CN203171640U - 直线超声电机直接驱动的机器人手指关节 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种直线超声电机直接驱动的机器人手指关节。它包括直线超声电机、左右两端指节、中间指节和两根关节轴；所述左右两端指节的內端分别各通过一根关节轴与中间指节的一端相铰连；所述直线超声电机固定安装在中间指节内，使直线超声电机输出端的两输出端面与所述关节轴相切摩擦接触；所述直线超声电机会对关节轴具有持续的压力；关节轴也是电机的输出轴，直线超声电机可以直接驱动关节轴，并带动手指运动。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种机器人手指关节，尤其是一种直线超声电机直接驱动的机器人手指关节。
背景技术
多指灵巧手依照传动方式可分为齿轮传动和腱传动。采用齿轮传动就必须增加调节齿轮间隙的装置，这样既会增加手的附加重量，也会使手的机构变得复杂；当齿轮间隙调小了之后，新的问题又会接踵而至，如齿轮传动的摩擦增大，于是，又需要添加新的装置来减少齿轮传动的摩擦。腱传动类似皮带轮传动，腱的材料一般采用钢丝绳或弹性绳。在腱传动方式中，腱需要预紧，通常预紧力比较大，但又不能太大，张力过大可能会使腱拉断，不利于大负载条件下的抓取工作；腱有张力，容易变形，会引起传动的滞后现象，使用时间长了，腱会变松弛，将会带来较大的运动传递误差；腱只能受拉而不能受压，所以实现回程将会很困难，控制力一旦超调，消除起来将是一件非常麻烦的事，但超调在实际中不可避免。要想实现回程，只有在每个关节处加置一个电机，是两个电机配合工作实现一个关节的正反转，这样给手指的安装和控制都会带来不便，由于这些辅助装置的存在，导致灵巧手的体积一般比较大。
驱动原理： 超声电机是靠固有频率范围内定子的摩擦驱动转子的。一般，是通过电机两种固有频率的叠加，来形成电机定子的椭圆形运动轨迹。此外，通过多种相互垂直的震动模式的叠加，生成围绕某一轴的椭圆轨迹。然而，如果两个固有频率不一致，那么定子表面的两个点将不会合成椭圆的震动轨迹。因此，此处电机驱动原理是一次长度频率和两次的扭转频率加载在矩形板材上，我们可以选择第一和第二纵向震动模式，第一和第二扭曲震动模式，和一个弯曲震动模式。同时，第一纵向震动模式和第一扭曲震动模式和弯曲震动模式要与电机的固有频率一致。通过这些震动的叠加，定子与转子接触面的两个点可以形成各种形状的震动，来分别独立的驱动两个转子。
实用新型内容
本实用新型专利的目的是在于针对已有技术的缺陷，提供一种超声直线电机直接驱动的机器人手指关节，体积小、重量轻、响应快，操作方便。
为达到上述目的，本实用新型的构思是：手指关节的驱动系统由超声直线电机，关节轴，手指指节等组成；关节轴既是超声电机的输出轴，也是手指的关节轴，由超声电机直接驱动手指关节运动；此结构采用了上海大学研制的条状超声电机，电机有两个振动动节点，可以采用螺钉把超声电机固定在其中一个手指指节上，超声电机的两个振动节点压在关节轴上，由弹性材料提供预压力。
根据上述实用新型构思，本实用新型采用下述技术方案：
一种直线超声电机直接驱动的机器人手指关节，包括直线超声电机，左右两端指节、中间指节、两根关节轴；所述两端指节的內端分别各通过一根关节轴与所述中间指节的一端相铰连；所述直线超声电机固定安装在中间指节内，使直线超声电机的输出端的两输出端面与所述关节轴相切摩擦接触。
所述中间指节由一个外固定壳和两片连接片固定连接构成的壳型指节；所述两片连接片与关节轴转动连接，所述直线超声电机置在中间指节外固定壳并通过一个销插入外固定壳的长孔中实现定位。
所述的直线超声电机为卧式板型直线超声电机，其输出端）为细长形矩形面，其输出端面与所述关节轴中部相切压紧摩擦接触，输出端矩形面的长边与关节轴中心线平行。
所述左右两端指节为壳型结构，一端有轴孔与关节轴的两端固定连接；所述中间指节由一个外固定壳和两片连接片固定连接构成的壳型指节；所述两片连接片与关节轴转动连接，所述直线超声电机）置在中间指节外固定壳并通过一个销插入外固定壳的长孔中实现定位。
所述的中间指节包含外固定壳、2片连接片和弹性垫片，两片连接片固定在所述关节轴中的一根芯轴的两端，两片连接片夹持在两端指节的外侧；在所述直线超声电机与所述外固定壳之间有弹性材料；所述外固定壳通过螺钉固定于所述两片连接片。
所述的关节轴为空心轴，通过两个小轴承固定于一根芯轴上，所述芯轴的两端与所述中间指节的两片连接片固定连接；所述关节轴的两端面与所述另外两个指节为固定连接。
本实用新型与现有技术相比较，具有如下显而易见的特点和优点。本实用新型是一种无减速装置、体积小、重量轻、响应快，操作方便，另外、应用微型化的超声直线电机直接驱动手指关节，从而减少手指和手的体积和重量。尤其是超声电机的自锁力矩大，可以实现断电后仍然可以能抓住物体的特点，摒弃了现有机器人手指的“驱动器——减速器——传动机构——关节运动”的传统驱动方案，将驱动系统集成到手指中，直接驱动手指关节运动。
附图说明
图1是本实用新型的整体结构示意图。
图2是本实用新型内部结构示意图。
图3是电机示意图。
图4是本实用新型内部结构示意图。
在图中：1-电机；2、3、4-手指指节；5-关节轴；6-芯轴； 7-连接片；8-螺钉；9-长孔；10-外固定壳；11-弹性垫片；12-轴承；13-输出端；14-销。
具体实施方式
实施例一：
参看图1-图4，本直线超声电机直接驱动的机器人手指关节，包括直线超声电机（1），左右两端指节（3、4）、中间指节（2）、两根关节轴（5）；其特征在于所述两端指节（3、4）的內端分别各通过一根关节轴（5）与所述中间指节（2）的一端相铰连；所述直线超声电机（1）固定安装在中间指节（2）内，使直线超声电机（1）的输出端（13）的两输出端面与所述关节轴（5）相切摩擦接触。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：
所述左右两端指节（3、4）为壳型结构，一端有轴孔与关节轴（5）的两端固定连接；所述中间指节（2）由一个外固定壳（10）和两片连接片（7）固定连接构成的壳型指节；所述两片连接片（7）与关节轴（5）转动连接，所述直线超声电机（1）置在中间指节（2）外固定壳（10）并通过一个销（14）插入外固定壳（10）的长孔（9）中实现定位。
所述的直线超声电机（1），为卧式板型直线超声电机，其输出端（13）为细长形矩形面，其输出端面与所述关节轴（5）中部相切压紧摩擦接触，输出端（13）矩形面的长边与关节轴（5）中心线平行。
所述的中间指节（2）包含外固定壳（10）、2片连接片（7）和弹性垫片（11），两片连接片（7）固定在所述关节轴（5）中的一根芯轴（6）的两端，两片连接片（7）夹持在两端指节（3、4）的外侧；在所述直线超声电机（1）与所述外固定壳（10）之间有弹性材料（11）；所述外固定壳（10）通过螺钉（8）固定于所述两片连接片（7）。
所述的关节轴（5）为空心轴，通过两个小轴承（12）固定于一根芯轴（6）上，所述芯轴（6）的两端与所述中间指节（2）的两片连接片（7）固定连接；所述关节轴（5）的两端面与所述另外两个指节（3、4）为固定连接。
实施例三：
本实施例有三个指节组成，关节轴（5）为中空管，通过两个并行轴承固定于细轴上，外端直接直接固定于关节轴上，中间指节固定于细轴上，超声直线电机（1）通过外固定壳（10）固定于中间指节（2）。其中三个指节均中空，以减轻手指重量，提高灵敏度。
超声直线电机的输出端（13）为矩形面，此输出端（13）与关节轴（5）相切接触，输出端（13）的矩形面与关节轴（5）的轴心平行，并通过中间指节的外固定壳（10）与电机（1）之间的弹性海绵（11）产生一定预压力。直线超声电机（1），通过销（14）固定于中间指节（2）的外固定壳（10）的长孔（9）内，外固定壳（10）通过螺钉（8）固定于连接片（7）上。
Claims (5)
1.一种直线超声电机直接驱动的机器人手指关节，包括直线超声电机（1），左右两端指节（3、4）、中间指节（2）、两根关节轴（5）；其特征在于所述左右两端指节（3、4）的內端分别各通过一根关节轴（5）与所述中间指节（2）的一端相铰连；所述直线超声电机（1）固定安装在中间指节（2）内，使直线超声电机（1）的输出端（13）的两输出端面与所述关节轴（5）相切摩擦接触。
2.根据权利要求1所述的直线超声电机直接驱动的机器人手指关节，其特征在于：所述左右两端指节（3、4）为壳型结构，一端有轴孔与关节轴（5）的两端固定连接；所述中间指节（2）由一个外固定壳（10）和两片连接片（7）固定连接构成的壳型指节；所述两片连接片（7）与关节轴（5）转动连接，所述直线超声电机（1）置在中间指节（2）外固定壳（10）并通过一个销（14）插入外固定壳（10）的长孔（9）中实现定位。
3.根据权利要求2所述的直线超声电机直接驱动的机器人手指关节，其特征在于：所述的直线超声电机（1），为卧式板型直线超声电机，其输出端（13）为细长形矩形面，其输出端面与所述关节轴（5）中部相切压紧摩擦接触，输出端（13）矩形面的长边与关节轴（5）中心线平行。
4.根据权利要求3所述的直线超声电机直接驱动的机器人手指关节，其特征在于：所述的中间指节（2）包含外固定壳（10）、2片连接片（7）和弹性垫片（11），两片连接片（7）固定在所述关节轴（5）中的一根芯轴（6）的两端，两片连接片（7）夹持在两端指节（3、4）的外侧；在所述直线超声电机（1）与所述外固定壳（10）之间有弹性材料（11）；所述外固定壳（10）通过螺钉（8）固定于所述两片连接片（7）。
5.根据权利要求1所述的直线超声电机直接驱动的机器人手指关节，其特征在于：所述的关节轴（5）为空心轴，通过两个小轴承（12）固定于一根芯轴（6）上，所述芯轴（6）的两端与所述中间指节（2）的两片连接片（7）固定连接；所述关节轴（5）的两端面与所述另外两个指节（3、4）为固定连接。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109746934A (zh) * | 2019-03-11 | 2019-05-14 | 南京航空航天大学 | 一种直线超声电机驱动的机械灵巧手 |
| CN116476119A (zh) * | 2023-06-21 | 2023-07-25 | 季华实验室 | 一种张角式二指夹钳及其激励方法 |
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- 2013-04-11 CN CN 201320178495 patent/CN203171640U/zh not_active Expired - Fee Related
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