[发明专利]一种多功能轻量化服务机器人关节模块

说明书

技术领域

本发明涉及机器人关节技术领域，具体涉及一种多功能轻量化服务机器人关节模块，尤其适用于服务型机器人的轻量化、多功能、低成本的设计与生产。

背景技术

随着现代社会的发展，人们的需求不断增加，服务业的增长也越来越迅速，人员的需求量日益增长，但是我国的人口红利正在逐渐消失，服务业的成本也在逐渐提升，引入服务型机器人就成为了一种必然的趋势。但是传统的服务型机器人成本较高，而且功能单一，结构冗余笨重，这些都在一定程度上限制了服务机器人的大规模应用。一体化服务机器人关节目前已经有一定的研究，经过检索发现：

专利公开号为CN 105313134 A，名称为“轻量型机械臂模块化关节”的中国发明专利中，公开了一种轻量型机械臂模块化关节，包括中空电机、减速器、高速电机轴承、模块化关机输出轴、编码器。该发明在模块化关节的基础上进行了彻底的优化和改进，具有质量轻、传动精度高、体积小的优点，而且对结构进行了简化。但是系统仍然十分复杂，不够轻量化。

专利公告号为CN 105437255 A，名称为“一种中空走线的机电一体化关节”的中国实用新型专利中，公开了一种中空走线的机电一体化关节，包括力矩传感器、中空电机定子、中空电机转子、电磁抱闸、驱动控制器、电机支撑外壳、中空驱动轴、中空谐波减速器、大跨距轴承。此系统安装了力矩传感器，保证了一定的安全性，但是传感器种类单一，不足以满足日益增长的用户需求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明所要解决的技术问题是，设计一种能够高效稳定运行的、接近于人体尺寸，单机传动，多重智能传感结合，便于服务行业应用及智能集成，具有多功能的轻量化服务机器人关节模块。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种多功能轻量化服务机器人关节模块，包括输出端、中空直流无刷电机、法兰2、中空谐波减速器1、霍尔式绝对定零度盘8、光电反射式相对编码器7以及控制装置12；其中：

所述中空谐波减速器1与输出端相连接，并通过驱动输出端带动中空直流无刷电机转动；

所述光电反射式相对编码器7设置于中空直流无刷电机处，用于测量中空直流无刷电机的输出转速；

所述控制装置与中空直流无刷电机相连接，用于控制中空直流无刷电机运转；

所述法兰2设置于中空谐波减速器1的输入轴上，用于连接中空直流无刷电机与中空谐波减速器1；

所述霍尔式绝对定零度盘8设置于输出端，用于对关节的零位进行确定。

优选地，所述控制装置12包括上层PCB板、下层PCB板、铜柱13、传感器组件、控制器以及通讯组件，所述上层PCB板和下层PCB板之间通过铜柱13连接；所述传感器组件、控制器以及通讯组件集成设置于上层PCB板和下层PCB板上。

优选地，所述铜柱13垂直设置于上层PCB板和下层PCB板之间。

优选地，所述传感器组件包括如下任一个或任多个传感器：

-温度传感器；

-湿度传感器；

-电压传感器；

-电流传感器；

-陀螺仪加速度计。

优选地，所述控制器采用stm32f4xx系列控制芯片。

优选地，所述通讯组件通过gtherCat总线系统与其他关节模块和/或上位机连接。

优选地，所述中空直流无刷电机包括中空电机轴10、中空电机转子4和中空电机定子3，所述中空电机转子4套装于中空电机轴10上并与法兰2固定，所述中空电机定子3设置于中空电机轴10与中空电机转子4之间；所述中空电机轴10作为中空走线管，与中心走线盘管共轴心。。

优选地，所述中空谐波减速器1包括谐波减速器柔轮、谐波减速器钢轮和谐波发生器，所述谐波减速器钢轮和谐波发生器分别与谐波减速器柔轮相连接。

优选地，还包括外壳组件；

所述外壳组件包括上外壳、下外壳和后盖，所述上外壳和下外壳上下设置，所述后盖设置于下外壳的底部；

所述控制装置12设置于下外壳内；

所述中空直流无刷电机设置于上外壳内；

所述输出端、中空谐波减速器1、霍尔式绝对定零度盘8分别设置于上外壳的外部；

所述光电反射式相对编码器7设置于上外壳与中空直流无刷电机之间。