CN105643654A - 一种可重构模块化机器人手臂云台 - Google Patents

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邱平平
蒋金鹏
吕训
薛创
付西光
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Abstract

本发明公开一种两自由度的可重构机器人云台模块，两旋转组件密闭在云台罩壳内，上端面与侧端面作为可重构连接的接口，两相交旋转轴线呈垂直角度输出旋转运动。云台模块的设计结构使重构后的多自由度手臂空间更加紧凑，有效负载能力更大，电机的输出效率更高。两旋转组件结构相同，技术参数一致，为模块化组件结构特征，便于批量加工生产。云台罩壳内部部件相互独立，互不耦合，提高了模块的可靠性。接口标准化设计，全部外置，利于调试、简化维护。云台模块的标准化程度高，通用性强，互换性好，安装与重构性简单，系统稳定性强。

Description

一种可重构模块化机器人手臂云台
技术领域
本发明涉及一种可重构模块化机器人手臂云台，属于机器人技术领域。
背景技术
可重构模块化机器人手臂是由几个结构或功能特征相同的关节，通过连接组件，以积木搭接方式，根据自己所需的自由度数，快速、简单的组装和拼接起来的整体手臂构型的机器人。相对于传统形式的模块化机器人手臂，本发明的云台模块具有两个独立自由度，使手臂整体构型更为简单、紧凑，具有更强的有效负载能力。
可重构机器人手臂是由多个模块组成的多种构型手臂，虽然形态和功能不同，但采用的基本模块相同，仅是模块数量和搭接形式不同而已，系统的可靠性、稳定性的就分解到模块的可靠与稳定性的控制上，这将大大缩短产品的研发周期，因为模块的设计远比系统的设计简单、时间缩短，极大地提供了产品的开发效率。
目前成熟的产品有德国PowerCube公司的可重组的模块化机器人，提供一系列具有标准机械和电子接口的功能模块，由许多功能关节可以组成各种形状和功能的多自由度手臂、人形、蛇形机器人等。多自由度并联机器人也采用了模块化的设计思想。该产品的不足在于每个模块仅具有一个旋转自由度，相邻两模块间必须通过直角连接件才能实现旋转和摆动两自由度，导致重构的手臂空间尺寸较大，手臂自身重量也大，本身的自重在机器运动中就消耗了电机的大部分有效功率，直接导致末端有效载荷的减小。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种结构紧凑、设计合理、安装方便、重构性强，可以根据结构需要方便进行构型搭接的两自由度云台关节模块。
本发明采用的技术方案：一种可重构模块化机器人手臂云台，主要由旋转组件(一)、旋转组件(二)和云台罩壳组成。其中云台罩壳由两个相互垂直的铝合金外壳(一)与铝合金外壳(二)焊接在一起，其中铝合金外壳(一)与外界相通处与连接法兰(一)焊接在一起，铝合金外壳(二)与外界相通处则与连接法兰(二)焊接在一起。
其中旋转组件(一)包括连接座(一)、谐波减速器(一)、检片(一)、底座(一)、电机座(一)、电机组件(一)组成。其中电机组件(一)由伺服电机(一)、编码器(一)与电磁刹车(一)组成。所述的谐波减速器(一)的输出端通过螺钉与连接座(一)连接。检片(一)套装在谐波减速器(一)的钢轮上，起到限位作用。谐波减速器(一)的输入端通过螺钉孔与伺服电机(一)的转轴螺纹连接，并通过键实现谐波减速器的输入端与伺服电机(一)的轴连接。电机组件(一)的输入端通过螺钉安装在电机座(一)上。电机座(一)一侧与电机组件(一)的伺服电机(一)螺钉连接，另一侧与云台的底座(一)通过螺钉连接在一起。云台底座(一)通过螺钉与铝合金外壳(一)的法兰(一)连接，从而将旋转组件(一)固定在云台罩壳上。
其中旋转组件(二)包括连接座(二)、谐波减速器(二)、检片(二)、底座(二)、电机座(二)、电机组件(二)组成。其中电机组件(二)由伺服电机(二)、编码器(二)与电磁刹车(二)组成。所述的谐波减速器(二)的输出端通过螺钉与连接座(二)连接。检片(二)套装在谐波减速器(二)的钢轮上，起到限位作用。谐波减速器(二)的输入端通过螺钉孔与伺服电机(二)的转轴螺纹连接，并通过键实现谐波减速器的输入端与伺服电机(二)的轴连接。电机组件(二)的输入端通过螺钉安装在电机座(二)上。电机座(二)一侧与电机组件(二)的伺服电机(二)螺钉连接，另一侧与云台的底座(二)通过螺钉连接在一起。云台底座(二)通过螺钉与铝合金外壳(二)的法兰(二)连接，从而将旋转组件(二)固定在云台罩壳上。
云台罩壳与端盖通过螺钉连接，形成密闭腔体，电机组件(一)与电机组件(二)的信号口(一)、信号口(二)与电源口(一)、电源口(二)通过螺钉固定在端盖上。
本发明与现有的技术相比，其优点之一是通过旋转组件(一)与旋转组件(二)的独立控制，实现两个独立的自由度。同时通过云台罩壳的设计实现了没有外部连接件条件下的摆动与旋转，使手臂整体构型更为简单、紧凑，具有更强的有效负载能力。另外通过两个垂直的、独立运动的旋转组件的自由调节，实现任意三维作业空间内的手臂构型，具有很强的重构性。
附图说明
图1为三维结构示意图；
图2为本传动结构示意图；
图3为旋转组件示意图；
图4为云台连接座的结构示意图；
图5为云台检片结构示意图；
图6为云台底座的结构示意图；
图7为电机座的结构示意图；
图8为云台罩壳结构示意图；
图9为云台端盖结构示意图；
图10为云台外部接口示意图；
其中：1为旋转组件(一)的连接座(一)，2为旋转组件(一)的谐波减速器(一)，3为旋转组件(一)的检片(一)，4为旋转组件(一)的云台底座(一)，5为旋转组件(一)的电机座(一)，6为旋转组件(一)的伺服电机(一)，7为旋转组件(一)的铝合金外壳(一)，8为旋转组件(一)的电磁刹车(一)，9为旋转组件(一)的编码器(一)，10为旋转组件(二)的连接座(二)，11为旋转组件(二)的谐波减速器(二)，12为旋转组件(二)的检片(二)，13为旋转组件(二)的云台底座(二)，14为旋转组件(二)的电机座(二)，15为旋转组件(二)的伺服电机(二)，16为旋转组件(二)的铝合金外壳(二)，17为旋转组件(二)的电磁刹车(二)，18为旋转组件(二)的编码器(二)，19为旋转组件(二)的云台端盖(二)，20为旋转组件(一)的信号口(一)，21为旋转组件(一)的电源口(一)，22为旋转组件(二)的电源口(二)，23为旋转组件(二)的信号口(二)。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
参照图1～图9，本发明包括旋转组件(一)、旋转组件(二)和云台罩壳。其中云台罩壳由两个相互垂直的铝合金外壳7与铝合金外壳16焊接在一起，其中铝合金外壳7与外界相通处与连接法兰(一)焊接在一起，铝合金外壳16与外界相通处则与连接法兰(二)焊接在一起。
旋转组件(一)包括连接座1、谐波减速器2、检片3、底座4、电机座5、电机组件(一)组成。其中电机组件(一)由伺服电机6、编码器9与电磁刹车8组成。所述的谐波减速器2的输出端通过螺钉与连接座1连接。检片3套装在谐波减速器2的钢轮上，起到限位作用。谐波减速器2的输入端通过螺钉孔与伺服电机6的转轴螺纹连接，并通过键实现谐波减速器2的输入端与伺服电机6的轴连接。电机组件(一)的输入端通过螺钉安装在电机座5上。电机座5一侧与电机组件(一)的伺服电机6螺钉连接，另一侧与云台的底座4通过螺钉连接在一起。云台底座4通过螺钉与铝合金外壳7的法兰(一)连接，从而将旋转组件(一)固定在云台罩壳上。
旋转组件(二)包括连接座10、谐波减速器11、检片12、底座13、电机座14、电机组件(二)组成。其中电机组件(二)由伺服电机15、编码器18与电磁刹车17组成。所述的谐波减速器11的输出端通过螺钉与连接座10连接。检片12套装在谐波减速器11的钢轮上，起到限位作用。谐波减速器11的输入端通过螺钉孔与伺服电机15的转轴螺纹连接，并通过键实现谐波减速器11的输入端与伺服电机15的轴连接。电机组件(二)的输入端通过螺钉安装在电机座14上。电机座14一侧与电机组件(二)的伺服电机15螺钉连接，另一侧与云台的底座13通过螺钉连接在一起。云台底座13通过螺钉与铝合金外壳16的法兰(二)连接，从而将旋转组件(二)固定在云台罩壳上。
云台罩壳与端盖19通过螺钉连接，形成密闭腔体，如图10所示，电机组件(一)与电机组件(二)的信号口20、信号口23与电源口21、电源口22通过螺钉固定在端盖上。

Claims (4)

1.一种可重构模块化机器人手臂云台，其特征在于，所述手臂云台包括旋转组件(一)、旋转组件(二)和云台罩壳，其中云台罩壳由两个相互垂直的铝合金外壳7与铝合金外壳16焊接在一起，其中铝合金外壳7与外界相通处与连接法兰(一)焊接在一起，铝合金外壳16与外界相通处则与连接法兰(二)焊接在一起。
2.根据权利1所述的一种可重构模块化机器人手臂云台，其特征在于，所述旋转组件(一)包括连接座1、谐波减速器2、检片3、底座4、电机座5和电机组件(一)，所述电机组件(一)由伺服电机6、编码器9与电磁刹车8组成，所述谐波减速器2的输出端通过螺钉与连接座1连接，检片3套装在谐波减速器2的钢轮上，起到限位作用，谐波减速器2的输入端通过螺钉孔与伺服电机6的转轴螺纹连接，并通过键实现谐波减速器2的输入端与伺服电机6的轴连接，电机组件(一)的输入端通过螺钉安装在电机座5上，电机座5一侧与电机组件(一)的伺服电机6螺钉连接，另一侧与云台的底座4通过螺钉连接在一起，云台底座4通过螺钉与铝合金外壳7的法兰(一)连接，从而将旋转组件(一)固定在云台罩壳上。
3.根据权利1所述的一种可重构模块化机器人手臂云台，其特征在于，所述旋转组件(二)包括连接座10、谐波减速器11、检片12、底座13、电机座14和电机组件(二)，所述电机组件(二)由伺服电机15、编码器18和电磁刹车17组成，所述的谐波减速器11的输出端通过螺钉与连接座10连接，检片12套装在谐波减速器11的钢轮上，起到限位作用，谐波减速器11的输入端通过螺钉孔与伺服电机15的转轴螺纹连接，并通过键实现谐波减速器11的输入端与伺服电机15的轴连接，电机组件(二)的输入端通过螺钉安装在电机座14上，电机座14一侧与电机组件(二)的伺服电机15螺钉连接，另一侧与云台的底座13通过螺钉连接在一起，云台底座13通过螺钉与铝合金外壳16的法兰(二)连接，从而将旋转组件(二)固定在云台罩壳上。
4.根据权利1～3所述的一种可重构模块化机器人手臂云台，其特征在于，所述云台罩壳与端盖19通过螺钉连接，形成密闭腔体，电机组件(一)与电机组件(二)的信号口20、信号口23与电源口21、电源口22通过螺钉固定在端盖上。
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