[发明专利]一种大扭矩紧凑型机械臂关节

说明书

技术领域

本发明属于机械臂技术领域，具体涉及一种大扭矩紧凑型机械臂关节。

背景技术

机械臂是一种自动化机械装置，其能够接受指令，精确地定位到三维(或二维)空间上的某一点进行作业。在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域具有广泛应用。

机械臂的种类众多，形态各有不同，其中，串联机械臂由于灵活性强，应用最为广泛。串联机械臂可以分为空间串联机械臂和地面串联机械臂。机械臂是实现机械臂运动的关键技术，一方面，机械臂关节的输出力矩决定着一条机械臂的最大工作载荷，另一方面，在地面串联机械臂中，过大的自重，会使得机械臂关节的输出扭矩被自重消耗，导致机械臂的有效载荷减小；在空间串联机械臂中，过大的自重会占用有限的发射载荷，增加发射的成本。因此，机械臂旋转关节的设计要尽可能的使关节小型化或者输出力矩最大化。

现有技术中的机械臂关节，均是将减速器和关节旋转轴同轴布置，为了实现机械臂关节的最小化，通常的方案是增大减速比，采用大减速比的减速器或者多个小减速器串联布置。然而，采用大减速比减速器或者多个小减速比减速器串联，又会产生关节长度过长的问题。因此，如果能够保证关节输出力矩不变的情况下，尽可能的使关节结构最小化、紧凑化，同时使关节长度基本不改变，将具有十分重要的工程意义。

目前，现有技术中还没有同时具备大输出扭矩、大减速比、小关节长度的机械臂关节。

发明内容

本发明解决的技术问题是如何提供一种能够同时具备大输出扭矩、大减速比、小关节长度的机械臂关节。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下。

大扭矩紧凑型机械臂关节，包括关节外壳、控制电箱、电机、高速级减速器、低速级减速器、同步带轮、输出轴、关节连接轴、第二连接板、第一连接板、轴承座、第一轴承、光栅尺、读数头和第二轴承；

所述关节外壳上设有第一通孔和圆形凸台；

所述控制电箱和电机设置在关节外壳内，控制电箱包括电源、电路板和驱动器，电源和电路板之间通过电源线连接，电路板控制驱动器工作，驱动器通过位置、速度和力矩三种方式对电机进行控制；

所述高速级减速器和电机同轴串联装配，高速级减速器和低速级减速器呈平行轴固定在关节外壳内，高速级减速器的输出轴与同步带轮的一个带轮连接，端部固定在轴承座内，低速级减速器的输入轴与同步带轮的另一个带轮连接，端部与第一轴承连接，高速级减速器和低速级减速器的轴线与关节连接轴的轴线互相垂直；

所述轴承座固定在关节外壳的内壁上；

所述第一轴承的端面顶紧在关节外壳的内壁上；

所述输出轴为中空轴，一端与低速级减速器的输出端同轴连接，另一端穿过第一通孔伸出关节外壳，第一通孔的内壁和输出轴的外壁间设有第二轴承；

所述光栅尺与低速级减速器同轴连接，在低速级减速器的带动下同步转动；

所述读数头固定在关节外壳内，读取光栅尺的角位移，并将数据传输至电路板中；

所述第二连接板和第一连接板固定在关节外壳上，前一个机械臂关节的第二连接板通过第三轴承与后一个机械臂关节的圆形凸台转动连接，前一个机械臂关节的第一连接板套装在后一个机械臂关节的输出轴上，并通过关节连接轴将两者固定连接，且关节连接轴的轴线垂直于输出轴的轴线。

进一步的，所述关节外壳包括上壳、中壳和下壳，中壳由一体成型的连接板和固定板组成，上壳的边缘与连接板的上边缘固定连接，连接板的下边缘与下壳的边缘固定连接，上壳、连接板和下壳形成一个一端开口的腔体，固定板设置在连接板与下壳的连接处，将腔体分割为两部分；

控制电箱固定在上壳上，第一通孔设置在上壳上，沿第一通孔的圆周边缘向上壳内侧设有第一圆环形凸台，第一圆环形凸台的外壁与上壳内壁间设有加强筋；

高速级减速器和低速级减速器固定在固定板的上表面上，同步带轮设置在固定板的下方；

所述下壳的内表面上设有第一凸台和第二凸台，第一凸台和第二凸台均设有凹槽，轴承座固定在第一凸台内，第一轴承设置在第二凸台的凹槽内，且通过顶丝顶紧垫片来压紧轴承外环，第二凸台与下壳之间设有加强筋，圆形凸台设置在下壳的外表面上。

进一步的，所述关节外壳内设有风扇，关节外壳上设散热孔。

进一步的，所述关节外壳的一端的两侧设有上平台和下平台，前一机械臂关节的上平台和下平台与后一机械臂关节的第一连接板和第二连接板配合。