一种电机驱动两自由度机器人关节总成的制作方法

本发明涉及电机驱动机器人关节技术领域，特别是涉及一种电机驱动两自由度机器人关节总成。

背景技术：

与轮和履带移动方式相比，腿足移动方式具有适应复杂地形、灵活运动和越障能力强等方面的显著优势，是野外非结构环境工作的理想移动方式。国内外研究机构已研制出多种电机驱动四足机器人，如美国的spot、cheetah和中国laikago、赤兔等。为提高腿足式机器人的灵活性和能量效率，应尽可能将腿部质量分布在靠近躯干处，以减小腿部惯量。为此，通常将四足机器人膝关节处的驱动电机布置在髋关节处，与髋关节驱动电机集成在一起，形成一种两自由度关节总成。

中国专利文献cn106904226a发明了一种电驱动四足机器人的腿部动力系统结构，膝关节和髋关节驱动电机同轴布置，采用模块化设计，结构相对独立。中国专利文献cn109941369a发明了一种两组电机并联布置、定子相对固定的两自由度关节总成，使膝关节电机引出线不在随髋关节的运动而往复摆动。以上两种发明都有效减小了四足机器人腿部的转动惯量，但结构较为复杂。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电机驱动两自由度机器人关节总成，以解决上述现有技术存在的问题，该关节总成具有结构更加简单、动态性与逆驱性好、抗外部冲击能力强的特点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种电机驱动两自由度机器人关节总成，包括第一电机总成、减速机构总成和第二电机总成；所述减速机构总成的内齿圈与所述第二电机总成的第二电机壳体刚性连接，所述减速机构总成通过交叉滚子轴承连接到所述第一电机总成的第一电机壳体上，且所述减速机构总成可相对所述第一电机壳体转动；所述减速机构总成包括两套行星减速轮系，两套行星减速轮系分别用于实现髋关节和膝关节电机输出扭矩的放大。

优选的，所述第一电机总成包括第一电机壳体、电机定子、电机转子和第一电机转轴；所述电机定子安装在所述第一电机壳体内，所述电机转子固定上所述第一电机转轴上，所述第一电机转轴通过轴承固定在所述第一电机壳体和端盖上。

优选的，所述第一电机总成还包括第一电机编码器磁环和第一电机编码器读数头，所述第一电机编码器磁环通过强力胶固定在所述第一电机转轴端部；所述第一电机编码器读数头固定在第一电机端盖上并与所述第一电机编码器磁环同轴设置。

优选的，所述第一电机总成还包括第一电机叶轮和第一电机叶轮盖，所述第一电机叶轮通过叶轮驱动轴固定在所述第一电机转轴和叶轮罩上，所述第一电机叶轮随第一电机转轴一起转动。

优选的，所述减速机构总成包括内齿圈、连接套、行星架、行星轮和太阳轮；所述内齿圈与连接套配合连接在所述交叉滚子轴承的内圈上，并通过交叉滚子轴承固定在所述第一电机壳体上，所述内齿圈可相对所述第一电机壳体转动；所述内齿圈内部有两组行星减速轮系，其中第一组行星减速轮系的行星轮轴固定在所述第一电机壳体端面上，第二组行星轮系的行星架通过两个轴承固定在所述第二电机壳体和第二电机转轴上，第一组行星轮系的太阳轮与第一电机转轴固连，第二组行星轮系的太阳轮与第二电机转轴固连；驱动膝关节运动的拉杆通过轴承连接第二行星轮系的行星架上。

优选的，所述第二电机总成包括第二电机壳体、第二电机定子、第二电机转子、第二电机转轴；所述第二电机壳体刚性连接在所述减速机构总成的连接套上，与连接套一起相对所述第一电机壳体转动；所述第二电机定子安装在所述第二电机壳体内，所述第二电机转子固定在所述第二电机转轴上，所述第二电机转轴通过轴承固定所述第二电机壳体和端盖上。

优选的，所述第二电机总成还包括第二电机编码器磁环和第二电机编码器读数头，所述第二电机编码器磁环通过强力胶固定在所述第二电机转轴端部，所述第二电机编码器读数头固定在第二电机端盖上并与所述第二电机编码器磁环同轴设置。

优选的，所述第二电机总成还包括第二电机叶轮和第二电机叶轮盖，所述第二电机叶轮通过叶轮驱动轴固定在所述第二电机转轴和叶轮罩上，随第二电机转轴一起转动。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明中的电机驱动两自由度机器人关节总成，两组行星减速轮系共用一件内齿轮圈，且均采用1级减速，显著简化了结构复杂度，使机器人关节具有较好的逆驱性，结构简单紧凑等优点，除用于电机驱动四足机器人外，还可用于其他电机驱动腿足机器人。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明外观图；

图2是本发明组成与工作原理图；

图中：ⅰ、第一电机总成，ⅱ、减速机构总成，ⅲ、第二电机总成，1、交叉滚子轴承，2、第一电机壳体，3、电机定子，4、电机转子，5、第一电机转轴，6、轴承，7、端盖，8、叶轮罩，9、叶轮，10、叶轮挡圈，11、轴承，12、叶轮驱动轴，13、轴端，14、编码器读数头，15、编码器磁环，16、太阳轮，17、轴承，18、行星轮，19、滚针轴承，20、行星架，21、拉杆，22、轴承，23、隔套，24、第二电机转轴，25、第二电机壳体，26、弹性挡圈，27、轴承，28、连接套，29、内齿圈，30、轴承挡圈。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种电机驱动两自由度机器人关节总成，以解决上述现有技术存在的问题，该关节总成具有结构更加简单、动态性与逆驱性好、抗外部冲击能力强的特点。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-2所示，本发明提供一种电机驱动两自由度机器人关节总成，该机器人关节总成包含第一电机总成ⅰ、减速机构总成ⅱ和第二电机总成ⅲ；减速机构总成ⅱ的内齿圈29与第二电机壳体25刚性连接，并通过交叉滚子轴承1连接到第一电机壳体2上，可相对第一电机壳体2转动；减速机构总成ⅱ包括2套行星减速轮系，实现髋关节和膝关节电机输出扭矩的放大。

第一电机总成ⅰ包括第一电机壳体2、电机定子3、电机转子4、第一电机转轴5、第一电机编码器磁环15、第一电机编码器读数头14、第一电机叶轮9和第一电机叶轮盖8等组成。电机定子3安装在第一电机壳体2内，电机转子4固定上第一电机转轴5上，第一电机转轴5通过轴承6和轴承17固定在第一电机壳体2和端盖7上；第一电机编码器磁环15通过强力胶固定在第一电机转轴5端部，第一电机编码器读数头14固定在第一电机端盖7上，并与第一电机编码器磁环15同轴且保持合适距离，用以测量第一电机转轴5的绝对角位移；第一电机叶轮9通过叶轮驱动轴12和轴端13固定在第一电机转轴5和叶轮罩8上，随第一电机转轴5一起转动，对电机定子3的绕组进行散热，叶轮挡圈10和轴承11将叶轮固定在叶轮驱动轴12上。

减速机构总成ⅱ由内齿圈29、连接套28、行星架20、行星轮18和太阳轮16等组成。内齿圈29与连接套28配合连接在交叉滚子轴承1内圈上，并通过交叉滚子轴承1和轴承挡圈30固定在第一电机壳体2上，可相对第一电机壳体2转动；内齿圈29内部有两组行星减速轮系，其中第一组行星减速轮系的行星轮轴固定在第一电机壳体2端面上，第二组行星轮系的行星架20通过轴承17和轴承22固定在第二电机壳体25和第二电机转轴24上，第一组行星轮系的太阳轮16与第一电机转轴5固连，第二组行星轮系的太阳轮16与第二电机转轴24固连，行星轮18与行星轮轴之间安装有滚针轴承19；驱动膝关节运动的拉杆21通过轴承27连接第二行星轮系行星架20的销轴上。

第二电机总成ⅲ包括第二电机壳体25、第二电机定子、第二电机转子、第二电机转轴24、第二电机编码器磁环15、第二电机编码器读数头14、第二电机叶轮9和第二电机叶轮盖8等组成。第二电机壳体25刚性连接在减速机构总成ⅱi的连接套28上，与连接套28一起相对第一电机壳体2转动；第二电机定子安装在第二电机壳体25内，第二电机转子固定上第二电机转轴24上，第二电机转轴24通过轴承6和轴承17固定在第二电机壳体25和端盖7上；第二电机编码器磁环15通过强力胶固定在第二电机转轴24端部，第二电机编码器读数头14固定在第二电机端盖7上，并与第二电机编码器磁环15同轴且保持合适距离，用以测量第二电机转轴24的绝对角位移；第二电机叶轮9通过叶轮驱动轴12固定在第二电机转轴24和叶轮罩8上，随第二电机转轴24一起转动，对第二电机定子的绕组进行散热，叶轮挡圈10和轴承11将叶轮9固定在叶轮驱动轴12上。

该机器人关节总成的工作过程如下：

第一电机壳体2固定在机架在或其他活动构件上，电机定子3、端盖7、叶轮罩8、编码器读数头14、第一组行星减速轮系的行星架均直接或间接刚性固定在第一电机壳体2上；电机转子4、第一组行星减速轮系太阳轮16、轴端13、编码器磁环15、叶轮9、叶轮驱动轴12均直接或间接刚性固定在第一电机转轴5上，并进一步通过轴承6、轴承17和轴承11安装在第一电机壳体2上，可相对第一电机壳体2进行转动；第一电机转轴5在外部电气系统驱动与控制下，可相对第一电机壳体2发生相对转动，通过编码器读数头14将相对转动角位移反馈给外部电气系统，实现对第一电机转轴5运动规律的精确控制。

内齿圈29、第二电机壳体25刚性固定在连接套28上，并通过交叉滚子轴承1安装在第一电机壳体2上，第一电机总成工作时，与第一电机转轴5连接的太阳轮16通过第一组行星轮18驱动内齿轮圈29及与之刚性连接的连接套28和第二电机壳体25一起相对第一电机壳体2转动，从而驱动与连接套28刚性连接的第一组机械臂杆或腿足式机器人腿部构件。

第二电机定子、端盖7、叶轮罩8、编码器读数头14均直接或间接刚性固定在第二电机壳体上；第二电机转子、第二组行星减速轮系太阳轮16、轴端13、编码器磁环15、叶轮9、叶轮驱动轴12均直接或间接刚性固定在第二电机转轴24上，并进一步通过轴承6、轴承17和轴承11安装在第二电机壳体25上，可相对第二电机壳体25进行转动；第二电机转轴24在外部电气系统驱动与控制下，可相对第二电机壳体25发生相对转动，通过编码器读数头14将相对转动角位移反馈给外部电气系统，实现对第二电机转轴24运动规律的精确控制。

第二组行星减速轮系的行星架20通过轴承17和轴承22安装在第二电机转轴24和第二电机壳体25上，第二电机总成工作时，与第二电机轴24连接的太阳轮16驱动行星架20转动，从而驱动与行星架20上的销轴通过轴承27连接的拉杆21运动，间接驱动与第一组活动连接的第二组机械臂杆或腿足机器人腿部构件。

本发明中应用了具体个例对本发明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发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。