CN103273499B - 紧凑型机器人模块化关节及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紧凑型机器人模块化关节及使用该关节的机器人。该紧凑型机器人模块化关节通过输入轴使该关节自转，并通过相啮合的第一、第二圆锥齿轮传动带动转动件转动，可使得转动件的旋转方向与输出轴的转动方向垂直正交，从而有利于将与输出轴连接的驱动电机沿竖直方向布置于与转动件连接的部件内部，减少整个机构所需的空间。<!--1-->

Description

紧凑型机器人模块化关节及机器人

技术领域

本发明涉及机器人设计领域，尤其是一种机器人关节传动结构及使用该结构的机器人。

背景技术

随着科技的发展和全球化市场的竞争，机器人正被人们广泛地应用于各类生产实践中，同时为了适应各种不同作业空间的需求，模块化机器人凭借其特有的可重构和便于维修等优点正逐步成为人们的研究热点。机器人的模块化就是将机器人的某些要素组合在一起，构成一个具有特定功能的子系统，再将这个子系统作为通用性的模块与其他子系统进行组合，构成一个完整的机器人，甚至产生多种不同功能或相同功能、不同性能的机器人。

根据机器人机构的运动特点，即其作业空间的形状取决于关节运动副的类型的组合，其作业空间的大小取决于运动副间连杆的尺寸，因此机器人的可重构模块的类型应与机器人关节运动副的类型对应。考虑可重构模块化机器人系统的功能特点和模块划分的基本原则，参考现有研究成果，构成机器人的模块可划分为关节模块、连杆模块和辅助模块。其中关节模块包括具有一个自由度的旋转关节、回转关节和移动关节共三种形式。每种关节模块内部均有独立的驱动和传动单元。

专利号为200720105893.1的中国专利公开了一种包括左底板、右底板以及舵机的简易拼装模块，各机构单元通过螺钉连接，通过控制舵机的转动能够实现与该舵机轴相固连的连杆做俯仰运动。通过分析，该机构具有机构尺寸小、组装方便、通用性强的优点，但是单个的该机构只能实现一个旋转的自由度，并且连杆的俯仰角度受舵机所允许的转角范围限制。

专利号为200920114891.8的中国专利公开了一种用于组装模块化机器人的节点模块，包括左连接板、右连接板、前连接板、后连接板、上连接板和下连接板。通过分析，该节点模块能够与拼装模块一起构建多足机器人，使机器人具有良好的对称性和稳定的运动方式，但是只能作为相邻两连杆的连接机构而不能具有旋转和平移的自由度。

专利号为200920114892.2的中国专利公开了一种由左连接板、右连接板、上底板、下底板、舵机和旋转链接盘组成的旋转模块。通过分析，该机构只能实现一个转动的自由度，连杆的旋转角度受舵机的转角限制。

从现有的文献检索可知，国内对机器人模块化机构的研究仍处于初步阶段，主要的研究成果是通过各拼装模块和节点模块组成仅由这两类模块组成的机器蛇、机器毛虫等，而很少能应用于工业机器人的连接中。同时该类模块化机构主要是通过舵机直接驱动，转动范围和承载能力受限。因此如何设计更好的机器人模块化机构并将其应用于工业机器人的连接组装具有十分重要的意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种结构简单、制造成本低、所需空间小的紧凑型机器人模块化关节。

为达到上述目的，本发明紧凑型机器人模块化关节可采用如下技术方案：

一种紧凑型机器人模块化关节，包括输入轴、固定于输入轴一端的连接件，固定于连接件内的中间传动轴、安装并周向定位于中间传动轴上的第一圆锥齿轮、与第一圆锥齿轮啮合的第二圆锥齿轮、连接第二圆锥齿轮的输出轴、安装于中间传动轴上并绕中间传动轴转动的转动件，所述连接件内部具有收容空间，所述转动件内设有空腔及连通空腔的开口，所述第一圆锥齿轮、第二圆锥齿轮均位于空腔内，输出轴自开口延伸于空腔中并与第二圆锥齿轮连接，所述输出轴与开口之间安装有轴承；所述输入轴连接第一驱动电机，输出轴连接第二驱动电机。

本发明紧凑型机器人模块化关节结构简单，制造成本低，并且能够实现机器人所需要的关节多个自由度运动。其通过相啮合的第一、第二圆锥齿轮传动，可使得转动件的旋转方向与输出轴的转动方向垂直正交，从而有利于将与输出轴连接的驱动电机沿竖直方向布置于与转动件连接的部件内部，减少整个机构所需的空间。

为达到上述目的，本发明使用所述紧凑型机器人模块化关节的机器人可以采用如下技术方案：

该机器人包括若干紧凑型机器人模块化关节，两相邻若干紧凑型机器人模块化关节之间设有同时连接该两紧凑型机器人模块化关节的连接臂，所述连接臂分别与紧凑型机器人模块化关节的转动件或者输入轴连接，所述连接臂上设有用以收容驱动电机的缺口，第一驱动电机及第二驱动电机均设置于连接臂内。

本发明机器人使用上述若干紧凑型机器人模块化关节，连接臂能够实现自转及俯仰运动。并且通过相啮合的第一、第二圆锥齿轮传动，可使得转动件的旋转方向与输出轴的转动方向垂直正交，第一驱动电机及第二驱动电机均设置于连接臂内而不会再占用垂直连接臂向外的空间，使整个机器人结构修长紧凑，占用空间小。

附图说明

图1是本发明紧凑型机器人模块化关节的结构示意图。

图2是紧凑型机器人模块化关节中转动件的立体图。

图3是本发明使用紧凑型机器人模块化关节的机器人的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1至图3所示，本发明公开一种紧凑型机器人模块化关节，包括输入轴7、固定于输入轴7一端的连接件1，固定于连接件1内的中间传动轴2、安装并周向定位于中间传动轴2上的第一圆锥齿轮6、与第一圆锥齿轮6啮合的第二圆锥齿轮3、连接第二圆锥齿轮3的输出轴4、安装于中间传动轴2上并绕中间传动轴2转动的转动件5。所述连接件1内部具有收容空间8。所述转动件5内设有空腔9及连通空腔9的开口10。所述第一圆锥齿轮6、第二圆锥齿轮3均位于空腔9内，输出轴4自开口10延伸于空腔9中并与第二圆锥齿轮3连接，所述输出轴4与开口10之间安装有轴承。

请结合图3所示，所述输入轴7连接第一驱动电机11，输出轴4连接第二驱动电机12。第一驱动电机11驱动输入轴7转动从而带动整个紧凑型机器人模块化关节能够绕输入轴4轴线转动。第二驱动电机12驱动第一圆锥齿轮6转动，从而使第一圆锥齿轮6以及输出轴4带动整个转动件5绕中间传动轴2转动。

请结合图2所示，所述转动件5包括承载部13及自承载部13延伸入连接件1内的转动部14，承载部13及转动部14形成T形。所述转动部14设有通孔15，所述中间传动轴2穿过该通孔15。第一圆锥齿轮6收容于该转动部14内，第二圆锥齿轮3及输出轴4收容于所述承载部13内。第一圆锥齿轮6及第二圆锥齿轮3啮合于承载部13及传动部14相接处。

该紧凑型机器人模块化关节能够通过输入轴7及输出轴4的转动带动连接件1绕输入轴7轴线转动以及带动转动件5绕中间传动轴2转动而起到关节的作用。将输入轴7及转动件5分别连接机器人的其他部件，比如机器人的大臂及小臂，即可使小臂自转并相对大臂弯曲，为了进一步说明，下面请再结合图3所示，给出使用上述紧凑型机器人模块化关节的机器人的实施例。

该机器人包括若干紧凑型机器人模块化关节，两相邻若干紧凑型机器人模块化关节之间设有同时连接该两紧凑型机器人模块化关节的第一连接臂16、第二连接臂17。所述第一、第二连接臂16、17分别与紧凑型机器人模块化关节的转动件5或者输入轴7连接，所述连接臂16上设有用以收容驱动电机的缺口18。由于第一、第二连接臂16、17之间使用了该紧凑型机器人模块化关节，故能够实现第二连接臂17的自转或者相对第一连接臂16的俯仰运动。

Claims (2)

1.一种紧凑型机器人模块化关节，其特征在于：包括输入轴、固定于输入轴一端的连接件，固定于连接件内的中间传动轴、安装并周向定位于中间传动轴上的第一圆锥齿轮、与第一圆锥齿轮啮合的第二圆锥齿轮、连接第二圆锥齿轮的输出轴、安装于中间传动轴上并绕中间传动轴转动的转动件，所述连接件内部具有收容空间，所述转动件内设有空腔及连通空腔的开口，所述第一圆锥齿轮、第二圆锥齿轮均位于空腔内，输出轴自开口延伸于空腔中并与第二圆锥齿轮连接，所述输出轴与开口之间安装有轴承；所述输入轴连接第一驱动电机，输出轴连接第二驱动电机；所述转动件包括承载部及自承载部延伸入连接件内的转动部，承载部及转动部形成T形；所述转动部设有通孔，所述中间传动轴穿过该通孔；第一圆锥齿轮收容于该转动部内，第二圆锥齿轮及输出轴收容于所述承载部内，第一圆锥齿轮及第二圆锥齿轮啮合于承载部及传动部相接处。

2.使用根据权利要求1中所述紧凑型机器人模块化关节的机器人，其特征在于：包括若干紧凑型机器人模块化关节，两相邻若干紧凑型机器人模块化关节之间设有同时连接该两紧凑型机器人模块化关节的连接臂，所述连接臂分别与紧凑型机器人模块化关节的转动件或者输入轴连接，所述连接臂上设有用以收容驱动电机的缺口，第一驱动电机及第二驱动电机均设置于连接臂内。