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1、(10)申请公布号 CN 102626930 A (43)申请公布日 2012.08.08 CN 102626930 A *CN102626930A* (21)申请号 201210131083.9 (22)申请日 2012.04.28 B25J 17/00(2006.01) B25J 19/00(2006.01) (71)申请人 哈尔滨工业大学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大 直街 92 号 (72)发明人 刘伊威 霍希建 刘宏 张子建 张奇 (74)专利代理机构 哈尔滨市松花江专利商标事 务所 23109 代理人 高媛 (54) 发明名称 具有失电制动与多种感知功能的机械臂模。
2、块 化关节 (57) 摘要 具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块 化关节。它涉及机械臂模块化关节。以解决现有 机械臂关节重量大、 负载能力低、 体积大、 集成度 低、 感知能力差问题。机械及关节电气系统、 传感 器系统和失电制动器集成一体 ； 电气系统包括关 节驱动板、 控制板 ； 传感器系统包括力矩传感器、 绝对式光电编码器、 增量式磁编码器及电机霍尔 传感器， 增量式磁编码器包括磁环及增量式磁编 码器电路板 ； 电机霍尔传感器包括电机霍尔及电 机霍尔传感器电路板 ； 绝对式光电编码器固套装 在绝对式光电编码器固定架上， 光电 / 力矩传感 器处理电路板、 电机霍尔传感器电路板、 增量式磁。
3、 编码器电路板及失电制动器均通过导线与关节控 制板连接。用于串联构成大力矩的多自由度机械 臂。 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 6 页 附图 11 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 3 页 说明书 6 页 附图 11 页 1/3 页 2 1. 一种具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节， 所述机械臂模块化关节包 括机械系统(1)、 关节电气系统(5)、 传感器系统(6)及失电制动器(7) ； 机械系统(1)、 关节 电气系统 (5)、 传感器系统 (6) 和失电制动器 (7) 集成于一体 ； 机械系统 (1) 包括关节固定 端。
4、 (2)、 关节输出端 (3)、 关节传动装置 (4)、 交叉滚柱轴环 (8)、 第一深沟球轴承 (9) 和第二 深沟球轴承(10) ； 关节固定端(2)包括电机外壳(2-1)、 C型环(2-2)、 电机定子(2-3)、 电机 端盖 (2-4)、 谐波减速器刚轮固定架 (2-5)、 谐波减速器刚轮 (2-6)、 绝对式光电编码器固定 架 (2-7)、 固定螺母 (2-8)、 关节中心走线圆管 (2-9)、 增量式磁编码器固定架 (2-10)、 第一 深沟球轴承压板 (2-11)、 第二深沟球轴承压板 (2-12) 及蝶形弹簧 (2-13) ； 关节输出端 (3) 包括谐波减速器柔轮(3-1)、。
5、 刚性连接件(3-2)、 关节输出外壳(3-3)、 关节限位块(3-4)、 交 叉滚柱轴环外圈挡板 (3-5)、 垫圈 (3-6) 及圆环套 (3-7) ； 关节传动装置 (4) 包括电机转子 (4-1)、 电机轴 (4-2)、 谐波减速器波发生器 (4-3)、 轴承套筒 (4-4) 及磁环支架 (4-5) ； 关节 电气系统(5)包括关节驱动板(5-1)及关节控制板(5-2) ； 传感器系统(6)包括力矩传感器 (11)、 绝对式光电编码器 (12)、 增量式磁编码器 (13) 及电机霍尔传感器 (14)， 绝对式光电 编码器包括发光板(12-1)、 接收板(12-2)、 旋转码盘(12-3。
6、)、 狭缝(12-4)、 金属支架(12-5) 及光电 / 力矩传感器处理电路板 (12-6) ； 增量式磁编码器 (13) 包括磁环 (13-1) 及增量式 磁编码器电路板 (13-2) ； 电机霍尔传感器 (14) 包括电机霍尔 (14-1) 及电机霍尔传感器电 路板 (14-2) ； 电机外壳 (2-1) 和谐波减速器柔轮 (3-1) 均套装在关节中心走线圆管 (2-9) 的外壁 上， 电机定子 (2-3) 通过 C 型环 (2-2) 与电机外壳 (2-1) 的内壁固连， 第一深沟球轴承压板 (2-11)与电机外壳(2-1)的输出端固连， 电机端盖(2-4)与电机外壳(2-1)的输入端固。
7、连， 第二深沟球轴承压板 (2-12) 安装在电机端盖 (2-4) 上， 增量式磁编码器固定架 (2-10) 与 电机端盖 (2-4) 的输入端固连， 谐波减速器刚轮 (2-6) 通过谐波减速器刚轮固定架 (2-5) 与电机外壳 (2-1) 的输出端固连， 绝对式光电编码器固定架 (2-7) 依次通过谐波减速器刚 轮 (2-6)、 谐波减速器刚轮固定架 (2-5) 与电机外壳 (2-1) 的输出端固连， 固定螺母 (2-8) 与绝对式光电编码器固定架(2-7)可拆卸连接， 关节中心走线圆管(2-9)与失电制动器(7) 的失电制动器端盖 (7-1) 固连 ； 刚性连接件 (3-2) 的输入端 (。
8、3-8) 与谐波减速器柔轮 (3-1) 固连， 刚性连接件 (3-2) 的输出端 (3-9) 与力矩传感器 (11) 的机械本体 (11-1) 的内环 (11-4) 固连， 该力矩传感器 (11) 的机械本体 (11-1) 的外环 (11-3) 与关节输出外壳 (3-3) 的输出端 (3-10) 固连， 关 节输出外壳 (3-3) 的输入端 (3-11) 通过垫圈 (3-6) 与交叉滚柱轴环外圈挡板 (3-5) 固连， 关节限位块 (3-4) 通过交叉滚柱轴环外圈挡板 (3-5) 与关节输出外壳 (3-3) 固连， 圆环套 (3-7) 固定在力矩传感器 (11) 的机械本体 (11-1) 的内。
9、环 (11-4) 的内腔中 ； 电机轴 (4-2) 套装在关节中心走线圆管 (2-9) 上并置于电机外壳 (2-1) 内， 电机轴 (4-2) 与关节中心走线圆管 (2-9) 间隙配合， 电机转子 (4-1) 与电机轴 (4-2) 固连， 谐波减 速器波发生器(4-3)与电机轴(4-2)的输出端固连， 磁环支架(4-5)固套装在电机轴(4-2) 上， 轴承套筒(4-4)固套装在电机轴(4-2)上并通过磁环支架(4-5)轴向定位 ； 谐波减速器 柔轮 (3-1) 置于谐波减速器刚轮 (2-6) 与谐波减速器波发生器 (4-3) 之间 ； 第一深沟球轴承 (9) 的内圈 (9-1) 安装于电机轴 。
10、(4-2) 上， 第一深沟球轴承 (9) 的外 圈 (9-2) 安装于电机外壳 (2-1) 内， 第一深沟球轴承 (9) 的外圈 (9-2) 通过第一深沟球轴 权 利 要 求 书 CN 102626930 A 2 2/3 页 3 承压板 (2-11) 轴向定位， 第二深沟球轴承 (10) 的内圈 (10-1) 安装于电机轴 (4-2) 上并通 过轴承套筒 (4-4) 轴向定位， 第二深沟球轴承 (10) 的外圈 (10-2) 安装于电机端盖 (2-4) 内， 第二深沟球轴承 (10) 的外圈 (10-2) 通过第二深沟球轴承压板 (2-12) 轴向定位， 蝶形 弹簧 (2-13) 置于第二深沟。
11、球轴承压板 (2-12) 与失电制动器 (7) 的失电制动器底座 (7-2) 之间 ； 交叉滚柱轴环(8)的内圈(8-1)套装在电机外壳(2-1)的外侧壁上， 交叉滚柱轴环(8) 的外圈 (8-2) 安装于关节输出外壳 (3-3) 内并通过交叉滚柱轴环外圈挡板 (3-5) 轴向定 位， 增量式磁编码器 (13) 的磁环 (13-1) 固套装在磁环支架 (4-5) 上， 增量式磁编码器电路 板 (13-2) 与增量式磁编码器固定架 (2-10) 固连， 电机霍尔 (14-1) 和电机霍尔传感器电路 板 (14-2) 集成于一体并共同固定于电机定子 (2-3) 上 ； 失电制动器 (7) 的失电制。
12、动器端盖 (7-1) 及失电制动器外壳 (7-3) 均与电机端盖 (2-4) 固连， 失电制动器 (7) 的旋转摩擦片 (7-4) 与电机轴 (4-2) 连接 ； 关节驱动板 (5-1) 与关节控制板 (5-2) 共同安装于失电制动器端盖 (7-1) 上 ； 发光板 (12-1) 与接收板 (12-2) 平行设置， 金属支架 (12-5) 位于发光板 (12-1) 及接收板 (12-2) 之间， 且金属支架 (12-5) 与发光板 (12-1) 一起固定安装于关节输出外壳 (3-3) 上， 狭缝 (12-4)的一端与金属支架(12-5)固连， 旋转码盘(12-3)置于发光板(12-1)与狭缝(。
13、12-4) 之间， 旋转码盘 (12-3) 通过固定螺母 (2-8) 将旋转码盘 (12-3) 与绝对式光电编码器固定 架(2-7)固连， 光电/力矩传感器处理电路板(12-6)与接收板(12-2)平行设置并位于接收 板(12-2)的外侧， 光电/力矩传感器处理电路板(12-6)与力矩传感器(11)的外环(11-3) 固连， 绝对式光电编码器 (12) 的旋转码盘 (12-3) 固连于绝对式光电编码器固定架 (2-7)， 发光板 (12-1)、 接收板 (12-2)、 狭缝 (12-4) 及金属支架 (12-5) 共同固连于关节输出外壳 (3-3) 内侧， 光电 / 力矩传感器处理电路板 (1。
14、2-6)、 电机霍尔传感器电路板 (14-2)、 增量式 磁编码器电路板 (13-2) 及失电制动器 (7) 均通过多根导线与关节电气系统 (5) 连接。 2. 根据权利要求 1 所述具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节， 其特征在 于 ： 力矩传感器 (11) 包括机械本体 (11-1) 及四个应变片 (11-2)， 机械本体 (11-1) 包括外 环 (11-3)、 内环 (11-4)、 四个应变梁 (11-5) 及过载保护块 (11-6) ； 四个应变梁 (11-5) 置于外环 (11-3) 与内环 (11-4) 之间， 且四个应变梁 (11-5) 沿外 环(11-3)的圆周方向。
15、均匀布置， 用于传递关节输出转矩， 相邻两个应变梁(11-5)之间设置 有一个过载保护块 (11-6)， 四个过载保护块 (11-6) 均与内环 (11-4) 固连， 每个过载保护 块 (11-6) 与外环 (11-3) 之间留有间隙， 每个应变梁 (11-5) 上粘贴有一个应变片 (11-2)， 应变片 (11-2) 通过多根导线中的第七导线 (26) 与绝对式光电编码器 (12) 及光电 / 力矩 传感器处理电路板 (12-6) 连接 ； 绝对式光电编码器 (12) 及光电 / 力矩传感器处理电路板 (12-6) 与力矩传感器 (11) 固连并通过关节中心走线圆管 (2-9) 与关节控制板。
16、 (5-2) 进行 电气连接。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节， 其特 征在于 ： 失电制动器(7)包括失电制动器端盖(7-1)、 失电制动器底座(7-2)、 失电制动器外 壳 (7-3)、 旋转摩擦片 (7-4)、 圆柱销 (7-5)、 弹簧 (7-6)、 失电制动器压板 (7-7)、 电磁线圈 (7-8) 及两个接触开关 (15) ； 电磁线圈 (7-8) 固定在失电制动器底座 (7-2) 的内腔中， 失电制动器底座 (7-2) 固 权 利 要 求 书 CN 102626930 A 3 3/3 页 4 定在失电制动器外壳 (7-3) 内， 。
17、失电制动器压板 (7-7) 置于失电制动器底座 (7-2) 顶部， 失电制动器压板 (7-7) 为圆环形， 失电制动器压板 (7-7) 上沿圆周方向均布设有八个光孔 (7-9)， 八个圆柱销 (7-5) 分别穿过失电制动器压板 (7-7) 上的八个光孔 (7-9) 后其一端固 定在失电制动器外壳 (7-3) 上， 另一端固定于失电制动器端盖 (7-1) 上， 每个圆柱销 (7-5) 套装有一个弹簧(7-6)， 弹簧(7-6)置于失电制动器外壳(7-3)与失电制动器压板(7-7)之 间， 旋转摩擦片 (7-4) 置于失电制动器压板 (7-7) 与失电制动器端盖 (7-1) 之间， 两个接触 开关。
18、(15)置于失电制动器压板(7-7)与失电制动器外壳(7-3)之间， 两个接触开关(15)的 固定端 (16) 均固定在失电制动器外壳 (7-3) 内， 两个接触开关 (15) 的活动端 (17) 分别位 于两个接触开关 (15) 的固定端 (16) 的顶部， 且均与失电制动器压板 (7-7) 固连， 每个接触 开关(15)的固定端(16)包括开关底座(16-1)、 开关端盖(16-2)、 弹簧触针(16-3)、 弹簧触 针固定架 (16-4)、 导线端子 (16-5) 及底座绝缘垫片 (16-6) ； 每个接触开关 (15) 的活动端 (17) 包括导电片 (17-1) 及绝缘垫片 (17-。
19、2) ； 开关底座 (16-1) 上设有两个阶梯孔， 每个开 关底座 (16-1) 的阶梯孔内置有一个导线端子 (16-5)， 弹簧触针 (16-3) 固定于弹簧触针固 定架 (16-4) 内， 弹簧触针固定架 (16-4) 固定于开关底座 (16-1) 的阶梯孔内并与导线端子 (16-5) 接触， 开关端盖 (16-2) 与开关底座 (16-1) 固连并压在弹簧触针固定架 (16-4) 上， 底座绝缘垫片 (16-6) 置于开关底座 (16-1) 与失电制动器外壳 (7-3) 之间， 多根导线中的 第五导线 (24) 分别与电线端子 (16-5) 固连并由开关底座 (16-1) 与底座绝缘垫。
20、片 (16-6) 之间引出， 绝缘垫片 (17-2) 置于导电片 (17-1) 与失电制动器压板 (7-7) 之间并共同固定 于失电制动器压板 (7-7) 上， 失电制动器 (7) 在关节掉电时进行制动， 阻止关节固定端 (2) 和关节输出端 (3) 的相对转动。 4. 根据权利要求 3 所述具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节， 其特征 在于 ： 所述多根导线还包括第一导线 20、 第二导线 21、 第三导线 22、 第四导线 23、 第六导线 25 ； 电机端盖(2-4)的侧壁上设有第一出线孔(2-14) ； 第一导线20经电机端盖(2-4)的第 一出线孔 (2-14) 将电机定子。
21、 (2-3) 与关节驱动板 (5-1) 连接 ； 第二导线 21 通过电机端盖 (2-4)的第一出线孔(2-14)将电机霍尔传感器电路板(14-2)与关节控制板(5-2)连接 ； 第 三导线 22 经过关节中心走线圆管 (2-9) 将光电 / 力矩传感器处理电路板 (12-6) 与关节控 制板 (5-2) 连接 ； 电机端盖 (2-4) 上设有第二出线孔 (2-15)， 第四导线 (23) 及所述第五导 线 (24) 经过电机端盖 (2-4) 的第二出线孔 (2-15) 分别将增量式磁编码器电路板 (13-2)、 失电制动器 (7) 内部的导线端子 (16-5) 与关节控制板 (5-2) 连接。
22、， 第六导线 (25) 经过电 机端盖 (2-4) 的第二出线孔 (2-15) 将失电制动器 (7) 内部的电磁线圈 (7-8) 与关节驱动 板 (5-1) 连接 ； 所述第七根导线 (26) 将力矩传感器 (11) 的四个应变片 (11-2) 与光电 / 力 矩传感器处理电路板 (12-6) 连接。 5. 根据权利要求 4 所述具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节， 其特征在 于 ： 通过改变关节限位块 (3-4) 在关机固定端 (2) 上的安装位置实现关节转动范围 0 360内的逐级变化。 权 利 要 求 书 CN 102626930 A 4 1/6 页 5 具有失电制动与多种感知。
23、功能的机械臂模块化关节 技术领域 0001 本发明涉及一种机械臂模块化关节。 背景技术 0002 机械臂关节是机械臂构成的核心部件， 关节的整体结构、 负载能力及感知能力直 接影响着机械臂整体的作业水平。近年来服务型机器人、 空间机器人以及特种操作机器人 等的迅速发展， 对机械臂的性能提出了更高的要求。高性能、 模块化、 大负载机械臂关节的 研制显得尤为必要。目前国内市场上机械臂关节普遍存在重量大、 负载能力低、 体积大、 集 成度低、 感知能力差等问题， 限制了机械臂性能的进一步提升。 发明内容 0003 本发明的目的是提供一种具有失电制动与多种感知功能的机械臂模块化关节， 以 解决现有机械。
24、臂关节重量大、 负载能力低、 体积大、 集成度低、 感知能力差等问题。 0004 本发明为解决上述问题采取的技术方案是 ： 具有失电制动与多种感知功能的机械 臂模块化关节， 所述机械臂模块化关节包括机械系统、 关节电气系统、 传感器系统及失电制 动器 ； 机械系统、 关节电气系统、 传感器系统和失电制动器集成于一体 ； 机械系统包括关节 固定端、 关节输出端、 关节传动装置、 交叉滚柱轴环、 第一深沟球轴承和第二深沟球轴承 ； 关 节固定端包括电机外壳、 C 型环、 电机定子、 电机端盖、 谐波减速器刚轮固定架、 谐波减速器 刚轮、 绝对式光电编码器固定架、 固定螺母、 关节中心走线圆管、 增。
25、量式磁编码器固定架、 第 一深沟球轴承压板、 第二深沟球轴承压板及蝶形弹簧 ； 关节输出端包括谐波减速器柔轮、 刚 性连接件、 关节输出外壳、 关节限位块、 交叉滚柱轴环外圈挡板、 垫圈及圆环套 ； 关节传动装 置包括电机转子、 电机轴、 谐波减速器波发生器、 轴承套筒及磁环支架 ； 关节电气系统包括 关节驱动板及关节控制板 ； 传感器系统包括力矩传感器、 绝对式光电编码器、 增量式磁编码 器及电机霍尔传感器， 绝对式光电编码器包括发光板、 接收板、 旋转码盘、 狭缝、 金属支架及 光电 / 力矩传感器处理电路板 ； 增量式磁编码器包括磁环及增量式磁编码器电路板 ； 电机 霍尔传感器包括电机霍。
26、尔及电机霍尔传感器电路板 ； 0005 电机外壳和谐波减速器柔轮均套装在关节中心走线圆管的外壁上， 电机定子通过 C 型环与电机外壳的内壁固连， 第一深沟球轴承压板与电机外壳的输出端固连， 电机端盖与 电机外壳的输入端固连， 第二深沟球轴承压板安装在电机端盖上， 增量式磁编码器固定架 与电机端盖的输入端固连， 谐波减速器刚轮通过谐波减速器刚轮固定架与电机外壳的输出 端固连， 绝对式光电编码器固定架依次通过谐波减速器刚轮、 谐波减速器刚轮固定架与电 机外壳的输出端固连， 固定螺母与绝对式光电编码器固定架可拆卸连接， 关节中心走线圆 管与失电制动器的失电制动器端盖固连 ； 0006 刚性连接件的输。
27、入端与谐波减速器柔轮固连， 刚性连接件的输出端与力矩传感器 的机械本体的内环固连， 该力矩传感器的机械本体的外环与关节输出外壳的输出端固连， 关节输出外壳的输入端通过垫圈与交叉滚柱轴环外圈挡板固连， 关节限位块通过交叉滚柱 说 明 书 CN 102626930 A 5 2/6 页 6 轴环外圈挡板与关节输出外壳固连， 圆环套固定在力矩传感器的机械本体的内环的内腔 中 ； 0007 电机轴套装在关节中心走线圆管上并置于电机外壳内， 电机轴与关节中心走线圆 管间隙配合， 电机转子与电机轴固连， 谐波减速器波发生器与电机轴的输出端固连， 磁环支 架固套装在电机轴上， 轴承套筒固套装在电机轴上并通过磁。
28、环支架轴向定位 ； 谐波减速器 柔轮置于谐波减速器刚轮与谐波减速器波发生器之间 ； 0008 第一深沟球轴承的内圈安装于电机轴上， 第一深沟球轴承的外圈安装于电机外壳 内， 第一深沟球轴承的外圈通过第一深沟球轴承压板轴向定位， 第二深沟球轴承的内圈安 装于电机轴上并通过轴承套筒轴向定位， 第二深沟球轴承的外圈安装于电机端盖内， 第二 深沟球轴承的外圈通过第二深沟球轴承压板轴向定位， 蝶形弹簧置于第二深沟球轴承压板 与失电制动器的失电制动器底座之间 ； 0009 交叉滚柱轴环的内圈套装在电机外壳的外侧壁上， 交叉滚柱轴环的外圈安装于关 节输出外壳内并通过交叉滚柱轴环外圈挡板轴向定位， 增量式磁编。
29、码器的磁环固套装在磁 环支架上， 增量式磁编码器电路板与增量式磁编码器固定架固连， 电机霍尔和电机霍尔传 感器电路板集成于一体并共同固定于电机定子上 ； 0010 失电制动器的失电制动器端盖及失电制动器外壳均与电机端盖固连， 失电制动器 的旋转摩擦片与电机轴连接 ； 0011 关节驱动板与关节控制板共同安装于失电制动器端盖上 ； 发光板与接收板平行设 置， 金属支架位于发光板及接收板之间， 且金属支架与发光板一起固定安装于关节输出外 壳上， 狭缝的一端与金属支架固连， 旋转码盘置于发光板与狭缝之间， 旋转码盘通过固定螺 母将旋转码盘与绝对式光电编码器固定架固连， 光电 / 力矩传感器处理电路板。
30、与接收板平 行设置并位于接收板的外侧， 光电 / 力矩传感器处理电路板与力矩传感器的外环固连， 绝 对式光电编码器的旋转码盘固连于绝对式光电编码器固定架上， 发光板、 接收板、 狭缝及金 属支架共同固连于关节输出外壳内侧， 光电 / 力矩传感器处理电路板、 电机霍尔传感器电 路板、 增量式磁编码器电路板及失电制动器均通过多根导线与关节电气系统连接。 0012 本发明的有益效果是 ： 本发明具有结构模块化、 配置紧凑、 负载能力强、 力矩感知、 电机相对位置和关节绝对位置检测、 失电制动、 电气单元化等优点。 内置的增量式磁编码器 可以检测电机转子相对电机定子的相对转动位置， 绝对式光电编码器可。
31、以检测关节输出端 相对关节固定端的绝对位置， 通过增量式磁编码器和绝对式光电编码器的融合， 可达到更 高的关节绝对位置检测精度。失电制动器在关节掉电时， 阻止关节输出端与关节固定端的 相对转动。机械系统、 传感器系统、 关节电气系统和失电制动器高度集成于一体， 力矩传感 器与绝对式光电编码器采用关节中心孔走线的方式与电气系统连接， 使关节结构紧凑， 模 块化程度高。 附图说明 0013 图 1 是本发明的机械臂模块化关节整体结构轴侧剖视图， 图中箭头所示方向为由 输入端指向输出端方向 ； 图 2a 是本发明的机械臂模块化关节从输出端向输入端看去的整 体结构轴侧图， 图中箭头所示方向为由输入端指。
32、向输出端方向 ； 图 2b 是本发明的机械臂模 块化关节从输入端向输出端看去的整体结构轴侧图， 图中箭头所示方向为由输入端指向输 说 明 书 CN 102626930 A 6 3/6 页 7 出端方向 ； 图 3 是本发明的机械臂模块化关节内部结构主剖视图， 沿第二出线孔剖切， 图中 箭头所示方向为由输入端指向输出端方向 ； 图 4 是本发明的机械臂模块化关节内部结构主 剖视图， 沿第一出线孔剖切， 图中箭头所示方向为由输入端指向输出端方向 ； 图 5a 是力矩 传感器的主视图 ； 图 5b 是力矩传感器的后视图 ； 图 5c 是力矩传感器的轴侧剖视图 ； 图 6 是 绝对式光电编码器的主剖视。
33、图 ； 图 7 是失电制动器的旋转剖视图 ； 图 8a 是接触开关的活动 端的主剖视图 ； 图 8b 是接触开关的固定端的主剖视图， 图 9 是本发明的机械臂模块化关节 内部走线沿第二出线孔方向的主剖视图， 图中箭头所示方向为由输入端指向输出端方向 ； 图 10 是本发明的机械臂模块化关节内部走线沿第一出线孔方向的剖视图， 图中箭头所示 方向为由输入端指向输出端方向 ； 图 11 是本发明的机械臂模块化关节走线的轴测图。 具体实施方式 0014 具体实施方式一 ： 结合图1-图11说明， 本实施方式的具有失电制动与多种感知功 能的机械臂模块化关节， 所述机械臂模块化关节包括机械系统 1、 关节。
34、电气系统 5、 传感器 系统 6 及失电制动器 7 ； 机械系统 1、 关节电气系统 5、 传感器系统 6 和失电制动器 7 集成于 一体 ； 机械系统 1 包括关节固定端 2、 关节输出端 3、 关节传动装置 4、 交叉滚柱轴环 8、 第一 深沟球轴承 9 和第二深沟球轴承 10 ； 关节固定端 2 包括电机外壳 2-1、 C 型环 2-2、 电机定子 2-3、 电机端盖 2-4、 谐波减速器刚轮固定架 2-5、 谐波减速器刚轮 2-6、 绝对式光电编码器固 定架 2-7、 固定螺母 2-8、 关节中心走线圆管 2-9、 增量式磁编码器固定架 2-10、 第一深沟球 轴承压板2-11、 第二。
35、深沟球轴承压板2-12及蝶形弹簧2-13 ； 关节输出端3包括谐波减速器 柔轮3-1、 刚性连接件3-2、 关节输出外壳3-3、 关节限位块3-4、 交叉滚柱轴环外圈挡板3-5、 垫圈 3-6 及圆环套 3-7 ； 关节传动装置 4 包括电机转子 4-1、 电机轴 4-2、 谐波减速器波发生 器 4-3、 轴承套筒 4-4 及磁环支架 4-5 ； 关节电气系统 5 包括关节驱动板 5-1 及关节控制板 5-2 ； 传感器系统6包括力矩传感器11、 绝对式光电编码器12、 增量式磁编码器13及电机霍 尔传感器 14， 绝对式光电编码器包括发光板 12-1、 接收板 12-2、 旋转码盘 12-3。
36、、 狭缝 12-4、 金属支架12-5及光电/力矩传感器处理电路板12-6 ； 增量式磁编码器13包括磁环13-1及 增量式磁编码器电路板 13-2 ； 电机霍尔传感器 14 包括电机霍尔 14-1 及电机霍尔传感器电 路板 14-2 ； 0015 电机外壳 2-1 和谐波减速器柔轮 3-1 均套装在关节中心走线圆管 2-9 的外壁上， 电机定子 2-3 通过 C 型环 2-2 与电机外壳 2-1 的内壁固连， 第一深沟球轴承压板 2-11 与电 机外壳 2-1 的输出端固连， 电机端盖 2-4 与电机外壳 2-1 的输入端固连， 第二深沟球轴承压 板 2-12 安装在电机端盖 2-4 上， 。
37、增量式磁编码器固定架 2-10 与电机端盖 2-4 的输入端固 连， 谐波减速器刚轮 2-6 通过谐波减速器刚轮固定架 2-5 与电机外壳 2-1 的输出端固连， 绝 对式光电编码器固定架2-7依次通过谐波减速器刚轮2-6、 谐波减速器刚轮固定架2-5与电 机外壳 2-1 的输出端固连， 固定螺母 2-8 与绝对式光电编码器固定架 2-7 可拆卸连接 ( 通 过螺纹连接 )， 关节中心走线圆管 2-9 与失电制动器 7 的失电制动器端盖 7-1 固连 ； 0016 刚性连接件 3-2 的输入端 3-8 与谐波减速器柔轮 3-1 固连， 刚性连接件 3-2 的输 出端 3-9 与力矩传感器 11。
38、 的机械本体 11-1 的内环 11-4 固连， 该力矩传感器 11 的机械本 体 11-1 的外环 11-3 与关节输出外壳 3-3 的输出端 3-10 固连， 关节输出外壳 3-3 的输入端 3-11 通过垫圈 3-6 与交叉滚柱轴环外圈挡板 3-5 固连， 关节限位块 3-4 通过交叉滚柱轴环 说 明 书 CN 102626930 A 7 4/6 页 8 外圈挡板3-5与关节输出外壳3-3固连， 圆环套3-7固定在力矩传感器11的机械本体11-1 的内环 11-4 的内腔中 ； 0017 电机轴 4-2 套装在关节中心走线圆管 2-9 上并置于电机外壳 2-1 内， 电机轴 4-2 与关。
39、节中心走线圆管 2-9 间隙配合， 电机转子 4-1 与电机轴 4-2 固连， 谐波减速器波发生器 4-3 与电机轴 4-2 的输出端固连， 磁环支架 4-5 固套装在电机轴 4-2 上， 轴承套筒 4-4 固套 装在电机轴 4-2 上并通过磁环支架 4-5 轴向定位 ； 谐波减速器柔轮 3-1 置于谐波减速器刚 轮 2-6 与谐波减速器波发生器 4-3 之间 ； 0018 第一深沟球轴承9的内圈9-1安装于电机轴4-2上， 第一深沟球轴承9的外圈9-2 安装于电机外壳 2-1 内， 第一深沟球轴承 9 的外圈 9-2 通过第一深沟球轴承压板 2-11 轴向 定位， 第二深沟球轴承 10 的内。
40、圈 10-1 安装于电机轴 4-2 上并通过轴承套筒 4-4 轴向定位， 第二深沟球轴承 10 的外圈 10-2 安装于电机端盖 2-4 内， 第二深沟球轴承 10 的外圈 10-2 通过第二深沟球轴承压板 2-12 轴向定位， 蝶形弹簧 2-13 置于第二深沟球轴承压板 2-12 与 失电制动器 7 的失电制动器底座 7-2 之间 ； 0019 交叉滚柱轴环 8 的内圈 8-1 套装在电机外壳 2-1 的外侧壁上， 交叉滚柱轴环 8 的 外圈 8-2 安装于关节输出外壳 3-3 内并通过交叉滚柱轴环外圈挡板 3-5 轴向定位， 增量式 磁编码器 13 的磁环 13-1 固套装在磁环支架 4-。
41、5 上， 增量式磁编码器电路板 13-2 与增量式 磁编码器固定架 2-10 固连， 电机霍尔 14-1 和电机霍尔传感器电路板 14-2 集成于一体并共 同固定于电机定子 2-3 上 ； 0020 失电制动器 7 的失电制动器端盖 7-1 及失电制动器外壳 7-3 均与电机端盖 2-4 固 连， 失电制动器 7 的旋转摩擦片 7-4 与电机轴 4-2 连接 ； 0021 关节驱动板 5-1 与关节控制板 5-2 共同安装于失电制动器端盖 7-1 上 ； 发光板 12-1 与接收板 12-2 平行设置， 金属支架 12-5 位于发光板 12-1 及接收板 12-2 之间， 且金 属支架 12-。
42、5 与发光板 12-1 一起固定安装于关节输出外壳 3-3 上， 狭缝 12-4 的一端与金属 支架 12-5 固连， 旋转码盘 12-3 置于发光板 12-1 与狭缝 12-4 之间， 旋转码盘 12-3 通过固 定螺母 2-8 将旋转码盘 12-3 与绝对式光电编码器固定架 2-7 固连， 光电 / 力矩传感器处理 电路板 12-6 与接收板 12-2 平行设置并位于接收板 12-2 的外侧， 光电 / 力矩传感器处理电 路板 12-6 与力矩传感器 11 的外环 11-3 固连， 绝对式光电编码器 12 的旋转码盘 12-3 固连 于绝对式光电编码器固定架 2-7 上， 发光板 12-1。
43、、 接收板 12-2、 狭缝 12-4 及金属支架 12-5 共同固连于关节输出外壳3-3内侧， 光电/力矩传感器处理电路板12-6、 电机霍尔传感器电 路板 14-2、 增量式磁编码器电路板 13-2 及失电制动器 7 均通过多根导线与关节电气系统 5 连接。 0022 电机外壳 2-1 的连接端面上均布设有十二个第一螺纹孔 2-16， 关节输出外壳 3-3 的连接端面上均布设有十二个第二螺纹孔 3-12， 用于实现模块化关节与外部连接件的上、 下机械连接。 0023 具体实施方式二 ： 结合图 2a、 图 4、 图 6、 图 5a- 图 5c、 图 9- 图 11 说明， 本实施方式 的力。
44、矩传感器 11 包括机械本体 11-1 及四个应变片 11-2， 机械本体 11-1 包括外环 11-3、 内 环 11-4、 四个应变梁 11-5 及过载保护块 11-6 ； 0024 四个应变梁11-5置于外环11-3与内环11-4之间， 且四个应变梁11-5沿外环11-3 的圆周方向均匀布置， 用于传递关节输出转矩， 相邻两个应变梁 11-5 之间设置有一个过载 说 明 书 CN 102626930 A 8 5/6 页 9 保护块 11-6， 四个过载保护块 11-6 均与内环 11-4 固连， 每个过载保护块 11-6 与外环 11-3 之间留有间隙， 每个应变梁11-5上粘贴有一个应。
45、变片11-2， 应变片11-2通过多根导线中的 第七导线 26 与绝对式光电编码器 12 及光电 / 力矩传感器处理电路板 12-6 连接 ； 绝对式光 电编码器 12 及光电 / 力矩传感器处理电路板 12-6 与力矩传感器 11 固连并通过关节中心 走线圆管 2-9 与关节控制板 5-2 进行电气连接。其它与具体实施方式一相同。 0025 具体实施方式三 ： 结合图1、 图7、 图8a、 图8b、 图9说明， 本实施方式的失电制动器 7 包括失电制动器端盖 7-1、 失电制动器底座 7-2、 失电制动器外壳 7-3、 旋转摩擦片 7-4、 圆 柱销 7-5、 弹簧 7-6、 失电制动器压板。
46、 7-7、 电磁线圈 7-8 及两个接触开关 15 ； 0026 电磁线圈 7-8 固定在失电制动器底座 7-2 的内腔中， 失电制动器底座 7-2 固定在 失电制动器外壳 7-3 内， 失电制动器压板 7-7 置于失电制动器底座 7-2 顶部， 失电制动器 压板 7-7 为圆环形， 失电制动器压板 7-7 上沿圆周方向均布设有八个光孔 7-9， 八个圆柱销 7-5 分别穿过失电制动器压板 7-7 上的八个光孔 7-9 后其一端固定在失电制动器外壳 7-3 上， 另一端固定于失电制动器端盖 7-1 上， 每个圆柱销 7-5 上套装有一个弹簧 7-6， 弹簧 7-6 置于失电制动器外壳 7-3 。
47、与失电制动器压板 7-7 之间， 旋转摩擦片 7-4 置于失电制动器压 板 7-7 与失电制动器端盖 7-1 之间， 两个接触开关 15 置于失电制动器压板 7-7 与失电制动 器外壳 7-3 之间， 两个接触开关 15 的固定端 16 均固定在失电制动器外壳 7-3 内， 两个接触 开关 15 的活动端 17 分别位于两个接触开关 15 的固定端 16 的顶部， 且均与失电制动器压 板 7-7 固连， 每个接触开关 15 的固定端 16 包括开关底座 16-1、 开关端盖 16-2、 弹簧触针 16-3、 弹簧触针固定架16-4、 导线端子16-5及底座绝缘垫片16-6 ； 每个接触开关15。
48、的活动 端 17 包括导电片 17-1 及绝缘垫片 17-2 ； 开关底座 16-1 上设有两个阶梯孔， 每个开关底座 16-1 的阶梯孔内置有一个导线端子 16-5， 弹簧触针 16-3 固定于弹簧触针固定架 16-4 内， 弹簧触针固定架 16-4 固定于开关底座 16-1 的阶梯孔内并与导线端子 16-5 接触， 开关端盖 16-2与开关底座16-1固连并压在弹簧触针固定架16-4上， 底座绝缘垫片16-6置于开关底 座 16-1 与失电制动器外壳 7-3 之间， 多根导线中的第五导线 24 分别与电线端子 16-5 固连 并由开关底座 16-1 与底座绝缘垫片 16-6 之间引出， 绝。
49、缘垫片 17-2 置于导电片 17-1 与失 电制动器压板 7-7 之间并共同固定于失电制动器压板 7-7 上， 失电制动器 7 在关节掉电时 进行制动， 阻止关节固定端 2 和关节输出端 3 的相对转动。其它与具体实施方式一或二相 同。 0027 具体实施方式四 ： 结合图 3、 图 4、 图 5b、 图 6、 图 7、 图 8b、 图 9- 图 11 说明， 本实施 方式的多根导线还包括第一导线 20、 第二导线 21、 第三导线 22、 第四导线 23、 第六导线 25 ； 0028 电机端盖2-4的侧壁上设有第一出线孔2-14 ； 第一导线20经电机端盖2-4的第一 出线孔 2-14 将电机定子 2-3 与关节驱动板 5-1 连接 ； 第二导线 21 通过电机端盖 2-4 的第 一出线孔 2-14 将电机霍尔传感器电路板 14-2 与关节控制板 5-2 连接 ； 第三导线 22 经过关 节中心走线圆管 2-9 将光电 / 力矩传感器处理电路板 12-6 与关节控制板 5-2 连接 ； 电机端 盖 2-4 上设有第二出线孔 2-15， 第四导线 23 及所述第五导线 24 经过电机端盖 2-4 的第二 出线孔 2-15 分别将增量式磁编码器电路板 13-2、 。