CN103112012A

CN103112012A - 具有柔顺特性的机器人关节驱动器

Info

Publication number: CN103112012A
Application number: CN201310020657XA
Authority: CN
Inventors: 周建军; 张亚平; 王瑶炜; 林阿斌
Original assignee: Hangzhou Dianzi University
Current assignee: Hangzhou Dianzi University
Priority date: 2013-01-18
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2013-05-22

Abstract

本发明公开了一种具有柔顺特性的机器人关节驱动器。本发明包括谐波减速电机、输入转盘、柔性部件、输出转轴、交叉滚子轴承、外壳体。输入转盘通过第一螺钉与谐波减速器连接，柔性部件通过输入转盘和输出转轴相对端面上的扇形凸台定位安装，外壳体通过第二螺钉与电机的端面连接，输出转轴的端面开有螺纹孔，用来连接关节输出件。本发明结构设计简单紧凑，加工实现容易，有利于改善机器人储能特性和提高人机交互安全性。

Description

具有柔顺特性的机器人关节驱动器

技术领域

本发明属于服务机器人技术领域，涉及一种具有柔顺特性的机器人关节驱动器。

背景技术

机器人技术涉及机械、电子、通信、计算机、自动化、传感器及仿生学等多个学科和领域，是各领域先进技术的综合。传统的机器人主要应用于工业机器人领域，其工作环境相对固定，且无需与人协同工作。所以，用于这些场合的机器人设计笨重，刚性较大，是一种高带宽的快速响应系统，以确保机器人有很高的位置精度和实现对运行轨迹的精确跟踪，能高效的实现重复性的工作。

随着机器人技术的不断发展，机器人已经不仅仅存在于传统的工业领域。近些年来，越来越多的机器人开始出现在人类的日常生活中，如家庭服务机器人、娱乐机器人、导览机器人、医疗康复机器人以及机器人玩具等，这些机器人工作时与人存在不同程度的交互，工作过程中会受到人的强制性干扰，同时，机器人也可能会对人造成伤害。所以，在设计此类机器人时应降低对刚度、精度的要求，主要考虑机器人有良好的安全性，能减缓意外冲击，防止发生意外损伤。

中国专利CN101870111A，机器人的关节驱动装置，包括气动人工肌肉驱动部，直流伺服电机驱动部，机器人关节部，机器人关节转角测量部。该发明利用电机驱动与气动人工肌肉驱动相结合，实现了关节驱动装置的柔顺性。因但由于气动人工肌肉的非线性较大，给控制带来不便。并且由于气动人工肌肉工作需要使用气泵，增加了机器人的负载。

中国专利CN102189556A，带缓冲弹簧和柔性轴套的气动肌肉柔顺肘关节装置，它主要由前连杆、后连杆、关节转轴、关节轴承、柔性轴套、气动肌肉、缓冲机构、偏置弹簧。该发明利用气动肌肉实现关节的柔顺特性，同时在关节中加入缓冲弹簧和柔性轴套，能有效缓解冲击并可扩展转动关节的运动自由度。提高了关节的抗冲击能力和工作性能。但同样由于气动肌肉本身的一些局限性，导致其不能满足日益提高的对机器人的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有服务机器人关节驱动装置的不足，提出一种具有柔顺特性的机器人关节驱动器。

本发明技术方案如下：

本发明包括谐波减速电机、输入转盘、柔性部件、输出转轴、交叉滚子轴承、外壳体。输入转盘通过第一批螺钉与谐波减速器连接，柔性部件通过输入转盘和输出转轴相对端面上的扇形凸台定位安装，外壳体通过第二批螺钉与电机的端面连接，输出转轴的端面开有螺纹孔，用来连接关节输出件。

本发明的有益效果是：本发明在减速器带动输入转盘转动或输出转轴受到外界冲击力时，柔性部件会被压缩，起到缓冲的作用，可以很好的保护人机安全；并且被压缩是柔性部件存储的能量可以在特定时间释放，可节省能量。本发明结构设计简单紧凑，各部件工艺性简单，加工实现容易；根据不同关节，可灵活改变柔性部件的参数，使得机器人具有了柔顺特性，能更加自然地与人交互。

附图说明

图1为本发明的装配爆炸图；

图2为本发明的局部剖视图；

图3为本发明的柔性部件安装端面剖视图；

图4(a)和图4(b)为本发明的输入转盘结构图；

图5(a)和图5(b)是本发明的柔性部件结构图；

图6(a)和图6(b)是本发明的输出转轴结构图；

图7是本发明的工作初期柔性部件的变形情况图；

图8(a)和图8(b)是本发明辅助安装件的使用方法原理图；

图中，谐波减速电机1、输入转盘2、螺钉3、柔性部件4、输出转轴5、交叉滚子轴承6、外壳体7、螺钉8、通孔9、扇形凸台10、凹槽11、穿线孔12、基圆环13、薄壁圆环14、扇形凸台15、螺纹孔16、穿线孔17、阻尼元件18、辅助安装件19。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。

如图1、图2和图3所示，本发明包括谐波减速电机1、输入转盘2、螺钉3、柔性部件4、输出转轴5、交叉滚子轴承6、外壳体7、螺钉8；输入转盘2通过凹槽11与谐波减速电机1端面定位，用螺钉3和通孔9安装固定，参见图4(a)和图4(b)；通过均布于柔性部件4基圆环13上的薄壁圆环14与输入转盘2上的三个均布的扇形凸台10的侧面贴紧，并保证穿线孔12和基圆环13同轴，参见图5(a)和图5(b)，来定位安装柔性部件4；用辅助安装件19挤压薄壁圆环14使其径向发生若干毫米的位移，以便将输出转轴5上的扇形凸台15压入已定位好的柔性部件4薄壁圆环14之间，参见图8(a)和图8(b)；将交叉滚子轴承6安装在输出转轴5上，再把外壳体7通过螺钉8与谐波减速电机1端面固定。输出转轴的端面开有螺纹孔16，用来连接关节输出件，螺纹孔16围绕中心的穿线孔17，参见图6(a)和图6(b)。

如图7所示，谐波减速电机1工作时，带动输入转盘2转动，并挤压柔性部件4上的薄壁圆环14发生变形，径向产生一定的位移时不在变形，开始推动输出转轴5转动；阻尼元件18是一种特殊的聚合物材料，可有效减弱输出转轴5刚开始转动时的震动；关节反向转动时，薄壁圆环14储存的能量释放，输出转轴5实现快速反转。

若谐波减速电机1不工作，输出转轴5受到意外冲击力时发生偏转，柔性部件4上的薄壁圆环14受到扇形凸台15的挤压，发生变形，但输入转盘2不转动，保护了谐波减速电机1不被损坏。

根据机器人不同关节对柔顺性的需求不同，可以改变柔性部件4基圆环13的大小，薄壁圆环14的大小、形状和厚度及柔性部件4的整体厚度，得到恰当柔顺特性的柔顺元件4。

以上通过参考在附图中表示的示例性实施例对本发明做了特别的展示和说明，对本领域的技术人员来说，应该明白，在不背离本发明的思想和范围下做出在形式上和细节上的各种修改和改变，都将是对本发明专利的侵犯。因此本发明要保护的真正思想和范围由所附的权利要求书来限定。

Claims

1. 具有柔顺特性的机器人关节驱动器，包括谐波减速电机、输入转盘、柔性部件、输出转轴、交叉滚子轴承、外壳体，其特征在于：输入转盘通过第一批螺钉与谐波减速器连接，柔性部件通过输入转盘和输出转轴相对端面上的扇形凸台定位安装，外壳体通过第二批螺钉与电机的端面连接，输出转轴的端面开有螺纹孔，用来连接关节输出件。

2.根据权利要求1所述的机器人关节驱动器，其特征在于：所述的柔性部件包括基圆环、薄壁圆环，基圆环和薄壁圆环之间由柔性铰链连接，薄壁圆环均布在基圆环外围。

3.根据权利要求1所述的机器人关节驱动器，其特征在于：所述的输入转盘和输出转轴均具有扇形凸台，用于定位、夹紧。

4.根据权利要求1、2或3所述的机器人关节驱动器，其特征在于：所述的输入转盘、柔性部件、输出转轴都具有穿线孔，便于穿线。