CN108748253B - 一种基于非牛顿流体的机器人关节 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于非牛顿流体的机器人关节，包括固定组件和转动组件，固定组件和转动组件之间形成一个密封空间，在密封空间内充有非牛顿流体。本发明利用简单的机械与非牛顿流体机构，极大增加了机器人旋转关节可以承受的外部冲击载荷，对机器人的机械结构、电机、电路系统以及传感器起到保护作用。减小了机械结构设计、电路设计以及电机、传感器选型中的冗余量，整体提升了机器人的工作效率。

Description

一种基于非牛顿流体的机器人关节
技术领域
本发明涉及一种机器人关节，具体涉及一种基于非牛顿流体的机器人关节，属于机器人技术领域。
背景技术
机器人在运动过程中可能会因碰撞等工况受到较大的外力冲击，造成运动关节上产生极大的瞬间转矩。如果外部冲击过大，往往会造成机器人的机械结构、电机、电路系统甚至是传感器的损坏。在现有的机器人设计中，为了保证机器人关节可以承受外部冲击载荷，在机械结构设计、电路设计以及电机、传感器选型中都预留了极大的冗余，造成了资源浪费、效率降低，以及传感器精度的损失。
发明内容
本发明要解决的问题：降低机器人关节在受到外部冲击时的瞬间转矩，对机器人的机械结构、电机、电路系统以及传感器起到保护作用，在一定程度上提升机器人的整体性能。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于非牛顿流体的机器人关节，包括固定组件和转动组件，固定组件和转动组件之间形成一个密封空间，在密封空间内充有非牛顿流体。
进一步地，固定组件包括管状的定子和连接在定子端面的固定外圈，定子带有空腔；转动组件包括转子和连接在转子上的内圈输出法兰，转子容纳在空腔内；定子的顶面、内圈输出法兰的内表面和固定外圈的内壁围成密封空间。
进一步地，固定外圈依靠外圈固定螺栓固定在定子。
进一步地，内圈输出法兰依靠内圈固定螺栓固定在转子。
进一步地，在固定外圈的侧壁开有外圈密封槽，在外圈密封槽内置有第一密封圈。
进一步地，在内圈输出法兰侧缘开有内圈密封槽，在内圈密封槽置有第二密封圈。
进一步地，内圈输出法兰包括法兰盘和叶轮，叶轮位于密封空间内。
进一步地，在法兰盘上开设有注射孔和排气孔，注射孔和排气孔依靠密封螺栓密封。
进一步地，转子中部设有定位孔，叶轮中心设有与定位孔配合的定位突起。
进一步地，密封空间内未被非牛顿流体完全充满。
本发明的有益效果：本发明利用简单的机械与非牛顿流体机构，极大增加了机器人旋转关节可以承受的外部冲击载荷，对机器人的机械结构、电机、电路系统以及传感器起到保护作用。减小了机械结构设计、电路设计以及电机、传感器选型中的冗余量，整体提升了机器人的工作效率。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例中的机器人关节旋转机构的爆炸示意图；
图2是本发明一个较佳实施例中的机器人关节旋转机构的剖面示意图；
图3是本发明一个较佳实施例中的机器人关节旋转机构的外观示意图。
图例说明：
1 旋转机构
11 旋转机构定子
12 旋转机构转子
13 轴承
14 转子定位孔
15 转子固定螺纹孔
16 定子定位螺纹孔
21 固定外圈
22 内圈输出法兰
23 第一密封圈
24 第二密封圈
25 外圈固定螺栓
26 内圈固定螺栓
27 内圈密封槽
28 输出法兰定位孔
29 外圈密封槽
30 密封空间
31 注射孔
32 排气孔
33 注射孔密封螺栓
34 排气孔密封螺栓
35 注射孔沉孔
36 排气孔沉孔
37 输出法兰固定螺纹孔
38 外圈安装孔
39 内圈安装孔
40 接触表面
41 定位子口
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图3所示的是本实施例中的机器人关节的旋转机构，图1是其爆炸分解图。机器人关节旋转机构1包括固定组件和转动组件，固定组件和转动组件之间形成一个密封空间。旋转机构1应具备一定动密封性能，即旋转机构转子12在转动过程中与旋转机构定子11保持密封，在密封空间30内充有适量非牛顿流体，但需保证密封空间30内未被非牛顿流体完全充满。旋转机构1为某种关节旋转机构，包括但不仅限于直驱电机、电机加减速箱等。
本发明的技术原理：由于非牛顿流体剪应力与剪切应变率之间不是线性关系，流体的粘度会因为受到的压力或速度而变化，压力越大速度越快，粘度会增加，甚至可以成为暂时性的固体。旋转机构1在电机的驱动下正常运动时，非牛顿流体的粘度在小范围内变化。当旋转机构1受到较大的外部冲击时，非牛顿流体会受到较大的压力，粘度瞬间增加，减小了旋转机构转子12受到的外部载荷。外部冲击越大，效果越明显。为提升抗冲击效果，可以增大非牛顿流体的接触表面40在旋转方向的表面积及横截面积。
固定组件包括管状的旋转机构定子11和连接在其定子端面的固定外圈21，定子11带有空腔，固定外圈21依靠外圈固定螺栓25固定在定子11轴向外侧的定子定位螺纹孔16。在固定外圈21的侧壁开有外圈密封槽29，在外圈密封槽29内置有第一密封圈23，为第一密封圈23涂上适量密封油脂，第一密封圈23及外圈密封槽29的设计应符合静密封标准，保证两个零件在安装后的密封性能。
转动组件包括旋转机构转子12和连接在转子上的内圈输出法兰22，内圈输出法兰22与旋转机构转子12通过内圈固定螺栓26固定在转子固定螺纹孔15上，利用旋转机构转子12上的转子定位孔14与输出法兰定位28孔对准，保证这两个零件同轴心。内圈输出法兰22的外径应比固定外圈21的内径略小，两者应符合动密封标准。转子12容纳在空腔内，内圈输出法兰22依靠内圈固定螺栓26固定在转子12。在内圈输出法兰22侧缘开有内圈密封槽27，在内圈密封槽27置有第二密封圈24，第二密封圈24涂上适量密封油脂，第二密封圈24以及内圈密封槽27的设计应符合动密封标准，保证内圈输出法兰22在绕固定外圈21旋转时的密封性能。
定子11的顶面、内圈输出法兰22的内表面和固定外圈21的内壁围成密封空间。转子12与定子11同轴心，转子12和定子11之间通过轴承13连接，使两者做顺时针或逆时针的相对旋转运动。内圈输出法兰包括法兰盘和叶轮，叶轮位于密封空间内。在法兰盘上开设有注射孔31和排气孔32，注射孔31的前部是注射孔沉孔35，排气孔32的前部是排气孔沉孔36。注射孔31依靠注射孔密封螺栓33密封，排气孔32依靠排气孔密封螺栓34密封。转子中部设有定位子口41，叶轮中心设有与定位子口41配合的定位突起。
机器人关节旋转机构的安装步骤：
步骤一、将固定外圈21放置在旋转机构定子11上，利用旋转机构定子11的外圈使得固定外圈21的内部与旋转机构转子12保持同心。
步骤二、转动固定外圈21使得外圈安装孔38与定子固定螺纹孔15对齐，将外圈固定螺栓25安装在定子固定螺纹孔15上，使得固定外圈21与旋转结构定子11固连。
步骤三、将内圈输出法兰22塞进固定外圈21中，直至内圈输出法兰22与旋转机构转子12接触，利用旋转机构转子12的定位孔14和内圈输出法兰22的定位子口41配合，使得内圈输出法兰22与转子12同心。
步骤四、转动旋转机构转子12使得内圈安装孔39与旋转机构转子12上的转子固定螺纹孔15对齐。
步骤五、将内圈固定螺栓26安装在转子固定螺纹孔15上，使得内圈输出法兰22与旋转机构转子12固连。
步骤六、将机器人关节水平放置，将非牛顿流体从注射孔31注入，保持排气孔32通畅。考虑到热胀冷缩效应，注射完毕后应留有一定空隙。
步骤七、在注射孔31安装注射孔密封螺栓33，在排气孔32安装排气孔密封螺栓34，使得非牛顿流体保持在密封空间30内。
步骤八、输出法兰固定螺纹孔37用来和关节结构件相连。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于非牛顿流体的机器人关节，其特征在于，所述机器人关节包括固定组件和转动组件，所述固定组件和所述转动组件之间形成一个密封空间，在所述密封空间内充有非牛顿流体；所述固定组件包括管状的定子和连接在所述定子端面的固定外圈，所述定子带有空腔；所述转动组件包括转子和连接在所述转子上的内圈输出法兰，所述转子容纳在所述空腔内；所述定子的顶面、所述内圈输出法兰的内表面和所述固定外圈的内壁围成所述密封空间。
2.根据权利要求1所述的一种基于非牛顿流体的机器人关节，其特征在于，所述固定外圈依靠外圈固定螺栓固定在所述定子。
3.根据权利要求1所述的一种基于非牛顿流体的机器人关节，其特征在于，所述内圈输出法兰依靠内圈固定螺栓固定在所述转子。
4.根据权利要求1所述的一种基于非牛顿流体的机器人关节，其特征在于，在所述固定外圈的侧壁开有外圈密封槽，在所述外圈密封槽内置有第一密封圈。
5.根据权利要求1所述的一种基于非牛顿流体的机器人关节，其特征在于，在所述内圈输出法兰侧缘开有内圈密封槽，在所述内圈密封槽置有第二密封圈。
6.根据权利要求1所述的一种基于非牛顿流体的机器人关节，其特征在于，所述内圈输出法兰包括法兰盘和叶轮，所述叶轮位于所述密封空间内。
7.根据权利要求6所述的一种基于非牛顿流体的机器人关节，其特征在于，在所述法兰盘上开设有注射孔和排气孔，所述注射孔和所述排气孔依靠密封螺栓密封。
8.根据权利要求6所述的一种基于非牛顿流体的机器人关节，其特征在于，所述转子中部设有定位子口，所述叶轮中心设有与所述定位子口配合的定位突起。
9.根据权利要求1所述的一种基于非牛顿流体的机器人关节，其特征在于，所述密封空间内未被所述非牛顿流体完全充满。
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