CN103707317A - 用于多节式移动机器人的主被动结合连接机构 - Google Patents

Abstract

用于多节式移动机器人的主被动结合连接机构，它涉及一种用于多节式移动机器人的连接机构，以解决现有机器人连接机构采用液压传动，存在结构复杂、控制不精确的问题。丝杠调整模块的一端与第一连接件铰接、另一端与第二连接件铰接，第一连接件的另一端通过传动轴与被动齿轮连接，被动齿轮与主动齿轮啮合，主动齿轮安装在电机上，第二连接件的另一端与插接体固定连接，三自由度主从动模块设置在两个丝杠调整模块的下面，三自由度主从动模块上的Y方向转动块位于垂直连接板一端，阶梯轴位于三自由度主从动模块的下面，且阶梯轴与三自由度主从动模块上的X方向转动块连接，电磁紧固器固装在阶梯轴上。本发明用于机器人模块与机器人模块之间的连接。

Description

用于多节式移动机器人的主被动结合连接机构

技术领域

本发明涉及一种用于多节式移动机器人的连接机构，具体涉及用于多节式移动机器人的主被动结合连接机构。

背景技术

随着社会的发展和机器人技术的发展，人们对机器人的需求越来越大，要求越来越高，机器人朝着小型化、高精度化、灵敏化、轻型化发展，机器人关节是机器人的基础部件，其性能的好坏直接影响机器人的性能。机器人连接机构不仅能够应用于各种各样的机器人的关节，还能够应用于机器人模块之间的连接、汽车等领域。现有的机器人连接机构的传动是靠液压传动，该传动方式虽然能够很好的实现设计的功能，但是结构较复杂，控制不够灵敏，精准度和可靠性低，体积比较大，这些不足都大大的增加了机器人的成本，限制了机器人的发展，影响了机器人的性能。

发明内容

本发明为解决现有机器人连接机构的传动是靠液压传动，存在结构复杂、控制不灵敏、不精确的问题，而提供一种用于多节式移动机器人的主被动结合连接机构。

本发明的用于多节式移动机器人的主被动结合连接机构包括阶梯轴、三自由度主从动模块、第一连接件、第二连接件、传动轴、插接体、被动齿轮、主动齿轮、电机、电磁紧固器和两个丝杠调整模块，所述两个丝杠调整模块并排平行设置，每个丝杠调整模块的一端与第一连接件铰接，丝杠调整模块的另一端与第二连接件铰接，第一连接件的另一端通过传动轴与被动齿轮连接，被动齿轮与主动齿轮啮合，主动齿轮安装在电机上，第二连接件的另一端与插接体固定连接，所述三自由度主从动模块设置在两个丝杠调整模块的下面，三自由度主从动模块上的Y方向转动块位于插接体一侧，阶梯轴位于三自由度主从动模块的下面，且阶梯轴与三自由度主从动模块上的X方向转动块连接，电磁紧固器固装在阶梯轴上。

本发明的有益效果是：

一、本发明采用电机作为驱动原件，通过驱动丝杠调整第一连接件与第二连接件之间的距离，这种传动方式与液压传动方式相比，结构较简单、控制精准、可靠性高。

二、本发明的体积与现有技术相比减少了一倍以下。

三、本发明所采用的零部件制造简单。

四、本发明用于机器人模块与机器人模块之间的连接，还可用于机器人的关节以及两个部件之间的连接。

附图说明

图1是本发明的整体结构俯视立体图(图中标记13为主动结合件、标记12为被动结合件)；图2是本发明的主视立体图；图3是三自由度主从动模块2和两个丝杠调整模块3的位置关系俯视立体图；图4是三自由度主从动模块2和两个丝杠调整模块3的位置关系主视立体图；图5是三自由度主从动模块2的立体图；图6是丝杠调整模块3的剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式包括阶梯轴1、三自由度主从动模块2、第一连接件4、第二连接件5、传动轴6、插接体7、被动齿轮8、主动齿轮9、电机10、电磁紧固器11和两个丝杠调整模块3，所述两个丝杠调整模块3并排平行设置，每个丝杠调整模块3的一端与第一连接件4铰接，丝杠调整模块3的另一端与第二连接件5铰接，第一连接件4的另一端通过传动轴6与被动齿轮8连接，被动齿轮8与主动齿轮9啮合，主动齿轮9安装在电机10上，第二连接件5的另一端与插接体7固定连接，所述三自由度主从动模块2设置在两个丝杠调整模块3的下面，三自由度主从动模块2上的Y方向转动块2-6位于插接体7一侧，阶梯轴1位于三自由度主从动模块2的下面，且阶梯轴1与三自由度主从动模块2上的X方向转动块2-1连接，电磁紧固器11固装在阶梯轴1上。电磁紧固器8与被动结合件连接，通过电磁紧固器8来控制三自由度主从动模块2的X轴方向的移动。

具体实施方式二：结合图6说明本实施方式，本实施方式的每个丝杠调整模块3包括转动端连接块3-1、第一活动块3-2、丝杠连接件3-3、丝杠3-4、丝杠螺母3-5、丝杠套外3-6、丝杠套连接件3-7、第二活动块3-8、固定连接件3-9和六个销轴3-10，转动端连接块3-1的外端与第一连接件4铰接，第一活动块3-2的一端通过一个销轴3-10与转动端连接块3-1铰接，第一活动块3-2的另一端通过一个销轴3-10与丝杠连接件3-3的一端铰接，丝杠连接件3-3的另一端通过一个销轴3-10与丝杠3-4的一端铰接，丝杠3-4的另一端与丝杠螺母3-5螺纹连接，丝杠螺母3-5固定安装在丝杠套外3-6的一端内，丝杠套外3-6的另一端通过一个销轴3-10与丝杠套连接件3-7丝杠套连接件3-7的另一端通过一个销轴3-10与第二活动块3-8的一端铰接，第二活动块3-8的另一端通过一个销轴3-10与固定连接件3-9铰接，固定连接件3-9的外端与第二连接件5铰接。电机10驱动丝杠4转动，从而调节第一连接件4与第二连接件5之间的距离，丝杠3-4的目的是为了实现丝杠调整模块长度的变化，用丝杠3-4调整模块相比于气缸和液压具有良好的可控性，较高的精度，并且丝杠3-4与丝杠套外3-6之间具有自锁功能，能有效控制和调节丝杠调整模块的长度，进而精确而有效的控制连接关节绕Z轴、Y轴的转动角度，转动端连接块3-1、第一活动块3-2和丝杠连接件3-3可以很好的把电机10的转动传递到丝杠3-4上，丝杠套连接件3-7、第二活动块3-8和固定连接件3-9组成了万向联轴节。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图5说明本实施方式，本实施方式的三自由度主从动模块2包括X方向转动块2-1、Z方向转动块2-2、螺栓2-3、销钉2-4、螺母2-5和Y方向转动块2-6，X方向转动块2-1与Z方向转动块2-2的一端通过销钉2-4铰接，Z方向转动块2-2的另一端设有叉板安装槽2-2-1，Y方向转动块2-6的连接端设置在叉板安装槽2-2-1中，且Y方向转动块2-6通过螺栓2-3和螺母2-5与Z方向转动块2-2铰接。

本实施方式中Z轴为竖直方向，X轴和Y轴为水平面上的直角坐标系。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图5说明本实施方式，本实施方式的X方向转动块2-1由水平板2-1-1和垂直板2-1-2组成，垂直板2-1-2与水平板2-1-1垂直设置。这样设置便于X方向转动块2-1与外接部件的连接。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图5说明本实施方式，本实施方式的水平板2-1-1和垂直板2-1-2的厚度为3mm～5mm。水平板2-1-1和垂直板2-1-2采用3mm～5mm厚度，能够减小转动的阻力，具有很好的抗震功能，从而实现高精度控制和和较高的控制稳定性。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图5说明本实施方式，本实施方式的水平板2-1-1和垂直板2-1-2的厚度为4mm。水平板2-1-1和垂直板2-1-2采用4mm厚度，能够减小转动的阻力，具有很好的抗震功能，从而实现高精度控制和和较高的控制稳定性。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图5说明本实施方式，本实施方式的垂直板2-1-2上设有阶梯轴安装孔2-1-3。阶梯轴安装孔2-1-3用于安装阶梯轴1。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式八：结合图5说明本实施方式，本实施方式的Y方向转动块2-6为片状，其厚度为5mm～10mm。片状结构能够减小转动的阻力，具有很好的抗震功能，从而实现高精度控制和和较高的控制稳定性。其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：结合图5说明本实施方式，本实施方式的Y方向转动块2-6的厚度为6mm。片状结构能够减小转动的阻力，具有很好的抗震功能，从而实现高精度控制和和较高的控制稳定性。其它组成及连接关系与具体实施方式八相同。

具体实施方式十：结合图5说明本实施方式，本实施方式的Y方向转动块2-6的外端设有插槽2-6-1。在Y方向转动块2-6上设置插槽2-6-1可以减轻整体的重量。其它组成及连接关系与具体实施方式九相同。

工作原理

绕Z轴旋转：分别控制两个电机10的转角，从而控制丝杠3-4所转的角度，使丝杠调整模块的长度发生变化，根据连接关节所连接的两个部件的具体参数，就可以计算出两个丝杠调整模块对应绕Z轴旋转所需要的变化长度，控制两个丝杠调整模块长度随时间的变化率，就可以使关节连接的两个部件绕Z轴转动，并且保证Y方向转动块2-6不动，从而实现绕Z轴转动，若左边的丝杠调整模块3的长度大于右边的丝杠调整模块3的长度就向右转，反之左转。

绕Y轴转动：分别控制两个电机10的转角，从而控制丝杠3-4所转的角度，使两个丝杠调整模块变化的长度一致，就可以使关节连接的两个部件正好绕着Y轴转动，Z方向转动块2-2不动，从而实现绕Y轴的转动，两个丝杠调整模块3变短就是向上转动，变长就是向下转动。

同时绕Y轴和Z轴转动：分别控制两个电机10，使两个丝杠调整模块3的长度变化，根据连接关节所连接的两个部件的具体参数，就可以计算出左右丝杠调整模块3对应绕Z轴旋转所需要的变化长度，控制长度变化就可以使关节既绕着Z轴转动一定的角度又绕着Y轴转动一定的角度。

X方向移动：当电磁紧固器松开时，阶梯轴1可以在X方向移动，从而使X方向转动块2-1可以在X方向移动，当电磁紧固器8压紧时，阶梯轴1不能在X方向移动，则X方向转动块2-1就不能在X方向移动，当X方向转动块2-1在X方向发生了移动后，关节也会绕着Y轴转动，可以通过增加传感器来感知，然后控制电机10转动来中和绕Y轴的转动。

混合变化：当X轴方向移动和绕Y轴和Z轴转动需要同时发生时，可以分开分析每一个单独运动的特点，电机10所需转动的角度，最后再把各种情况叠加在一起，便可以实现混合变化。

当关节绕着Z轴或Y轴转动以后，转动端连接块3-1与丝杠连接件3-3会产生一个转角，丝杠套连接件3-7与固定连接件3-9同样会产生一个转角。当关节再一次绕着Z轴或Y轴旋转时，电机10的转动和丝杠3-4的转动由于连接件之间存在夹角所以不再呈线性关系，转动端连接块3-1、第一活动块3-2和丝杠连接件3-3的结构原理与万向联轴器的结构原理相同。

Claims (10)

1.用于多节式移动机器人的主被动结合连接机构，其特征在于：所述用于多节式移动机器人的主被动结合连接机构包括阶梯轴（1）、三自由度主从动模块（2）、第一连接件（4）、第二连接件（5）、传动轴（6）、插接体（7）、被动齿轮（8）、主动齿轮（9）、电机（10）、电磁紧固器（11）和两个丝杠调整模块（3），所述两个丝杠调整模块（3）并排平行设置，每个丝杠调整模块（3）的一端与第一连接件（4）铰接，丝杠调整模块（3）的另一端与第二连接件（5）铰接，第一连接件（4）的另一端通过传动轴（6）与被动齿轮（8连接，被动齿轮（8）与主动齿轮（9）啮合，主动齿轮（9）安装在电机（10）上，第二连接件（5）的另一端与插接体（7）固定连接，所述三自由度主从动模块（2设置在两个丝杠调整模块（3）的下面，三自由度主从动模块（2）上的Y方向转动块（2-6位于插接体（7）一侧，阶梯轴（1）位于三自由度主从动模块（2）的下面，且阶梯轴（1）与三自由度主从动模块（2）上的X方向转动块（2-1）连接，电磁紧固器（11）固装在阶梯轴（1）上。

2.根据权利要求1所述用于多节式移动机器人的主被动结合连接机构，其特征在于：所述每个丝杠调整模块（3）包括转动端连接块（3-1）、第一活动块（3-2）、丝杠连接件（3-3）、丝杠（3-4）、丝杠螺母（3-5）、丝杠套外（3-6）、丝杠套连接件（3-7）、第二活动块（3-8）、固定连接件（3-9）和六个销轴（3-10），第一活动块（3-2）的一端通过一个销轴（3-10）与转动端连接块（3-1）铰接，第一活动块（3-2）的另一端通过一个销轴（3-10与丝杠连接件（3-3）的一端铰接，丝杠连接件（3-3）的另一端通过一个销轴（3-10）与丝杠（3-4）的一端铰接，丝杠（3-4）的另一端与丝杠螺母（3-5）螺纹连接，丝杠螺母（3-5固定安装在丝杠套外（3-6）的一端内，丝杠套外（3-6）的另一端通过一个销轴（3-10）与丝杠套连接件（3-7）丝杠套连接件（3-7）的另一端通过一个销轴（3-10）与第二活动块（3-8）的一端铰接，第二活动块（3-8）的另一端通过一个销轴（3-10）与固定连接件（3-9）铰接。

3.根据权利要求1或2所述用于多节式移动机器人的主被动结合连接机构，其特征在于：所述三自由度主从动模块（2）包括X方向转动块（2-1）、Z方向转动块（2-2）、螺栓（2-3）、销钉（2-4）、螺母（2-5）和Y方向转动块（2-6），X方向转动块（2-1）与Z方向转动块（2-2）的一端通过销钉（2-4）铰接，Z方向转动块（2-2）的另一端设有叉板安装槽（2-2-1），Y方向转动块（2-6）的连接端设置在叉板安装槽（2-2-1）中，且Y方向转动块（2-6）通过螺栓（2-3）和螺母（2-5）与Z方向转动块（2-2）铰接。

4.根据权利要求3所述用于多节式移动机器人的主被动结合连接机构，其特征在于：所述X方向转动块（2-1）由水平板（2-1-1）和垂直板（2-1-2）组成，垂直板（2-1-2）与水平板（2-1-1）垂直设置。

5.根据权利要求4所述用于多节式移动机器人的主被动结合连接机构，其特征在于：所述水平板（2-1-1）和垂直板（2-1-2）的厚度为3mm～5mm。

6.根据权利要求5所述用于多节式移动机器人的主被动结合连接机构，其特征在于：所述水平板（2-1-1）和垂直板（2-1-2）的厚度为4mm。

7.根据权利要求5所述用于多节式移动机器人的主被动结合连接机构，其特征在于：所述垂直板（2-1-2）上设有阶梯轴安装孔（2-1-3）。

8.根据权利要求7所述用于多节式移动机器人的主被动结合连接机构，其特征在于：所述Y方向转动块（2-6）为片状，其厚度为5mm～10mm。

9.根据权利要求8所述用于多节式移动机器人的主被动结合连接机构，其特征在于：所述Y方向转动块（2-6）的厚度为6mm。

10.根据权利要求8所述用于多节式移动机器人的主被动结合连接机构，其特征在于：所述Y方向转动块（2-6）的外端设有插槽（2-6-1）。

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