[发明专利]一种机器人关节模块电机及其精准控制方法

说明书

本发明公开了一种机器人关节模块电机及其精准控制方法，属于关节模块电机技术领域，包括无框力矩电机，所述无框力矩电机的输出端安装有转轴，且所述转轴远离所述无框力矩电机的一端安装有输出轴，所述无框力矩电机外侧的中部安装有双环架组件，所述双环架组件之间安装有紧固组件，所述转轴的外侧且位于所述输出轴和无框力矩电机之间套设有精密斜坡减速机，启动旋转电机转动使其卡杆对卡槽进行反向卡合，通过电机端绝对值编码器记录无框力矩电机的转动位置，通过输出端绝对值编码器记录输出轴的转动程序比对二者位置，能够准确记住掉电重启时刻、开机时刻输出轴和无框力矩电机转动的精确位置，保证模块化关机运动位置的精准和重复精度。

技术领域

本发明涉及一种关节模块电机，特别是涉及一种机器人关节模块电机，本发明还涉及一种关节模块电机精准控制方法，特别涉及一种机器人关节模块电机精准控制方法，属于关节模块电机技术领域。

背景技术

协作机器人的概念于1996年由美国西北大学的2位教授J.Edwad Colgate和Michael Peshkin首次提出。

全球首款协作机器人RU5于2008年由丹麦优傲(Universal Robots)公司研发生产，UR5具有安装迅速，部署灵活，安全可靠，编程简单等特点。其本体拥有6个关节，重18kg，有效负载5kg，臂展850mm，重复精度±0.1mm，结构上采用模块化关节设计，通过监测电流变化实现关节力反馈，在保证安全的同时降低了制造成本。机器人外接Teach Pendant控制器，搭载其自主研发的PolyScope控制系统，操作简单，容易掌握，后续又推出了有效负载分别为3kg与10kg的UR3与UR10。

2015年4月，ABB发布全球首款双臂协作机器人Yumi，其主要针对消费级电子行业，单臂有效负载0.5kg，末端工具最大速度1.5m/s，位置重复度高达0.02mm；

进一步满足用户的个性化需求，科尔摩根(Kollmorgen)公司于2017年推出了RGM机器人关节模组，该模组主要针对10kg以下有效负载的协作机器人，包括四种不同规格的关节模块，制造商可根据不同轴数和运动要求进行选型，易于组装，结构紧凑，基于RGM的机器人本体可配合众多主流机器人控制器使用，确保开发人员专注于安全防护、控制算法及功能应用；

北方工业大学针对EC75七轴协作机器人开发了关节模块，期望指标为末端工具最大速度3.4m/s，重复定位精度0.1mm。示教器采用艾利特自行研发的ERP300，同时支持Android。该模块化关节在结构设计上还有待进一步改进，主要体现在机械结构对于磁码盘的安装难度较大，由于磁码盘对安装位置要求很高，因此对装配面的加工精度要求极高，目前的结构很难实现精确定位，有待于后续在低速轴上设计微调装置，以实现磁码盘的精确装配；

哈尔滨工业大学近年来对轻型机械臂模块化柔顺关节进行了深入研究，在模块化关节中集成了驱动电机、谐波减速器、失电制动器、传感器、驱动器等多种部件，并且具有标准的机械接口和电气接口。

中国科学技术大学研制了一款六自由度模块化轻型机械臂，考虑到不同关节受力不同，为了提高关节的有效利用，在结构设计中分别为前三个关节和后三个关节设计了两种不同的关节模块，前三个关节的模块化关节结构紧凑，关节内集成了驱动器及控制器、传动机构、传感器等部件，具有断电制动保护功能，采用关节控制器与主控制器相分离的分布式结构的控制方案，提高了关节模块在电气系统上的模块化水平。

北京交通大学研制了一款六自由度轻型机械臂，其模块化关节模块将驱动电机、减速器、传感器等部件集于一体。每个模块化关节都包含完整的机械结构和控制电路，同时分别为机械连接和电气连接设计了通用的快速接口，模块内部存储器可以保存运动信息，保证每个关节可插拔和快速替换。为了实现模块化关节的轻量化设计，根据结构拓扑优化理论对外壳进行了结构优化。