CN102862165A - 双自由度机器人肩关节舵机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双自由度机器人肩关节舵机。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

双自由度机器人肩关节舵机

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肩关节舵机。

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CN201736231U，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肩关节舵机。

本发明采用的技术方案如下：

本发明由设置在壳体内呈T型交叉的X向驱动机构和Y向驱动机构组成。

所述的X向驱动机构包括X向电机端盖、X向电机、X向电机套、X向齿轮减速机构、X向角度传感器、X向壳体、X向输出轴端盖、X向输出轴轴承和连接盘。

X向电机输出轴上固定连接有电机齿轮，X向电机置于X向电机套内，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；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向输出齿轮的一端穿过X向角度传感器，X向角度传感器通过螺钉固定在X向壳体内；另一端穿过X向输出轴轴承和X向输出端盖，通过螺钉与连接盘连接，X向输出齿轮的输出轴作为X向驱动轴。

所述的Y向驱动机构包括Y向顶盖、Y向输出轴上轴承、Y向输出轴下轴承、Y向齿轮减速机构、Y向角度传感器、Y向壳体、Y向电机和Y向底盖。

Y向电机输出轴上固定连接有电机齿轮，由Y向底盖通过螺钉进行定位。

Y的齿轮减速机构与X向齿轮减速机构的结构相同。

Y向输出齿轮一端与Y向输出齿轮上轴承内圈配合，外圈与Y向顶盖中心一处沉孔配合； Y向输出齿轮的另一端与Y向输出齿轮下轴承内圈配合并穿过Y向角度传感器，外圈与Y向壳体内一处沉孔配合。

所述的Y向角度传感器通过螺钉固定在Y向壳体内部，用以检测输出端转过的角度，并将角度信号反馈给电路控制板。

控制电路板通过控制电路板螺钉固定在Y向壳体内部，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向电机端盖螺钉、2.X向电机端盖、3.X向电机、4.X向电机套、5.X向第一齿轮、6.X向第二齿轮、7.X向第一心轴、8.X向第二心轴、9.X向固定螺钉、10.X向角度传感器、11.X向输出齿轮、12.X向壳体、13.X向输出轴端盖、14.X向输出轴端盖螺钉、15.X向输出轴轴承、16.连接盘、17.轴端螺钉、18.连接盘固定螺钉、19.Y向长螺钉、20.Y向顶盖、21.Y向输出轴上轴承、22.Y向输出齿轮、23.Y向第二心轴、24.Y向第二齿轮、25.Y向输出轴下轴承、26.Y向第一心轴、27.Y向第一齿轮、28.Y向壳体、29.Y向角度传感器、30.Y向固定螺钉、31.控制电路板、32.控制电路板螺钉、33.Y向电机、34.Y向底盖。

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。

图1所示，为该舵机外型示意图。成T型交错结构，两个轴线方向分别有一输出轴用以提供驱动力。

如图2所示，是舵机的装配爆炸图，舵机由X向电机端盖螺钉1、X向电机端盖2、X向电机3、X向电机套4、X向第一齿轮5、X向第二齿轮6、X向第一心轴7、X向第二心轴8、X向固定螺钉9、X向角度传感器10、X向输出齿轮11、X向壳体12、X向输出轴端盖13、X向输出轴端盖螺钉14、X向输出轴轴承15、连接盘16、轴端螺钉17、连接盘固定螺钉18、Y向长螺钉19、Y向顶盖20、Y向输出轴上轴承21、Y向输出齿轮22、Y向第二心轴23、Y向第二齿轮24、Y向输出轴下轴承25、Y向第一心轴26、Y向第一齿轮27、Y向壳体28、Y向角度传感器29、Y向固定螺钉30、控制电路板31、控制电路板螺钉32、Y向电机33、Y向底盖34。

所述的X向电机端盖螺钉1、X向电机端盖2、X向输出轴端盖13、X向输出轴端盖螺钉14、Y向长螺钉19、Y向顶盖20、Y向壳体28、Y向底盖34组成一个封闭的空间。

在该封闭空间内设置有： X向电机3、X向电机套4、X向第一齿轮5、X向第二齿轮6、X向第一心轴7、X向第二心轴8、X向固定螺钉9、X向角度传感器10、X向输出齿轮11、X向壳体12、X向输出轴轴承15、连接盘16、轴端螺钉17、连接盘固定螺钉18、Y向输出轴上轴承21、Y向输出齿轮22、Y向第二心轴23、Y向第二齿轮24、Y向输出轴下轴承25、Y向第一心轴26、Y向第一齿轮27、Y向角度传感器29、Y向固定螺钉30、控制电路板31、控制电路板螺钉32、Y向电机33。

所述的壳体分为X向与Y向两部分，其中X向壳体12经由一个连接盘16，通过连接盘螺钉18与Y向壳体28连接；所述的X向壳体靠近Y向壳体一端，通过X向输出轴端盖螺钉14连接一个X向输出轴端盖13，两者之间设置一个X向输出轴轴承15；所述X向输出轴轴承15的外圈紧贴X向壳体12，内圈与X向输出齿轮11的输出轴配合。

所述的X向电机3输出轴固连有电机齿轮，电机3内置于X向电机套4内，底部设置有X向电机端盖2，通过X向电机端盖螺钉1与X向电机套4相连，用以固定X向电机3；所述的电机齿轮分别于多个齿轮啮合，并将动力传递至输出齿轮处；其中X向输出齿轮11经过轴端螺钉17与连接盘16固连，从而实现X向壳体12与Y向壳体28的相对转动。

所述的X向角度传感器10和Y向角度传感器29，分别设置在X向壳体12和Y向壳体28中；所述的控制电路板31设置在Y向壳体28内，用以控制两个方向的电机转动和角度传感器反馈信号处理。

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31，要求X、Y向分别输出两个角度，控制电路板31经过处理，对电机进行控制，X向电机3与Y向电机33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. 双自由度机器人肩关节舵机，由设置在壳体内呈T型交叉的X向驱动机构和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向电机端盖、X向电机、X向电机套、X向齿轮减速机构、X向角度传感器、X向壳体、X向输出轴端盖、X向输出轴轴承和连接盘；

X向电机输出轴上固定连接有电机齿轮，X向电机置于X向电机套内，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；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向输出齿轮的一端穿过X向角度传感器，X向角度传感器通过螺钉固定在X向壳体内；另一端穿过X向输出轴轴承和X向输出端盖，通过螺钉与连接盘连接，X向输出齿轮的输出轴作为X向驱动轴；

所述的Y向驱动机构包括Y向顶盖、Y向输出轴上轴承、Y向输出轴下轴承、Y向齿轮减速机构、Y向角度传感器、Y向壳体、Y向电机和Y向底盖；

Y向电机输出轴上固定连接有电机齿轮，由Y向底盖通过螺钉进行定位； 

Y的齿轮减速机构与X向齿轮减速机构的结构相同；

Y向输出齿轮一端与Y向输出齿轮上轴承内圈配合，外圈与Y向顶盖中心一处沉孔配合；Y向输出齿轮的另一端与Y向输出齿轮下轴承内圈配合并穿过Y向角度传感器，外圈与Y向壳体内一处沉孔配合；

所述的Y向角度传感器通过螺钉固定在Y向壳体内部，用以检测输出端转过的角度，并将角度信号反馈给电路控制板；

控制电路板通过控制电路板螺钉固定在Y向壳体内部，用以控制电机。

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