[发明专利]一种模块化机器人关节

说明书

一种模块化机器人关节，涉及一种机器人执行器。无框力矩电机上有集成控制板，与减速器连接的电机轴上有电机磁编码器的磁环，减速器上有输出磁环端盖及输出磁编码电路板，输出磁环端盖上有输出磁编码器磁环，输出磁编码电路板与集成控制板数据传输连接；集成控制板上集成了关节控制与驱动电路、IMU传感器、温度传感器电路、力传感器采集电路、外部通讯电路及电机磁编码器磁环的芯片、连接电源线和电机线。本发明在固定法兰上直接集成力传感器，设置了减速器，具有中心孔走线结构，并将无框力矩电机与驱动器、控制器、传感器等电路集成一体，结构紧凑。实现了大减速比、高传动刚度、大承载能力、高效率、高精度、小尺寸与轻量化等优势。

技术领域

本发明涉及一种机器人执行器，尤其是一种模块化机器人关节。

背景技术

模块化机器人关节是一种将减速器、电机、控制器、电机驱动器以及传感器等都集成到一起的模组，用于驱动或者直接作为机器人的关节结构，实现机器人设计、安装以及维护的方便。

公告号为CN112372664B，名称为《一种高集成模块化协作机器人关节模组》的中国发明专利，以及公告号为CN111687879B，名称为《一种协作机器人模块化关节》的中国发明专利，均公开了采用谐波减速器的模块化机器人关节，然而谐波减速器表现出较低的回转刚度，降低了关节的控制性能和机器人整体的精度和性能。且谐波减速器本身承载能力和抗冲击能力较差，降低了关节的承载能力与寿命，降低了机器人的负载。同时谐波减速器效率相对较低，特别是在低温环境下效率很差，进一步降低了关节输出性能。

此外，现有技术中，还会采用多级行星减速器或者采用多级齿轮减速器的模块化关节，其大多很难设计中空走线，同时，由于在模块化关节中集成力传感器通常会大幅降低关节刚度，并使得结构非常复杂，很多模块化关节中不集成力传感器，也很少采用双编码器设计，这使得关节的力控精度和效果较差。

发明内容

为解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种模块化机器人关节。

实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种模块化机器人关节，包括电机磁编码器的磁环、集成控制板、无框力矩电机、输出磁环端盖、输出磁编码电路板、输出磁编码器磁环以及减速器；所述无框力矩电机的电机端盖上设有集成控制板，无框力矩电机的电机轴上设有电机磁编码器的磁环，并电机轴与减速器连接，所述减速器上设有输出磁环端盖以及输出磁编码电路板，所述输出磁环端盖上设有输出磁编码器磁环，所述输出磁编码电路板与集成控制板数据传输连接；所述集成控制板上集成了关节控制与驱动电路、IMU传感器、温度传感器电路、力传感器采集电路、外部通讯电路以及电机磁编码器磁环的芯片、连接电源线和电机线。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明在固定法兰上直接集成力传感器，设置了减速器，具有中心孔走线结构，并将无框力矩电机与驱动器、控制器、传感器等电路集成一体，结构紧凑。

2、本发明具有大的减速比设计范围的同时，仍然可以保留中心孔结构，方便了集成安装与走线。

3、相比于传统使用谐波减速器的方案，本发明的减速器实现了大减速比、高传动刚度、大承载能力、高效率、高精度、小尺寸与轻量化等优势，并具备力感知能力，方便集成到机器人当中。

4、本发明具有双编码器结构可以实现高精度位置控制，具有力传感器可以实现力控与柔顺控制功能和电机端控制。

5、本发明提出的集成到固定法兰的力传感器结构，更加简单方便，尺寸更小，所采用的立式结构具有更好的刚度。

附图说明

图1是本发明实施例1的整体结构示意图；

图2是图1的剖视图；

图3是应变片位置示意图；

图4是图1的爆炸图；