CN102862164A - 双自由度机器人髋关节舵机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双自由度机器人髋关节舵机。现有的机器人关节舵机多为单轴输出，即只能为机器人提供一个自由度。本发明包括端盖、壳体。端盖和壳体通过螺钉连接，形成一个封闭空间。在该封闭空间内设置有电机、电机齿轮、减速机构、轴承、控制电路板、角度传感器等。电机齿轮与减速机构输入齿轮啮合，减速机构输出轴输出动力。在输出轴处设置有角度传感器。本发明通过在同一封闭空间内设置两个电机，通过壳体中设置的齿轮减速机构，将动力向两个方向同时输出；通过内部设置的控制电路板和角度传感器可分别对两个方向的输出角度进行控制，使得机器人舵机有提供两个自由度的能力。

Description

双自由度机器人髋关节舵机

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种双自由度机器人髋关节舵机。

背景技术

随着机器人的不断发展，机器人与人的交互越来越密切，从传统的工业环境慢慢向人类的生活起居靠近。

机器人根据仿生学原理，其运动模仿人类通过关节实现。每个关节在可实现准确控制的基础上，与人的各个关节自由度保持一致。人体各个主要活动关节处的自由度不尽相同。传统机器人关节为实现多自由度的运动，通常采用两组结构上独立的动力装置，每组分别提供一个自由度，关节整体结构复杂，惯性大，动态响应性差，重构型差，装配复杂，不便维护。

为解决上述问题，目前已研制出多种惯性小，动态响应较快，结构也相对较简单的驱动装置。

中国专利N201736231U，机器人腕关节。该关节是一个二自由度转动并联机构。U形件的U形上部通过第一组同轴转动副铰链与环形件相连；拔杆的中部固联在手掌连接件的一端，拔杆的两端通过第二组同轴转动副铰链与环形件相连；手掌连接件通过转动副铰链与手掌几座相联，手掌几座通过第三组同轴转动副铰链与腕关节基座相连。机器人手掌与所述手掌连接件的另一端相联。尽管该实用新型结构简单、响应速度快，并且也一定程度上改进了以往的并联机构工艺性差的特点，但由于其本身结构的限制并不具有良好的重构性。

美国专利US007429844B2，机器人用伺服模块和关节伺服。该发明设计了两种成L型的伺服模块，在机器人的不同关节处，通过第三方连接件进行组合以实现不同的自由度。该发明重构性好，装配简单也易于维护。但由于其结构特点，机体惯性较大，动态响应性较差。

 

发明内容

本发明的目的是针对现有机器人双自由度关节驱动装置的不足，提供一种采用双电机交错布置的双自由度机器人髋关节舵机。

本发明采用的技术方案如下：

本发明由设置在壳体内呈L型交叉的X向驱动机构、Y向驱动机构组成。

所述的X向驱动机构包括X向端盖、X向齿轮减速机构、X向角度传感器、X向电机、X向电机端盖。

X向电机输出轴上固定连接有电机齿轮，X向电机置于壳体内，由X向电机端盖通过X向端盖螺钉进行定位；X向齿轮减速机构包括X向第一齿轮、X向第二齿轮、X向第一心轴、X向第二心轴、X向惰轮和X向输出齿轮。

所述的X向电机齿轮与X向第一齿轮的大齿轮啮合，X向第一齿轮的小齿轮与X向第二齿轮的大齿轮啮合，X向第二齿轮的小齿轮与X向输出齿轮啮合，X向输出齿轮还与X向惰轮啮合；所述的X向第一齿轮和X向第二齿轮分别由X向第一心轴和X向第二心轴穿过并固定在X向壳体中。

所述的X向惰轮的下端输出轴穿过X向惰轮下轴承和X向角度传感器，X向角度传感器通过螺钉固定在壳体内；另一端穿过至于X向端盖内部的X向惰轮上轴承的内圈。

所述的X向输出齿轮的上端穿过X向输出轴上轴承和X向端盖作为X向驱动机构的驱动轴；X向输出齿轮的下端穿过置于壳体中的X向输出轴下轴承。

所述的Y向驱动机构包括Y向端盖、Y向齿轮减速机构、Y向角度传感器、Y向电机、Y向电机端盖；Y向驱动机构与X向驱动机构结构相同。

控制电路板置于壳体内部，通过Y向电机端盖的一处凹槽进行定位，用以控制电机。

本发明的有益效果：通过将两个电机内置于一个舵机之中，实现一个舵机提高两个方向的输出，大大减小了传统机器人关节利用第三方连接件实现两个方向输出所占的空间，使得关节结构更加紧凑，惯性更小，动态性能更优。

附图说明

图1为舵机外型示意图；

图2为舵机装配爆炸图；

附图中：1.X向端盖螺钉、2.X向端盖、3.X向输出轴上轴承、4.X向输出齿轮、5.X向第二齿轮、6.X向第二心轴、7.X向第一心轴、8.X向第一齿轮、9.X向惰轮上轴承、10.X向惰轮、11.X向输出轴下轴承、12.X向惰轮下轴承、13.Y向电机端盖螺钉、14.Y向电机端盖、15.控制电路板、16.Y向电机、17.X向角度传感器、18.X向电机端盖、19X向电机、20壳体、21.Y向第一齿轮、22.Y向第一心轴、23.Y向第二齿轮、24.Y向第二心轴、25.Y向输出轴下轴承、26.Y向惰轮下轴承、27.Y向输出齿轮、28.Y向惰轮、29.Y向输出轴上轴承、30.Y向惰轮上轴承、31.Y向端盖、32.Y向端盖螺钉、33.Y向角度传感器、34.Y向角度传感器螺钉、35.X向电机端盖、36.X向电机端盖螺钉。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，舵机由X向端盖螺钉1、X向端盖2、X向输出轴上轴承3、X向输出齿轮4、X向第二齿轮5、X向第二心轴6、X向第一心轴7、X向第一齿轮8、X向惰轮上轴承9、X向惰轮10、X向输出轴下轴承11、X向惰轮下轴承12、Y向电机端盖螺钉13、Y向电机端盖14、控制电路板15、Y向电机16、X向角度传感器17、X向角度传感器螺钉18、X向电机19、壳体20、Y向第一齿轮21、Y向第一心轴22、Y向第二齿轮23、Y向第二心轴24、Y向输出轴下轴承25、Y向惰轮下轴承26、Y向输出齿轮27、Y向惰轮28、Y向输出轴上轴承29、Y向惰轮上轴承30、Y向端盖31、Y向端盖螺钉32、Y向角度传感器33、Y向角度传感器螺钉34、X向电机端盖35、X向电机端盖螺钉36组成。

所述的X向端盖螺钉1、X向端盖2、Y向电机端盖螺钉13、Y向电机端盖14、壳体20、Y向端盖31、Y向端盖螺钉32 、X向电机端盖35、X向电机端盖螺钉36组成一个封闭空间。

在该封闭空间内设置有：X向输出轴上轴承3、X向输出齿轮4、X向第二齿轮5、X向第二心轴6、X向第一心轴7、X向第一齿轮8、X向惰轮上轴承9、X向惰轮10、X向输出轴下轴承11、X向惰轮下轴承12、控制电路板15、Y向电机16、X向角度传感器17、X向角度传感器螺钉18、X向电机19、壳体20、Y向第一齿轮21、Y向第一心轴22、Y向第二齿轮23、Y向第二心轴23、Y向输出轴下轴承25、Y向惰轮下轴承26、Y向输出齿轮27、Y向惰轮28、Y向输出轴上轴承29、Y向惰轮上轴承30、Y向角度传感器33、Y向角度传感器螺钉34。

所述的X向电机19输出轴固定连接有电机齿轮，其中X向电机通过X向电机端盖35经由X向电机端盖螺钉36固定在壳体20内的一个桶型结构内；所述的Y向电机16输出轴固定连接有电机齿轮，其中Y向电机通过Y向电机端盖15经由Y向电机端盖螺钉14固定在壳体20内的一个桶型结构内。

所述的X向第一齿轮8和X向第二齿轮5通过X向第一心轴7和X向第二心轴6固定在壳体20相应位置；所述的X向输出齿轮4通过X向输出轴上轴承3、X向输出轴下轴承11固定在壳体20相应位置；所述的X向惰轮10通过X向惰轮上轴承9和X向惰轮下轴承12固定在壳体20相应位置。

所述的Y向第一齿轮21和Y向第二齿轮23通过Y向第一心轴22和Y向第二心轴24固定在壳体20相应位置；所述的Y向输出齿轮27通过Y向输出轴上轴承29、Y向输出轴下轴承25固定在壳体20相应位置；所述的Y向惰轮28通过Y向惰轮上轴承30和Y向惰轮下轴承26固定在壳体20相应位置。

所述的X向输出齿轮4，有X向惰轮10与之啮合；在X向惰轮10下方连接有X向角度传感器34；所述的Y向输出齿轮27，有Y向惰轮28与之啮合；在Y向惰轮28下方连接有Y向角度传感器34。

所述的X向角度传感器17、Y向角度传感器34与控制电路板相连；所述的控制电路板安置在Y向电机16的一侧。

舵机工作方式如下：

机体主控芯片发出控制信号传输到控制电路板15，要求X、Y向分别输出两个角度，控制电路板15经过处理，对电机进行控制，X向电机19与Y向电机16分别在一定的时间内旋转不同的角度。电机启动后，通过上述的动力传输路线，即电机通过齿轮减速机构，将动力传递至输出轴。之后将输出轴的角度经由角度传感器反馈至控制电路板。由控制电路板进行反馈控制调整达到相应的精度。

Claims (1)

1. 双自由度机器人髋关节舵机，由设置在壳体内呈L型交叉的X向驱动机构、Y向驱动机构组成，其特征在于：

所述的X向驱动机构包括X向端盖、X向齿轮减速机构、X向角度传感器、X向电机、X向电机端盖；

X向电机输出轴上固定连接有电机齿轮，X向电机置于壳体内，由X向电机端盖通过X向端盖螺钉进行定位；X向齿轮减速机构包括X向第一齿轮、X向第二齿轮、X向第一心轴、X向第二心轴、X向惰轮和X向输出齿轮；

所述的X向电机齿轮与X向第一齿轮的大齿轮啮合，X向第一齿轮的小齿轮与X向第二齿轮的大齿轮啮合，X向第二齿轮的小齿轮与X向输出齿轮啮合，X向输出齿轮还与X向惰轮啮合；所述的X向第一齿轮和X向第二齿轮分别由X向第一心轴和X向第二心轴穿过并固定在X向壳体中；

所述的X向惰轮的下端输出轴穿过X向惰轮下轴承和X向角度传感器，X向角度传感器通过螺钉固定在壳体内；另一端穿过至于X向端盖内部的X向惰轮上轴承的内圈；

所述的X向输出齿轮的上端穿过X向输出轴上轴承和X向端盖作为X向驱动机构的驱动轴；X向输出齿轮的下端穿过置于壳体中的X向输出轴下轴承；

所述的Y向驱动机构包括Y向端盖、Y向齿轮减速机构、Y向角度传感器、Y向电机、Y向电机端盖；Y向驱动机构与X向驱动机构结构相同；

控制电路板置于壳体内部，通过Y向电机端盖的一处凹槽进行定位，用以控制电机。

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