[實用新型]直線超聲電機直接驅動的機器人手指關節

有效

• 申請號: 201320178495.8
• 申請日: 2013-04-11
• 公開（公告）號: CN203171640U
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 李朝東;呂振杰;汪艷芬
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B25J15/08
• 分類號: B25J15/08;B25J9/12
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本實用新型涉及一種機器人手指關節，尤其是一種直線超聲電機直接驅動的機器人手指關節。

背景技術

多指靈巧手依照傳動方式可分為齒輪傳動和腱傳動。采用齒輪傳動就必須增加調節齒輪間隙的裝置，這樣既會增加手的附加重量，也會使手的機構變得復雜；當齒輪間隙調小了之后，新的問題又會接踵而至，如齒輪傳動的摩擦增大，于是，又需要添加新的裝置來減少齒輪傳動的摩擦。腱傳動類似皮帶輪傳動，腱的材料一般采用鋼絲繩或彈性繩。在腱傳動方式中，腱需要預緊，通常預緊力比較大，但又不能太大，張力過大可能會使腱拉斷，不利于大負載條件下的抓取工作；腱有張力，容易變形，會引起傳動的滯后現象，使用時間長了，腱會變松弛，將會帶來較大的運動傳遞誤差；腱只能受拉而不能受壓，所以實現回程將會很困難，控制力一旦超調，消除起來將是一件非常麻煩的事，但超調在實際中不可避免。要想實現回程，只有在每個關節處加置一個電機，是兩個電機配合工作實現一個關節的正反轉，這樣給手指的安裝和控制都會帶來不便，由于這些輔助裝置的存在，導致靈巧手的體積一般比較大。

驅動原理：?超聲電機是靠固有頻率范圍內定子的摩擦驅動轉子的。一般，是通過電機兩種固有頻率的疊加，來形成電機定子的橢圓形運動軌跡。此外，通過多種相互垂直的震動模式的疊加，生成圍繞某一軸的橢圓軌跡。然而，如果兩個固有頻率不一致，那么定子表面的兩個點將不會合成橢圓的震動軌跡。因此，此處電機驅動原理是一次長度頻率和兩次的扭轉頻率加載在矩形板材上，我們可以選擇第一和第二縱向震動模式，第一和第二扭曲震動模式，和一個彎曲震動模式。同時，第一縱向震動模式和第一扭曲震動模式和彎曲震動模式要與電機的固有頻率一致。通過這些震動的疊加，定子與轉子接觸面的兩個點可以形成各種形狀的震動，來分別獨立的驅動兩個轉子。

實用新型內容

本實用新型專利的目的是在于針對已有技術的缺陷，提供一種超聲直線電機直接驅動的機器人手指關節，體積小、重量輕、響應快，操作方便。

為達到上述目的，本實用新型的構思是：手指關節的驅動系統由超聲直線電機，關節軸，手指指節等組成；關節軸既是超聲電機的輸出軸，也是手指的關節軸，由超聲電機直接驅動手指關節運動；此結構采用了上海大學研制的條狀超聲電機，電機有兩個振動動節點，可以采用螺釘把超聲電機固定在其中一個手指指節上，超聲電機的兩個振動節點壓在關節軸上，由彈性材料提供預壓力。

根據上述實用新型構思，本實用新型采用下述技術方案：

一種直線超聲電機直接驅動的機器人手指關節，包括直線超聲電機，左右兩端指節、中間指節、兩根關節軸；所述兩端指節的內端分別各通過一根關節軸與所述中間指節的一端相鉸連；所述直線超聲電機固定安裝在中間指節內，使直線超聲電機的輸出端的兩輸出端面與所述關節軸相切摩擦接觸。

所述中間指節由一個外固定殼和兩片連接片固定連接構成的殼型指節；所述兩片連接片與關節軸轉動連接，所述直線超聲電機置在中間指節外固定殼并通過一個銷插入外固定殼的長孔中實現定位。

所述的直線超聲電機為臥式板型直線超聲電機，其輸出端）為細長形矩形面，其輸出端面與所述關節軸中部相切壓緊摩擦接觸，輸出端矩形面的長邊與關節軸中心線平行。?

所述左右兩端指節為殼型結構，一端有軸孔與關節軸的兩端固定連接；所述中間指節由一個外固定殼和兩片連接片固定連接構成的殼型指節；所述兩片連接片與關節軸轉動連接，所述直線超聲電機）置在中間指節外固定殼并通過一個銷插入外固定殼的長孔中實現定位。

所述的中間指節包含外固定殼、2片連接片和彈性墊片，兩片連接片固定在所述關節軸中的一根芯軸的兩端，兩片連接片夾持在兩端指節的外側；在所述直線超聲電機與所述外固定殼之間有彈性材料；所述外固定殼通過螺釘固定于所述兩片連接片。

所述的關節軸為空心軸，通過兩個小軸承固定于一根芯軸上，所述芯軸的兩端與所述中間指節的兩片連接片固定連接；所述關節軸的兩端面與所述另外兩個指節為固定連接。

本實用新型與現有技術相比較，具有如下顯而易見的特點和優點。本實用新型是一種無減速裝置、體積小、重量輕、響應快，操作方便，另外、應用微型化的超聲直線電機直接驅動手指關節，從而減少手指和手的體積和重量。尤其是超聲電機的自鎖力矩大，可以實現斷電后仍然可以能抓住物體的特點，摒棄了現有機器人手指的“驅動器——減速器——傳動機構——關節運動”的傳統驅動方案，將驅動系統集成到手指中，直接驅動手指關節運動。

附圖說明

圖1是本實用新型的整體結構示意圖。

圖2是本實用新型內部結構示意圖。

圖3是電機示意圖。