本實(shí)用新型涉及一種用于機(jī)器人的兩自由度關(guān)節(jié)，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

關(guān)節(jié)機(jī)器人是最常見(jiàn)的工業(yè)機(jī)器人形態(tài)之一，關(guān)節(jié)是機(jī)器人的重要構(gòu)件。機(jī)器人關(guān)節(jié)的體積、重量、輸出力矩和運(yùn)動(dòng)精度，是機(jī)器人整體性能的主要決定因素。當(dāng)前的機(jī)器人關(guān)節(jié)，通常采用輸出力矩較小的無(wú)刷直流電機(jī)。為了獲得較大的輸出力矩，通常需要配置具有較大減速比的RV減速器或者諧波減速器。然而，大減速比傳動(dòng)系統(tǒng)的逆向驅(qū)動(dòng)效果很差，使機(jī)器人對(duì)環(huán)境的力感知能力較差，不適用于組建協(xié)作型工業(yè)機(jī)器人。

中國(guó)專利文獻(xiàn)CN 104942822A公開(kāi)了《一種空間機(jī)器人的兩自由度關(guān)節(jié)》，通過(guò)兩關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)組件和關(guān)節(jié)傳動(dòng)組件，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)兩自由度的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)俯仰、旋轉(zhuǎn)、兩者合成的三種運(yùn)動(dòng)方式。但是，該裝置采用多級(jí)行星齒輪減速箱和錐齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，關(guān)節(jié)尺寸和重量較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是面向當(dāng)前協(xié)作型機(jī)器人的需求，采用高扭矩輸出的無(wú)框直驅(qū)力矩電機(jī)，提供一種動(dòng)態(tài)性好、輸出扭矩大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、逆向驅(qū)動(dòng)性能好的能夠?qū)崿F(xiàn)單軸兩自由度驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人關(guān)節(jié)。

本實(shí)用新型的單軸兩自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)，采用如下技術(shù)方案：

該機(jī)器人關(guān)節(jié)，包含第一關(guān)節(jié)總成和第二關(guān)節(jié)總成；第一關(guān)節(jié)總成包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)、行星減速機(jī)和第一關(guān)節(jié)主軸，第一關(guān)節(jié)主軸與第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，行星減速機(jī)的輸入端與第一關(guān)節(jié)主軸連接；第二關(guān)節(jié)總成包括第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第二關(guān)節(jié)主軸和同步齒形帶輪，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)殼體與行星減速機(jī)的輸出端連接，第二關(guān)節(jié)主軸與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接，同步齒形帶輪固定安裝于第二關(guān)節(jié)主軸上。

所述第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)殼體、第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子和第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子安裝在第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)外殼內(nèi)。所述第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子內(nèi)設(shè)置有霍爾傳感器。

所述第一關(guān)節(jié)主軸通過(guò)軸承支承在第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)外殼內(nèi)。

所述行星減速機(jī)包括減速機(jī)外殼、太陽(yáng)輪、行星齒輪、行星架和內(nèi)齒圈，太陽(yáng)輪固定安裝在第一關(guān)節(jié)主軸上，三個(gè)行星齒輪通過(guò)滾針軸承安裝于行星架中，行星架由行星架支承套筒和行星架輸出套筒構(gòu)成，行星架支承套筒通過(guò)軸承安裝于第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)殼體內(nèi)，行星架輸出套筒通過(guò)軸承安裝于減速機(jī)外殼內(nèi)，內(nèi)齒圈固定安裝于第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)殼體上，三個(gè)行星齒輪同時(shí)與太陽(yáng)輪和內(nèi)齒圈嚙合。

所述第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)，包括第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)殼體、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子安裝在第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)殼體內(nèi)。所述第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子內(nèi)設(shè)置有霍爾傳感器。

所述第二關(guān)節(jié)主軸通過(guò)軸承支承于第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)殼體內(nèi)。

第一關(guān)節(jié)總成中的第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)第一關(guān)節(jié)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第一關(guān)節(jié)主軸帶動(dòng)行星減速機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，行星減速機(jī)輸出端帶動(dòng)第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使第二關(guān)節(jié)總成相對(duì)于第一關(guān)節(jié)總成轉(zhuǎn)動(dòng)。第二關(guān)節(jié)總成中的第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)第二關(guān)節(jié)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第二關(guān)節(jié)主軸上的同步齒形帶輪隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。

本實(shí)用新型的機(jī)器人關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)緊湊，實(shí)現(xiàn)了同軸兩自由度，充分利用無(wú)框直驅(qū)力矩電機(jī)輸出扭矩大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊等優(yōu)點(diǎn)，可用于大載重-自重比的協(xié)作型機(jī)器人，也可用于腿足式機(jī)器人。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型單軸兩自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型中第一關(guān)節(jié)總成的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型中第二關(guān)節(jié)總成的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)箱體，2、第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)箱蓋，3、行星減速機(jī)外殼，4、行星架輸出套筒，5、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)箱蓋，6、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)箱體，7、第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子，8、第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，9、第一關(guān)節(jié)主軸，10、滾珠軸承，11、行星減速機(jī)滾珠軸承，12、行星架支承套筒，13、行星減速機(jī)內(nèi)齒圈，14、滾針軸承15、太陽(yáng)輪，16、行星齒輪，17、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子，18、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，19、滾珠軸承，20、第二關(guān)節(jié)主軸，21、同步齒形帶輪。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的單軸兩自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)包括第一關(guān)節(jié)總成和第二關(guān)節(jié)總成。

如圖1和圖2所示，第一關(guān)節(jié)總成包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)、行星減速機(jī)和第一關(guān)節(jié)主軸9。第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)殼體、第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子7和第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子8。第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)殼體包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)箱體1和第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)箱蓋2。第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子7安裝在第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)箱體1內(nèi)，通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)箱蓋2將其壓緊。第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子7內(nèi)設(shè)置有霍爾傳感器。第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子8置于第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子7內(nèi)，并通過(guò)螺釘固定在第一關(guān)節(jié)主軸9上。第一關(guān)節(jié)主軸9通過(guò)兩個(gè)滾珠軸承10支承在第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)箱體1和第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)箱蓋2上。行星減速機(jī)包括外殼3、太陽(yáng)輪15、行星齒輪16、行星架和內(nèi)齒圈13。太陽(yáng)輪15固定安裝在第一關(guān)節(jié)主軸9上，三個(gè)行星齒輪16通過(guò)三個(gè)滾針軸承14安裝于行星架中，行星架由行星架支承套筒12和行星架輸出套筒4構(gòu)成，行星架支承套筒12通過(guò)滾珠軸承11安裝于第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)箱蓋2內(nèi)，行星架輸出套筒4通過(guò)滾珠軸承安裝于外殼3內(nèi)。內(nèi)齒圈13固定安裝于第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)箱蓋2上。三個(gè)行星齒輪16同時(shí)與太陽(yáng)輪15和內(nèi)齒圈13嚙合。

如圖1和圖3所示，第二關(guān)節(jié)總成包括第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)、第二關(guān)節(jié)主軸20和同步齒形帶輪21。第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)包括第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)殼體、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子17和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子18，第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)殼體包括第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)箱蓋5和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)箱體6。第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子17安裝在第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)箱體6內(nèi)，通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)箱蓋5將其壓緊。第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子17內(nèi)設(shè)置有霍爾傳感器。第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子18通過(guò)螺釘固定連接在第二關(guān)節(jié)主軸20上。第二關(guān)節(jié)主軸20通過(guò)兩個(gè)滾珠軸承19支承于第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)箱體6和第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)箱蓋5上。同步齒形帶輪21固定安裝于第二關(guān)節(jié)主軸20上。

第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)箱蓋5與行星架輸出套筒4連接在一起，使第一關(guān)節(jié)總成和第二關(guān)節(jié)總成剛性連接。

上述單軸兩自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)的工作過(guò)程如下所述。

第一關(guān)節(jié)總成中的第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子8根據(jù)控制信號(hào)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)第一關(guān)節(jié)主軸9轉(zhuǎn)動(dòng)，太陽(yáng)輪15隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。太陽(yáng)輪15與三個(gè)行星齒輪16嚙合傳動(dòng)，在三個(gè)行星齒輪16和行星減速機(jī)內(nèi)齒圈13的嚙合傳動(dòng)下，減速后的轉(zhuǎn)動(dòng)由行星架輸出套筒4輸出。由于行星架輸出套筒4與第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)箱蓋5之間剛性連接，從而帶動(dòng)第二關(guān)節(jié)總成相對(duì)于第一關(guān)節(jié)總成轉(zhuǎn)動(dòng)。第二關(guān)節(jié)總成中的第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子18根據(jù)控制信號(hào)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)第二關(guān)節(jié)主軸20轉(zhuǎn)動(dòng)，第二關(guān)節(jié)主軸20上的同步齒形帶輪21隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。