CN203092581U - 一种工业机器人关节 - Google Patents
一种工业机器人关节 Download PDFInfo
- Publication number
- CN203092581U CN203092581U CN 201320081882 CN201320081882U CN203092581U CN 203092581 U CN203092581 U CN 203092581U CN 201320081882 CN201320081882 CN 201320081882 CN 201320081882 U CN201320081882 U CN 201320081882U CN 203092581 U CN203092581 U CN 203092581U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- industrial robot
- top board
- robot joint
- dielectric elastomer
- polymer actuator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229920002595 Dielectric elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 34
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 34
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 14
- 235000011464 Pachycereus pringlei Nutrition 0.000 claims description 7
- 240000006939 Pachycereus weberi Species 0.000 claims description 7
- 235000011466 Pachycereus weberi Nutrition 0.000 claims description 7
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 claims description 6
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000003801 milling Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 abstract description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 abstract 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 7
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 5
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 5
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 description 5
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000005685 electric field effect Effects 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 2
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 206010023230 Joint stiffness Diseases 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Abstract
一种工业机器人关节，属于机器人部件技术领域。它包括顶板、底板、配合设置在顶板与底板之间的十字轴式两自由度万向节机构及介电弹性体聚合物致动器集群，所述的顶板上配合设置通过螺柱与其连接的电路板，所述的顶板、底板的四角分别设置4个沉头孔，介电弹性体聚合物致动器集群为4块，每块介电弹性体聚合物致动器集群的两端分别设置在顶板和底板的对应沉头孔上，并由螺钉固定，电路板与介电弹性体聚合物致动器集群连接。本实用新型通过采用上述技术，得到的工业机器人关节，实现工业机器人关节的直接驱动，提高工业机器人末端的定位精度、轨迹精度和柔顺性，消除提高工业机器人关节在铣削、抛光等领域的加工质量。
Description
技术领域
本发明属于机器人部件技术领域，具体涉及一种介电弹性致动器集群驱动的两自由度的工业机器人关节。
背景技术
机器人关节是影响机器人动静态特性的重要部件。对于大多数工业机器人来讲，变形的主要来源是关节变形，由此带来一系列问题：1）严重影响了机器人的定位精度和轨迹精度；2）CNC 机床相比，机器人在铣削和去毛刺过程中可以发现严重的低频颤振现象；3）关节柔性的引入增加了控制的难度；4）存在内部零件刚度不一致导致的刚度非线性等。针对上述问题，Bittencourt、Erkaya、蔡鹤皋、余跃庆、何广平和Rigatos等国内外学者分别从关节摩擦、关节间隙、关节刚度辨识、柔性关节控制、关节阻抗控制等角度展开研究，对提高机器人关节运动精度、抖动抑制等具有明显的促进作用，但由于这些研究主要围绕电机驱动的关节构造模式展开，不能从根本上消除上述问题，因此，解决该问题成为一项重要研究课题之一。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种介电弹性致动器集群驱动的两自由度的工业机器人关节。
所述的一种工业机器人关节，包括顶板、底板、配合设置在顶板与底板之间的十字轴式两自由度万向节机构及介电弹性体聚合物致动器集群，其特征在于所述的顶板上配合设置通过螺柱与其连接的电路板，所述的顶板、底板的四角分别设置4个沉头孔，介电弹性体聚合物致动器集群为4块，每块介电弹性体聚合物致动器集群的两端分别设置在顶板和底板的对应沉头孔上，并由螺钉固定，所述的电路板与介电弹性体聚合物致动器集群连接。
所述的一种工业机器人关节，其特征在于所述的十字轴式两自由度万向节机构包括十字轴、上框架、下框架、滚动轴承，所述的上框架、下框架均为U形结构，通过螺母分别固定在顶板、底板上，上框架、下框架上分别设有用于安装滚动轴承的两个通孔，十字轴上设置4个呈十字交叉的凸起，其中相对的两个凸起通过滚动轴承和上框架连接，另外相对的两个凸起通过滚动轴承和下框架连接，任意相邻两个凸起上分别设置编码器。
所述的一种工业机器人关节，其特征在于所述的下框架底面棱边与底板棱边呈45度夹角。
所述的一种工业机器人关节，其特征在于所述的上框架底面棱边与顶板棱边呈45度夹角。
所述的一种工业机器人关节，其特征在于所述的顶板与底板上还分别配合设置用于工业机器人关节与连杆机构连接的通孔。
所述的一种工业机器人关节，其特征在于所述的介电弹性体聚合物致动器集群为柱形结构，它由一组DE致动器单元通过串联连接构成，所述的DE致动器单元为柱形、菱形或碟形结构。
所述的一种工业机器人关节，其特征在于所述的电路板分别与编码器、介电弹性体聚合物致动器集群连接，用于给介电弹性体聚合物致动器集群、编码器提供电源和控制信号。
所述的一种工业机器人关节，其特征在于所述的介电弹性体聚合物致动器集群由膜软硅树脂或聚丙烯酸橡胶制成的柔性致动机构。
通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1）本发明的介电弹性体聚合物致动器集群由膜软硅树脂或聚丙烯酸橡胶制成，膜软硅树脂或聚丙烯酸橡胶是一类膜状绝缘材料，在直流电场作用下会产生大幅度的形变，如面积增大、厚度减小、变形幅度大、反应速度快，柔性好，在致动器的两段施加一定电压，致动器收缩；取消电压，则回复到原来长度，具有频率高、软体、应力应变大等优点；
2）本发明的上框架、下框架底面棱边分别与顶板、底板棱边呈45度夹角，可以提高整个结构紧凑性，从而提高操作精度；
3）本发明在十字轴的相邻两凸起上设置编码器，用于控制关节角位移和高精度定位检测，提高定位精度和轨迹精度；
4）本发明设置的十字轴，通过滚动轴承分别与上框架和上框架连接，在介电弹性体聚合物致动器集群的不同程度伸缩控制下，可以在十字轴两自由度上随意变向调节，自由度高，操作方便；
5）本发明通过采用上述技术得到的工业机器人关节，实现工业机器人关节的直接驱动，提高工业机器人末端的定位精度、轨迹精度和柔顺性，从而提高工业机器人关节在铣削、抛光等领域的加工质量。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明的关节位姿结构示意图；
图3为本发明的另一关节位姿结构示意图。
图中：1-电路板，2-螺柱，3-顶板，4-螺钉，5-十字轴，6-介电弹性体聚合物致动器集群，7-下框架，8-底板，9-螺母，10-滚动轴承，11-编码器，12-上框架。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明作进一步的描述：
如图1-3所示，一种工业机器人关节，包括顶板3、底板8、配合设置在顶板3与底板8之间的十字轴式两自由度万向节机构及介电弹性体聚合物致动器集群6，所述的顶板3上配合设置通过螺柱2与其连接的电路板1，顶板3、底板8的四角分别设置4个沉头孔，介电弹性体聚合物致动器集群6为4块，每块介电弹性体聚合物致动器集群6的两端分别设置在顶板3和底板8的对应沉头孔上，并由螺钉4固定，所述的十字轴式两自由度万向节机构包括十字轴5、上框架12、下框架7、滚动轴承10，所述的上框架12、下框架7均为U形结构，通过螺母9分别固定在顶板3、底板8上，上框架12、下框架7上分别设有用于安装滚动轴承10的两个通孔，十字轴5上设置4个呈十字交叉的凸起，其中相对的两个凸起通过滚动轴承10和上框架12连接，另外相对的两个凸起通过滚动轴承10和下框架7连接，相邻两个凸起上分别设置编码器11，电路板1与编码器11、介电弹性体聚合物致动器集群6均电连接，用于给介电弹性体聚合物致动器集群6、编码器11提供电源和控制信号，用于控制整个机器人关节，为了提高整个机器人的结构紧凑性，本发明的下框架7底面棱边与底板3棱边、上框架12底面棱边与顶板8棱边分别设置成45度夹角，十字轴式两自由度万向节为本关节的核心机构，用于提供关节运动的自由度和运动空间，使关节得到不同的位姿，如图2、图3所示，为两种不同的位姿。
本发明的顶板3与底板8上还配合设置用于工业机器人关节与连杆机构连接的通孔，用于工业机器人关节与连杆机构的连接，方便操作。
本发明的介电弹性体聚合物致动器集群6为一种新型智能材料致动机构，它为柱形结构，由一组DE致动器单元通过串并联连接而成，该DE致动器单元的外形有柱（管）形、菱形、碟形等结构。DE致动器单元的工作其原理麦克斯韦力，在介电弹性体聚合物致动器集群6的两段施加一定电压，该致动器收缩；取消电压，则回复到原来长度，DE是一类膜状绝缘材料（如软硅树脂、聚丙烯酸橡胶等），它在直流电场作用下会产生大幅度的形变，如面积增大，厚度减小等，本发明利用此类材料变形幅度大（例如：软硅树脂的应变可以达到20%～30%，而聚丙烯酸橡胶甚至可以提供更大的应变和能量输出，其线性应变达380% 之多）、反应速度快（微秒级）的特点，具备了制作电致动器的基础材料的条件，将该材料用于制备本发明的介电弹性体聚合物致动器集群，具有频率高、软体、应力应变大等优点， DE致动器集群可以改善单个DE致动器单元输出力、位移小的缺陷，在保证单个DE致动器单元响应频率和带宽的前提下，增加力和位移的输出。
本发明的工业机器人关节中，顶板、底板，上框架、下框架等非标件采用铝合金材料，关节各机构、零件、致动器尺寸和螺钉、螺柱、螺杆、螺母、垫片等连接件的规格依具体的关节功率、扭矩而定。
本发明的工作过程如下：给介电弹性体聚合物致动器集群6的DE致动器单元施加电压，DE致动器单元在麦克斯韦力的作用下收缩，产生力输出，拉动上框架12、十字轴5、下框架7做相对运动。上框架12、下框架7分别通过顶板3、底板8连接杆件机构，进而产生了机器人关节的力矩和位移输出。
本发明的工业机器人关节的力矩和位移输出情况与介电弹性体聚合物致动器集群6内被激活的DE致动器单元位置、数目相关。如图所示介电弹性体聚合物致动器集群6有四块，分别连接在顶板3、底板8的四个脚上。每块介电弹性体聚合物致动器集群6又由不同的致动器单元通过串并联连接而成。激活同一块中不同位置、不同数目的DE致动器单元，也可获得不同的关节力矩、位移输出，工作时，根据实际需要，激活不同位置和数目的DE致动器单元，能获得所需的关节力矩和位移。
Claims (7)
1.一种工业机器人关节，包括顶板（3）、底板（8）、配合设置在顶板（3）与底板（8）之间的十字轴式两自由度万向节机构及介电弹性体聚合物致动器集群（6），其特征在于所述的顶板（3）上配合设置通过螺柱（2）与其连接的电路板（1），所述的顶板（3）、底板（8）的四角分别设置4个沉头孔，介电弹性体聚合物致动器集群（6）为4块，每块介电弹性体聚合物致动器集群（6）的两端分别设置在顶板（3）和底板（8）的对应沉头孔上，并由螺钉（4）固定，所述的电路板（1）与介电弹性体聚合物致动器集群（6）连接。
2.根据权利要求1所述的一种工业机器人关节，其特征在于所述的十字轴式两自由度万向节机构包括十字轴（5）、上框架（12）、下框架（7）、滚动轴承（10），所述的上框架（12）、下框架（7）均为U形结构，通过螺母（9）分别固定在顶板（3）、底板（8）上，上框架（12）、下框架（7）上分别设有用于安装滚动轴承（10）的两个通孔，十字轴（5）上设置4个呈十字交叉的凸起，其中相对的两个凸起通过滚动轴承（10）和上框架（12）连接，另外相对的两个凸起通过滚动轴承（10）和下框架（7）连接，任意相邻两个凸起上分别设置编码器（11）。
3.根据权利要求2所述的一种工业机器人关节，其特征在于所述的下框架（7）底面棱边与底板（8）棱边呈45度夹角。
4.根据权利要求2所述的一种工业机器人关节，其特征在于所述的上框架（12）底面棱边与顶板（3）棱边呈45度夹角。
5.根据权利要求1所述的一种工业机器人关节，其特征在于所述的顶板（3）与底板（8）上还分别配合设置用于工业机器人关节与连杆机构连接的通孔。
6. 根据权利要求1所述的一种工业机器人关节，其特征在于所述的介电弹性体聚合物致动器集群（6）为柱形结构，它由一组DE致动器单元通过串联连接构成，所述的DE致动器单元为柱形、菱形或碟形结构。
7.根据权利要求1所述的一种工业机器人关节，其特征在于所述的电路板（1）分别与编码器（11）、介电弹性体聚合物致动器集群（6）连接，用于给介电弹性体聚合物致动器集群（6）、编码器（11）提供电源和控制信号。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201320081882 CN203092581U (zh) | 2013-02-22 | 2013-02-22 | 一种工业机器人关节 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201320081882 CN203092581U (zh) | 2013-02-22 | 2013-02-22 | 一种工业机器人关节 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN203092581U true CN203092581U (zh) | 2013-07-31 |
Family
ID=48844020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201320081882 Expired - Fee Related CN203092581U (zh) | 2013-02-22 | 2013-02-22 | 一种工业机器人关节 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN203092581U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103112014A (zh) * | 2013-02-22 | 2013-05-22 | 浙江工业大学 | 一种工业机器人关节 |
| CN110253617A (zh) * | 2019-06-24 | 2019-09-20 | 派罗(廊坊)机器人科技有限公司 | 重构式复合铰链 |
| EP3744634A1 (en) | 2019-04-29 | 2020-12-02 | Airbus Operations GmbH | Tolerance compensation subassembly, aircraft component provided therewith and aircraft |
-
2013
- 2013-02-22 CN CN 201320081882 patent/CN203092581U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103112014A (zh) * | 2013-02-22 | 2013-05-22 | 浙江工业大学 | 一种工业机器人关节 |
| CN103112014B (zh) * | 2013-02-22 | 2015-07-22 | 浙江工业大学 | 一种工业机器人关节 |
| EP3744634A1 (en) | 2019-04-29 | 2020-12-02 | Airbus Operations GmbH | Tolerance compensation subassembly, aircraft component provided therewith and aircraft |
| US11492142B2 (en) | 2019-04-29 | 2022-11-08 | Airbus Operations Gmbh | Tolerance compensation subassembly, aircraft component provided therewith and aircraft |
| CN110253617A (zh) * | 2019-06-24 | 2019-09-20 | 派罗(廊坊)机器人科技有限公司 | 重构式复合铰链 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103112014B (zh) | 一种工业机器人关节 | |
| CN203092581U (zh) | 一种工业机器人关节 | |
| CN105500338A (zh) | 双臂scara工业机器人 | |
| CN106695764A (zh) | 一种基于双止推轴承的水平转动云台 | |
| CN106379434B (zh) | 具有主动粘/脱附的接触力自感知与自适应仿壁虎脚掌 | |
| CN104325458B (zh) | 一种柔性并联平台装置 | |
| CN100506626C (zh) | 机器人的踝关节 | |
| CN202241311U (zh) | 3级伸缩式操作臂 | |
| CN106963160A (zh) | 一种四自由度混联运动平台及动感模拟装置 | |
| CN104802155A (zh) | 一种空间三维移动全柔顺并联微动平台 | |
| CN205817906U (zh) | 一种机器人专用柔性连接装置 | |
| CN112171700B (zh) | 一种用于柔性材料曲面贴合的自适应机械手 | |
| CN202399270U (zh) | 一种可控机构式六自由度并联机器人平台 | |
| CN100439050C (zh) | 含螺旋副的精密微动并联三维移动机构 | |
| CN112092942A (zh) | 具有高自由度单腿结构和大负载能力的黏附机器人 | |
| CN208906501U (zh) | 一种六轴关节机器人 | |
| CN207104910U (zh) | 四关节工业搬运机器人 | |
| CN204659151U (zh) | 一种贴合设备uvw旋转定位平台 | |
| CN109263743B (zh) | 仿生蜘蛛行走机器人 | |
| CN106994682B (zh) | 一种教学用的新型机械装置 | |
| CN208046483U (zh) | 一种压电驱动仿人机械手指 | |
| CN207526975U (zh) | 一种滚珠丝杠调节式气体激光器移动装置 | |
| CN207884417U (zh) | 伺服电动缸 | |
| CN207096821U (zh) | 一种高精度载台微调机构 | |
| CN106354146B (zh) | 一种串联式姿态控制平台及控制方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130731 Termination date: 20170222 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |