[发明专利]一种一体化关节装置和机械臂

说明书

技术领域

本发明属于机器人研究和工程技术领域，尤其涉及一种一体化关节装置和机械臂。

背景技术

机器人是集控制、机械、电子、材料等学科于一体的交叉学科，随着机器人技术的飞速发展，对系统的各个组成部分提出了更高的指标要求。关节是构成机器人尤其是机械臂的重要核心部件，其整体结构、运动性能直接影响到机器人的整体操作空间、负载能力以及任务执行能力。现代工业场景下的工业机械臂需要在有限的工作空间内与工人协作完成相关工作，因此要求机械臂本体在较小的自重和自身体积的情况下，具有较大的负载能力。同时，现有的需求也要求机械臂从设计到交付的周期不断缩短，对机械臂的集成速度也提出更高的要求。现有的用于搭建机械臂的关节普遍存在重量大、负载小，体积大、集成度低、成本高的问题，从而限制了机械臂以及机器人的推广和应用。

因此，为了解决现有的机械臂关节负载自重比低、体积大、集成度低、成本高、无法快速连接成机械臂的问题，需要设计一种负载自重比大、体积小、集成度高、可快速连接成机械臂的一体化关节。

发明内容

本发明提供了一种一体化关节装置和机械臂，用以解决现有的机械臂关节负载自重比低、体积大、集成度低、成本高、无法快速连接成机械臂的问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种一体化关节装置，包括：外壳、传动机构、制动机构、驱动装置；外壳两端设置用于连接关节转接连杆的接口；传动机构、所述制动机构和所述驱动装置均设置于所述外壳内，其中，传动机构的传感器齿轮与传动机构的电机齿轮啮合，制动机构的制动齿轮与传动机构的电机齿轮啮合。

进一步地，外壳包括上壳体、下壳体、底盖、中空管，上壳体与下壳体通过螺钉固连，底盖与下壳体固连，中空管与下壳体通过螺钉固连；传动机构包括伺服电机、谐波减速器、电机轴、轴承，伺服电机的定子与上壳体固连，伺服电机的转子与电机轴通过螺钉固连，电机轴与上壳体之间安装有轴承，电机轴与下壳体之间安装有轴承，电机轴与谐波减速器的波发生器固连，谐波减速器的由刚轮和柔轮组成的部件通过螺钉与上壳体固连。

进一步地，传动机构还包括电机位置传感器和位置传感齿轮组，位置传感齿轮组由相互啮合的电机齿轮和传感器齿轮组成；电机齿轮与电机轴固连，传感器齿轮与电机位置传感器通过螺钉固连，传感器齿轮与下壳体之间安装有轴承。

进一步地，电机位置传感器采用多圈绝对值编码器。

进一步地，制动机构包括制动器和制动齿轮组，制动器由制动盘、线圈组成，制动齿轮组由相互啮合的电机齿轮、制动齿轮组成；制动齿轮与制动盘固连，电机轴与电机齿轮固连，制动盘与制动齿轮通过螺钉固连，线圈与底盖固连，制动齿轮与上壳体之间安装有轴承，制动齿轮与底盖之间安装有轴承。

进一步地，驱动装置包括：驱动电路板、接口电路板、第一支架、第二支架；驱动电路板通过第一支架与下壳体固连，接口电路板通过第二支架与驱动电路板固连。

进一步地，外壳内安装用于走线的中空管。

进一步地，用于连接关节转接连杆的接口为法兰螺纹。

一种机械臂，包括若干一体化关节装置，各个一体化关节装置通过关节转接连杆连接。

本发明提供的一体化关节装置采用集成化、模块化设计，在搭建机械臂时，只需将一体化关节外壳两端的接口与关节转接连杆连接即可，缩短了机械臂的研发周期与维护成本；并且，传动机构、制动机构、驱动装置集成于外壳内，传感器齿轮与电机齿轮啮合，制动齿轮与电机齿轮啮合，相比于现有技术中传感器、制动器和电机串联布置的方式，大幅减少了关节尺寸，提升了空间利用率。

附图说明

图1是本发明提供的一体化关节装置的外表面视图；

图2是本发明提供的一体化关节装置的主剖视图；

图3是本发明提供的一体化关节装置的传动机构的主剖视图；

图4是本发明提供的一体化关节装置的制动机构的主剖视图；

图5是本发明提供的一体化关节装置的驱动装置的立体结构视图；

图6是本发明提供的一种化关节装置内传动机构、制动机构和驱动装置的安装位置示意图。