[發(fā)明專利]一種四自由度一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010213642.1
• 申請(qǐng)日: 2010-06-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101879721A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張廣玉;顧海棟;陳志剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J17/00
• 分類號(hào): B25J17/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 楊立超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機(jī)器人關(guān)節(jié)，具體涉及一種四自由度一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，屬于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

機(jī)器人是一種能夠代替人從事多類工作的高度靈活的自動(dòng)化機(jī)械。機(jī)器人關(guān)節(jié)是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和定位的關(guān)鍵部位和核心技術(shù)，其結(jié)構(gòu)、重量、尺寸對(duì)機(jī)器人性能有直接影響。目前實(shí)際應(yīng)用的工業(yè)和娛樂(lè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)常見(jiàn)形式主要有移動(dòng)關(guān)節(jié)和轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，基本都由單一電機(jī)、氣缸或液壓缸等驅(qū)動(dòng)模塊分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)單一自由度關(guān)節(jié)，系統(tǒng)集中度差，導(dǎo)致機(jī)器人機(jī)構(gòu)復(fù)雜龐大、輸出功率和重量比小。

如果改為多自由度機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)單一關(guān)節(jié)，就可以減少關(guān)節(jié)與驅(qū)動(dòng)部件(如電機(jī)、氣缸等)數(shù)目及相應(yīng)的減速及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。例如，腕關(guān)節(jié)的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作若由一個(gè)三自由度球形電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，就可簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高精度，消除傳動(dòng)間隙與變形，減輕重量，便于實(shí)現(xiàn)冗余自由度的操作。

80年代初期曾出現(xiàn)一些多自由度電機(jī)設(shè)計(jì)專利，1986年美國(guó)喬治亞理工大學(xué)的vachtesevanos和Lee曾發(fā)表了交流型和步進(jìn)型電機(jī)的設(shè)計(jì)思想，1991年日本東京農(nóng)業(yè)大學(xué)Toyama等人研究了超聲型電機(jī)的設(shè)計(jì)思想，然而直到1993年在日本東京舉辦的“93國(guó)際工業(yè)機(jī)器人展”上才正式展出由安川電機(jī)等六家單位聯(lián)合開(kāi)發(fā)的第一臺(tái)三自由度電機(jī)的樣品。

在我國(guó)，西北工業(yè)大學(xué)蘇仲飛等人1986年開(kāi)始，以無(wú)刷直流型球形電機(jī)為方向?qū)C(jī)器人關(guān)節(jié)用三自由度球形直流伺服電機(jī)進(jìn)行了概念性研究；接著，在863計(jì)劃的“八五”規(guī)劃中立項(xiàng)，并完成工程型樣機(jī)的試制與初步實(shí)驗(yàn)研究。華中理工大學(xué)研制了一臺(tái)三自由度球形感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)采用框架支撐結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子是一個(gè)球，定子是一個(gè)開(kāi)孔的球殼，定轉(zhuǎn)子上分別布置3套相互正交的三相繞組。浙江大學(xué)研制了一種用于機(jī)器人球關(guān)節(jié)的兩自由度的球形步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，由兩臺(tái)五相混合式步進(jìn)電機(jī)組成。哈爾濱工業(yè)大學(xué)程樹(shù)康教授等人1996年開(kāi)始，對(duì)正交圓柱結(jié)構(gòu)三自由度電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了研究。

然而，對(duì)于球形電動(dòng)機(jī)而言，球形殼體加工的復(fù)雜性及動(dòng)力學(xué)輸出性能等方面還沒(méi)有突破性的進(jìn)展。對(duì)于超聲波電機(jī)而言，摩擦磨損和多組定子之間的干涉等一系列問(wèn)題依然存在問(wèn)題。其他結(jié)構(gòu)的多自由度電機(jī)也都和實(shí)際應(yīng)用存在差距。綜上，現(xiàn)有的多自由度電機(jī)的技術(shù)還不成熟，無(wú)法實(shí)際應(yīng)用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而無(wú)法解決用一個(gè)電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人關(guān)節(jié)多自由運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決目前實(shí)際應(yīng)用的機(jī)器人基本由單一自由度關(guān)節(jié)組成而導(dǎo)致的機(jī)器人整體機(jī)構(gòu)復(fù)雜龐大的問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種4自由度一體化機(jī)器人關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多自由度驅(qū)動(dòng)的一體化和集約化，即用一個(gè)機(jī)器人關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)(本發(fā)明)可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人關(guān)節(jié)多自由運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是：