CN108081307A - 一种两自由度的柔性肘关节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两自由度的柔性肘关节，属于机器人领域。它包括端部设有半球形凹槽的肱骨架、一端设有球形圆头可以绕肱骨架的凹槽相对转动的尺桡骨端、与尺桡骨端同轴线装设的尺桡骨主架、肱尺关节与肱桡关节；尺关节包括肱尺关节轮A、尺关节轮B、肱尺关节电机和肱尺关节弹簧；桡关节包括其输出轴穿过装设于尺桡骨主架内部的滚动轴承A并与锥齿轮A相连的肱桡关节电机，与锥齿轮A啮合传动并装设于尺桡骨端右侧外部上的锥齿轮B。本发明是一种同时具有转动和扭转两个自由度、采用磁性吸附装设、转动中心可以发生微小位移的柔性肘关节。

Description

一种两自由度的柔性肘关节

技术领域

本发明属于机器人领域，特指一种两自由度的柔性肘关节。

背景技术

机器人肘关节的设计对于整个机器人手臂的灵活性具有重要的决定意义。现有技术中，机器人的肘关节具有如下缺陷：一是肘关节的刚度太大，缺乏柔性，无法适应更复杂的工作环境；二是肘关节通常只具有一个运动自由度，而将扭转运动设计到肩关节中。为了使得机器人更加类人与智能化，需要设计一种高柔性更多自由度的肘关节。

发明内容

本发明需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种同时具有转动和扭转两个自由度、采用磁性吸附装设、转动中心可以发生微小位移的柔性肘关节。

为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种两自由度的柔性肘关节，它包括端部设有半球形凹槽的肱骨架、一端设有球形圆头可以绕所述肱骨架的凹槽相对转动的尺桡骨端、与所述尺桡骨端同轴线装设的尺桡骨主架、肱尺关节与肱桡关节。

所述肱骨架的半球形凹槽内装设有厚度为5mm的可发生显著弹性变形的弹性壳层；所述半球形凹槽与所述尺桡骨端的球形圆头分别为异形磁极。

所述尺桡骨端的另一端设有圆柱形内孔，所述内孔内装设有滚动轴承B，所述尺桡骨主架的左端穿过所述滚动轴承B。

所述肱尺关节包括装设于所述尺桡骨端上的肱尺关节轮A，装设于所述肱骨架上、与所述肱尺关节轮A相啮合传动的肱尺关节轮B，装设于所述肱骨架上、其输出轴与所述肱尺关节轮B相连接的肱尺关节电机，此外还包括两端分别连接所述肱骨架与所述尺桡骨端的肱尺关节弹簧。

所述肱桡关节包括其输出轴穿过装设于所述尺桡骨主架内部的滚动轴承A并与锥齿轮A相连的肱桡关节电机，与所述锥齿轮A啮合传动并装设于所述尺桡骨端右侧外部上的锥齿轮B。

进一步的，所述尺桡骨端与所述尺桡骨主架相邻的一端采用异形磁铁吸引的方式装设，且二者可以绕它们共同的轴线相对扭转。

进一步的，所述弹性壳层采用非金属材料制作；所述肱尺关节弹簧为金属抗扭转弹簧。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本发明的一种两自由度的柔性肘关节同时具有肱尺关节与肱桡关节，实现了肱骨架与尺桡骨的相对转动与相对扭转运动，从而使得肘关节的运动灵活性大大增加。

(2)本发明的肱尺关节与肱桡关节均采用异性磁铁吸附的柔性安装方式，从而使得肱尺关节与肱桡关节可以发生微小的柔性变形，克服了现有技术肘关节刚性太大的缺点。由此可知，本发明的肘关节结构简单紧凑、同时具有转动和扭转两个自由度、采用磁性吸附装设、具有较强的柔性。

附图说明

图1是本发明的一种两自由度的柔性肘关节的结构原理示意图。

图中，1—肱骨架；21—尺桡骨端；22—尺桡骨主架；31—肱尺关节轮A；32—肱尺关节轮B；33—肱尺关节电机；34—弹性壳层；35—肱尺关节弹簧；41—肱桡关节电机；42—滚动轴承A；43—锥齿轮A；44—滚动轴承B；5—锥齿轮B。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明的一种两自由度的柔性肘关节，包括端部设有半球形凹槽的肱骨架1、一端设有球形圆头可以绕肱骨架1的凹槽相对转动的尺桡骨端21、与尺桡骨端21同轴线装设的尺桡骨主架22、肱尺关节与肱桡关节。

参见图1所示，肱骨架1的半球形凹槽内装设有厚度为5mm的可发生显著弹性变形的弹性壳层；半球形凹槽与尺桡骨端21的球形圆头分别为异形磁极。

参见图1所示，尺桡骨端21的另一端设有圆柱形内孔，内孔内装设有滚动轴承B44，尺桡骨主架22的左端穿过滚动轴承B44。

参见图1所示，肱尺关节包括装设于尺桡骨端21上的肱尺关节轮A31，装设于肱骨架1上、与肱尺关节轮A31相啮合传动的肱尺关节轮B32，装设于肱骨架1上、其输出轴与肱尺关节轮B32相连接的肱尺关节电机33，此外还包括两端分别连接肱骨架1与尺桡骨端21的肱尺关节弹簧35。

参见图1所示，肱桡关节包括其输出轴穿过装设于尺桡骨主架22内部的滚动轴承A42并与锥齿轮A43相连的肱桡关节电机41，与锥齿轮A43啮合传动并装设于尺桡骨端21右侧外部上的锥齿轮B5。

参见图1所示，作为优选的，尺桡骨端21与尺桡骨主架22相邻的一端采用异形磁铁吸引的方式装设，且二者可以绕它们共同的轴线相对扭转。

参见图1所示，作为优选的，弹性壳层34采用非金属材料制作；肱尺关节弹簧35为金属抗扭转弹簧。

肱尺关节工作原理：肱尺关节电机33转动，带动肱尺关节轮B32与肱尺关节轮A31转动，由于肱尺关节轮A31固定装设于尺桡骨端21上，尺桡骨主架22与尺桡骨端21同轴线装设，因此肱尺关节轮A31可带动尺桡骨端21和尺桡骨主架22同步绕肱骨架1的半球形凹槽发生转动；由于肱骨架1与尺桡骨端21采用异性磁极吸附的方式装设，且弹性壳层34可发生显著的弹性变形，故肱骨架1与尺桡骨主架22的转动中心并不固定，增加了肱尺关节的柔性。

肱桡关节工作原理：肱桡关节电机41转动，带动锥齿轮A43以及与其啮合的锥齿轮B5转动，锥齿轮B5固定装设于尺桡骨端21上靠近尺桡骨主架22的一端，因此锥齿轮B5带动尺桡骨端21绕轴线相对于尺桡骨主架21发生扭转运动；由于肱骨架1与尺桡骨端21不能发生相对扭转，因此肱骨架1将与尺桡骨主架22相对扭转运动；尺桡骨端21与尺桡骨主架22采用磁性吸附的方式装设，二者可以沿公共轴线发生微小的相对位移，从而增加了肱桡关节的柔性。

Claims (3)

1.一种两自由度的柔性肘关节，包括端部设有半球形凹槽的肱骨架(1)、一端设有球形圆头可以绕所述肱骨架(1)的凹槽相对转动的尺桡骨端(21)、与所述尺桡骨端(21)同轴线装设的尺桡骨主架(22)、肱尺关节与肱桡关节，其特征在于：

所述肱骨架(1)的半球形凹槽内装设有厚度为5mm的可发生显著弹性变形的弹性壳层；所述半球形凹槽与所述尺桡骨端(21)的球形圆头分别为异形磁极；

所述尺桡骨端(21)的另一端设有圆柱形内孔，所述内孔内装设有滚动轴承B(44)，所述尺桡骨主架(22)的左端穿过所述滚动轴承B(44)；

所述肱尺关节包括装设于所述尺桡骨端(21)上的肱尺关节轮A(31)，装设于所述肱骨架(1)上、与所述肱尺关节轮A(31)相啮合传动的肱尺关节轮B(32)，装设于所述肱骨架(1)上、其输出轴与所述肱尺关节轮B(32)相连接的肱尺关节电机(33)，此外还包括两端分别连接所述肱骨架(1)与所述尺桡骨端(21)的肱尺关节弹簧(35)；

所述肱桡关节包括其输出轴穿过装设于所述尺桡骨主架(22)内部的滚动轴承A(42)并与锥齿轮A(43)相连的肱桡关节电机(41)，与所述锥齿轮A(43)啮合传动并装设于所述尺桡骨端(21)右侧外部上的锥齿轮B(5)。

2.根据权利要求1所述的一种两自由度的柔性肘关节，其特征在于：所述尺桡骨端(21)与所述尺桡骨主架(22)相邻的一端采用异形磁铁吸引的方式装设，且二者可以绕它们共同的轴线相对扭转。

3.根据权利要求1所述的一种两自由度的柔性肘关节，其特征在于：所述弹性壳层(34)采用非金属材料制作；所述肱尺关节弹簧(35)为金属抗扭转弹簧。