[發(fā)明專(zhuān)利]具有柔順特性的機(jī)器人舵機(jī)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210202380.8
• 申請(qǐng)日: 2012-06-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102699928A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周建軍;林阿斌;張亞平
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B25J17/00
• 分類(lèi)號(hào): B25J17/00
• 代理公司: 杭州求是專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有柔順特性的機(jī)器人舵機(jī)。

背景技術(shù)

隨著機(jī)器人的不斷發(fā)展，機(jī)器人與人的交互越來(lái)越密切，從傳統(tǒng)的工業(yè)環(huán)境慢慢向人類(lèi)的生活起居靠近。

機(jī)器人根據(jù)仿生學(xué)原理，其運(yùn)動(dòng)模仿人類(lèi)通過(guò)關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)。每個(gè)關(guān)節(jié)在可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制的基礎(chǔ)上，與人的各個(gè)關(guān)節(jié)自由度保持一致。為了實(shí)現(xiàn)精確地位置控制和特定軌跡跟蹤，傳統(tǒng)機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和算法采用高剛性的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致其安全性與環(huán)境適應(yīng)性較差，能耗也較高。這就要求新一代機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要具有一定的柔順特性。

為解決上述問(wèn)題，目前已研制出多種具有柔順特性的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)裝置。

中國(guó)專(zhuān)利CN101870111A，機(jī)器人的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置，包括氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)部，直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)部，機(jī)器人關(guān)節(jié)部，機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角測(cè)量部。該發(fā)明利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)與氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的柔順性。因但由于氣動(dòng)人工肌肉的非線性較大，給控制帶來(lái)不便。并且由于氣動(dòng)人工肌肉工作需要使用氣泵，增加了機(jī)器人的負(fù)載。

中國(guó)專(zhuān)利CN102189556A，帶緩沖彈簧和柔性軸套的氣動(dòng)肌肉柔順肘關(guān)節(jié)裝置，它主要由前連桿、后連桿、關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸、關(guān)節(jié)軸承、柔性軸套、氣動(dòng)肌肉、緩沖機(jī)構(gòu)、偏置彈簧。該發(fā)明利用氣動(dòng)肌肉實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的柔順特性，同時(shí)在關(guān)節(jié)中加入緩沖彈簧和柔性軸套，能有效緩解沖擊并可擴(kuò)展轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)自由度。提高了關(guān)節(jié)的抗沖擊能力和工作性能。但同樣由于氣動(dòng)肌肉本身的一些局限性，導(dǎo)致其不能滿(mǎn)足日益提高的對(duì)機(jī)器人的要求。

美國(guó)專(zhuān)利US2010/0253273A1，一種用于機(jī)器人的彈性旋轉(zhuǎn)舵機(jī)和其控制方法。該舵機(jī)由繞一軸能旋轉(zhuǎn)的外殼和繞此軸能旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部組件以及一組彈簧結(jié)構(gòu)組成。外殼和內(nèi)部組件由這一組彈簧結(jié)構(gòu)連接。內(nèi)部組件中有一個(gè)電機(jī)，和兩個(gè)傳感器。兩個(gè)傳感器分別檢測(cè)內(nèi)部組件的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，和其與外殼相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。內(nèi)部組件中還包括控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)和傳感器信號(hào)處理的控制電路部分。由于該舵機(jī)采用的是利用三組螺旋彈簧實(shí)現(xiàn)的柔順特性。該舵機(jī)的彈性部分剛度不可調(diào)整，且只與螺旋彈簧的本身剛度有關(guān)；如果想獲得不同的剛度區(qū)域，必須置換所有彈簧，安裝拆卸麻煩。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有仿人機(jī)器人驅(qū)動(dòng)裝置的不足，提供一種采用扭簧預(yù)緊的舵機(jī)。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種具有柔順特性的機(jī)器人舵機(jī)，包括長(zhǎng)螺釘、底蓋、殼體、電機(jī)、電機(jī)齒輪、頂蓋、上軸承、下軸承、多個(gè)齒輪組和柔性齒輪，底蓋、殼體、頂蓋通過(guò)長(zhǎng)螺釘連接，形成一個(gè)封閉的空間，在該封閉的空間內(nèi)設(shè)置有電機(jī)、電機(jī)齒輪、上軸承、下軸承、多個(gè)齒輪組和柔性齒輪；在電機(jī)輸出軸上設(shè)置有電機(jī)齒輪，電機(jī)齒輪通過(guò)多個(gè)齒輪組帶動(dòng)柔性齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)；所述的柔性齒輪通過(guò)上軸承與頂蓋活動(dòng)配合，通過(guò)下軸承與殼體活動(dòng)配合。

其中的柔性齒輪采用兩種技術(shù)方案。

方案一：

柔性齒輪包括輪轂、齒圈和柔性結(jié)構(gòu)，輪轂外套置有齒圈，輪轂和齒圈之間設(shè)置有柔性結(jié)構(gòu)，所述的輪轂、齒圈和柔性結(jié)構(gòu)同軸設(shè)置。

所述的齒圈上在靠近齒根處開(kāi)有螺紋孔，輪轂靠近輸出軸處也開(kāi)有螺紋孔。所述輪轂和齒圈組成的內(nèi)表面之間安裝有墊片和片式扭簧，墊片和片式扭簧構(gòu)成柔性結(jié)構(gòu)，其中片式扭簧位于墊片下方；墊片和片式扭簧通過(guò)第一螺釘和第二螺釘分別與齒圈和輪轂進(jìn)行定位和安裝；片式扭簧采用彈簧鋼。

所述的片式扭簧由外圈、內(nèi)圈和四對(duì)連接內(nèi)外圈的菱形段組成，整體成薄片結(jié)構(gòu)，每對(duì)菱形段相對(duì)處開(kāi)有一對(duì)螺紋孔，該對(duì)螺紋孔的孔間距為d1。

所述的墊片開(kāi)有與片式扭簧上螺紋孔對(duì)相對(duì)的兩類(lèi)通孔，第一類(lèi)通孔對(duì)的孔間距為d2，第一類(lèi)通孔對(duì)之間開(kāi)有第二類(lèi)通孔對(duì)，第二類(lèi)通孔對(duì)的孔間距為d3，其中d3>d2>d1。

方案二：

柔性齒輪包括輪轂、齒圈和柔性結(jié)構(gòu)，輪轂外套置有齒圈，輪轂和齒圈之間設(shè)置有柔性結(jié)構(gòu)，所述的輪轂、齒圈和柔性結(jié)構(gòu)同軸設(shè)置。

所述的齒圈上在靠近齒根處開(kāi)有螺紋孔，輪轂靠近輸出軸處也開(kāi)有螺紋孔。

所述輪轂和齒圈組成的內(nèi)表面之間安裝有第一片式扭簧、第二片式扭簧和墊片，第一片式扭簧、第二片式扭簧和墊片構(gòu)成柔性結(jié)構(gòu)，其中墊片位于第二片式扭簧和第一片式扭簧之間；墊片、第一片式扭簧和第二片式扭簧通過(guò)第三螺釘和第四螺釘分別與齒圈和輪轂進(jìn)行定位和安裝；第一片式扭簧和第二片式扭簧采用彈簧鋼。