CN218703589U - 足式机器人关节驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种足式机器人关节驱动装置，包括：机壳以及安装在机壳内的第一关节驱动机构、第二关节驱动机构以及调节机构，所述调节机构与所述第一关节驱动机构和所述第二关节驱动机构耦合，所述第一关节驱动机构的输出端连接有第一连杆，所述第二关节驱动机构的输出端连接有第二连杆，所述第一连杆和所述第二连杆用于与机器人的关节臂连接。在本方案中，通过第一关节驱动机构驱动第一连杆动作，通过第二关节驱动机构驱动第二连杆动作，通过调节机构进行第一关节驱动机构输出和第二关节驱动机构的输出耦合，以实现第一连杆所驱动关节和第二连杆所驱动的关节协调动作。

Description

足式机器人关节驱动装置

技术领域

本实用新型属于机器人关节驱动领域，特别是涉及一种足式机器人关节驱动装置。

背景技术

人的手臂中作为运动驱动执行器的肌肉，具有单关节肌与双关节肌两种。其中，单关节肌实现对各个关节的独立驱动，而双关节肌可以同步实现两个关节的驱动，具有双关节同时驱动的特性。

足式机器人模拟人体动作，因其步态多样、通过性强，目前已被应用于环境复杂的工业巡检等场景。而现有的足式机器人中每一个关节都是由单独的驱动执行器进行驱动，即单关节驱动。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种足式机器人关节驱动装置，以实现机器人双关节的同步驱动。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种足式机器人关节驱动装置，包括机壳以及安装在机壳内的第一关节驱动机构、第二关节驱动机构以及调节机构，所述调节机构与所述第一关节驱动机构和所述第二关节驱动机构耦合，所述第一关节驱动机构的输出端连接有第一连杆，所述第二关节驱动机构的输出端连接有第二连杆，所述第一连杆和所述第二连杆用于与机器人的关节臂连接。

可选地，所述第一关节驱动机构包括第一驱动电机以及用于带动第一连杆转动的第一转轴，所述第一驱动电机的输出端与所述第一转轴固定连接，所述第一转轴可沿自身轴线转动地安装在所述机壳内。

可选地，所述第一转轴与所述第一连杆之间设置有用于带动第一转轴和第一连杆同步动作的第一传动组件。

可选地，所述机壳内设置有第二转轴，所述第二转轴可沿自身轴线转动地安装在所述机壳内，所述第一传动组件包括第一主动轮、第一从动轮以及用于带动第一从动轮与第一主动轮同步转动的第一皮带，所述第一主动轮套设在所述第一转轴上，且所述第一主动轮与所述第一转轴固定连接；所述第一从动轮套设在所述第二转轴上，且所述第一从动轮可相对于所述第二转轴转动；所述第一从动轮与所述第一连杆固定连接。

可选地，所述第二关节驱动机构包括第二驱动电机以及用于带动第二连杆转动的第三转轴，所述第二驱动电机的输出端与所述第三转轴连接，所述第三转轴可沿自身轴线转动地安装在所述机壳内。

可选地，所述第二转轴与第三转轴之间设置有用于带动第二转轴和第三转轴同步转动的第二传动组件；所述第二传动组件包括第二主动轮、第二从动轮以及用于带动第二从动轮与第二主动轮同步转动的第二皮带，所述第二主动轮套设在所述第三转轴上，且所述第二主动轮与所述第三转轴固定连接；所述第二从动轮套设在所述第二转轴上，且所述第二从动轮与所述第二转轴固定连接。

可选地，所述机壳内还设置有第四转轴，所述第二转轴和所述第四转轴之间设置有用于带动第二转轴和第四转轴同步转动的第三传动组件；所述第一连杆远离所述第一关节驱动机构的一端套设在所述第四转轴上，所述第二连杆固定安装在所述第四转轴上。

可选地，所述第三传动组件包括第三主动轮、第三从动轮以及用于带动第三从动轮与第三主动轮同步转动的第三皮带，所述第三主动轮套设在所述第二转轴上，且所述第三主动轮与所述第二转轴固定连接；所述第三从动轮套设在所述第四转轴上，且所述第三从动轮与所述第四转轴固定连接。

可选地，所述调节机构包括第三驱动电机以及少齿差行星齿轮传动组件，所述少齿差行星齿轮传动组件包括销轴盘、外齿轮、内齿轮、公转轴以及受所述第二关节驱动机构驱动的自转偏心轴，所述销轴盘上设置有销轴，所述外齿轮上对应销轴开设有销孔，所述外齿轮设置有两个，两个外齿轮中心分别固定安装在所述自转偏心轴上，所述第三驱动电机的输出端与所述公转轴连接，所述公转轴与所述销轴盘连接，所述外齿轮安装在所述内齿轮内，且所述外齿轮与所述内齿轮啮合；所述第一转轴上固定有传动齿轮，所述传动齿轮与所述内齿轮的外齿圈啮合。

可选地，所述自转偏心轴与所述第三转轴之间设置有用于自转偏心轴和第三转轴同步转动的第四传动组件。

如上所述，本实用新型的足式机器人关节驱动装置，具有以下有益效果：

在本方案中，通过第一关节驱动机构驱动第一连杆动作，通过第二关节驱动机构驱动第二连杆动作，通过调节机构进行第一关节驱动机构输出和第二关节驱动机构的输出耦合，以实现第一连杆所驱动关节和第二连杆所驱动的关节协调动作，即实现了两个关节的同步驱动。

附图说明

图1为本实用新型实施例中足式机器人关节驱动装置的剖结构示意图。

图2为本实用新型实施例中少齿差行星齿轮传动组件的结构示意图。

具体实施方式

说明书附图中的附图标记包括：第一驱动电机101、第一转轴102、第一主动轮1031、第一皮带1032、第一从动轮1033、传动齿轮104、第一连杆2、第二驱动电机301、第三转轴302、第二主动轮3031、第二皮带3032、第二从动轮3033、第二转轴4、第二连杆5、第三主动轮601、第三皮带602、第三从动轮603、第三驱动电机7、少齿差行星齿轮传动组件8、销轴盘801、销轴802、内齿轮803、自转偏心轴804、外齿轮805、公转轴806、第四主动轮901、第四皮带902、第四从动轮903、第四转轴10。

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

本申请提供的足式机器人关节驱动装置，具体参考图1和图2。

本实施例提供了一种足式机器人关节驱动装置，包括：机壳以及安装在机壳内的第一关节驱动机构、第二关节驱动机构以及调节机构，调节机构与第一关节驱动机构和第二关节驱动机构耦合，第一关节驱动机构的输出端连接有第一连杆2，第二关节驱动机构的输出端连接有第二连杆5，第一连杆2和第二连杆5用于与机器人的关节臂连接。

在本实施例中，通过第一关节驱动机构驱动第一连杆2动作，通过第二关节驱动机构驱动第二连杆5动作，通过调节机构进行第一关节驱动机构输出和第二关节驱动机构的输出耦合，以实现第一连杆2所驱动关节和第二连杆5所驱动的关节协调动作。

在一示例性实施例中，第一关节驱动机构包括第一驱动电机101以及用于带动第一连杆2转动的第一转轴102，第一驱动电机101的输出端与第一转轴102固定连接，第一转轴102可沿自身轴线转动地安装在机壳内。

在本实施例中，通过第一驱动电机101带动第一转轴102动作，进而带动第一连杆2动作，以实现关节的驱动。且可以通过设置第一驱动电机101工作参数，以调节第一连杆2的动作力度。

在一示例性实施例中，第一转轴102与第一连杆2之间设置有用于带动第一转轴102和第一连杆2同步动作的第一传动组件。

值得说明的是，本实施例中，第一传动组件的设置，以使得第一连杆2随第一转轴102转动。

在一示例性实施例中，机壳内设置有第二转轴4，第二转轴4可沿自身轴线转动地安装在机壳内，第一传动组件包括第一主动轮1031、第一从动轮1033以及用于带动第一从动轮1033随第一主动轮1031同步转动的第一皮带1032，第一主动轮1031套设在第一转轴102上，且第一主动轮1031与第一转轴102固定连接；第一从动轮1033套设在第二转轴4上，且第一从动轮1033与第二转轴4固定连接。第一从动轮1033与第一连杆2固定连接。

示例性的，第二转轴4上套设有套筒，套筒与第二转轴4之间间隙配合，使得第二转轴4转动时套筒不会随第二转轴4转动。第一从动轮1033套设在套筒上，并与套筒固定连接，第二连杆5与第一从动轮1033的侧面固定。

本实施例中，第一主动轮1031转动时，通过第一皮带1032带动第一从动轮1033转动，进而使得第一连杆2以第一从动轮1033为旋转中心进行旋转，以实现对应关节臂的驱动。

在一示例性实施例中，第二关节驱动机构包括第二驱动电机301以及用于带动第二连杆5转动的第三转轴302，第二驱动电机301的输出端与第三转轴302连接，第三转轴302可沿自身轴线转动地安装在机壳内。

本实施例中，通过第二驱动电机301转动，带动第二连杆5转动，以实现对应关节臂的驱动。

在一示例性实施例中，第二转轴4与第三转轴302之间设置有用于使第二转轴4和第三转轴302同步转动的第二传动组件；第二传动组件包括第二主动轮3031、第二从动轮3033以及用于带动第二从动轮3033与第二主动轮3031同步转动的第二皮带3032，第二主动轮3031套设在第三转轴302上，且第二主动轮3031与第三转轴302固定连接；第二从动轮3033套设在第二转轴4上，且第二从动轮3033与第二转轴4固定连接。

在本实施例中，第二转轴4和第三转轴302之间设置第二传动组件，当第一驱动电机101转动时，由于第一从动轮1033是套设在第二转轴4上的，第二转轴4不会随第一转轴102转动而转动。当第二驱动电机301转动时，由于第二主动轮3031与第三转轴302固定安装，第二从动轮3033与第二转轴4固定安装，使得第二转轴4将随着第三转轴302的转动而转动，进而带动第二连杆5动作。

在一示例性实施例中，机壳内还设置有第四转轴10，第二转轴4和第四转轴10之间设置有用于带动第二转轴4和第四转轴10同步转动的第三传动组件；第一连杆2远离第一关节驱动机构的一端套设在第四转轴10上，第二连杆5固定安装在第四转轴10上。

示例性的，第四转轴10上安装有套筒，第一连杆2通过套筒与第四转轴10进行安装。使得第一连杆2不随第四转轴10的转动而转动。且第一连杆2以第一从动轮1033为旋转中心旋转时，将带动第四转轴10一同转动。同时，通过第二驱动电机301第四转轴10上的第二连杆5转动，实现机器人两个关节的动作。

在一示例性实施例中，第三传动组件包括第三主动轮601、第三从动轮603以及用于带动第三从动轮603与第三主动轮601同步转动的第三皮带602，第三主动轮601套设在第二转轴4上，且第三主动轮601与第二转轴4固定连接；第三从动轮603套设在第四转轴10上，且第三从动轮603与第四转轴10固定连接。

在本实施例中，第三主动轮601随第二转轴4转动时，将通过第三皮带602带动第三从动轮603转动，进而带动第四转轴10转动，使得第二连杆5发生位置偏移。

在一示例性实施例中，调节机构包括第三驱动电机7以及少齿差行星齿轮传动组件8，少齿差行星齿轮传动组件8包括销轴盘801、外齿轮805、内齿轮803、公转轴806以及受第二关节驱动机构驱动的自转偏心轴804，销轴盘801上设置有销轴802，外齿轮805上对应销轴802开设有销孔，外齿轮805设置有两个，两个外齿轮805中心分别固定安装在自转偏心轴804上，第三驱动电机7的输出端与公转轴806连接，公转轴806与销轴盘801连接，外齿轮805安装在内齿轮803内，且外齿轮805与内齿轮803啮合；第一转轴102上固定有传动齿轮104，传动齿轮104与内齿轮803的外齿圈啮合。

值得说明的是，少齿差行星齿轮传动组件8具有较大传动比，在传动比为11以上时，能有效提高足式机器人动作位置控制的精准性。通过少齿差行星齿轮传动组件8，实现了足式机器人双关节的同时驱动，同时实现足式机器人的位姿控制和输出力度的控制，提高了机器人运动的安全性。通过对第一驱动电机101、第二驱动电机301以及第三驱动电机7的输出设置，可以对足式机器人关节的出力特性进行调控，优化机器人关节的力学特性。且足式机器人双关节的同时驱动并不依赖于力矩传感器以及复杂的控制算法，降低了成本及作业系统的复杂度。

在本实施例中，第三驱动电机7的设置，以带动少齿差行星齿轮中的外齿轮805发生公转，通过第二驱动电机301动作，以使得外齿轮805发生自转，转动的外齿轮805带动内齿轮803转动，各齿轮之间的啮合将力矩传递至第一连杆2和第二连杆5，实现对关节末端连杆的出力控制。当第二驱动电机301的输出扭矩发生变化时，第一连杆2末端出力力矩将随之改变，同时通过内齿轮803将力矩传送至传动齿轮104，从而使得第二连杆5的出力力矩发生改变。同理，第一驱动电机101的输出力矩发生改变时，也将改变第一连杆2和第二连杆5的输出力矩。

在一示例性实施例中，所自转偏心轴804与第三转轴302之间设置有用于自转偏心轴804和第三转轴302同步转动的第四传动组件，第四传动组件包括第四主动轮901、第四从动轮903以及用于使第四从动轮903随第四主动轮901转动的第四皮带902，第四主动轮901固套设在第三转轴302上，且第四主动轮901与第三转轴302固定连接。第四从动轮903套设在自转偏心轴804上，且第四从动轮903与自转偏心轴804固定连接。

在本实施例中，通过第四主动轮901带动第四从动轮903转动，以带动自转偏心轴804转动，进而带动外齿轮805自转。

本申请将现有机器人由驱动电机与关节之间的刚性连接改变为具有双关节同时驱动特性的柔性连接，实现机器人关节的位姿控制和出力控制，优化了机器人关节的运动特性，降低了控制系统的成本和复杂程度。

在一示例性实施例中，当关节在自由空间需要驱动第一连杆2和第二连杆5运动到指定位置时，第一驱动电机101和第二驱动电机301动作，第二驱动电机301处于静止锁定状态。第一驱动电机101单独驱动：当第一驱动电机101顺时针旋转时，传动齿轮104顺时针旋转，与传动齿轮104相啮合的内齿轮803将逆时针旋转，带动第一连杆2产生逆时针旋转运动，从而旋转到指定位置。第三驱动电机7单独驱动：当第三驱动电机7逆时针旋转时，将带动第二连杆5逆时针旋转，从而旋转到指定位置。

在一示例性实施例中，当第一连杆2和第二连杆5的输出需要进行力度控制时，第一驱动电机101、第二驱动电机301以及第三驱动电机7共同进行驱动控制。当第一驱动电机101和第二驱动电机301顺时针旋转时，驱动第一连杆2和第二连杆5逆时针旋转动作，带动外齿轮805进行自转与公转运动，从而使得销轴盘801的运动受到第一连杆2和第二连杆5的耦合作用。当第三驱动电机7驱动销轴盘801转动时，将带动外齿轮805做旋转动作，施加在外齿轮805上的力矩将反作用于自转偏心轴804和外齿轮805上，自转偏心轴804和外齿轮805再通过齿轮啮合将力矩传递至第一连杆2和第二连杆5，实现第一连杆2和第二连杆5的出力控制。当第三驱动电机7的输出扭矩发生改变时，第一连杆2的输出力矩将随之改变，并且通过同时与自转偏心轴804以及内齿轮803的内齿啮合的外齿轮805，可以将第三驱动电机7的力矩传递至内齿轮803上，从而使影响第一连杆2的输出力矩。反之，第三驱动电机7的输出扭矩发生变化，将同时影响第一连杆2和第二连杆5的输出力矩。

本实施例中通过少齿差行星齿轮传动组件8，实现足式机器人双关节的同时驱动，将机器人关节由第一驱动带电机、第二驱动电机301、第三驱动带电机与关节臂的刚性连接转变为由第一传动组件至第四传动组件组成的柔性连接，实现机器人关节的位姿控制与出力控制，优化了足式机器人关节的运动特性，降低了控制系统的成本和复杂程度。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种足式机器人关节驱动装置，其特征在于，包括：机壳以及安装在机壳内的第一关节驱动机构、第二关节驱动机构以及调节机构，所述调节机构与所述第一关节驱动机构和所述第二关节驱动机构耦合，所述第一关节驱动机构的输出端连接有第一连杆，所述第二关节驱动机构的输出端连接有第二连杆，所述第一连杆和所述第二连杆用于与机器人的关节臂连接。

2.根据权利要求1所述的足式机器人关节驱动装置，其特征在于，所述第一关节驱动机构包括第一驱动电机以及用于带动第一连杆转动的第一转轴，所述第一驱动电机的输出端与所述第一转轴固定连接，所述第一转轴可沿自身轴线转动地安装在所述机壳内。

3.根据权利要求2所述的足式机器人关节驱动装置，其特征在于，所述第一转轴与所述第一连杆之间设置有用于带动第一转轴和第一连杆同步动作的第一传动组件。

4.根据权利要求3所述的足式机器人关节驱动装置，其特征在于，所述机壳内设置有第二转轴，所述第二转轴可沿自身轴线转动地安装在所述机壳内，所述第一传动组件包括第一主动轮、第一从动轮以及用于带动第一从动轮与第一主动轮同步转动的第一皮带，所述第一主动轮套设在所述第一转轴上，且所述第一主动轮与所述第一转轴固定连接；所述第一从动轮套设在所述第二转轴上，且所述第一从动轮可相对于所述第二转轴转动；所述第一从动轮与所述第一连杆固定连接。

5.根据权利要求4所述的足式机器人关节驱动装置，其特征在于，所述第二关节驱动机构包括第二驱动电机以及用于带动第二连杆转动的第三转轴，所述第二驱动电机的输出端与所述第三转轴连接，所述第三转轴可沿自身轴线转动地安装在所述机壳内。

6.根据权利要求5所述的足式机器人关节驱动装置，其特征在于，所述第二转轴与第三转轴之间设置有用于带动第二转轴和第三转轴同步转动的第二传动组件；所述第二传动组件包括第二主动轮、第二从动轮以及用于带动第二从动轮与第二主动轮同步转动的第二皮带所述第二主动轮套设在所述第三转轴上，且所述第二主动轮与所述第三转轴固定连接；所述第二从动轮套设在所述第二转轴上，且所述第二从动轮与所述第二转轴固定连接。

7.根据权利要求5所述的足式机器人关节驱动装置，其特征在于，所述机壳内还设置有第四转轴，所述第二转轴和所述第四转轴之间设置有用于带动第二转轴和第四转轴同步转动的第三传动组件；所述第一连杆远离所述第一关节驱动机构的一端套设在所述第四转轴上所述第二连杆固定安装在所述第四转轴上。

8.根据权利要求7所述的足式机器人关节驱动装置，其特征在于，所述第三传动组件包括第三主动轮、第三从动轮以及用于带动第三从动轮与第三主动轮同步转动的第三皮带，所述第三主动轮套设在所述第二转轴上，且所述第三主动轮与所述第二转轴固定连接；所述第三从动轮套设在所述第四转轴上，且所述第三从动轮与所述第四转轴固定连接。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的足式机器人关节驱动装置，其特征在于，所述调节机构包括第三驱动电机以及少齿差行星齿轮传动组件，所述少齿差行星齿轮传动组件包括销轴盘、外齿轮、内齿轮、公转轴以及受所述第二关节驱动机构驱动的自转偏心轴，所述销轴盘上设置有销轴，所述外齿轮上对应销轴开设有销孔，所述外齿轮设置有两个，两个外齿轮中心分别固定安装在所述自转偏心轴上，所述第三驱动电机的输出端与所述公转轴连接，所述公转轴与所述销轴盘连接，所述外齿轮安装在所述内齿轮内，且所述外齿轮与所述内齿轮啮合；所述第一转轴上固定有传动齿轮，所述传动齿轮与所述内齿轮的外齿圈啮合。

10.根据权利要求9所述的足式机器人关节驱动装置，其特征在于，所述自转偏心轴与所述第三转轴之间设置有用于自转偏心轴和第三转轴同步转动的第四传动组件。

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