專利名稱：雙自由度機(jī)器人肩關(guān)節(jié)舵機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雙自由度機(jī)器人肩關(guān)節(jié)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。人體各個(gè)主要活動(dòng)關(guān)節(jié)處的自由度不盡相同。傳統(tǒng)機(jī)器人關(guān)節(jié)為實(shí)現(xiàn)多自由度的運(yùn)動(dòng)，通常采用兩組結(jié)構(gòu)上獨(dú)立的動(dòng)力裝置，每組分別提供一個(gè)自由度，關(guān)節(jié)整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，慣性大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)性差，重構(gòu)型差，裝配復(fù)雜，不 便維護(hù)。為解決上述問(wèn)題，目前已研制出多種慣性小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快，結(jié)構(gòu)也相對(duì)較簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)裝置。中國(guó)專利CN201736231U，機(jī)器人腕關(guān)節(jié)。該關(guān)節(jié)是一個(gè)二自由度轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)。U形件的U形上部通過(guò)第一組同軸轉(zhuǎn)動(dòng)副鉸鏈與環(huán)形件相連；拔桿的中部固聯(lián)在手掌連接件的一端，拔桿的兩端通過(guò)第二組同軸轉(zhuǎn)動(dòng)副鉸鏈與環(huán)形件相連；手掌連接件通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副鉸鏈與手掌幾座相聯(lián)，手掌幾座通過(guò)第三組同軸轉(zhuǎn)動(dòng)副鉸鏈與腕關(guān)節(jié)基座相連。機(jī)器人手掌與所述手掌連接件的另一端相聯(lián)。盡管該實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快，并且也一定程度上改進(jìn)了以往的并聯(lián)機(jī)構(gòu)工藝性差的特點(diǎn)，但由于其本身結(jié)構(gòu)的限制并不具有良好的重構(gòu)性。美國(guó)專利US007429844B2，機(jī)器人用伺服模塊和關(guān)節(jié)伺服。該發(fā)明設(shè)計(jì)了兩種成L型的伺服模塊，在機(jī)器人的不同關(guān)節(jié)處，通過(guò)第三方連接件進(jìn)行組合以實(shí)現(xiàn)不同的自由度。該發(fā)明重構(gòu)性好，裝配簡(jiǎn)單也易于維護(hù)。但由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，機(jī)體慣性較大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有機(jī)器人雙自由度關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的不足，提供一種采用雙電機(jī)交錯(cuò)布置的雙自由度機(jī)器人肩關(guān)節(jié)舵機(jī)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
本發(fā)明由設(shè)置在殼體內(nèi)呈T型交叉的X向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和Y向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。所述的X向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X向電機(jī)端蓋、X向電機(jī)、X向電機(jī)套、X向齒輪減速機(jī)構(gòu)、X向角度傳感器、X向殼體、X向輸出軸端蓋、X向輸出軸軸承和連接盤(pán)。X向電機(jī)輸出軸上固定連接有電機(jī)齒輪，X向電機(jī)置于X向電機(jī)套內(nèi)，由X向電機(jī)端蓋通過(guò)X向端蓋螺釘進(jìn)行定位；x向齒輪減速機(jī)構(gòu)包括X向第一齒輪、X向第二齒輪、X向第一心軸、X向第二心軸和X向輸出齒輪。
所述的X向電機(jī)齒輪與X向第一齒輪的大齒輪嚙合，X向第一齒輪的小齒輪與X向第二齒輪的大齒輪嚙合，X向第二齒輪的小齒輪與X向輸出齒輪嚙合；所述的X向第一齒輪和X向第二齒輪分別由X向第一心軸和X向第二心軸穿過(guò)并固定在X向殼體中。所述的X向輸出齒輪的一端穿過(guò)X向角度傳感器，X向角度傳感器通過(guò)螺釘固定在X向殼體內(nèi)；另一端穿過(guò)X向輸出軸軸承和X向輸出端蓋，通過(guò)螺釘與連接盤(pán)連接，X向輸出齒輪的輸出軸作為X向驅(qū)動(dòng)軸。所述的Y向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括Y向頂蓋、Y向輸出軸上軸承、Y向輸出軸下軸承、Y向齒輪減速機(jī)構(gòu)、Y向角度傳感器、Y向殼體、Y向電機(jī)和Y向底蓋。Y向電機(jī)輸出軸上固定連接有電機(jī)齒輪，由Y向底蓋通過(guò)螺釘進(jìn)行定位。Y的齒輪減速機(jī)構(gòu)與X向齒輪減速機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同。 Y向輸出齒輪一端與Y向輸出齒輪上軸承內(nèi)圈配合，夕卜圈與Y向頂蓋中心一處沉孔配合；Y向輸出齒輪的另一端與Y向輸出齒輪下軸承內(nèi)圈配合并穿過(guò)Y向角度傳感器，夕卜圈與Y向殼體內(nèi)一處沉孔配合。所述的Y向角度傳感器通過(guò)螺釘固定在Y向殼體內(nèi)部，用以檢測(cè)輸出端轉(zhuǎn)過(guò)的角度，并將角度信號(hào)反饋給電路控制板?？刂齐娐钒逋ㄟ^(guò)控制電路板螺釘固定在Y向殼體內(nèi)部，用以控制電機(jī)。本發(fā)明的有益效果通過(guò)將兩個(gè)電機(jī)內(nèi)置于一個(gè)舵機(jī)之中，實(shí)現(xiàn)一個(gè)舵機(jī)提高兩個(gè)方向的輸出，大大減小了傳統(tǒng)機(jī)器人關(guān)節(jié)利用第三方連接件實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向輸出所占的空間，使得關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)更加緊湊，慣性更小，動(dòng)態(tài)性能更優(yōu)。


圖I為舵機(jī)外型示意 圖2為舵機(jī)裝配爆炸 附圖中1.X向電機(jī)端蓋螺釘、2. X向電機(jī)端蓋、3. X向電機(jī)、4. X向電機(jī)套、5. X向第一齒輪、6. X向第二齒輪、7. X向第一心軸、8. X向第二心軸、9. X向固定螺釘、10. X向角度傳感器、11. X向輸出齒輪、12. X向殼體、13. X向輸出軸端蓋、14. X向輸出軸端蓋螺釘、15. X向輸出軸軸承、16.連接盤(pán)、17.軸端螺釘、18.連接盤(pán)固定螺釘、19. Y向長(zhǎng)螺釘、20. Y向頂蓋、21. Y向輸出軸上軸承、22. Y向輸出齒輪、23. Y向第二心軸、24. Y向第二齒輪、25. Y向輸出軸下軸承、26. Y向第一心軸、27. Y向第一齒輪、28. Y向殼體、29. Y向角度傳感器、30. Y向固定螺釘、31.控制電路板、32.控制電路板螺釘、33. Y向電機(jī)、34. Y向底蓋。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖I所示，為該舵機(jī)外型示意圖。成T型交錯(cuò)結(jié)構(gòu)，兩個(gè)軸線方向分別有一輸出軸用以提供驅(qū)動(dòng)力。如圖2所示，是舵機(jī)的裝配爆炸圖，舵機(jī)由X向電機(jī)端蓋螺釘I、X向電機(jī)端蓋2、X向電機(jī)3、X向電機(jī)套4、X向第一齒輪5、X向第二齒輪6、X向第一心軸7、X向第二心軸8、X向固定螺釘9、X向角度傳感器10、X向輸出齒輪11、X向殼體12、X向輸出軸端蓋13、X向輸出軸端蓋螺釘14、X向輸出軸軸承15、連接盤(pán)16、軸端螺釘17、連接盤(pán)固定螺釘18、Y向長(zhǎng)螺釘19、Y向頂蓋20、Υ向輸出軸上軸承21、Υ向輸出齒輪22'Y向第二心軸23、Υ向第二齒輪24、Υ向輸出軸下軸承25、Υ向第一心軸26、Υ向第一齒輪27、Υ向殼體28、Υ向角度傳感器29、Y向固定螺釘30、控制電路板31、控制電路板螺釘32、Y向電機(jī)33、Y向底蓋34。所述的X向電機(jī)端蓋螺釘I、X向電機(jī)端蓋2、X向輸出軸端蓋13、X向輸出軸端蓋螺釘14、Y向長(zhǎng)螺釘19、Y向頂蓋20、Y向殼體28、Y向底蓋34組成一個(gè)封閉的空間。在該封閉空間內(nèi)設(shè)置有X向電機(jī)3、X向電機(jī)套4、X向第一齒輪5、X向第二齒輪6、X向第一心軸7、X向第二心軸8、X向固定螺釘9、X向角度傳感器10、X向輸出齒輪IUX向殼體12、Χ向輸出軸軸承15、連接盤(pán)16、軸端螺釘17、連接盤(pán)固定螺釘18、Υ向輸出軸上軸承21、Y向輸出齒輪22、Y向第二心軸23、Y向第二齒輪24、Y向輸出軸下軸承25、Y向第一心軸26、Y向第一齒輪27、Y向角度傳感器29、Y向固定螺釘30、控制電路板31、控制電路板螺釘32、Y向電機(jī)33。
所述的殼體分為X向與Y向兩部分，其中X向殼體12經(jīng)由一個(gè)連接盤(pán)16，通過(guò)連接盤(pán)螺釘18與Y向殼體28連接；所述的X向殼體靠近Y向殼體一端，通過(guò)X向輸出軸端蓋螺釘14連接一個(gè)X向輸出軸端蓋13，兩者之間設(shè)置一個(gè)X向輸出軸軸承15 ;所述X向輸出軸軸承15的外圈緊貼X向殼體12，內(nèi)圈與X向輸出齒輪11的輸出軸配合。所述的X向電機(jī)3輸出軸固連有電機(jī)齒輪，電機(jī)3內(nèi)置于X向電機(jī)套4內(nèi)，底部設(shè)置有X向電機(jī)端蓋2,通過(guò)X向電機(jī)端蓋螺釘I與X向電機(jī)套4相連,用以固定X向電機(jī)3 ；所述的電機(jī)齒輪分別于多個(gè)齒輪嚙合，并將動(dòng)力傳遞至輸出齒輪處；其中X向輸出齒輪11經(jīng)過(guò)軸端螺釘17與連接盤(pán)16固連，從而實(shí)現(xiàn)X向殼體12與Y向殼體28的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。所述的X向角度傳感器10和Y向角度傳感器29，分別設(shè)置在X向殼體12和Y向殼體28中；所述的控制電路板31設(shè)置在Y向殼體28內(nèi)，用以控制兩個(gè)方向的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和角度傳感器反饋信號(hào)處理。舵機(jī)工作方式如下
機(jī)體主控芯片發(fā)出控制信號(hào)傳輸?shù)娇刂齐娐钒?1，要求X、Y向分別輸出兩個(gè)角度，控制電路板31經(jīng)過(guò)處理，對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，X向電機(jī)3與Y向電機(jī)33分別在一定的時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)不同的角度。電機(jī)啟動(dòng)后，通過(guò)上述的動(dòng)力傳輸路線，即電機(jī)通過(guò)齒輪減速機(jī)構(gòu)，將動(dòng)力傳遞至輸出軸。之后將輸出軸的角度經(jīng)由角度傳感器反饋至控制電路板。由控制電路板進(jìn)行反饋控制調(diào)整達(dá)到相應(yīng)的精度。
權(quán)利要求
1.雙自由度機(jī)器人肩關(guān)節(jié)舵機(jī)，由設(shè)置在殼體內(nèi)呈T型交叉的X向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和Y向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，其特征在于 所述的X向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X向電機(jī)端蓋、X向電機(jī)、X向電機(jī)套、X向齒輪減速機(jī)構(gòu)、X向角度傳感器、X向殼體、X向輸出軸端蓋、X向輸出軸軸承和連接盤(pán)； X向電機(jī)輸出軸上固定連接有電機(jī)齒輪，X向電機(jī)置于X向電機(jī)套內(nèi)，由X向電機(jī)端蓋通過(guò)X向端蓋螺釘進(jìn)行定位；x向齒輪減速機(jī)構(gòu)包括X向第一齒輪、X向第二齒輪、X向第一心軸、X向第二心軸和X向輸出齒輪； 所述的X向電機(jī)齒輪與X向第一齒輪的大齒輪哨合，X向第一齒輪的小齒輪與X向第ニ齒輪的大齒輪嚙合，X向第二齒輪的小齒輪與X向輸出齒輪嚙合；所述的X向第一齒輪和X向第二齒輪分別由X向第一心軸和X向第二心軸穿過(guò)并固定在X向殼體中； 所述的X向輸出齒輪的一端穿過(guò)X向角度傳感器，X向角度傳感器通過(guò)螺釘固定在X向殼體內(nèi)；另一端穿過(guò)X向輸出軸軸承和X向輸出端蓋，通過(guò)螺釘與連接盤(pán)連接，X向輸出齒輪的輸出軸作為X向驅(qū)動(dòng)軸； 所述的Y向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括Y向頂蓋、Y向輸出軸上軸承、Y向輸出軸下軸承、Y向齒輪減速機(jī)構(gòu)、Y向角度傳感器、Y向殼體、Y向電機(jī)和Y向底蓋； Y向電機(jī)輸出軸上固定連接有電機(jī)齒輪，由Y向底蓋通過(guò)螺釘進(jìn)行定位； Y的齒輪減速機(jī)構(gòu)與X向齒輪減速機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同； Y向輸出齒輪一端與Y向輸出齒輪上軸承內(nèi)圈配合，外圈與Y向頂蓋中心一處沉孔配合；Y向輸出齒輪的另一端與Y向輸出齒輪下軸承內(nèi)圈配合并穿過(guò)Y向角度傳感器，外圈與Y向殼體內(nèi)一處沉孔配合； 所述的Y向角度傳感器通過(guò)螺釘固定在Y向殼體內(nèi)部，用以檢測(cè)輸出端轉(zhuǎn)過(guò)的角度，并將角度信號(hào)反饋給電路控制板； 控制電路板通過(guò)控制電路板螺釘固定在Y向殼體內(nèi)部，用以控制電機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙自由度機(jī)器人肩關(guān)節(jié)舵機(jī)。現(xiàn)有的機(jī)器人關(guān)節(jié)舵機(jī)多為單軸輸出，即只能為機(jī)器人提供一個(gè)自由度。本發(fā)明包括端蓋、殼體。端蓋和殼體通過(guò)螺釘連接，形成一個(gè)封閉空間。在該封閉空間內(nèi)設(shè)置有電機(jī)、電機(jī)齒輪、減速機(jī)構(gòu)、軸承、控制電路板、角度傳感器等。電機(jī)齒輪與減速機(jī)構(gòu)輸入齒輪嚙合，減速機(jī)構(gòu)輸出軸輸出動(dòng)力。在輸出軸處設(shè)置有角度傳感器。本發(fā)明通過(guò)在同一封閉空間內(nèi)設(shè)置兩個(gè)電機(jī)，通過(guò)殼體中設(shè)置的齒輪減速機(jī)構(gòu)，將動(dòng)力向兩個(gè)方向同時(shí)輸出；通過(guò)內(nèi)部設(shè)置的控制電路板和角度傳感器可分別對(duì)兩個(gè)方向的輸出角度進(jìn)行控制，使得機(jī)器人舵機(jī)有提供兩個(gè)自由度的能力。
文檔編號(hào)B25J17/02GK102862165SQ20121036081
公開(kāi)日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者周建軍, 林阿斌, 張亞平, 傅丹丹 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)