本发明涉及一种机械臂模块化关节，尤其涉及一种冗余自由度机械臂模块化关节。
背景技术：
随着机器人技术的发展，机械臂应用领域日趋广泛，已从工业自动化生产扩展到航空航天、军事以及家政服务等领域。机械臂应用领域的不断扩展，对机械臂的性能提出了更高的要求。但是目前已商业化的机械臂产品，普遍存在着体积大、重量大、负载自重比低、关节集成度低等诸多问题，很大程度上限制了机械臂的推广。
技术实现要素：
本发明目的是提供一种具有中空结构的轻量化冗余自由度机械臂模块化关节，以至少解决目前机械臂存在的体积大、重量大、负载自重比低、关节集成度低等问题之一。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种冗余自由度机械臂模块化关节，其包括关节固定部分、动力总成以及电气部分组成；
所述关节固定部分包括关节固定端盖、驱动器支架、制动器固定外壳、电机固定外壳和谐波减速器固定外壳；
所述动力总成包括关节永磁制动器、中空传动轴、直流伺服电机、谐波减速器、谐波减速器输出连接法兰和关节输出端盖；
所述电气部分包括驱动器支架、关节驱动器、霍尔传感器、绝对式光电编码器；
所述关节固定端盖固定于所述制动器固定外壳的左端，所述制动器固定外壳的右端固定于所述电机固定外壳的左端，所述谐波减速器固定外壳固定于所述电机固定外壳的右端；
所述关节永磁制动器固定安装在所述制动器固定外壳的左端，并通过制动器连接法兰连接于中空传动轴；所述直流伺服电机固定在电机固定外壳内，并驱动所述中空传动轴；
所述中空传动轴的两端分别通过第一深沟球轴承和第二深沟球轴承支撑于制动器固定外壳和电机固定外壳内部；
所述中空传动轴的右端通过谐波减速器与谐波减速器输出连接法兰传动连接，所述谐波减速器固定于所述谐波减速器固定外壳内部；
所述关节输出端盖通过螺钉与谐波减速器输出连接法兰右端的凸台相连接；
所述驱动器支架通过螺钉固定于所述制动器固定外壳的左端，关节驱动器固定于驱动器支架上，所述霍尔传感器固定于电机定子的左端。
可选的，所述直流伺服电机的电机定子固定在电机固定外壳内；电机压盖固定于所述电机固定外壳的左端，并位于所述制动器固定外壳和电机固定外壳之间；所述电机压盖与电机固定外壳内部的轴肩配合，从而将电机定子固定于所述电机固定外壳的轴肩和所述电机压盖之间；所述直流伺服电机的电机转子固定于所述中空传动轴上。
可选的，所述中空传动轴两端有定位轴肩，分别与第一深沟球轴承和第二深沟球轴承内环相配合；所述制动器固定外壳的内部轴肩与第一深沟球轴承外环相配合，电机固定外壳的内部轴肩与第二深沟球轴承外环配合，从而实现对中空传动轴的轴向定位。
可选的，所述中空传动轴的右端与谐波减速器的波发生器相连接；谐波减速器的波发生器安装在谐波减速器的柔轮内部；谐波减速器的钢轮安装在谐波减速器的柔轮外部，并固定于谐波减速器固定外壳内部。
可选的，所述谐波减速器的柔轮通过螺钉与谐波减速器输出连接法兰的左端相连接，谐波减速器输出连接法兰与谐波减速器固定外壳之间安装有绝对式光电编码器。
可选的，所述绝对式光电编码器的电刷固定在谐波减速器固定外壳的右端，所述绝对式光电编码器的码盘固定于所述谐波减速器输出连接法兰的法兰盘上，所述绝对式光电编码器的码盘与电刷构成了关节输出端位置检测装置。
可选的，所述冗余自由度机械臂模块化关节还包括安装于谐波减速器固定外壳与关节输出端盖之间的交叉滚子轴承，所述交叉滚子轴承通过谐波减速器固定外壳的轴肩与关节输出端盖的轴肩进行轴向定位。
可选的，所述关节永磁制动器的底座固定安装在制动器固定外壳的左端；永磁制动器的输出端与中空传动轴通过制动器连接法兰连接。
本发明具有如下有益效果：本发明的冗余自由度机械臂模块化关节设计紧凑，体积较小；同时也使得其重量较小，具有较高的集成度；以及较高的负载自重比。
附图说明
图1为本发明的冗余自由度机械臂模块化关节的立体图；
图2为本发明的冗余自由度机械臂模块化关节的剖视图；
图3为本发明的中空传动轴的剖视图。
图4为本发明的制动器连接法兰的结构示意图。
图5为本发明的谐波减速器输出连接法兰结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
参考图1-图5，本实施例提供了一种冗余自由度机械臂模块化关节，尤其是一种具有中空结构的轻量化冗余自由度机械臂模块化关节，其包括关节固定部分、动力总成以及电气部分组成；
所述关节固定部分包括关节固定端盖1、驱动器支架3、制动器固定外壳4、电机固定外壳12和谐波减速器固定外壳15。
所述关节固定端盖1固定于所述制动器固定外壳4的左端，以封闭所述制动器固定外壳4的左端，而且本实施例中，所述制动器固定外壳4的左端为所述冗余自由度机械臂模块化关节的动力输入端；所述制动器固定外壳4的右端固定于所述电机固定外壳12的左端，所述谐波减速器固定外壳15固定于所述电机固定外壳12的右端。
所述动力总成包括关节永磁制动器5、中空传动轴8、直流伺服电机11、谐波减速器14、谐波减速器输出连接法兰16和关节输出端盖19。
所述关节永磁制动器5的底座固定安装在制动器固定外壳4的左端；永磁制动器5的输出端与中空传动轴8通过制动器连接法兰6连接，直流伺服电机11的电机定子11-2固定在电机固定外壳12内；所述电机压盖9固定于所述电机固定外壳12的左端，并位于所述制动器固定外壳4和电机固定外壳12之间；所述电机压盖9与电机固定外壳12内部的轴肩配合，从而将电机定子11-2固定于所述电机固定外壳12的轴肩和所述电机压盖9之间。
所述中空传动轴8的两端分别通过第一深沟球轴承7、第二深沟球轴承13支撑于制动器固定外壳4和电机固定外壳12内部，所述中空传动轴8两端有定位轴肩，分别与第一深沟球轴承7和第二深沟球轴承8内环相配合，制动器固定外壳4的内部轴肩与第一深沟球轴承7外环相配合，电机固定外壳12的内部轴肩与第二深沟球轴承13外环配合，从而实现对中空传动轴8的轴向定位。
所述中空传动轴8采用粘合的方式与电机转子11-1固定连接，以使得所述直流伺服电机11能够带动所述中空传动轴8转动。
所述中空传动轴8的右端与谐波减速器的波发生器14-1相连接，谐波减速器的波发生器14-1安装在谐波减速器柔轮14-3内部，谐波减速器钢轮14-2安装在谐波减速器柔轮14-3外部并固定于谐波减速器固定外壳15内部。
所述谐波减速器柔轮14-3通过螺钉与谐波减速器输出连接法兰16的左端相连接，谐波减速器输出连接法兰16与谐波减速器固定外壳15之间安装有绝对式光电编码器18，绝对式光电编码器的电刷18-1固定在谐波减速器固定外壳15的右端，绝对式光电编码器的码盘18-2固定于谐波减速器输出连接法兰16的法兰盘上，所述绝对式光电编码器的码盘18-2与电刷18-1构成了关节输出端位置检测装置。
所述关节输出端盖19通过螺钉与谐波减速器输出连接法兰16右端的凸台相连接，交叉滚子轴承17安装于谐波减速器固定外壳15与关节输出端盖19之间，通过谐波减速器固定外壳15的轴肩与关节输出端盖19的轴肩进行轴向定位。
所述电气部分包括驱动器支架3、关节驱动器2、霍尔传感器10、绝对式光电编码器18。
所述驱动器支架3通过螺钉固定于所述制动器固定外壳4的左端，关节驱动器2固定于驱动器支架3上，所述霍尔传感器10固定于电机定子11-2的左端。
沿所述关节永磁制动器5、制动连接法兰6、中空转动轴8、谐波减速器14和谐波减速器输出连接法兰16的中心轴线均开设有通孔，所述通孔用于使电源线及通信线从其中穿过，本实施例中，由于所述关节永磁制动器5、制动连接法兰6、中空转动轴8、谐波减速器14和谐波减速器输出连接法兰16均采用了大中心孔设计，当多关节串联时，可使电源线及通信线从中心孔穿过，从而起到对线缆的保护作用，避免了外部走线导致的布线杂乱以及线缆的磨损。
所述中空传动轴8的左端通过制动器连接法兰6与关节永磁制动器5相连，当永磁制动器断电制动时，通过制动器连接法兰6将制动力矩传递到中空转动轴8，从而实现关节制动及保持。
所述电机转子11-1与中空传动轴8固定连接，中空传动轴8的右端通过螺钉紧固的方式与谐波减速器波发生器14-1固定连接，并通过谐波减速器波发生器14-1、谐波减速器钢轮14-2、减速器柔轮14-3组成的谐波减速器单元14进行一级减速，减速器柔轮14-3作为谐波减速器14输出部分，通过减速器输出连接法兰16与关节输出端盖19固定连接，从而实现整个关节的动力输出。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。