CN105479483A - 用于机器人的摆动式关节及其组成的关节组件 - Google Patents
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Abstract
用于机器人的摆动式关节及其组成的关节组件,属于机器人系统领域，涉及一种关节结构及其组成的机器人组件部分。本发明以小型运动控制中所用的舵机或电动机加编码器作为驱动控制部件，构成封闭式摆动关节；摆动式关节由随动部1和摆动驱动部2组成；当控制内置舵机2-2动作时，舵机轴端2-4就带动随动部1摆动；并以此为基础构成更多的封闭式关节组件动作单元。本发明的封闭式摆动关节和关节组件动作单元，具有结构简单、表面封闭和可以转动和摆动的优点，很适用于构成机器人系统。
Description
技术领域
本发明属于机器人系统领域，涉及一种关节结构及其组成的机器人组件部分。
背景技术
在机器人领域中,机器人手臂与其它运动机构的运动都需要有转换和传递方向和力矩的关节机构。以这些关节机构可以组成手臂之类的组件机构,进而可以构成机器人系统,所以关节是机器人的最为重要的单元。但是，当前所用的这些关节机构都较为复杂，也较为庞大,多以传递力矩和改变方向为主。本发明以小型运动控制中所用的舵机或电动机加编码器作为驱动控制部件，构成封闭式摆动关节，并以此为基础构成更多的封闭式关节组件动作单元。
发明内容
摆动式关节由随动部1和摆动驱动部2组成；摆动驱动部2包括摆动驱动部的长的多面体2-1、内置双轴的摆动驱动舵机2-2、凹进平面2-3和内置摆动驱动舵机两端的突出的舵机轴端2-4组成；长形多面体2-1的一终端可以采用不限定的形式,而另一终端面突出为圆弧形,用来与随动部1配合；内置摆动驱动舵机2-2放于多面体2-1的内部，其两个轴端部从摆动驱动部的多面体2-1的靠近随动部一端的近端终部的侧面露出，并低于多面体2-1，而使多面体侧表面有个凹进平面2-3，舵机的两个轴端部的两个轴端2-4突出于凹进平面2-3；随动部1包括长的多面体1-1、伸出薄板1-2和孔1-3组成；随动部的多面体1-1与摆动驱动部相连的一终端两边有伸出薄板1-2，伸出薄板1-2上有孔1-3；随动部1和摆动驱动部2组合在一起，伸出薄板1-2置于凹进平面2-3，孔1-2紧密固定套在舵机轴端2-4上；这样，当控制内置舵机2-2动作时，舵机轴端2-4就带动随动部1摆动；在舵机2-2的轴向宽度比多面体2-1终端面宽度小的情况下，凹进平面2-3的凹进明显，而使其对应的伸出薄板1-2变为宽度增加的伸出多面体，保持前述的动作关系。
在前述的摆动式关节基础上,在随动部1的不与摆动部相连的另一终端的终端平面1-4上设置孔1-5,并与转动驱动部3连接，可以形成兼具旋转和摆动功能关节组件；转动驱动部3包括:长形多面体3-1、内置单轴的旋转驱动舵机3-2、多面体终端部平面3-3和转动驱动轴端3-4；多面体3-1靠近随动部1的终端部有平面3-3,多面体3-1里面内置旋转驱动舵机3-2,转动驱动轴端3-4从平面3-3穿出；随动部1与转动驱动部3这样连接:终端平面1-4和终端部平面3-3对贴到一起,孔1-5紧密套在转动驱动轴端3-4,当转动驱动轴3-4端转动时,带动随动部1随之旋转；在舵机2-2的轴向宽度比多面体2-1终端面宽度小的情况下，凹进平面2-3的凹进明显，而使其对应的伸出薄板1-2变为宽度增加的伸出多面体，保持前述的动作关系。这个关节的总的功能是：摆动驱动部2的内置摆动驱动舵机2-2的舵机轴端2-4的旋转使随动部1和其所带组件摆动，而转动驱动部3的内置旋转驱动舵机3-2的转动驱动轴端3-4的转动使随动部1和其所带组件转动，所以这个关节组件兼具旋转和摆动功能。
在前述的摆动式关节基础上,可以在没有内置摆动驱动舵机2-2的另一终端上增加手形组件,形成可摆动机械手；增加部分包括:两个单轴的手指驱动舵机2-5、驱动轴端2-6、手指2-7和手掌2-8；在多面体2-1里再内置两个手指驱动舵机2-5,手指驱动舵机2-5的驱动轴端2-6,长条体的手指2-7紧密固定在手指驱动轴端上,多面体2-1的不与随动部相连的一端的下面比上面多伸出的部分作为手掌2-8；当控制手指驱动舵机2-5动作时,驱动轴端2-6转动,带动手指2-7夹紧与松开,并在手掌的配合下,完成手持物的持有、松开和处理。在舵机2-2的轴向宽度比多面体2-1终端面宽度小的情况下，凹进平面2-3的凹进明显，而使伸出薄板1-2变为宽度增加的伸出多面体，保持前述的动作关系。这个摆动机械手的总的功能是：用两个手指和手掌持有重物和其它处理，并有摆动功能的手腕。
以上各种单轴和双轴舵机都是由PWM电信号驱动。
PWM电信号可用微处理器等电气电路产生。
因为舵机是一种电信号控制转动角度的轴旋转式机电元件，可以用电动机加编码器的组合来实现舵机的功能。
本发明的封闭式摆动关节和关节组件动作单元，具有结构简单、表面封闭和可以转动和摆动的优点，很适用于构成机器人系统。
附图说明
图1为摆动式关节的机械结构示意图；
图2为舵机2-2轴向宽度比多面体2-1终端面宽度小的情况下的摆动式关节的机械结构示意图；
图3为兼具旋转和摆动功能关节组件的机械结构示意图，另一种舵机2-2轴向宽度比多面体2-1终端面宽度小的情况下的兼具旋转和摆动功能关节组件的机械结构示意图省略；
图4为摆动机械手的机械结构示意图；
图5为舵机2-2轴向宽度比多面体2-1终端面宽度小的情况下的摆动机械手的机械结构示意图；
具体实施方式
具体实施方式一：
参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的摆动式关节由随动部1和摆动驱动部2组成；摆动驱动部2包括摆动驱动部的长的多面体2-1、内置双轴的摆动驱动舵机2-2、凹进平面2-3和内置摆动驱动舵机两端的突出的舵机轴端2-4组成；长形多面体2-1的一终端可以采用不限定的形式,而另一终端面突出为圆弧形,用来与随动部1配合；内置摆动驱动舵机2-2放于多面体2-1的内部，其两个轴端部从摆动驱动部的多面体2-1的靠近随动部一端的近端终部的侧面露出，并低于多面体2-1，而使多面体侧表面有个凹进平面2-3，舵机的两个轴端部的两个轴端2-4突出于凹进平面2-3；随动部1包括随动部长的多面体1-1、伸出薄板1-2和孔1-3组成；随动部的多面体1-1与摆动驱动部相连的一终端两边有伸出薄板1-2，伸出薄板1-2上有孔1-3；随动部1和摆动驱动部2组合在一起，伸出薄板1-2置于凹进平面2-3，孔1-2紧密固定套在舵机轴端2-4上；这样，当控制内置舵机2-2动作时，舵机轴端2-4就带动随动部1摆动；在舵机2-2的轴向宽度比多面体2-1终端面宽度小的情况下，凹进平面2-3的凹进明显，而使其对应的伸出薄板1-2变为宽度增加的伸出多面体，保持前述的动作关系。
以上各种单轴和双轴舵机都是由PWM电信号驱动。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的摆动式关节作进一步说明，参照图3具体说明本实施方式，本实施方式中，在前述的摆动式关节基础上,在随动部1的不与摆动部相连的另一终端的终端平面1-4上设置孔1-5,并与转动驱动部3连接，可以形成兼具旋转和摆动功能关节组件；转动驱动部3包括:长形多面体3-1、内置单轴的旋转驱动舵机3-2、多面体终端部平面3-3和转动驱动轴端3-4；多面体3-1靠近随动部1的终端部有平面3-3,多面体3-1里面内置旋转驱动舵机3-2,转动驱动轴端3-4从平面3-3穿出；随动部1与转动驱动部3这样连接:终端平面1-4和终端部平面3-3对贴到一起,孔1-5紧密套在转动驱动轴端3-4,当转动驱动轴3-4端转动时,带动随动部1随之旋转；在舵机2-2的轴向宽度比多面体2-1终端面宽度小的情况下，凹进平面2-3的凹进明显，而使其对应的伸出薄板1-2变为宽度增加的伸出多面体，保持前述的动作关系。这个关节的总的功能是：摆动驱动部2的内置摆动驱动舵机2-2的舵机轴端2-4的旋转使随动部1和其所带组件摆动，而转动驱动部3的内置旋转驱动舵机3-2的转动驱动轴端3-4的转动使随动部1和其所带组件转动，所以这个关节组件兼具旋转和摆动功能。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的摆动式关节作进一步说明，参照图4和图5具体说明本实施方式，本实施方式中，在前述的摆动式关节基础上,可以在没有内置摆动驱动舵机2-2的另一终端上增加手形组件,形成可摆动机械手；增加部分包括:两个单轴的手指驱动舵机2-5、驱动轴端2-6、手指2-7和手掌2-8；在多面体2-1里再内置两个手指驱动舵机2-5,手指驱动舵机2-5的驱动轴端2-6,长条体的手指2-7紧密固定在手指驱动轴端上,多面体2-1的不与随动部相连的一端的下面比上面多伸出的部分作为手掌2-8；当控制手指驱动舵机2-5动作时,驱动轴端2-6转动,带动手指2-7夹紧与松开,并在手掌的配合下,完成手持物的持有、松开和处理。在舵机2-2的轴向宽度比多面体2-1终端面宽度小的情况下，凹进平面2-3的凹进明显，而使其对应的伸出薄板1-2变为宽度增加的伸出多面体，保持前述的动作关系。这个摆动机械手的总的功能是：用两个手指和手掌持有重物和其它处理，并有摆动功能的手腕。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一到具体实施方式三所述的摆动式关节作进一步说明，所述的PWM电信号可用微处理器等电气电路产生。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一到具体实施方式三所述的摆动式关节作进一步说明，因为舵机是一种电信号控制转动角度的轴旋转式机电元件，可以用电动机加编码器的组合来实现舵机的功能。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一到具体实施方式三所述的摆动式关节作进一步说明，所述的摆动驱动舵机的型号为双轴舵机HX1218D或双轴舵机RDS3115。
具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式五所述的摆动式关节作进一步说明，所述的电动机采用直流减速电动机。
具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式四所述的摆动式关节作进一步说明，所述的微处理器型号为STM32F407。
Claims (9)
1.摆动式关节，其特征在于，它包括：随动部1和摆动驱动部2；
摆动驱动部2包括摆动驱动部的长的多面体2-1、内置双轴的摆动驱动舵机2-2、凹进平面2-3和内置摆动驱动舵机两端的突出的舵机轴端2-4组成；长形多面体2-1的一终端可以采用不限定的形式,而另一终端面突出为圆弧形,用来与随动部1配合；内置摆动驱动舵机2-2放于多面体2-1的内部，其两个轴端部从摆动驱动部的多面体2-1的靠近随动部一端的近端终部的侧面露出，并低于多面体2-1，而使多面体侧表面有个凹进平面2-3，舵机的两个轴端部的两个轴端2-4突出于凹进平面2-3；随动部1包括长的多面体1-1、伸出薄板1-2和孔1-3组成；随动部的多面体1-1与摆动驱动部相连的一终端两边有伸出薄板1-2，伸出薄板1-2上有孔1-3；随动部1和摆动驱动部2组合在一起，伸出薄板1-2置于凹进平面2-3，孔1-2紧密固定套在舵机轴端2-4上；这样，当控制内置舵机2-2动作时，舵机轴端2-4就带动随动部1摆动；在舵机2-2的轴向宽度比多面体2-1终端面宽度小的情况下，凹进平面2-3的凹进明显，而使其对应的伸出薄板1-2变为宽度增加的伸出多面体，保持前述的动作关系。
以上各种单轴和双轴舵机都是由PWM电信号驱动,也可以用电动机加编码器的组合来实现舵机的功能。
2.根据权利要求1所述的摆动式关节，其特征在于，它还包括：在前述的摆动式关节基础上,在随动部1的不与摆动部相连的另一终端的终端平面1-4上设置孔1-5,并与转动驱动部3连接，可以形成兼具旋转和摆动功能关节组件；
转动驱动部3包括:长形多面体3-1、内置单轴的旋转驱动舵机3-2、多面体终端部平面3-3和转动驱动轴端3-4；多面体3-1靠近随动部1的终端部有平面3-3,多面体3-1里面内置旋转驱动舵机3-2,转动驱动轴端3-4从平面3-3穿出；随动部1与转动驱动部3这样连接:终端平面1-4和终端部平面3-3对贴到一起,孔1-5紧密套在转动驱动轴端3-4,当转动驱动轴3-4端转动时,带动随动部1随之旋转；在舵机2-2的轴向宽度比多面体2-1终端面宽度小的情况下，凹进平面2-3的凹进明显，而使其对应的伸出薄板1-2变为宽度增加的伸出多面体，保持前述的动作关系。这个关节的总的功能是：摆动驱动部2的内置摆动驱动舵机2-2的舵机轴端2-4的旋转使随动部1和其所带组件摆动，而转动驱动部3的内置旋转驱动舵机3-2的转动驱动轴端3-4的转动使随动部1和其所带组件转动，所以这个关节组件兼具旋转和摆动功能。
3.根据权利要求1所述的摆动式关节，其特征在于，在前述的摆动式关节基础上,可以在没有内置摆动驱动舵机2-2的另一终端上增加手形组件,形成可摆动机械手；
增加部分包括:两个单轴的手指驱动舵机2-5、驱动轴端2-6、手指2-7和手掌2-8；在多面体2-1里再内置两个手指驱动舵机2-5,手指驱动舵机2-5的驱动轴端2-6,长条体的手指2-7紧密固定在手指驱动轴端上,多面体2-1的不与随动部相连的一端的下面比上面多伸出的部分作为手掌2-8；当控制手指驱动舵机2-5动作时,驱动轴端2-6转动,带动手指2-7夹紧与松开,并在手掌2-8的配合下,完成手持物的持有、松开和处理。在舵机2-2的轴向宽度比多面体2-1终端面宽度小的情况下，凹进平面2-3的凹进明显，而使其对应的伸出薄板1-2变为宽度增加的伸出多面体，保持前述的动作关系。这个摆动机械手的总的功能是：用两个手指和手掌持有重物和其它处理，并有摆动功能的手腕。
4.根据权利要求1所述的摆动式关节，其特征在于，它还包括：所述的PWM电信号可用微处理器等电气电路产生。
5.根据权利要求1所述的摆动式关节，其特征在于，所述的摆动驱动舵机的型号为双轴舵机HX1218D或双轴舵机RDS3115。
6.根据权利要求2所述的摆动式关节，其特征在于，所述的转动驱动舵机的型号为单轴舵机MG90S。
7.根据权利要求3所述的摆动式关节，其特征在于，所述的手指驱动舵机的型号为单轴舵机GS-2502。
8.根据权利要求1所述的摆动式关节，其特征在于，所述的电动机采用直流减速电动机。
9.根据权利要求1所述的摆动式关节，其特征在于，所述的微处理器型号为STM32F407。
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