CN102050163B

CN102050163B - 多关节跳跃机器人弹性关节模块化驱动装置

Info

Publication number: CN102050163B
Application number: CN2010105270884A
Authority: CN
Inventors: 胡胜海; 谭向全; 姚建均; 杨奇; 何蕾; 李永辉; 金锦花; 邓坤秀; 徐鹏; 富威
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2010-11-01
Filing date: 2010-11-01
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2030-11-01
Also published as: CN102050163A

Abstract

本发明提供的是一种跳跃机器人弹性关节模块化驱动装置。包括关节轴支架、关节轴、关节轴固定销、关节扭簧、关节轴承、关节轴承座、电机安装架、电机、电磁离合器、电磁离合器安装架、蜗杆小支撑轴承、蜗轮轴、蜗轮支撑大轴承、蜗轮支撑大轴承端盖、蜗杆轴、蜗杆支撑大轴承、蜗轮蜗杆安装架、蜗轮支撑小轴承、同步齿形带、同步带轮、电磁离合器支架、涨紧轮安装架、涨紧轮、蜗杆支撑大轴承端盖、蜗杆固定销和蜗杆。本发明适用于跳跃机器人关节驱动，具有对电机功率要求低、电机性能发挥充分、跳跃性能高的特点。

Description

多关节跳跃机器人弹性关节模块化驱动装置

技术领域

本发明涉及的是一种小型多关节跳跃机器人弹性关节模块化驱动装置，适用于小型跳跃机器人关节驱动。

背景技术

目前的小型多关节跳跃机器人采用电机驱动关节轴转动，实现机器人整体的跳跃运动。Sang-Ho Hyon在文献《Back Handspring Robot-Target Dynamics-Based Control》中论述一种仿人跳跃机器人，共有3个关节，采用3个电机单独控制关节运动，采用电机、v带、普通关节轴形式传动，整机跳跃运动对电机功率要求较高。

跳跃运动的突然性与爆发性对驱动电机的功率要求很高，同时跳跃运动的特性又要求整机的质量轻。这样就存在一对矛盾，要求较高的跳跃性能，需要大功率的驱动电机，当电机功率增大后，整机质量也将提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对电机功率要求低、电机性能发挥充分、跳跃性能高的跳跃机器人弹性关节模块化驱动装置。

本发明专利的目的是这样实现的：

它包括电机模块、电磁离合器模块、蜗轮蜗杆模块、弹性关节轴模块、同步带模块；所述的电机模块包括电机安装架和电机，电机固定在电机安装架上；所述的电磁离合器模块包括电磁离合器、电磁离合器安装架、电磁离合器固定架，电磁离合器安装架与电机安装架固连，电磁离合器固定架固定在电磁离合器安装架上，电磁离合器安装在电磁离合器固定架上；所述的蜗轮蜗杆模块包括蜗轮蜗杆安装架、蜗杆、蜗杆轴、蜗杆固定销、蜗杆支撑小轴承、蜗杆支撑大轴承、蜗杆支撑大轴承端盖、蜗轮轴、蜗轮支撑大轴承、蜗轮支撑大轴承端盖和蜗轮支撑小轴承，蜗轮蜗杆安装架与电磁离合器安装架固连，蜗杆与蜗杆轴通过蜗杆固定销连接为一体，蜗杆通过蜗杆支撑小轴承、蜗杆支撑大轴承、蜗杆支撑大轴承端盖安装在蜗轮蜗杆安装架上，蜗轮轴、蜗轮支撑大轴承、蜗轮支撑大轴承端盖、蜗轮支撑小轴承安装在蜗轮蜗杆安装架上；所述的弹性关节轴模块包括关节轴、关节轴支架、关节扭簧、关节轴承、关节轴承座和关节轴固定销，关节轴、关节轴承、关节轴承座安装在电机安装架上，关节轴支架通过关节轴固定销与关节轴固结，关节扭簧空套在关节轴上，其两个外臂分别与关节轴支架和电机安装架相连；所述的同步带模块包括同步带轮、同步齿形带、涨紧轮和涨紧轮安装架，同步带轮与蜗轮轴固连，涨紧轮安装架固定在电机安装架上，涨紧轮可在涨紧轮安装架的滑槽内滑动。

为解决已有技术中存在的问题，本发明提出采用电机驱动弹性关节的模块化驱动装置思想，依靠弹性关节的蓄能和突然能量释放来降低跳跃运动对电机的功率要求。在增强跳跃运动的同时，降低对电机的功率要求，并减轻整机质量。

电机在驱动关节轴转动实现跳跃运动过程中，从启动到正常工作存在加速阶段，此阶段电机功能未达到最佳状态。由于跳跃运动具有时间短、动作迅速、暴发性强的特点，电机在加速阶段无法发挥最佳性能。基于此种情况，在传动链中添加电磁离合器。在起跳时，离合器处于分离状态，传动链断开；电机启动加速到正常工作状态，离合器闭合，电机驱动关节轴转动，完成跳跃运动。

本发明适用于跳跃机器人关节驱动，具有对电机功率要求低、电机性能发挥充分、跳跃性能高的特点。

本发明专利的工作原理是：跳跃运动存在电机正转压缩关节扭簧蓄能、电机反转释放能量起跳两个过程。

电机正转压缩蓄能：电机正转，电磁离合器处于闭合状态；电机正转通过闭合的电磁离合器驱动与离合器从动部分固连的蜗杆轴转动，蜗杆驱动蜗轮轴转动；固定在蜗轮轴上的同步带轮随之转动，通过同步带传动，驱动与关节轴固连的同步带轮转动；关节轴转动一定角度，压缩空套在关节轴上的关节扭簧蓄能；电磁离合器分离，电机停转；关节轴在自锁蜗轮蜗杆作用下，保持压缩角度，压缩蓄能过程完成。

电机反转释放能量起跳：电机反转，电磁离合器处于分离状态；电机反转至正常工作状态，电磁离合器闭合，驱动与离合器从动部分固连的蜗杆轴反向转动，蜗杆驱动蜗轮轴反向转动；固定在蜗轮轴上的同步带轮随之反向转动，通过同步带传动，驱动与关节轴固连的同步带轮反向转动；关节轴在电机和空套在关节轴上的关节扭簧共同作用下迅速反向转动，带动与关节轴固连的关节轴支架摆动，完成跳跃运动。

附图说明

图1是跳跃机器人弹性关节模块化驱动装置与其他模块连接俯视图；

图2是跳跃机器人弹性关节模块化驱动装置主视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明发明作更详细的描述：

结合图1和图2，跳跃机器人弹性关节模块化驱动装置由电机模块、电磁离合器模块、蜗轮蜗杆模块、弹性关节轴模块、同步带模块等组成。所述的电机模块包括：电机安装架7、电机8；电机8固定在电机安装架7上。所述的电磁离合器模块包括：电磁离合器9、电磁离合器安装架10、电磁离合器固定架21；电磁离合器固定架21固定在电磁离合器安装架10上，电磁离合器9安装在电磁离合器固定架21上。所述的蜗轮蜗杆模块包括：蜗轮蜗杆安装架17、蜗杆26、蜗杆轴15、蜗杆固定销25、蜗杆支撑小轴承11、蜗杆支撑大轴承16、蜗杆支撑大轴承端盖24、蜗轮轴12、蜗轮支撑大轴承13、蜗轮支撑大轴承端盖14、蜗轮支撑小轴承18；蜗杆26与蜗杆轴15通过蜗杆固定销25连接为一体，蜗杆26通过蜗杆支撑小轴承11、蜗杆支撑大轴承16、蜗杆支撑大轴承端盖24安装在蜗轮蜗杆安装架17上，蜗轮轴12、蜗轮支撑大轴承13、蜗轮支撑大轴承端盖14、蜗轮支撑小轴承18安装在蜗轮蜗杆安装架17上。所述的弹性关节轴模块包括：关节轴2、关节轴支架1、关节扭簧4、关节轴承5、关节轴承座6、关节轴固定销3；关节轴2、关节轴承5、关节轴承座6安装在电机安装架7上，关节轴支架1通过关节轴固定销3与关节轴2固结，关节扭簧4空套在2上，其两个外臂分别与关节轴支架1和电机安装架7相连。所述的同步带模块包括：同步带轮20、同步齿形带19、涨紧轮23、涨紧轮安装架22；同步带轮20与蜗轮轴12固连，涨紧轮安装架22固定在电机安装架7上，涨紧轮23可在涨紧轮安装架22的滑槽内滑动。

电机正转压缩蓄能：电机8正转，电磁离合器9处于闭合状态；电机8正转通过闭合的电磁离合器9驱动与离合器从动部分固连的蜗杆轴15转动，蜗杆26驱动蜗轮轴12转动；固定在蜗轮轴12上的同步带轮20随之转动，通过同步带传动，驱动与关节轴2固连的同步带轮转动；关节轴2转动一定角度，压缩空套在关节轴2上的关节扭簧4转过一定角度蓄能；电磁离合器9分离，电机8停转；关节轴2在自锁蜗轮蜗杆作用下，保持压缩角度，压缩蓄能过程完成。

电机反转释放能量起跳：电机8反转，电磁离合器9处于分离状态；电机8反转至正常工作状态，电磁离合器9闭合，驱动与离合器9从动部分固连的蜗杆轴15反向转动，蜗杆26驱动蜗轮轴12反向转动；固定在蜗轮轴12上的同步带轮20随之反向转动，通过同步带传动，驱动与关节轴2固连的同步带轮反向转动；关节轴2在电机8和空套在关节轴2上的关节扭簧4共同作用下迅速反向转动，带动与关节轴2固连的关节轴支架1摆动，完成跳跃运动。

由电机安装架7、电机8组成的电机模块，减小整体在电机轴向上的尺寸。

由电磁离合器9、电磁离合器安装架10、电磁离合器固定架21组成的电磁离合器模块，实现运动传动的离合。

由蜗轮蜗杆安装架17、蜗杆26、蜗杆轴15、蜗杆固定销25、蜗杆支撑小轴承11、蜗杆支撑大轴承16、蜗杆支撑大轴承端盖24、蜗轮轴12、蜗轮支撑大轴承13、蜗轮支撑大轴承端盖14、蜗轮支撑小轴承18组成的蜗轮蜗杆模块，在离合器分离的时候保持关节角度。

由关节轴2、关节轴支架1、关节扭簧4、关节轴承5、关节轴承座6、关节轴固定销3组成的弹性关节轴模块，在关节轴压缩过程中蓄能，当关节轴反转时释放能量，减轻对电机的功率要求。

由同步带轮20、同步齿形带19、涨紧轮23、涨紧轮安装架22组成的同步带模块，连接电机与关节轴，进行传动。

Claims

1.一种跳跃机器人弹性关节模块化驱动装置，它包括电机模块、电磁离合器模块、蜗轮蜗杆模块、弹性关节轴模块、同步带模块；所述的电机模块包括电机安装架和电机，电机固定在电机安装架上；其特征是：所述的电磁离合器模块包括电磁离合器、电磁离合器安装架、电磁离合器固定架，电磁离合器安装架与电机安装架固连，电磁离合器固定架固定在电磁离合器安装架上，电磁离合器安装在电磁离合器固定架上；所述的蜗轮蜗杆模块包括蜗轮蜗杆安装架、蜗杆、蜗杆轴、蜗杆固定销、蜗杆支撑小轴承、蜗杆支撑大轴承、蜗杆支撑大轴承端盖、蜗轮轴、蜗轮支撑大轴承、蜗轮支撑大轴承端盖和蜗轮支撑小轴承，蜗轮蜗杆安装架与电磁离合器安装架固连，蜗杆与蜗杆轴通过蜗杆固定销连接为一体，蜗杆通过蜗杆支撑小轴承、蜗杆支撑大轴承、蜗杆支撑大轴承端盖安装在蜗轮蜗杆安装架上，蜗轮轴、蜗轮支撑大轴承、蜗轮支撑大轴承端盖、蜗轮支撑小轴承安装在蜗轮蜗杆安装架上；所述的弹性关节轴模块包括关节轴、关节轴支架、关节扭簧、关节轴承、关节轴承座和关节轴固定销，关节轴、关节轴承、关节轴承座安装在电机安装架上，关节轴支架通过关节轴固定销与关节轴固结，关节扭簧空套在关节轴上，其两个外臂分别与关节轴支架和电机安装架相连；所述的同步带模块包括两个同步带轮、同步齿形带、涨紧轮和涨紧轮安装架，第一同步带轮与蜗轮轴固连并可随之转动，通过同步齿形带传动驱动与关节轴固连的第二同步带轮转动，涨紧轮安装架固定在电机安装架上，涨紧轮可在涨紧轮安装架的滑槽内滑动。