[發明專利]一種拼裝式通用機器人萬向關節

無效

• 申請號: 201310697618.3
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103624798A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 李冰;李文強;趙勁中;劉陽;王瀟楠;湯云龍;韓飛;黃俊源;王藝謀;任化龍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B25J17/02
• 分類號: B25J17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種通用機器人萬向關節機構。

背景技術

機器人的關節是機器人的基礎部分，是機器人性能的關鍵，機器人關節設計的好壞直接決定了這個機器人的品質。目前，機器人關節大多數都是為了某種特定的用途來設計和制作的，用途單一，裝配和維修復雜，費時費力。很少有針對通用性設計的能夠用于機器人的方便拆卸的關節。

在機器人的運動中關節按照運動方式分為移動關節和轉動關節，萬向關節屬于轉動關節。轉動是機器人關節的主要運動形式，在轉動過程中需要完成不同軸線力的輸出，這就需要萬向關節，而要達到這個目的，萬向關節往往設計比較復雜，控制難度高。

中國專利申請號為200910072646.X、名稱為“一種拼裝式通用機器人旋轉關節及其拼裝方法”的專利文件中提到了一種可以通用的，拼裝式的機器人旋轉關節，主要是用于單自由度的機器人關節。在很多情況下，機器人上需要一種便于拆卸的萬向關節，比如仿生機械手的近指關節骨的運動需要萬向關節，機器人的腳踝關節需要用到萬向關節等等。用兩個獨立的旋轉關節使得機器人運動解算產生超越方程。在以往的萬向關節設計中結構很少具有通用性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種便于裝卸、易于控制的拼裝式通用機器人萬向關節。

本發明的目的是這樣實現的：

包括上關節窩、下關節窩、填充塊、凹軸和凸軸，所述填充塊有一對相互正交的通孔，上關節窩和下關節窩上有與填充塊上的所述通孔相對應的安裝孔，所述凹軸中部開有一個槽，所述凸軸一側有與凹軸中部開的槽相應的切口，凹軸與凸軸先后插入所述安裝孔和所述通孔中，凹軸與凸軸在填充塊中相互正交相互鎖緊，填充塊上安裝有兩個自由度的驅動機構。

本發明還可以包括：

1、所述兩個自由度驅動機構為：在填充塊的兩個垂直端面上分別安裝腱線導軌，以腱驅動方式實現兩個自由度驅動。

2、所述兩個自由度驅動機構為：在填充塊的兩個垂直端面中的一個端面上安裝腱線導軌，在另一個端面上安裝齒輪，分別以腱驅動與齒輪驅動方式實現兩個自由度驅動。

3、所述兩個自由度驅動機構為：在填充塊的兩個垂直端面上分別安裝齒輪，以齒輪驅動方式實現兩個自由度驅動。

4、所述的凸軸與凹軸在非配合端有一配合切口。

5、所述的凸軸與凹軸配合切口前部有一為便于安裝的錐面。

本發明的機器人萬向關節的拼裝方法是：

第一步，將填充塊導軌膠接在填充塊上，注意保證導軌的位置正確，若采用兩個自由度的驅動方式均為均采用齒輪驅動方式或萬向關節兩個自由度的驅動方式均為腱驅動方式，則略去此步；第二步，將齒輪插入填充塊的齒輪安裝槽，保證齒輪孔對準填充塊的其中一個正交孔，若采用兩個自由度的驅動方式均為均采用齒輪驅動方式，則此步需要安裝兩個齒輪，若采用萬向關節兩個自由度的驅動方式均為腱驅動方式，則略去此步；第三步，將填充塊放入與凹軸配合的關節窩內，注意保證填充塊的安裝孔與關節窩的安裝孔同軸，然后插入凹軸，使凹軸的槽對準填充塊的另一個孔；第四步，將填充塊放入凸軸對應的關節窩內，注意保證填充塊的安裝孔與關節窩的安裝孔同軸，然后插入凸軸，使得凸軸卡入凹軸槽達到相互鎖緊。拆卸過程與上述過程相反。在實際使用中，凹軸和凸軸的尺寸結構由具體結構決定，如需得到一個更高精度的傳動，則可用在關節窩的安裝內孔使用滑動軸承材料，為了減少填充塊與關節窩的磨損還可以在填充塊與關節窩相互接觸的面插入潤滑片。

本發明的工作過程是：該關節由兩個正交的轉動副構成，當使用萬向關節兩個自由度的驅動方式均為腱驅動方式時，腱安裝在填充塊與關節窩內壁相接觸的凸臺上，裝在下關節窩側的驅動源驅動填充塊的側擺運動，從而帶動上關節窩在下關節窩的支撐下的側擺運動；由于填充塊在上關節窩的轉動方向上相對于下關節窩是固定的，故而裝在上關節窩側的驅動源帶動腱線是使上關節自己俯仰運動，萬向關節兩個自由度的驅動方式均為均采用齒輪驅動方式也是這樣的工作方式，若采用萬向關節兩個自由度的驅動方式為一個是齒輪驅動方式，一個是腱驅動方式，腱的驅動源可以和齒輪的驅動源可以安裝在同一關節窩側，可以滿足萬向關節的兩個轉動方向有不同控制特性的要求。

本發明的萬向關節既可以作為一個獨立的機構，當兩關節窩連接其它固定部件也可以與其它關節構成一個機器整體。

本發明的優點是：本發明沒有使用緊固標準件，而是靠機構的配合來實現鎖緊，便于安裝和拆卸，在沒有任何工具的情況下可以實現現場的維護，同時凹凸軸的切口可以用來安裝傳感器。