專利名稱：一種具有柔順特性的機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于服務(wù)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有柔順特性的機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
機(jī)器人技術(shù)涉及機(jī)械、電子、通信、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化、傳感器及仿生學(xué)等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域，是各領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)的綜合。傳統(tǒng)的機(jī)器人主要應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，其工作環(huán)境相對(duì)固定，且無(wú)需與人協(xié)同工作。所以，用于這些場(chǎng)合的機(jī)器人設(shè)計(jì)笨重，剛性較大，是一種高帶寬的快速響應(yīng)系統(tǒng)，以確保機(jī)器人有很高的位置精度和實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行軌跡的精確跟蹤，能高效的實(shí)現(xiàn)重復(fù)性的工作。隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人已經(jīng)不僅僅存在于傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域。近些年來(lái)，越來(lái)越多的機(jī)器人開(kāi)始出現(xiàn)在人類的日常生活中，如家庭服務(wù)機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人、導(dǎo)覽機(jī)器人、醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人以及機(jī)器人玩具等，這些機(jī)器人工作時(shí)與人存在不同程度的交互，工作過(guò)程中會(huì)受到人的強(qiáng)制性干擾，同時(shí)，機(jī)器人也可能會(huì)對(duì)人造成傷害。所以，在設(shè)計(jì)此類機(jī)器人時(shí)應(yīng)降低對(duì)剛度、精度的要求，主要考慮機(jī)器人有良好的安全性，能減緩意外沖擊，防止發(fā)生意外損傷。中國(guó)專利CN101870111A，機(jī)器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置，包括氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)部，直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)部，機(jī)器人關(guān)節(jié)部，機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角測(cè)量部。該發(fā)明利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)與氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的柔順性。因但由于氣動(dòng)人工肌肉的非線性較大，給控制帶來(lái)不便。并且由于氣動(dòng)人工肌肉工作需要使用氣泵，增加了機(jī)器人的負(fù)載。中國(guó)專利CN102189556A，帶緩沖彈簧和柔性軸套的氣動(dòng)肌肉柔順肘關(guān)節(jié)裝置，它主要由前連桿、后連桿、關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸、關(guān)節(jié)軸承、柔性軸套、氣動(dòng)肌肉、緩沖機(jī)構(gòu)、偏置彈簧。該發(fā)明利用氣動(dòng)肌肉實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的柔順特性，同時(shí)在關(guān)節(jié)中加入緩沖彈簧和柔性軸套，能有效緩解沖擊并可擴(kuò)展轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)自由度。提高了關(guān)節(jié)的抗沖擊能力和工作性能。但同樣由于氣動(dòng)肌肉本身的一些局限性，導(dǎo)致其不能滿足日益提高的對(duì)機(jī)器人的要求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有服務(wù)機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的不足，提出一種具有柔順特性的機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器。本實(shí)用新型技術(shù)方案如下:本實(shí)用新型包括諧波減速電機(jī)、輸入轉(zhuǎn)盤(pán)、柔性部件、輸出轉(zhuǎn)軸、交叉滾子軸承、夕卜殼體。輸入轉(zhuǎn)盤(pán)通過(guò)第一批螺釘與諧波減速器連接，柔性部件通過(guò)輸入轉(zhuǎn)盤(pán)和輸出轉(zhuǎn)軸相對(duì)端面上的扇形凸臺(tái)定位安裝，夕卜殼體通過(guò)第二批螺釘與電機(jī)的端面連接，輸出轉(zhuǎn)軸的端面開(kāi)有螺紋孔，用來(lái)連接關(guān)節(jié)輸出件。所述的柔性部件包括基圓環(huán)、薄壁圓環(huán)，基圓環(huán)和薄壁圓環(huán)之間由柔性鉸鏈連接，薄壁圓環(huán)均布在基圓環(huán)外圍。[0010]所述的輸入轉(zhuǎn)盤(pán)和輸出轉(zhuǎn)軸均具有扇形凸臺(tái)，用于定位、夾緊。所述的輸入轉(zhuǎn)盤(pán)、柔性部件、輸出轉(zhuǎn)軸都具有穿線孔，便于穿線。本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型在減速器帶動(dòng)輸入轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)或輸出轉(zhuǎn)軸受到外界沖擊力時(shí)，柔性部件會(huì)被壓縮，起到緩沖的作用，可以很好的保護(hù)人機(jī)安全；并且被壓縮是柔性部件存儲(chǔ)的能量可以在特定時(shí)間釋放，可節(jié)省能量。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單緊湊，各部件工藝性簡(jiǎn)單，加工實(shí)現(xiàn)容易；根據(jù)不同關(guān)節(jié)，可靈活改變?nèi)嵝圆考膮?shù)，使得機(jī)器人具有了柔順特性，能更加自然地與人交互。

圖1為本實(shí)用新型的裝配爆炸圖；圖2為本實(shí)用新型的局部剖視圖；圖3為本實(shí)用新型的柔性部件安裝端面剖視圖；圖4(a)和圖4(b)為本實(shí)用新型的輸入轉(zhuǎn)盤(pán)結(jié)構(gòu)圖；圖5(a)和圖5(b)是本實(shí)用新型的柔性部件結(jié)構(gòu)圖；圖6(a)和圖6(b)是本實(shí)用新型的輸出轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)圖；圖7是本實(shí)用新型的工作初期柔性部件的變形情況圖；圖8(a)和圖8(b)是本實(shí)用新型輔助安裝件的使用方法原理圖；圖中，諧波減速電機(jī)1、輸入轉(zhuǎn)盤(pán)2、螺釘3、柔性部件4、輸出轉(zhuǎn)軸5、交叉滾子軸承6、外殼體7、螺釘8、通孔9、扇形凸臺(tái)10、凹槽11、穿線孔12、基圓環(huán)13、薄壁圓環(huán)14、扇形凸臺(tái)15、螺紋孔16、穿線孔17、阻尼元件18、輔助安裝件19。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)用新型包括諧波減速電機(jī)1、輸入轉(zhuǎn)盤(pán)2、螺釘3、柔性部件4、輸出轉(zhuǎn)軸5、交叉滾子軸承6、外殼體7、螺釘8 ;輸入轉(zhuǎn)盤(pán)2通過(guò)凹槽11與諧波減速電機(jī)I端面定位，用螺釘3和通孔9安裝固定，參見(jiàn)圖4(a)和圖4(b);通過(guò)均布于柔性部件4基圓環(huán)13上的薄壁圓環(huán)14與輸入轉(zhuǎn)盤(pán)2上的三個(gè)均布的扇形凸臺(tái)10的側(cè)面貼緊，并保證穿線孔12和基圓環(huán)13同軸，參見(jiàn)圖5 (a)和圖5 (b)，來(lái)定位安裝柔性部件4 ;用輔助安裝件19擠壓薄壁圓環(huán)14使其徑向發(fā)生若干毫米的位移，以便將輸出轉(zhuǎn)軸5上的扇形凸臺(tái)15壓入已定位好的柔性部件4薄壁圓環(huán)14之間，參見(jiàn)圖8(a)和圖8(b);將交叉滾子軸承6安裝在輸出轉(zhuǎn)軸5上，再把外殼體7通過(guò)螺釘8與諧波減速電機(jī)I端面固定。輸出轉(zhuǎn)軸的端面開(kāi)有螺紋孔16，用來(lái)連接關(guān)節(jié)輸出件，螺紋孔16圍繞中心的穿線孔17，參見(jiàn)圖6(a)和圖 6 (b)。如圖7所示，諧波減速電機(jī)I工作時(shí)，帶動(dòng)輸入轉(zhuǎn)盤(pán)2轉(zhuǎn)動(dòng)，并擠壓柔性部件4上的薄壁圓環(huán)14發(fā)生變形，徑向產(chǎn)生一定的位移時(shí)不在變形，開(kāi)始推動(dòng)輸出轉(zhuǎn)軸5轉(zhuǎn)動(dòng)；阻尼元件18是一種特殊的聚合物材料，可有效減弱輸出轉(zhuǎn)軸5剛開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的震動(dòng)；關(guān)節(jié)反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，薄壁圓環(huán)14儲(chǔ)存的能量釋放,輸出轉(zhuǎn)軸5實(shí)現(xiàn)快速反轉(zhuǎn)。若諧波減速電機(jī)I不工作，輸出轉(zhuǎn)軸5受到意外沖擊力時(shí)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，柔性部件4上的薄壁圓環(huán)14受到扇形凸臺(tái)15的擠壓，發(fā)生變形，但輸入轉(zhuǎn)盤(pán)2不轉(zhuǎn)動(dòng)，保護(hù)了諧波減速電機(jī)I不被損壞。根據(jù)機(jī)器人不同關(guān)節(jié)對(duì)柔順性的需求不同，可以改變?nèi)嵝圆考?基圓環(huán)13的大小，薄壁圓環(huán)14的大小、形狀和厚度及柔性部件4的整體厚度，得到恰當(dāng)柔順特性的柔順元件4。以上通過(guò)參考在附圖中表示的示例性實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做了特別的展示和說(shuō)明，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，應(yīng)該明白，在不背離本實(shí)用新型的思想和范圍下做出在形式上和細(xì)節(jié)上的各種修改和改變，都將是對(duì)本實(shí)用新型專利的侵犯。因此本實(shí)用新型要保護(hù)的真正思想和范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)來(lái)限定。
權(quán)利要求1.一種具有柔順特性的機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，包括諧波減速電機(jī)、輸入轉(zhuǎn)盤(pán)、柔性部件、輸出轉(zhuǎn)軸、交叉滾子軸承、外殼體，其特征在于:輸入轉(zhuǎn)盤(pán)通過(guò)第一批螺釘與諧波減速器連接，柔性部件通過(guò)輸入轉(zhuǎn)盤(pán)和輸出轉(zhuǎn)軸相對(duì)端面上的扇形凸臺(tái)定位安裝，外殼體通過(guò)第二批螺釘與電機(jī)的端面連接，輸出轉(zhuǎn)軸的端面開(kāi)有螺紋孔，用來(lái)連接關(guān)節(jié)輸出件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:所述的柔性部件包括基圓環(huán)、薄壁圓環(huán)，基圓環(huán)和薄壁圓環(huán)之間由柔性鉸鏈連接，薄壁圓環(huán)均布在基圓環(huán)外圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:所述的輸入轉(zhuǎn)盤(pán)和輸出轉(zhuǎn)軸均具有扇形凸臺(tái)，用于定位、夾緊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，其特征在于:所述的輸入轉(zhuǎn)盤(pán)、柔性部件、輸出轉(zhuǎn)軸都具有穿線孔，便于穿線。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種具有柔順特性的機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器。本實(shí)用新型包括諧波減速電機(jī)、輸入轉(zhuǎn)盤(pán)、柔性部件、輸出轉(zhuǎn)軸、交叉滾子軸承、外殼體。輸入轉(zhuǎn)盤(pán)通過(guò)第一螺釘與諧波減速器連接，柔性部件通過(guò)輸入轉(zhuǎn)盤(pán)和輸出轉(zhuǎn)軸相對(duì)端面上的扇形凸臺(tái)定位安裝，外殼體通過(guò)第二螺釘與電機(jī)的端面連接，輸出轉(zhuǎn)軸的端面開(kāi)有螺紋孔，用來(lái)連接關(guān)節(jié)輸出件。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單緊湊，加工實(shí)現(xiàn)容易，有利于改善機(jī)器人儲(chǔ)能特性和提高人機(jī)交互安全性。
文檔編號(hào)B25J17/00GK203019381SQ20132002864
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者周建軍, 張亞平, 王瑤煒, 林阿斌 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)