[實用新型]一種T型單自由度機器人關節模塊

無效

• 申請號: 200820202740.3
• 申請日: 2008-10-31
• 公開（公告）號: CN201291458Y
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 管貽生;江勵;張憲民
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B25J9/08
• 分類號: B25J9/08;B25J9/10;B25J9/00;B25J17/00
• 代理公司: 廣州粵高專利代理有限公司
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本實用新型涉及機器人技術領域，具體而言涉及一種單自由度機器人關節模塊。

背景技術

機器人技術迄今取得了很大的發展，但離在社會生產和人類生活中大量和普遍應用還有相當大的距離。究其原因，重要因素包括機器人本身的功能、性能和智能以及系統的復雜性和高昂成本。盡管機器人針對某種應用具有很大的靈活性和彈性，但現有的多數機器人系統往往針對特定的使用目的和場合只有一種主要功能和固定構型，缺乏功能的擴展性和構型的重構性。綜合和集成多種功能于一身是目前和未來機器人系統開發的一大重要趨勢。此外，針對每一領域和每項應用都開發特定的機器人所花費的代價很大，嚴重制約機器人的推廣應用。因此，多功能、易構建和低成本是機器人新系統開發中的重要目標。為此，模塊化是個有效方法，是當前機器人研究和開發中的一個趨勢和特點。模塊化能簡化設計制造和維護、縮短研制周期、降低研制成本，大大增強系統構建時的靈活性和彈性，正成為系統開發的重要設計方法。可變形和可重構的機器人的核心思想就是模塊化，整個機器人就是若干模塊的有效組合。類似地，蛇形機器人無一例外也由若干個關節模塊依次串接而成，例如沈陽自動化研究所研制的蛇形機器人即由很多單自由度關節模塊組成(中國專利號：ZL01248525.X)。在工業機器人方面，德國Amtec公司已開發出單自由度的機器人關節模塊(德國專利號DE19939646.A1)并已商品化。然而，由于關節模塊類型單一，外形結構為方形，模塊之間的連接有的需要專用的連接塊，由它們搭建的操作機在機械構型上不理想。韓國也研制了機器人關節模塊(專利號：KR2005113975-A)。由于機器人模塊化在組建系統時極具柔性，可以自由地構建多自由度的系統，在太空機器人系統開發中也受到青睞，無論是加拿大的太空機器人Canadarm，還是美國機器人研究公司開發的21自由度3機器人試驗床，都采用了模塊化設計方式。在國內，針對太空機器人的需要，北航和北京郵電大學在開發雙自由度關節模塊，哈工大也已研制了模塊化關節(專利號：ZL1807032.A)。模塊化設計在移動機器人、爬壁機器人、管內爬行機器人和多指手研究開發中也很常用。雖然目前已有不少關節模塊被開發出來，但它們要么種類單一(如Amtec的PowerCube)，或者價格極其高昂(如Robotics?Research的模塊)，或者模塊自由度偏多(如TODOM有兩個自由度，只能構成偶數自由度的機器人)，或者模塊本身簡易而有針對性(如各種面向可重構機器人或蛇形機器人的微小型關節模塊)，難以滿足搭建常規尺寸的任意機器人的廣泛需求。轉動關節型機器人中有兩種關節類型，其關節軸線分別與關節連桿共線或垂直(這里分別稱為I型關節和T型關節)，而在現有的常規尺寸單自由度關節模塊中，只有I型關節模塊而沒發現有T型關節模塊。用I型關節模塊來搭建機器人有時需要根據構型設計和制造專用的模塊連接件，沒有充分實現機器人構建的靈活性和快捷性。如果有對應的T型關節模塊就能彌補這個不足和缺陷。因此，有必要開發結構緊湊的常規大小的單自由度T型關節模塊。

實用新型內容

本實用新型的目的在于為降低機器人設計、制造、調試、使用和維護的成本，增加機器人系統構建的靈活性和快速性而提供一種結構緊湊、連接和使用方便的T型單自由度機器人關節模塊。該關節模塊具有一個轉動自由度，其轉軸與模塊的軸線垂直，稱為T型關節模塊。它配以相應的控制系統即可實現運動或力矩控制，零位用霍爾開關檢測。主要包括伺服電機及光電編碼器組件、盤式諧波減速器組件、諧波減速器輸出軸、關節套筒、電機座、關節基座、軸承及相應的軸套和端蓋、小錐齒輪、大錐齒輪和關節軸等。伺服電機的輸出軸通過軸套與諧波減速器的波發生器連接，而諧波減速器輸出軸與小錐齒輪固接，小錐齒輪與大錐齒輪嚙合，后者再與關節軸連接，關節軸與輸出連接件固連，最終實現運動和動力的傳輸。

為實現本實用新型的目的，采用如下的技術方案：