴承连接于轴承架内。通过电机外壳内部的支撑筒，以及减速器外壳通过第一轴承承载转子，可有效提高动力关节的紧凑度，此外通过采用谐波减速器，也可提高紧凑度，而且还具备负载自重比高的优点。
附图说明
21.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
22.图1为本技术一种具体实施方式所提供的一种动力关节的结构示意图；
23.图2为本技术一种具体实施方式所提供的一种动力关节的剖视结构示意图；
24.图3为本技术一种具体实施方式所提供的一种动力关节的后盖的结构示意图；
25.图4为本技术一种具体实施方式所提供的一种动力关节的驱动控制板连接于电机外壳的结构示意图；
26.图5为本技术一种具体实施方式所提供的一种动力关节的编码器磁环和磁环轴的相对位置结构示意图；
27.图6为本技术一种具体实施方式所提供的一种动力关节的刚性轮连接于减速器外壳的结构示意图；
28.图7为本技术一种具体实施方式所提供的一种动力关节的轴承架连接于减速器外壳的结构示意图；
29.图8为本技术一种具体实施方式所提供的一种动力关节的轴承外挡圈和轴承内挡圈的结构示意图；
30.图9为本技术一种具体实施方式所提供的一种动力关节的轴承内挡圈的结构示意图。
31.附图标记如下：
32.1为驱动控制部件，11为后盖，111为散热结构，112为电源端子，113为第一通信端子，114为第二通信端子，115为安装螺钉，12为驱动控制板，121为缺口，13为编码器磁环，14为磁环轴；
33.2为动力电机，21为电机外壳，211为支撑筒，22为定子，23为转子，24为第三轴承，25为第一轴承；
34.3为谐波减速器，31为轴承架，311为紧固螺钉，32为刚性轮，321为圆柱销，33为柔性轮，34为波发生器，35为减速器外壳，36为轴承外挡圈，37为第二轴承，38为输出法兰，39为轴承内挡圈，391为法兰部，392为空心套；
具体实施方式
35.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
36.请参考图1～图9。
37.本技术实施例所提供的一种动力关节，包括：依次连接的驱动控制部件1、动力电机2和谐波减速器3，其中驱动控制部件1包括后盖11和驱动控制板12；动力电机2包括电机外壳21、定子22和转子23，电机外壳21的后端设有向其内部延伸的支撑筒211，支撑筒211外侧和电机外壳21的内壁形成圆环槽，定子22固定套装在支撑筒211外周，例如可以通过厌氧固持胶固化粘结到一起，以使两者成为一个整体，转子23的后端可转动地套设于定子22外周，后盖11连接于电机外壳21的后端外周，驱动控制板12连接于电机外壳21的后端内侧，驱动控制板12用于驱动转子23旋转，其中电机外壳21的后端设有凸台，驱动控制板12连接在凸台上，驱动控制板12的外周设有若干个缺口121，以便于后盖11的安装螺钉从缺口121穿过，从而将后盖11固接于电机外壳21，具体如图4所示。其中动力电机2为外转子23无框力矩电机，对于同等的体积，外转子23无框力矩电机比内转子23无框力矩电机输出的扭矩更大，另外电机外壳21可作为动力关节整体的承载件，又作为动力电机2的外壳和定子22保持架；谐波减速器3包括刚性轮32、柔性轮33、波发生器34、减速器外壳35和输出法兰38，刚性轮32、柔性轮33和波发生器34连接于减速器外壳35内，具体地刚性轮32连接于减速器外壳35内，柔性轮33连接于刚性轮32内，波发生器34连接于柔性轮33内，转子23的前端与波发生器34连接，柔性轮33与输出法兰38连接，减速器外壳35的一端设有伸入电机外壳21内的轴承架31，转子23上靠近其与波发生器34连接的一端外侧通过第一轴承25连接于轴承架31内。通过电机外壳21内部的支撑筒211，以及减速器外壳35通过第一轴承25承载转子23，可有效提高动力关节的紧凑度，此外通过采用谐波减速器3，也可提高紧凑度，而且还具备负载自重比高的优点，因此可有效应用于特种机器人或其它类型的机器人上。驱动控制板12控制动力电机2的转子23旋转，经过谐波减速器3的减速增扭后，从输出法兰38输出旋转运动，从而驱动连接在输出法兰38上的执行机构，根据动力关节的应用场所不同，执行机构的具体形式也所有不同，故本实施例对执行机构的具体结构不作限制。
38.在本技术的一些实施例中，如图2所示，输出法兰38的外周通过第二轴承37连接于
减速器外壳35内，具体地，可以将第二轴承37套设在输出法兰38外周的台阶轴上，通过第二轴承37可以提高输出法兰38的旋转稳定性，其中第二轴承37优选为交叉滚子轴承，采用交叉滚子轴承，一方面可以起到扶正输出法兰38，让输出法兰38与减速器外壳35保持同轴的作用；另一方面，由于交叉滚子轴承的特性，可以抵抗很强的轴向冲击力，从而保护动力关节内部的减速器组件和电机组件，以防在使用过程中，因轴向冲击力而损坏。
39.进一步地，如图8所示，动力关节还包括轴承内挡圈39和轴承外挡圈36，其中轴承内挡圈39与输出法兰38连接，例如可以采用螺钉安装在输出法兰38上，轴承外挡圈36连接在减速器外壳35的前端，例如可以采用螺钉安装在减速器外壳35上。轴承内挡圈39包括法兰部391和空心套392，如图9所示，法兰部391与输出法兰38固定连接，两部分可以为分体式结构，也可以为一体式结构，空心套392的一端连接于法兰部391的内圈，空心套392的另一端伸入减速器外壳35和电机外壳21内，转子23的前端套设在空心套392外周，两者无连接关系，只是在布置位置上，转子23的前端位于空心套392外周，具体地转子23的前端的内径和外径均小于转子23后端的内径和外径，转子23的前端具有向后延伸的转筒，转筒套设在空心套392外周。轴承内挡圈39和轴承外挡圈36可以限制第二轴承37的轴向位置，以防止第二轴承37从减速器外壳35脱出。其中，可以在减速器外壳35的前端内侧设置盲孔状轴承室，第二轴承37的外圈安装于盲孔状轴承室内，轴承外挡圈36可以将第二轴承37的外圈限制在盲孔状轴承室内。
40.在本技术的一些实施例中，空心套392外周还套设有磁环轴14，磁环轴14的前端与转子23的前端固接，磁环轴14可以相对于空心套392转动，磁环轴14的后端设有编码器磁环13，如图5所示，编码器磁环13可以通过厌氧固持胶与磁环轴14连接，磁环轴14与转子23可以采用螺钉连接，驱动控制板12上面向编码器磁环13的一面设有编码器芯片。当转子23转动时，可以通过磁环轴14带动编码器磁环13同步旋转，通过编码器芯片可以读出编码器磁环13的旋转角度和转速等信息，从而达到控制动力电机2的目的。其中，空心套392可以供动力关节的电缆穿过，以避免工作时，被高速旋转的转子23和磁环轴14磨损。
41.进一步地，磁环轴14的外周通过第三轴承24连接于支撑筒211内侧，通过第三轴承24可以提高磁环轴14旋转地稳定性，此外可以在磁环轴14和转子23连接处的外周设置环槽，第三轴承24的内圈套设在环槽内，可以对磁环轴14和转子23起到轴向和周向的限位作用。具体地，磁环轴14与转子23前端的转筒固定连接，转筒的后端和磁环轴14的前端通过第三轴承24连接在支撑筒211内，通过第一轴承25和第三轴承24可以确保转子23和定子22具有较高的同轴度，进而保证转子23高速旋转时的平稳性。
42.在本技术的一些实施例中，如图6所示，刚性轮32的外周和减速器外壳35的内侧分别设有若干组用于供圆柱销321插入的半圆盲孔，圆柱销321优选为弹性圆柱销321，圆柱销321可以限定刚性轮32相对于减速器外壳35转动。例如可以在刚性轮32和减速器外壳35的配合面上分别加工八个半圆盲孔，安装时，将两个半圆盲孔逐个对其，以形成八个完整的圆盲孔，在圆盲孔中塞入圆柱销321，即可对刚性轮32周向起到定位的作用，需要说明的是，本实施例是以八个圆柱销321为例进行说明，在具体应用时，可适当增减圆柱销321的个数。
43.在本技术的一些实施例中，如图7所示，轴承架31可以通过紧固螺钉311连接于减速外壳的后端，具体地，可以在减速器外壳35的后端内侧设置沉槽，将轴承架31的外周安装在沉槽内之后，再通过紧固螺钉311将轴承架31压紧在减速器外壳35上，以防止轴承架31脱
出。
44.在本技术的一些实施例中，如图3所示，驱动控制部件1的后盖11通过安装螺钉安装外壳上，其中后盖11上留有缺口121，以便于电源端子、第一通信端子和第二通信端子露出，从而便于安装调试。其中后盖11上还可设置散热结构111，其内部与驱动控制板12上的发热器件贴紧，外露面可以设计为梳齿状，以达到减重、增加表面积提高散热效率的目的。
45.本技术实施例还提供了一种机器人，包括上述任一项实施例所提供的动力关节，其有益效果参考上述动力关节即可，此处不在赘述。
46.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
47.以上对本技术所提供的一种动力关节及机器人进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。