CN1974147A - 一种可组合的机器人关节及其构成的足单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可组合的机器人关节及其构成的足单元。机器人关节包括电动机、齿轮减速器、直齿轮和转向减速器、光电编码器和电位器。足单元包括足末端、小腿关节、大腿关节、髋关节、上机架和下机架。该机器人关节具有旋转功能，能够和类似的关节进行组合，构成多种形式的机器人，例如步行机器人、工业机机械臂、轮式移动机器人等。采用这种关节构造的机器人，避免了结构上的冗余，降低了设计、加工的难度。采用这种可组合的机器人关节构成的机器人，打破了在结构上的限制，具备很强的扩展能力，能够通过改变关节的组合方式适应工作环境和任务需要的变化。

Description

一种可组合的机器人关节及其构成的足单元

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种可组合的机器人关节及其构成的足单元。

背景技术

机器人关节是机器人系统中最重要、结构最复杂的部分。现有的机器人通常包含多个关节，且这些关节结构不同不能互换。针对每个关节都需要进行单独的设计、制造和装配，其设计难度大、加工成本高而且不便于维护，其结构一经设计便无法改变，不能根据任务和工作环境的要求进行变更或扩展。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足之处，提供一种可组合的机器人关节，该机器人关节具有旋转功能，能够和类似的关节进行组合，构成多种形式的机器人；本发明还提供了由该机器人关节构成的足单元。

本发明提供的一种可组合的机器人关节，其特征在于：它包括电动机、齿轮减速器、直齿轮和转向减速器；电机支架位于壳体内，电动机和齿轮减速器位于电机支架的腔体中，齿轮减速器位于电动机的前端；齿轮减速器的前端输出轴与第一直齿轮相连；第二、第三直齿轮分别与第一直齿轮相啮合；转向减速器支架连接在电机支架的前端；第一、第二转向减速器分别位于转向减速器支架的两侧；第二、第三直齿轮分别与第一、第二转向减速器的末端相连；第一、第二连接支架分别安装在壳体尾部；第一、第二连接盘分别位于第一、第二转向减速器的外侧；光电编码器位于电动机的尾端，电位器位于连接盘上。

由上述的机器人关节构成的足单元，其特征在于：它包括足末端、小腿关节、大腿关节、髋关节、上机架和下机架；其中，小腿关节、大腿关节和髋关节为串联组合的结构相同的关节；足末端包括足尖、足节杆和第三连接支架；其中，足尖的后端与足节杆的前端相连，足节杆后端与第三连接支架相连；足末端的第三连接支架与小腿关节的连接盘相连；小腿关节后部的连接支架与大腿关节的连接盘相连；大腿关节的壳体两侧分别与上机架、下机架相连，上机架、下机架分别与髋关节的连接盘两侧相连。

本发明机器人关节可构成多种形式的机器人，例如步行机器人、工业机机械臂、轮式移动机器人等。采用这种关节构造的机器人，避免了结构上的冗余，降低了设计、加工的难度，通过关节的组合还便于实现功能扩展。具体而言，本发明具有以下技术效果：

1、本发明实现了一种可以任意组合的机器人关节。这种关节实现了基本的旋转运动，可以和类似的关节以多种方式进行组合。这种关节结构简单、便于标准化。

2、采用这种可组合的机器人关节构成的机器人足单元，打破了机器人足在结构上难于扩展的限制，能够通过改变关节的组合方式适应不同工作环境和任务。此外，这种关节还可以组合成为多种其他形式的机器人，包括工业机器机械臂、轮式移动机器人等。

附图说明

图1是本发明可组合的机器人关节的结构示意图，其中(a)为主视图，(b)为俯视图。

图2是由本发明机器人关节所组合成的足单元的结构示意图，其中(a)为主视图，(b)为俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明机器人关节包括传动装置和传感装置二部分。

传动装置主要包括电动机7、齿轮减速器6、第一直齿轮5、第二直齿轮4、第三直齿轮15、第一转向减速器12和第二转向减速器14。

电机支架3位于壳体1内，电动机7和齿轮减速器6安装在电机支架3的腔体中，齿轮减速器6位于电动机7的前端。齿轮减速器6的前端输出轴与第一直齿轮5相连。第二、第三直齿轮4、15与第一直齿轮5相啮合。转向减速器支架2通过螺钉连接在电机支架3的前端。第一转向减速器12、第二转向减速器14安装在转向减速器支架2的两侧。第二直齿轮4、第三直齿轮15分别与第一转向减速器12、第二转向减速器14的末端相连。第一、第二连接支架9a、9b分别安装在壳体1尾部。第一、第二连接盘10、16分别位于第一、第二转向减速器12、14的外侧。第一、第二连接支架9a、9b通过连接螺钉13分别与下一级关节的二个连接盘相连。

电动机7主轴的旋转运动经过齿轮减速器6减速，再通过各直齿轮4、5和15分别与两组并列布置的第一、第二转向减速器12、14相连，二个转向减速器将旋转方向由沿关节中轴方向变换为垂直于关节轴方向。

传感装置包括安装在电动机7尾端的光电编码器8和安装在连接盘10上的电位器11，光电编码器8用于获得电动机7的转速信号，电位器11用于获得连接盘10转动的绝对位置信息。

第一、第二连接支架9a、9b在壳体1上的安装位置，可以选择在其尾部的前后二侧或上下二侧，以改变与下一级关节的转动轴所成的角度，实现两种组合方式。

关节的工作和控制原理是，电动机7主轴在关节控制器控制下高速旋转，主轴的运动经过传动装置减速和变换方向后，驱动连接盘10转动，实现关节的转动。关节控制器通过测量光电编码器8获得的电动机转速信号、通过测量电位器11获得的连接盘绝对转角位置信号计算与目标位置的偏差，并控制电动机7主轴以一定的速度和加速度转动到目标位置。

齿轮减速器6可以采用行星减速器或直齿轮减速器；转向减速器12、14可以采用蜗轮蜗杆、螺旋齿轮副或锥齿轮副，均能构成可组合的机器人关节。

如图2所示，由本发明机器人关节所组合成的足单元包括足末端17、小腿关节18、大腿关节19、髋关节21、上机架20和下机架22。小腿关节18、大腿关节19和髋关节21为串联组合的结构相同的关节。

足末端17包括足尖17a、足节杆17b、第三连接支架17c。足尖17a的后端与足节杆17b的前端相连，足节杆17b后端与第三连接支架17c相连。

足末端17后部的第三连接支架与小腿关节18的连接盘通过连接螺钉相连。小腿关节18后部的连接支架与大腿关节19的连接盘通过连接螺钉相连。大腿关节19的壳体的两侧分别与上机架20、下机架22相连，上机架20、下机架22分别与髋关节21的连接盘两侧相连。

足单元的三个关节在控制器的控制下协调动作，使足末端17的足尖在三维空间中以一定的轨迹移动。多个足单元的协调动作就可以实现机器人的运动功能。

通过改变大腿关节19的壳体与上、下机架的安装位置、小腿关节18的连接支架在壳体上的安装位置或者通过添加新的关节的方法来改变关节的组合方式。在壳体或连接盘上的安装位置可以为前后二侧或上下二侧。

本发明可以采用其他组合方式，构成多种形式的机器人足单元。

Claims (5)

1、一种可组合的机器人关节，其特征在于：

它包括电动机(7)、齿轮减速器(6)、直齿轮(5、4、15)和转向减速器(12、14)；

电机支架(3)位于壳体(1)内，电动机(7)和齿轮减速器(6)位于电机支架(3)的腔体中，齿轮减速器(6)位于电动机(7)的前端；齿轮减速器(6)的前端输出轴与第一直齿轮(5)相连；第二、第三直齿轮(4、15)分别与第一直齿轮(5)相啮合；转向减速器支架(2)连接在电机支架(3)的前端；第一、第二转向减速器(12、14)分别位于转向减速器支架(2)的两侧；第二、第三直齿轮(4、15)分别与第一、第二转向减速器(12、14)的末端相连；第一、第二连接支架(9a、9b)分别安装在壳体(1)尾部；第一、第二连接盘(10、16)分别位于第一、第二转向减速器(12、14)的外侧；

光电编码器(8)位于电动机(7)的尾端，电位器(11)位于连接盘(10)上。

2、根据权利要求1所述的可组合的机器人关节，其特征在于：

第一、第二连接支架(9a、9b)位于壳体(1)的尾部的前后二侧或上下二侧。

3、根据权利要求1或2所述的可组合的机器人关节，其特征在于：所述齿轮减速器(6)为行星减速器或直齿轮减速器。

4、根据权利要求3所述的可组合的机器人关节，其特征在于：转向减速器(12、14)为蜗轮蜗杆、螺旋齿轮副或锥齿轮副。

5、一种由权利要求1所述的机器人关节构成的足单元，其特征在于：它包括足末端(17)、小腿关节(18)、大腿关节(19)、髋关节(21)、上机架(20)和下机架(22)；其中，小腿关节(18)、大腿关节(19)和髋关节(21)为串联组合的结构相同的关节；

足末端(17)包括足尖(17a)、足节杆(17b)和第三连接支架(17c)；其中，足尖(17a)的后端与足节杆(17b)的前端相连，足节杆(17b)后端与第三连接支架(17c)相连；

足末端(17)的第三连接支架(17c)与小腿关节(18)的连接盘相连；小腿关节(18)后部的连接支架与大腿关节(19)的连接盘相连；大腿关节(19)的壳体两侧分别与上机架(20)、下机架(22)相连，上机架(20)、下机架(22)分别与髋关节(21)的连接盘两侧相连。

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