一种机器人关节用液态金属电滑环的制作方法

本技术涉及一种电滑环，涉及一种机器人关节用液态金属电滑环，尤其是一种可实现机器人关节无限旋转的液态金属电滑环（导电滑环）。

背景技术：

1、随着机器人技术在工业自动化、航空航天、精密医疗等领域的深入应用，对机器人关节活动自由度的要求日益提高。传统的机器人关节受限于导线缠绕问题，其旋转角度通常被限制在360°以内，无法实现真正的无限旋转，这严重制约了机器人的工作空间和运动灵活性。

2、近年来，虽有非接触式的能量与数据传输技术（如感应耦合、射频通信、光通信）被提出，但这些技术通常存在传输功率密度低、系统复杂、成本高昂、易受电磁干扰等问题，难以在单一关节内同时、高效、稳定地传输大功率电能和多种弱电信号。因此，现有技术缺乏一种能够同时满足无限旋转、低接触电阻、高传输稳定性、长寿命、免维护且能兼容功率与信号混合传输的关节导电解决方案。这已成为制约先进机器人技术向更高自由度和可靠性发展的一个关键技术瓶颈。

3、申请号为202221215182.0的中国实用新型专利公开了一种液态金属导电滑环，包括：壳体；定导电轴，嵌设于壳体的一端；动导电轴，可转动地嵌设于壳体的另一端，且动导电轴与定导电轴相对的两端面配合形成空腔；空腔用于容纳液态金属；定导电轴或动导电轴上具有与空腔连通的注入孔，注入孔处设置有封堵结构。该专利提供的液态金属导电滑环，通过定导电轴和动导电轴的相对面之间配合形成容纳液态金属的空腔，采用液态金属作为导电工质，载流能力强，稳定性好，适用于阳极氧化电化学馈电电级、电镀、电解等具有腐蚀液体且传输电流较大的应用场景；注入孔内设置有封堵结构，确保液态金属的注入且不外漏。这种液态金属导电滑环的定导电轴通常是与导线连接，使得导线直接穿过关节轴，其结构虽然简单，但当关节旋转超过一定角度（通常小于360°）时，会导致导线缠绕、扭断，严重限制了关节的旋转角度，无法实现无限旋转（即无角度限制旋转），且存在明显的安全隐患。

技术实现思路

1、基于上述，本实用新型提供一种机器人关节用液态金属电滑环，能够从根本上解决导线缠绕问题以实现关节的无限连续旋转。

2、为了达成上述目的，本实用新型提供一种机器人关节用液态金属电滑环，它包括：

3、定子组件；

4、转子组件，所述转子组件可相对所述定子组件转动；所述转子组件与所述定子组件相配合以形成至少一道环形液态金属腔道；

5、至少一个定子电极，所述定子电极位于所述定子组件的表面上且位于所述环形液态金属腔道内；

6、至少一个转子电极，所述转子电极位于所述转子组件的表面上且位于所述环形液态金属腔道内；

7、装配组件，所述装配组件分别与所述定子组件、所述转子组件相配合以将其组合在一起。

8、优化地，每个所述定子电极具有贯穿所述定子组件的第一电极引出头，每个所述转子电极具有贯穿所述转子组件的第二电极引出头。

9、进一步地，所述转子组件与所述定子组件相配合以形成间隔且同轴心的多道所述环形液态金属腔道；所述定子电极的数量和所述转子电极的数量均与所述环形液态金属腔道的数量相同，使得所述定子电极、所述转子电极一一对应地设置在所述环形液态金属腔道内。

10、更进一步地，所述定子电极和所述转子电极相互独立地呈环形。

11、优化地，所述定子组件包括定子本体、形成在所述定子本体周面上的安装本体以及开设在所述定子本体中心处的第一贯通孔，所述安装本体上开设有多个安装孔；优化地，所述第一贯通孔中至少靠近所述转子组件的部分设置有内螺纹，所述定子本体的周面上设置有位于所述安装本体一侧的外螺纹。

12、进一步地，所述转子组件包括转子本体、开设在所述转子本体中心处的第二贯通孔以及开设在所述转子本体任一表面上且朝向所述定子本体的至少一道环形凹槽；当所述环形凹槽为多道时，相邻两道所述环形凹槽之间形成凸环体，所述环形凹槽与所述定子本体配合形成所述环形液态金属腔道。

13、更进一步地，每个所述凸环体的端面上开设有第一容纳凹槽，所述转子本体的表面上还开设有位于所述环形凹槽外圈的第二容纳凹槽以及位于所述环形凹槽内圈的第三容纳凹槽，

14、优化地，所述定子组件和所述转子组件之间通过密封圈进行密封，所述密封圈包括设置在每个所述第一容纳凹槽和所述第三容纳凹槽内且与所述定子本体相接触的多个第一密封圈以及设置在所述第二容纳凹槽内且与所述定子本体相接触的第二密封圈。

15、更进一步地，所述装配组件包括可拆卸地套装在所述定子本体上且抵住所述转子本体的外密封盖以及可拆卸地安装在所述第一贯通孔和所述第二贯通孔中且抵住所述转子本体的内密封盖；

16、优化地，所述外密封盖与所述转子本体的抵接处设置有一圈第一滑动滚珠，所述内密封盖与所述转子本体的抵接处设置有一圈第二滑动滚珠。

17、更进一步地，所述定子本体的周面上设置有位于所述安装本体一侧的第一外螺纹，

18、所述外密封盖包括与所述定子本体相配合的第一环套、形成在所述第一环套内壁上且与所述第一外螺纹相配合的第一内螺纹以及形成在所述第一环套外端面上且与所述转子本体外端面相接触的卡环体。

19、更进一步地，所述第一贯通孔中至少靠近所述转子本体的部分设置有第二内螺纹，

20、所述内密封盖包括插入所述第一贯通孔和所述第二贯通孔的第二环套、形成在所述第二环套周面上且与所述第二内螺纹相配合的第二外螺纹以及形成在所述第二环套外端面上且与所述转子本体外端面相接触的凸环，所述第二环套具有第三贯通孔。

21、本实用新型机器人关节用液态金属电滑环，通过将定子组件、转子组件、定子电极和转子电极等结构进行配合，从而形成供液态金属流通的环形液态金属腔道并通过电极实现电信号传输；由于是间接通过液态金属介质实现信号传输，并无导线连接不会出现导线缠绕等的情况，可以实现无限旋转。即本实用新型采用液态金属作为传输介质，其避免金属之间直接摩擦，近乎无机械磨损、无磨损颗粒产生，两侧电极接触稳定且内阻低，以上优点保证了其长时间的使用寿命、维护成本低的特点。

22、液态金属优选低粘度、高导电、低毒或无毒的低熔点液态金属。填充时液态金属的体积应占腔道总容积的80%~95%，即保证电连接的连续性，又为热膨胀预留空间。由于在腔体内存有液态金属，其密封性即为重要一环。为此在每一个腔道之间均设有密封圈，在转子外围、内侧也均设有密封压盖，给滑动转子组件施加恒定压力保证密封圈紧贴滑动定子组件表面，共同保证腔体密封性（传输介质为液态，消除了固体间的机械磨损，使用寿命极大延长，理论寿命仅取决于密封与材料的老化时间；密封结构防止泄漏，系统可在恶劣环境下长期稳定工作，无需频繁维护；液态金属与电极接触良好，接触电阻极低且稳定，减少了能量损耗和信号传输的噪声与抖动；可同时传输大功率电流和微弱信号，满足机器人关节对动力与传感信号同步传输的复合需求）。

23、为实现滑环转子组件高速旋转的功能，需要确保滑环转子组件与滑环定子组件接触面、滑环转子组件与内外压盖之间具有低摩擦的特性。为此密封圈材料应严格把控，内外侧压盖与滑环转子之间采用滚珠降低两者之间的摩擦系数，为滑环转子组件高速转动提供前提条件。

24、为保证电信号传输稳定性，其腔体内部电极整体为连续圆环型态，结合腔道内部填充80%-95%液态金属，让其在旋转过程中无论任何姿态，两者电极均可通过液态金属顺利传输电信号，此次连续圆环型态的电极确保其在高速旋转过程中内部液态金属不会发生强烈波动。以上两者共同作用确保电信号稳定传输。