一种高减速比机器人关节模组的制作方法

本技术涉及机器人关节模组，尤其是涉及一种高减速比机器人关节模组。

背景技术：

1、机器人关节模组是机器人运动系统的核心部件，用于控制机器人实现旋转、俯仰、弯曲、伸展、摆动等动作，是机器人具备灵活性、稳定性与作业能力的基础。关节模组通过电机（动力源）与减速器（减速增扭）的配合，将电机的高转速转化为大扭矩输出，传递动力与扭矩，确保机器人能够应对重载作业场景。同时，通过编码器实时反馈位置，实现对关节运动的精确控制，保证动作的准确性。机器人关节模组作为机器人的运动核心，其性能直接决定机器人的竞争力，其正朝着高集成度、高扭矩密度、高精度的方向发展。未来，随着智能化、高性能、模块化技术的不断进步，以及应用场景的持续扩展，关节模组将迎来更广阔的发展前景，成为机器人产业升级的关键驱动力。

2、行星关节模组作为机器人关节模组主要结构形式之一，相较于直驱关节模组和谐波关节模组，具有高刚性、高动态响应、高反驱动性等优势。然而，随着机器人使用工况日益复杂，对关节模组提出了更高技术要求，现有关节模组主要存在以下几个问题：（1）现有行星关节模组大多采用一级行星减速器，通常减速比不超过10，使得关节模组的转矩密度较低，即使采用二级行星减速器，其减速比通常也不超过70，相较于谐波减速器高达100以上的减速比，仍然具有一定差距。若采用常规行星减速器串联结构继续增加减速比，会急剧增加关节模组轴向尺寸和重量；（2）对于径向尺寸要求严格的场景，关节模组无法中空开孔，关节模组仅在电机端安装编码器，只能对电机输入端进行检测和反馈，不能监测输出端状态，导致关节模组无法实现闭环控制，控制精度降低，且无法实现多圈计数和掉电零位记忆，即使现有结构在电机输入端设置一对齿轮，通过齿轮传动比实现输出端的理论位置换算，但该方法是间接计算而非直接测量输出位置，无法考虑齿轮侧隙，加工安装误差和受力变形等对输出位置精度影响，无法实现准确闭环控制；（3）现有设置双编码器的行星关节模组，输出端编码器通常位于前盖轴承外侧开放空间，密封性差，容易导致异物、水、灰尘等杂质进入，容易损坏编码器电子元器件；（4）现有行星关节模组的支承轴承主要采用薄壁滚动轴承，该类型轴承具有支撑刚性差、承载能力低和无法承受多向负载等缺点，导致关节模组难以面对复杂工况和高强度使用场景，特别是要求同时承担径向载荷、轴向载荷及力矩载荷的场景，暴露出可靠性差和寿命低的性能缺陷。

3、参考公开号为“cn119748506a”的中国专利文献，该发明的基于两级行星减速的机器人关节模组，包括壳体与端盖，壳体与端盖配合形成内部安装腔，内部安装腔内设置有电机，电机的转子配合一级行星减速器和二级行星减速器传输扭矩，二级行星减速器带动输出法兰转动；电机转子处设置有电机端磁环，电机处对应设置电机端编码器；输出法兰处设有输出端磁环，内部安装腔内对应设置输出端编码器。通过在输入端和输出端进行信号检测，可对输入信号和输出信号进行检测以提高控制的精度。但输出端编码器位于前盖轴承外侧开放空间，容易进入异物、水、灰尘等杂质，密封性差，编码器易损坏，且该机器人关节模组在安装时需要先在桶状壳体内安装电机转子，再安装电机定子和内齿圈，然后再安装两级行星减速器组件，但是仅用转子架和壳体之间的轴承作转子的支承是不牢靠的，安装定子时转子易被定子的强吸力吸引而偏离，造成装配困难，且以齿圈定位安装定子部件精度难以保证。

技术实现思路

1、为了解决上述的技术问题，本实用新型的目的是提供一种高减速比机器人关节模组，能够准确的对输出端状态进行监测，提高输出端编码器的密封性，且输出端轴承直接使用外壳做支承，支承力强，能够保证系统稳定性。

2、为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

3、一种高减速比机器人关节模组，包括外壳以及设置在外壳内的电机组件和两级行星减速器，电机组件包括电机转子及电机定子，两级行星减速器包括一级行星减速器及二级行星减速器，两级行星减速器中具有固定内齿圈，固定内齿圈与电机定子固定连接，一级行星减速器中的一级太阳轮与电机转子同轴连接同步转动，电机转子的转速和转矩通过一级太阳轮输入到一级行星减速器进行第一次减速增扭，进而经过二级行星减速器的第二次减速增扭后由二级行星架输出转速和扭矩，二级行星架与外壳通过第二轴承连接，固定内齿圈在靠近二级行星架侧设有内齿圈法兰盘，二级行星架周侧同轴固设有第二磁环，内齿圈法兰盘上固设有与第二磁环对应的输出端编码器，输出端编码器与第二磁环位于第二轴承与内齿圈法兰盘之间。

4、在一些实施例中，外壳包括固定连接的中间壳体及后盖，中间壳体与后盖可拆卸连接，转子架在靠近后盖侧具有向后盖延伸的轴承配合部，后盖与轴承配合部通过第一轴承连接。

5、在一些实施例中，转子架中心设有向一级太阳轮侧延伸的延长部，延长部通过内花键与一级太阳轮连接。

6、在一些实施例中，电机组件还包括转子架，电机转子通过转子架与一级太阳轮连接，转子架上同轴固定安装第一磁环，转子架与外壳之间具有与第一磁环对应的输入端编码器，输入端编码器固定在外壳上。

7、在一些实施例中，输入端编码器与驱动器集成在驱动板上，驱动板固定在外壳上，输出端编码器和电机定子的排线均通过压线板穿过出线槽与驱动板连接。

8、在一些实施例中，内齿圈法兰盘上开有若干个减重槽，输出端编码器的排线能够穿过减重槽与驱动板连接。

9、在一些实施例中，驱动板上连接有接口连接器，外壳上设置有与接口连接器形状配合的缺口。

10、在一些实施例中，外壳还包括前盖，前盖与中间壳体固定且可拆卸连接，第二轴承的外侧两端分别支承于前盖和中间壳体。

11、在一些实施例中，外壳在靠近固定内齿圈处向内延伸形成连接部，内齿圈法兰盘端部抵接于连接部，且与连接部固定连接。

12、在一些实施例中，固定内齿圈包括固定连接或一体成型的一级内齿圈及二级内齿圈，一级行星减速器包括一级内齿圈、一级太阳轮、一级行星架、若干一级行星轮，二级行星减速器包括二级内齿圈、二级太阳轮、二级行星架及若干二级行星轮，其中一级行星轮与一级太阳轮外啮合，与一级内齿圈内啮合，一级行星轮的轴与一级行星架固定连接，以带动一级行星架作回转运动，一级行星架与二级太阳轮传动连接，二级行星轮与二级太阳轮外啮合，二级行星轮与二级内齿圈内啮合，二级行星轮的轴与二级行星架固定连接，以带动二级行星架作回转运动，其中一级行星轮为双联齿轮，双联齿轮的第一排齿轮与一级太阳轮外啮合，双联齿轮的第二排齿轮与一级内齿圈内啮合，且第一排齿轮的齿数多于第二排齿轮。

13、本实用新型具有如下有益效果：

14、本实用新型的高减速比机器人关节模组设置输出端编码器与第二磁环设置于第二轴承内侧，能够提高电子元器件密封性，保护编码器电子元器件不受干扰，且本实施例中的输出端轴承使用外壳直接做支承，支承力强，能够保证系统稳定性且更换成本低。

15、本实用新型的机器人关节模组的中间壳体与后盖可拆卸连接，后盖与轴承配合部通过第一轴承连接，能够通过中间壳体及后盖的拆卸安装实现先安装定子及两级行星减速器组件，最后安装定子与转子架，安装时可通过夹装转子架的轴承配合部进行定位，精准的安装入壳体内，安装精度高，且方便快捷。

16、本实用新型的机器人关节模组中的转子架中心向两侧延伸，两侧分别连接第一轴承和一级太阳轮，传递路线短，承载能力强。本实用新型的机器人关节模组中的输入端编码器设置在转子架与外壳之间，能够直接从外壳出线，提高电机的可靠性和耐用性，降低工艺成本，且输出端编码器靠近电机定子，排线距离短，减少线材用量。 本实用新型的机器人关节模组中的一级行星轮为双联齿轮的设置，使关节模组在尽量不增加轴向尺寸的情况下，在有限的空间内获得比常规二级行星减速器更大的减速比，不仅可以进一步提高关节模组的输出扭矩，还可以使驱动电机工作在高转速区。