一种高集成度旋转模组的制作方法

本发明涉及机器人传动，具体涉及一种高集成度旋转模组，尤其适用于人形机器人的肩、肘、髋、膝等旋转运动关节。

背景技术：

1、随着人形机器人在工业协作、服务交互、特种作业等场景的快速应用，对关节模组的集成度、体积重量、刚度精度与可扩展性提出了更高要求。目前，机器人关节模组已从传统的“电机+减速器+传感器+独立外壳”分体式设计，逐步向机电一体化集成方向发展。

2、公开号为cn113414785a的中国发明专利公开了一种机电一体化智能机器人关节模组，采用带有多级内阶梯通孔的铝合金筒形壳体，将关节输出轴设计为谐波减速器凸轮轴与电机轴的一体轴，缩短了传动链；集成双编码器系统与制动器组件，实现了关节的位置闭环控制与失电制动。但仍存在技术缺陷：壳体集成度有限，仅集成电机定子安装位，谐波减速器仍为独立部件，需额外装配定位，导致轴向空间利用率低，模组整体长度偏大，难以嵌入人形机器人紧凑的关节腔体。

3、公开号为cn109366480a的中国发明专利公开了一种高集成度机电控一体化机器人关节模组，采用“固定柔轮、刚轮输出”的谐波减速器布置方式，在柔轮帽沿底部粘贴应变片直接检测输出力矩，省去了独立力矩传感器，提升了关节整体刚度；集成中空无框电机、增量式+绝对式双编码器与驱控一体pcb电路板。该技术方案虽在力矩检测与驱控集成方面有所改进，但也仍存在壳体深度集成缺失，减速器仍为独立模块，无法进一步压缩轴向尺寸；另外其负载接口单一，无法兼容不同尺寸的负载法兰，增加了非标适配成本。

技术实现思路

1、为克服现有技术的缺陷或缺陷之一，本发明提供一种高集成度旋转模组，通过深度一体化结构设计，精简零部件，提升关节模组的集成度、刚度与传动精度，同时简化装配流程，降低制造成本。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种高集成度旋转模组，包括机壳、定子组件、转子组件、行星减速机构和编码器组件，与现有技术不同的是：

4、所述机壳为短柱形封闭壳体，其前端同轴固定连接有前端盖；所述前端盖的内壁一体加工成型有内齿圈。

5、所述转子组件包括磁钢架i、表贴固定在磁钢架i内环表面的磁钢、以及同轴设置在磁钢架i侧部的磁钢架ii，所述磁钢架ii用于对磁钢进行轴向定位，磁钢架i的中心同轴固定连接有太阳轮。

6、所述定子组件固定安装在机壳的内壁，与转子组件的磁钢同轴相对设置，定子组件通电后与磁钢产生电磁作用力，驱动转子组件整体带动太阳轮同步转动。

7、所述行星减速机构包括太阳轮、前端盖的内齿圈、3个周向均匀分布的行星轮、行星架和随动架；所述行星轮同时与中心的太阳轮和外围的前端盖内齿圈啮合，每个行星轮均通过销轴和圆锥滚子轴承转动安装在行星架上，销轴的两端均设置有行星轮挡板，用于对行星轮进行轴向限位。

8、所述行星架与随动架同轴固定连接为输出组件；行星架的前端通过前轴承转动支撑在前端盖的前端内孔；太阳轮的前端通过前深沟球轴承转动支撑在行星架的中心内孔中；随动架通过后深沟球轴承转动支撑在机壳的后端内侧。

9、所述编码器组件包括固定在随动架后端中心的磁编磁钢、以及固定在机壳后端的驱动控制pcb板，所述驱动控制pcb板上集成有编码器传感单元，与磁编磁钢同轴相对设置，用于实时检测模组的转动位置与转速信号。

10、所述机壳的后端还固定有pcba保护罩，覆盖在驱动控制pcb板的外侧；机壳后端的轴承座台阶与后深沟球轴承的外圈之间设置有波形弹簧，所述波形弹簧沿轴向抵接后深沟球轴承的外圈端面，用于对后深沟球轴承进行轴向预紧。

11、进一步地，所述圆锥滚子轴承为双列圆锥滚子轴承，同轴套设在销轴的外圆表面，其外圈与行星轮的内孔过盈配合，内圈与销轴的外圆过盈配合。

12、进一步地，所述行星轮挡板为圆形薄挡板，通过螺钉同轴固定在销轴的两端，挡板的外径大于圆锥滚子轴承的内圈外径，小于行星轮的内孔内径。

13、进一步地，所述磁钢为稀土永磁体，采用环氧胶粘接表贴在磁钢架i的内环表面，磁钢架ii通过螺钉固定在磁钢架i的侧端面，其端面抵接磁钢的侧部。

14、进一步地，所述前轴承为深沟球轴承，其内圈与行星架的前端外圆过盈配合，外圈与前端盖的前端内孔过盈配合。

15、进一步地，所述前深沟球轴承的内圈与太阳轮的前端轴颈过盈配合，外圈与行星架的中心内孔过盈配合。

16、进一步地，所述波形弹簧为多圈波形弹簧，同轴布置于机壳后端的轴承安装孔内，其一端抵接机壳后端的轴承座内侧端面，另一端抵接后深沟球轴承的外圈端面。

17、进一步地，所述驱动控制pcb板上集成的编码器传感单元为绝对值磁编码芯片，分辨率≥17位，重复定位精度≤±5角秒，其输出信号通过机壳侧壁的线缆接口引出。

18、进一步地，所述机壳、前端盖和pcba保护罩通过周向分布的贯穿螺栓同轴固定连接为整体结构；所述定子组件的外圆表面设置有周向均匀分布的燕尾槽，定子组件通过过盈配合结合环氧胶粘接固定于机壳的内壁。

19、进一步地，所述行星架的前端面开设有周向分布的负载安装螺纹孔和定位销孔，用于外接负载部件。

20、本发明与现有技术相比，具有以下突出的实质性特点和显著的进步：

21、集成度与紧凑性大幅提升：取消独立前端盖钢套，前端盖与内齿圈一体化加工，省去独立减速器壳体，轴向长度缩短15%-20%；太阳轮前端内嵌支撑于行星架内部，充分利用减速机构内部空间，进一步压缩轴向尺寸，适配人形机器人狭小关节腔体，减少装配误差与制造成本。

22、传动精度与效率显著提高：太阳轮采用“后端固连转子+前端行星架内支撑”的双支点结构，大幅提升太阳轮轴系运转刚度，减小齿轮啮合偏载与传动间隙，重复定位精度可达±5角秒；行星轮采用双列圆锥滚子轴承支撑，配合行星架与随动架一体化输出结构，传动效率提升至92%以上，优于传统谐波减速器。

23、结构刚度与负载能力增强：一体化内齿圈结构消除分体连接间隙，配合贯穿螺栓将机壳、前端盖、pcba保护罩锁紧为刚性整体；输出组件采用前轴承+后深沟球轴承的双支点支撑方案，关节扭转刚度显著提升；多行星轮均载结构使同等体积下承载能力提升30%，额定输出扭矩可达50n・m以上。

24、运行稳定性优化：采用波形弹簧对后深沟球轴承外圈进行轴向预紧，弹簧两端均为静止结构，无相对滑动磨损，可稳定消除轴承游隙、吸收轴向振动；太阳轮前端内嵌深沟球轴承补偿同轴度误差，降低高速运转噪音，提升模组全转速区间的运转平稳性。

25、安装与适配性优化：行星架前端预留多规格安装孔位，可兼容多款负载法兰，对接便捷；后端采用集成编码器传感单元的驱控一体pcb板，简化外部布线与现场调试工作。

1.一种高集成度旋转模组，包括机壳、定子组件、转子组件、行星减速机构和编码器组件，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的高集成度旋转模组，其特征在于，所述圆锥滚子轴承（8）为双列圆锥滚子轴承，同轴套设在销轴（9）的外圆表面，其外圈与行星轮（7）的内孔过盈配合，内圈与销轴（9）的外圆过盈配合。

3.根据权利要求1所述的高集成度旋转模组，其特征在于，所述行星轮挡板（6、10）为圆形薄挡板，通过螺钉同轴固定在销轴（9）的两端，挡板的外径大于圆锥滚子轴承（8）的内圈外径，小于行星轮（7）的内孔内径。

4.根据权利要求1所述的高集成度旋转模组，其特征在于，所述磁钢（12）为稀土永磁体，采用环氧胶粘接表贴在磁钢架i（13）的内环表面，磁钢架ii（14）通过螺钉固定在磁钢架i（13）的侧端面，其端面抵接磁钢（12）的侧部。

5.根据权利要求1所述的高集成度旋转模组，其特征在于，所述前轴承（5）为深沟球轴承，其内圈与行星架（4）的前端外圆过盈配合，外圈与前端盖（3）的前端内孔过盈配合。

6.根据权利要求1所述的高集成度旋转模组，其特征在于，所述前深沟球轴承（1）的内圈与太阳轮（18）的前端轴颈过盈配合，外圈与行星架（4）的中心内孔过盈配合。

7.根据权利要求1所述的高集成度旋转模组，其特征在于，所述波形弹簧为多圈波形弹簧，同轴布置于机壳（20）后端的轴承安装孔内，其一端抵接机壳（20）后端的轴承座内侧端面，另一端抵接后深沟球轴承（15）的外圈端面。

8.根据权利要求1所述的高集成度旋转模组，其特征在于，所述驱动控制pcb板（21）上集成的编码器传感单元为绝对值磁编码芯片，分辨率≥17位，重复定位精度≤±5角秒，其输出信号通过机壳（20）侧壁的线缆接口引出。

9.根据权利要求1所述的高集成度旋转模组，其特征在于，所述机壳（20）、前端盖（3）和pcba保护罩（2）通过周向分布的贯穿螺栓同轴固定连接为整体结构；所述定子组件（11）的外圆表面设置有周向均匀分布的燕尾槽，定子组件（11）通过过盈配合结合环氧胶粘接固定于机壳（20）的内壁。

10.根据权利要求1所述的高集成度旋转模组，其特征在于，所述行星架（4）的前端面开设有周向分布的负载安装螺纹孔和定位销孔，用于外接负载部件。