[發明專利]機器人回轉式關節

無效

• 申請號: 200910047784.2
• 申請日: 2009-03-19
• 公開（公告）號: CN101502964A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發明（設計）人: 袁建軍;張偉軍;閆婉;葉秋香
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種機械技術領域的裝置，具體的說，涉及的是一種機器人回轉式關節。

背景技術

機器人回轉式關節是決定機器人空間運動能力大小的關鍵要素?；剞D式關節的傳動機構則決定了相應關節的傳輸力矩的大小和傳動間隙以及傳動精度的高低。機器人回轉式關節，例如機器人腰部回轉關節，通常不是連續回轉而是一定角度范圍內的往復回轉運動。為了實現機器人尤其是機械臂等末端精度的要求，其回轉式關節的傳動機構多通過高精度、大扭矩、高剛度的減速器的串聯方式來實現。

經對現有技術的文獻檢索發現，G.Hirzinger等在ICRA(機器人與自動化)國際會議論文集(2000，pp.46-54)上發表論文“A?mechatronics?approach?tothe?design?of?light-weight?arms?and?multifingered?hands”(輕重量機械臂和多指機械手的一種機電設計方法)。該文中闡述了輕重量機械臂的研發過程，使用特制輕重量諧波減速器代替大減速比的行星輪減速器，通過高剛度大扭矩的傳動方案獲得末端的高精度和高動態性能。然而，類似上述技術，在機器人領域使用的諧波減速器或者RV減速器制作成本高、造價昂貴，在具有一定精度要求但更加看重經濟效益的環境中很難獲得廣泛的應用。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種機器人回轉式關節，解決現有機器人尤其是機械臂的回轉式關節在傳動機構設計上存在的性價比的問題，在保證傳動扭矩和精度的同時降低實現成本。

本發明是通過以下技術方案來實現的，本發明包括：固定架、絲桿、螺母、導桿、移動塊、固定底座、回轉臺、鋼絲偶。絲桿安裝在固定架上，可沿自身軸線相對于固定架自由轉動，由外部驅動元件連接至絲桿的接頭端進行傳動。螺母固定安裝在移動塊上。導桿也安裝在固定架上，并且穿過移動塊。回轉臺安裝在固定底座上，可沿回轉臺自身的軸線相對于固定底座自由轉動。固定底座與固定架保持一定距離固定安裝，該距離與回轉臺的半徑相同。外部的機器人固定安裝在回轉臺的上平面上，隨回轉臺一起轉動。

所述的鋼絲偶有上下兩個，完全一樣。每個鋼絲偶由一對鋼絲組成。鋼絲的一端固定在回轉臺的側壁上，沿回轉臺的側壁纏繞半圈，隨即纏繞到移動塊上，另一端固定在移動塊上并且保持張緊狀態。鋼絲偶的一對鋼絲的纏繞方向相反。

本發明中，絲桿的轉動轉換為螺母的直線移動，由此帶動移動塊移動，導桿限制移動塊只具有直線移動的自由度，并且保證結構的剛度。由于在移動塊和回轉臺之間正反方向纏繞著鋼絲偶，無論移動塊左右移動都會由鋼絲牽引使得回轉臺轉動，由此構成了外部的機器人的回轉式關節的正反回轉動作。本發明的機器人回轉式關節回轉動作可以接近正反180度。

與現有技術相比，本發明采用鋼絲偶的牽引實現機器人關節的正反回轉動作，在保證鋼絲偶的張緊力的前提下，可以實現無間隙傳動，獲得較高的精度。同時均使用普通元器件，價格低購置容易，使得本發明的設計易于實現。另外，適當增加鋼絲偶的個數，可以獲得更大的傳動轉矩，提高傳動剛度。本發明中的鋼絲偶使用的鋼絲，可以使用其他彈性元件代替，比如鋼帶、皮帶等，具體的安裝固定方式以及使用方法與鋼絲完全相同，不改變本發明的效果。

本發明的另外一個特征是可以實現較大的傳動減速比。本發明中絲桿的導程為L，回轉臺的半徑為R，因此本發明的減速比為2πR/L。由于回轉臺半徑R通常較大，絲桿的導程L通常較小，因此在具體化相關參數后，本發明回轉式關節的減速比可以達到一百以上。

附圖說明

圖1為本發明立體結構示意圖；

圖2為本發明的鋼絲偶傳動示意圖；

圖3為本發明的鋼絲偶傳動在運動后的示意圖；

圖4為本發明機器人回轉式關節運動示意圖；

圖5為本發明機器人回轉式關節的另一運動示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明：本實施例是在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。