[发明专利]一种无力矩传感器的机械臂模块化关节

说明书

本发明公开了一种无力矩传感器的机械臂模块化关节，包括壳体及制动机构、传动机构、与传动机构连接的输出轴及控制机构，其特征在于：所述传动机构包括转轴，所述转轴两端分别刚性连接有制动机构和谐波减速器，所述谐波减速器与所述输出轴刚性连接，所述转轴套装有电机，所述控制机构包括控制器及用以检测输出轴相对壳体位移的第一传感器和用以检测转轴转速的第二传感器，所述第一传感器、第二传感器和电机均与控制器电连接。本发明通过采样电流来估算力矩，省去了力矩传感器的机构，减轻了关节质量，且本发明采用直线型传动线路，传动结构简单，缩短了输出轴的长度，输出轴仅需要一个交叉滚子轴承的支承，进一步简化了关节的结构。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是一种无力矩传感器的机械臂模块化关节。

背景技术

机器人手臂是机器人系统实现大范围操作的重要工具，对机器人系统的作业能力、作业水平具有重要影响。特别是近年来发展迅速的服务机器人、特种机器人等，对操作手臂提出了更高的要求。目前市场上成熟的机械臂，传动结构较为复杂，且一般设置有力矩传感器配合控制机构来控制输出力矩，由于力矩传感器尺寸、重量较大，导致整个关节重量和体积偏大。例如专利号为201110134811.7、专利名称为“具有力位感知功能的机械臂模块化环节”的发明专利，其电机定子固装在固定外壳上，第二端盖装在输出外壳内，谐波减速器刚轮设置在第二端盖内，第二端盖与谐波减速器刚轮和固定外壳连接，中心孔走线轴设置在电机定子和谐波减速器刚轮内，输出外壳与固定外壳之间装有十字交叉滚子轴承，输出外壳与力矩传感器的外环连接，力矩传感器的内环与连接螺母之间装有谐波减速器柔轮，第三端盖装在输出外壳上，限位挡块装在第三端盖上，转动轴固装在电机转子内，相对位移传感器的转动磁环固套在转动轴上，谐波减速器波发生器与转动轴连接，连接结构较为复杂，且设置有重量、体积相对较大的力矩传感器，增大了关节的重量和体积。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的上述技术问题之一，提供一种无力矩传感器的机械臂模块化关节，采用控制器通过采样电流来估算力矩，省去了力矩传感器的机构，减轻了关节质量，且传动路线简单，缩短了输出轴的长度，输出轴仅需要一个交叉滚子轴承的支承，进一步简化了关节的结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种无力矩传感器的机械臂模块化关节，包括壳体及设置于壳体内的制动机构、传动机构、与传动机构连接的输出轴及控制机构，其特征在于：所述传动机构包括转轴，所述转轴两端分别刚性连接有制动机构和谐波减速器，所述谐波减速器与所述输出轴刚性连接，所述转轴套装有电机，所述控制机构包括控制器及用以检测输出轴相对壳体位移的第一传感器和用以检测转轴转速的第二传感器，所述第一传感器、第二传感器和电机均与控制器电连接。

进一步的，所述电机包括套装于转轴上的转子和设置于转子外围的定子，所述定子套装有用以电机周向定位的定子套筒，所述转轴设置有用以抵接转子一端面的轴肩，转轴上还设置有用以抵接转子另一端面的第一挡圈。

作为上述技术方案的进一步限定，所述壳体上设置有用以抵接定子套筒侧面和一端面的限位部，所述定子套筒的另一端面抵接有第二挡圈。

进一步的，所述转轴外侧还套装有用以转轴周向定位的第一轴承和第二轴承，所述第一轴承的外圈抵接壳体，第一轴承的内圈一端面抵接第一挡圈，另一端面抵接有第三挡圈，所述第二轴承的外圈抵接定子套筒，所述定子套筒设置有用以抵接第二轴承的外圈的一端面和侧面的限位部，所述第二轴承的外圈的另一端面抵接第二挡圈，所述转轴设置有抵接第二轴承内圈的一端面的轴肩，所述第二轴承内圈的另一端面抵接有第四挡圈，所述第四挡圈与转轴刚性连接。

进一步的，所述谐波减速器从里向外依次设置有波发生器、柔轮和刚轮，所述转轴为阶梯轴，所述波发生器与阶梯轴的直径较小的一端刚性连接，所述刚轮固定于壳体上，所述柔轮通过第二转接头与输出轴刚性连接。