[發明專利]機器人腰臂一體化同步雙驅機構及其控制方法

有效

• 申請號: 201310167909.1
• 申請日: 2013-05-08
• 公開（公告）號: CN103264399A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 李成剛;張文妍;喻敏;繆群華;陳柏;游有鵬
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;F16H57/021;F16H57/023
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

技術領域

本發明涉及機器人設計領域，尤其是一種機器人關節傳動結構。

背景技術

隨著勞動力成本和工業自動化水平的不斷提高，工業機器人正被廣泛應用于汽車整車及汽車零部件、工程機械、軌道交通、冶金和印刷出版等眾多行業。而為了使機器人擁有較大的操作空間，大多數機器人都需要具有3-6個自由度。極坐標型機器人和關節型機器人都是具有多自由度的機器人，其臂部以上部分都能繞著機器人底座做回轉和俯仰運動。而這類的工業機器人都是由兩個驅動電機分別驅動腰部關節和大臂關節，當腰部關節需要轉動時只需驅動該關節的驅動電機工作而驅動大臂關節的驅動電機處于非工作狀態，同時驅動大臂關節的驅動電機額外增加了腰部關節處的驅動電機所需克服的負載轉矩，即在資源閑置的同時還增加了機器人的負載。此外傳統的工業機器人要實現大臂的靈活轉動，大臂處的驅動電機需要足夠大的驅動功率才能足以克服靈活轉動所產生的慣性力矩，如果能夠通過兩個驅動電機同時驅動大臂的俯仰，將大大減小所需的單個驅動電機的功率和體積。因此設計一種通過兩個均位于底座處的驅動電機協調轉動實現繞底座旋轉和大臂俯仰的機構就意義重大。

申請號為200820099440.7的中國專利公開了一種涉及機械傳動的機器人腰、肩關節差動機構，但通過分析，該機構仍是通過一個驅動電機控制肩關節的俯仰使得其所需的驅動功率仍然很大，同時其結構尺寸較大、各齒輪嚙合關系復雜、難以制造加工和裝配；申請號為200520012675.4的中國專利公開了一種屬于齒輪加工機床的技術領域的滾齒機傳動系統差動機構，但其應用領域比較有限，同時該機構十字軸處的同步錐齒輪、差動錐齒輪和兩個行星錐齒輪的嚙合關系復雜，所需裝配精度較高，工程實現難度較大。

因此，如何通過改變機構的布局在減小單個驅動電機所需功率的同時盡可能的使機構變得簡單緊湊是未來機器人機構傳動領域內的重要研究內容。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種結構簡單、傳動靈活可靠、制造成本低的機器人腰臂一體化同步雙驅機構。

為達到上述目的，本發明機器人腰臂一體化同步雙驅機構可采用如下技術方案：

一種機器人腰臂一體化同步雙驅機構，包括支承軸、自支承軸垂直延伸的階梯軸、安裝于階梯軸上并垂直支承軸延伸的輸出軸、第一雙聯圓錐齒輪、第二雙聯圓錐齒輪、與第一雙聯圓錐齒輪配合的第一單圓錐齒輪、與第二雙聯圓錐齒輪配合的第二單圓錐齒輪、驅動第一單圓錐齒輪的第一驅動電機、驅動第二單圓錐齒輪的第二驅動電機；所述輸出軸上設有同時與第一雙聯圓錐齒輪及第二雙聯圓錐齒輪嚙合的輸出軸圓錐齒輪；所述輸出軸圍繞階梯軸軸線轉動；所述第一雙聯圓錐齒輪及第二雙聯圓錐齒輪均安裝于支承軸上并繞支承軸轉動，第一雙聯圓錐齒輪連接輸出軸圓錐齒輪及第一單圓錐齒輪，第二雙聯圓錐齒輪連接輸出軸圓錐齒輪及第二單圓錐齒輪。

本發明機器人腰臂一體化同步雙驅機構的結構簡單、采用常用的傳動結構即可實現對輸出軸的自轉及擺動驅動，制造成本低；并通過兩個驅動電機驅動，便于控制，傳動靈活可靠，并減小單個驅動電機所需的驅動功率。

為達到上述目的，本發明機器人腰臂一體化同步雙驅機構的驅動方法可采用如下技術方案：

輸出軸繞自身中心軸線旋轉的驅動方法：驅動第一單圓錐齒輪及第二單圓錐齒輪同向同速轉動；

輸出軸繞支承軸的中心軸線旋轉的驅動方法：驅動第一單圓錐齒輪及第二單圓錐齒輪以相反方向同速旋轉；

輸出軸繞自身軸線自轉同時繞著支承軸的中心軸線旋轉，包括三種驅動方法：（1）、驅動第一單圓錐齒輪及第二單圓錐齒輪同向不同速旋轉；（2）、驅動第一單圓錐齒輪及第二單圓錐齒輪不同向也不同速旋轉；（3）、驅動第一單圓錐齒輪及第二單圓錐齒輪中僅一個主動旋轉。

本發明機器人腰臂一體化同步雙驅機構的驅動方法控制簡單，只需要控制第一單圓錐齒輪及第二單圓錐齒輪的轉動方向及轉速，就能夠變化出多種輸出軸的運動方式，進一步體現了該機器人腰臂一體化同步雙驅機構在簡單的結構設計下也能實現輸出軸復雜運動的優勢。

附圖說明

圖1是本發明機器人腰臂一體化同步雙驅機構的側視示意圖，并體現了輸出軸與第一、第二驅動電機平行的狀態。

圖2是圖1中沿A-A方向的剖面示意圖。

圖3是本發明機器人腰臂一體化同步雙驅機構的立體圖，并體現了輸出軸擺動到與第一、第二驅動電機垂直時的狀態。

具體實施方式