[發明專利]一種高動態機器人的高能效關節結構

有效

• 申請號: 202010188349.8
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111300475B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 黃強;余張國;黃高;杰森·巴特勒·科特爾;陳學超;魯龍澤
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B25J17/00
• 分類號: B25J17/00;B25J9/12
• 代理公司: 南京智造力知識產權代理有限公司 32382
• 代理人: 張明明

本發明提供了一種高動態機器人的高能效關節結構，包括電機、滾珠絲杠、移動副和推桿，電機輸出軸與滾珠絲杠連接，滾珠絲杠與移動副連接，移動副與滑塊固定，滑塊連接推桿一端，推桿另一端與連接件固定，連接件設置在機器人腿部下端；滑塊與外殼之間設有微小間隙，可控制滑塊與外殼內壁之間的摩擦系數；關節結構實際安裝時，電機端朝上，整體質心上移，使得機器人腿部轉動慣量明顯降低；滾珠絲杠跟隨電機正反轉，可以有效提升機器人運動性能，且滾珠絲杠不配置橡膠防塵圈，減小移動副的運動阻力，降低了潤滑油的粘度，進一步提高機器人運動性能。

技術領域

本發明屬于仿人型機器人技術領域，具體涉及一種高動態機器人的高能效關節結構。

背景技術

仿人機器人高動態運動時，對腿部加速度需求非常高，且定位精度和起動阻力對最終控制效果均存在較大影響?，F有的機器人腿部關節機構，常采用諧波減速機、皮帶輪等設計，相對于絲杠推桿，分別具有占用空間小、布置靈活的優勢；但在定位精度和機構順暢性上不及絲杠推桿。絲杠推桿的結構尺寸無法進一步縮小，一直以來是制約其在仿人機器人上應用的重要因素。通過合理設計絲杠推桿的安裝位置，使絲杠推桿應用在仿人機器人上，能夠提高機器人的運動性能。

發明內容

針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種高動態機器人的高能效關節結構，成功將絲杠推桿應用在仿人機器人上，從而提高機器人的運動性能。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種高動態機器人的高能效關節結構，包括電機、滾珠絲杠、移動副和推桿，所述電機的輸出軸與滾珠絲杠通過梅花鍵連接，所述滾珠絲杠上固定有與梅花鍵連接的絲杠軸，所述絲杠軸還通過軸承安裝在外殼內側；所述滾珠絲杠與移動副連接，所述移動副與滑塊固定，所述滑塊設置在外殼內側，且能夠沿外殼內壁滑動；所述滑塊還與推桿一端連接，所述推桿另一端與連接件固定，所述連接件設置在機器人腿部下端；所述電機上安裝有編碼器，所述編碼器與空心軸一端連接，另一端與梅花鍵連接；所述編碼器與工控機通信。

上述技術方案中，所述外殼設有方形的內輪廓，與滑塊配合。

上述技術方案中，所述滑塊與外殼的內表面均采用方形工程塑料。

上述技術方案中，所述外殼由兩塊沿滾珠絲杠轉軸中心對稱的殼體合并為一體，且合并后的外殼與滑塊之間存在微小間隙。

上述技術方案中，所述外殼、電機的外殼以及推桿均采用鋁合金材料。

上述技術方案中，所述外殼沿軸向開設氣孔。

上述技術方案中，所述梅花鍵等分為四瓣，其中相對的兩個縫隙與空心軸的一端貼合，另外兩個相對的縫隙與絲杠軸貼合。

上述技術方案中，所述梅花鍵的材料為聚氨酯。

上述技術方案中，所述軸承采用雙列軸承。

上述技術方案中，關節結構安裝在機器人腿部時，電機端沿機器人腿部豎直朝上。

本發明的有益效果為：

(1)本發明推桿一端與滑塊螺紋連接，另一端與設置在機器人腿部下端的連接件固定，滑塊還與移動副固定，移動副與滾珠絲杠螺紋連接，滾珠絲杠與電機輸出軸連接，且關節結構實際安裝時，電機端朝上，整體質心上移，使得機器人腿部轉動慣量明顯降低，增大腿部加速度。且外殼、電機的外殼以及推桿均采用鋁合金材料，有效降低總體質量；軸承為雙列軸承，功能上等同于并排角接觸軸承，節省設計空間的同時，能夠承受雙向驅動產生的軸向力。

(2)本發明關節結構的采用滾珠絲杠，一方面有效提升機器人運動性能，另一方面，滾珠絲杠可跟隨電機進行同等效率的正反轉，以挑戰更高的實驗目標。

(3)本發明取消了滾珠絲杠標配的橡膠防塵圈，減小移動副的運動阻力，降低了潤滑油的粘度，提高機器人運動性能。