外骨骼機器人及其電動關節的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種外骨骼機器人及其電動關節，其具有結構緊湊的特點。其中的電動關節包括電機和諧波減速器以及關節殼體，關節殼體包括依次對接的電機側端蓋、電機殼體、剛輪和柔輪側端蓋，電機定子、電機轉子設置于電機側端蓋、電機殼體圍成的空間中，柔輪、波形發生器容納在剛輪、柔輪側端蓋圍成的空間中；柔輪連接件設置在柔輪側端蓋內；電機軸穿過波形發生器，其第一端設置在電機側端蓋內，第二端設置在柔輪連接件內；電機轉子、波形發生器分別設置在電機軸上。
【專利說明】
外骨骼機器人及其電動關節
技術領域
[0001]本實用新型涉及機器人，尤其涉及外骨骼機器人的電動關節。
【背景技術】
[0002]機器人是由一系列骨架結構通過旋轉或移動關節相互連接組成的多自由度機構。關節屬于機器人的基礎部件，是整個機器人系統中的一個重要環節，尤其是關節的結構、重量、尺寸對機器人性能起著決定性的作用。
[0003]現有的外骨骼機器人的電動關節主要包括兩種。一種是電機絲杠機構，其可實現直線運動，然后在關節處設計相應的旋轉鉸接機構，將電機絲杠機構的直線運動轉化為關節的旋轉運動，這種驅動機構體積較大，結構臃腫，例如專利CN203060231U中的下肢外骨骼機器人采用這種方案。另一種是直接利用電機和減速器實現旋轉運動，這種旋轉關節類似于工業機器臂的關節，可直接安裝在關節位置，例如專利CN104434470A中的下肢外骨骼機器人采用了這種方案。
[0004]前述另一種關節采用了帶外殼的直流電機與組合式的諧波減速器，其體積較大，重量較重，直接應用于外骨骼機器人會影響外骨骼機器人的美觀和增加外骨骼機器人的重量。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的在于提供一種電動關節，其具有緊湊的結構。
[0006]本實用新型的另一目的在于提供一種外骨骼機器人，其具有緊湊的關節結構。
[0007]—種電動關節包括電機和諧波減速器，所述諧波減速器包括柔輪、剛輪、波形發生器以及柔輪連接件，所述電機包括電機定子、電機軸和電機轉子，所述電動關節還包括關節殼體，所述關節殼體包括依次對接的電機側端蓋、電機殼體、所述剛輪和柔輪側端蓋，所述電機定子、電機轉子設置于所述電機側端蓋、所述電機殼體圍成的空間中，所述柔輪、波形發生器容納在所述剛輪、柔輪側端蓋圍成的空間中；所述柔輪連接件設置在所述柔輪側端蓋內；所述電機軸穿過所述波形發生器，其第一端設置在所述電機側端蓋內，第二端設置在所述柔輪連接件內；所述電機轉子、所述波形發生器分別設置在所述電機軸上。
[0008]在一實施例中，所述柔輪側端蓋具有連接孔，所述柔輪連接件設置在所述連接孔中，所述柔輪連接件、所述電機側端蓋分別具有軸孔;所述電機軸延伸穿過所述波形發生器，其第一端設置在所述電機側端蓋的軸孔中，第二端設置在所述柔輪連接件的軸孔中；所述電機轉子、所述波形發生器分別固定設置在所述電機軸上。
[0009]在一實施例中，所述電機側端蓋、電機殼體、所述剛輪和柔輪側端蓋由螺栓分別穿入其周向邊緣而連接在一起。
[0010]在一實施例中，所述電機軸具有徑向突出的法蘭盤，所述波形發生器固定連接在所述法蘭盤上。
[0011]在一實施例中，所述電機殼體具有徑向向內突出且接近于所述電機軸的隔離盤。
[0012]在一實施例中，所述電機轉子通過套設在所述電機軸外側的軸套固定在所述電機軸上，所述隔離盤沿徑向向內方向超過所述軸套的外側表面。
[0013]在一實施例中，所述軸套分為兩段并分別鍵連接于所述電機軸上。
[0014]在一實施例中，所述電機定子固定在所述電機殼體的內側表面上。
[0015]在一實施例中，所述柔輪連接件連接有內嵌于關節殼體內的光電編碼器，所述電機軸的第二端軸向延伸形成被檢測軸，所述被檢測軸插入在所述光電編碼器的感應區。
[0016]—種外骨骼機器人，包括有電動關節，所述電動關節為任一上述的電動關節。
[0017]由依次對接的電機側端蓋、電機殼體、所述剛輪和柔輪側端蓋組成關節殼體，剛輪一方面作為諧波減速器的一部分，另一方面作為關節殼體的一部分，無需額外的減速器殼體，因此這樣的設計可以獲得一種緊湊的關節結構，這有利于外骨骼機器人的緊湊設計，改善外骨骼機器人的外觀和減輕外骨骼機器人的重量。
【附圖說明】
[0018]本實用新型的上述的以及其他的特征、性質和優勢將通過下面結合附圖和實施例的描述而變得更加明顯，其中:
[0019]圖1為根據本實用新型的實施例中的外骨骼機器人的示意圖；
[0020]圖2為圖1中電動關節的分解視圖；
[0021]圖3為圖1中電動關節的半剖視圖；
[0022]圖4為圖2中電動關節組裝后的的立體圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合具體實施例和附圖對本實用新型作進一步說明，在以下的描述中闡述了更多的細節以便于充分理解本實用新型，但是本實用新型顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內涵的情況下根據實際應用情況作類似推廣、演繹，因此不應以此具體實施例的內容限制本實用新型的保護范圍。
[0024]需要注意的是，附圖均僅作為示例，其并非是按照等比例的條件繪制的，并且不應該以此作為對本實用新型實際要求的保護范圍構成限制。
[0025]圖1所示的外骨骼機器人可以是一個完整的外骨骼機器人的全部或者部分，其根據需要可以增加上肢部件，以輔助人體實現上肢動作。在圖1中僅僅示出了機器人的執行機構，其中的網絡系統、電池組、電機及減速器、傳感器等可以根據已有的設計來布置，圖1所示的外骨骼機器人可以幫助人行走、起立、坐下等。其作為動力輔助機器可以有廣泛的應用，例如軍事領域或者生活領域，例如可以設置成裝置的助力大小由控制系統設定，針對下肢癱瘓的顧客進行產品開發。
[0026]如圖1所示，根據本實用新型的實施例中的外骨骼機器人包括腰部構件1、大腿構件3、小腿構件4以及腳部構件5，在圖1中的結構左右兩側對稱設置。腰部構件I與大腿構件3之間通過髖關節2、電動關節8連接，大腿構件3與小腿構件4、小腿構件4與腳部構件5分別通過電動關節8連接。
[0027]電動關節8包括電機和諧波減速器。如圖3所示，諧波減速器包括波形發生器843、柔輪842和剛輪841三個基本構件，柔輪842帶外齒，剛輪841帶內齒，其通過波形發生器843的轉動使柔輪842產生可控彈性變形，并與剛輪841相嚙合來傳遞運動和動力，柔輪842的動力輸出側連接有柔輪連接件844，其用于將圖中未示出的執行機構與柔輪842連接。如圖2至圖4所示，電動關節8的關節殼體由依次對接的電機側端蓋87、電機殼體85、剛輪841和柔輪側端蓋83構成，剛輪841作為諧波減速器的一部分同時也作為關節殼體的一部分。電動關節8的內部構件設置在關節殼體圍成的空間內。電機包括電機定子861、電機軸82以及電機轉子862。電機定子861、電機轉子862設置于電機側端蓋87、電機殼體85圍成的空間中，而柔輪842、波形發生器843容納在剛輪841、柔輪側端蓋83圍成的空間中。柔輪側端蓋83具有連接孔831，柔輪連接件844通過軸承834設置在連接孔831中，柔輪連接件844、電機側端蓋87分別具有軸孔840、870，電機軸82自電機側延伸穿過波形發生器843，其第一端即圖3中的左端通過軸承825設置在電機側端蓋87的軸孔870中，第二端即圖3中的右端通過軸承824設置在柔輪連接件844的軸孔840中，電機轉子862、波形發生器843分別固定在電機軸82上。電機一旦接通電源后，電機轉子862帶動電機軸82，電機軸82帶動波形發生器843驅動諧波減速器輸出動力和運動至柔輪連接件844，柔輪連接件844可進一步將運動和動力輸出到執行機構。剛輪841直接作為關節殼體一部分來設置，并且剛輪841同時與電機側端蓋87、電機殼體85、柔輪側端蓋83連接成一體，將電機和減速器裝在一起，裝起來組成的關節相比同體積大小的關節力矩更大，因此其結構更緊湊、體積小，相應地重量更輕，尤其適合于外骨骼機器人中使用，例如包括但不限于用于外骨骼助力機器人，外骨骼康復機器人，雙足機器人，工業機械臂。
[0028]如圖2所示，電機側端蓋87在其周向邊緣提供有螺栓孔，電機殼體85在其右側的周向邊緣提供有螺栓孔858，在其左側的周向邊緣提供有螺栓孔，另外，剛輪84、柔輪側端蓋83在其周緣也分別提供有螺栓孔，可借助于螺栓分別連接電機側端蓋87、電機殼體85，電機殼體85、剛輪84、柔輪側端蓋83。即關節殼體的各個部分只需由螺栓分別穿入其周向邊緣而連接在一起，無需通過其內部的連接結構來實現，因此安裝簡單。
[0029]如圖3所示，電機軸82具有徑向突出的法蘭盤822，波形發生器843固定連接在法蘭盤822上。電機軸82同時兼作電機的轉軸以及諧波減速器的輸入軸，這有利于結構進一步緊湊。
[0030]繼續參照圖3，電機殼體85具有徑向向內突出的隔離盤850，隔離盤850接近于電機軸82，以防止電機定子861、電機轉子862之間的磁力線泄漏。
[0031 ]此外，電機轉子862通過套在電機軸82外側的軸套863固定在電機軸82上，隔離盤850在徑向向內要超過軸套863的外側表面，這樣能更佳地防止磁力線泄漏。
[0032]軸套863可以分為兩段軸套8631、8632分體設置，兩段軸套8631、8632均鍵連接于電機軸82上，通過軸向螺栓穿過兩段軸套8631、8632而將它們連接在一起，從而將電機轉子862夾緊。
[0033]電機定子861可以通過緊固件或者粘結的方式直接固定在電機殼體85的內側表面上。
[0034]如圖3和圖4所示，柔輪連接件844的外側還通過固定板810連接有光電編碼器81，相應地電機軸82的第二端軸向延伸出被檢測軸829，被檢測軸829插入在光電編碼器82的感應區，通過光電編碼器82可檢測諧波減速器輸出的圈數，進而控制執行機構的運動量。光電編碼器82內嵌于關節殼體內，進一步使得電動關節結構緊湊。
[0035]本實用新型雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本實用新型，任何本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和修改。因此，凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本實用新型權利要求所界定的保護范圍之內。
【主權項】
1.電動關節，其特征在于，包括電機和諧波減速器，所述諧波減速器包括柔輪、剛輪、波形發生器以及柔輪連接件，所述電機包括電機定子、電機軸和電機轉子，所述電動關節還包括關節殼體，所述關節殼體包括依次對接的電機側端蓋、電機殼體、所述剛輪和柔輪側端蓋，所述電機定子、電機轉子設置于所述電機側端蓋、所述電機殼體圍成的空間中，所述柔輪、波形發生器容納在所述剛輪、柔輪側端蓋圍成的空間中；所述柔輪連接件設置在所述柔輪側端蓋內；所述電機軸穿過所述波形發生器，其第一端設置在所述電機側端蓋內，第二端設置在所述柔輪連接件內；所述電機轉子、所述波形發生器分別設置在所述電機軸上。2.如權利要求1所述的電動關節，其特征在于，所述柔輪側端蓋具有連接孔，所述柔輪連接件設置在所述連接孔中，所述柔輪連接件、所述電機側端蓋分別具有軸孔;所述電機軸延伸穿過所述波形發生器，其第一端設置在所述電機側端蓋的軸孔中，第二端設置在所述柔輪連接件的軸孔中；所述電機轉子、所述波形發生器分別固定設置在所述電機軸上。3.如權利要求1所述的電動關節，其特征在于，所述電機側端蓋、電機殼體、所述剛輪和柔輪側端蓋由螺栓分別穿入其周向邊緣而連接在一起。4.如權利要求1所述的電動關節，其特征在于，所述電機軸具有徑向突出的法蘭盤，所述波形發生器固定連接在所述法蘭盤上。5.如權利要求1所述的電動關節，其特征在于，所述電機殼體具有徑向向內突出且接近于所述電機軸的隔離盤。6.如權利要求5所述的電動關節，其特征在于，所述電機轉子通過套設在所述電機軸外側的軸套固定在所述電機軸上，所述隔離盤沿徑向向內方向超過所述軸套的外側表面。7.如權利要求6所述的電動關節，其特征在于，所述軸套分為兩段并分別鍵連接于所述電機軸上。8.如權利要求1所述的電動關節，其特征在于，所述電機定子固定在所述電機殼體的內側表面上。9.如權利要求1所述的電動關節，其特征在于，所述柔輪連接件連接有內嵌于關節殼體內的光電編碼器，所述電機軸的第二端軸向延伸形成被檢測軸，所述被檢測軸插入在所述光電編碼器的感應區。10.外骨骼機器人，包括有電動關節，其特征在于，所述電動關節為權利要求1-9任一項所述的電動關節。
【文檔編號】B25J9/00GK205438545SQ201620267410
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月31日
【發明人】不公告發明人
【申請人】深圳光啟合眾科技有限公司