基於雙電磁離合器的二自由度機器人關節的製作方法

2023-07-01 13:56:56 1

專利名稱：基於雙電磁離合器的二自由度機器人關節的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種機器人技術領域，具體涉及一種採用雙電磁離合器的多自由度機器人關節結構。
背景技術：
近年來，隨著機器人技術的發展，機器人在工業生產和日常生活領域發揮了巨大作用，人類對機器人的需求量逐步增大。越來越複雜的動作要求機器人具有很高的靈活性和多自由度，每個自由度都需要機器人關節來實現。機器人關節是實現機器人運動的基礎部件，是整個機器人系統中的一個重要環節，其結構、重量、尺寸對機器人性能有直接影響。目前常見的機器人關節多是由電機、氣缸、液壓缸等驅動的單一自由度關節，為實現機器人的多自由度操作，每個關節都分別包括驅動、減速、傳動等裝置。因此，導致整個機器人結構複雜，重量和尺寸大；同時，多自由度機器人各關節中使用大量的電機和減速器，這些關鍵部件在機器人中所佔的成本最高，機器人製造成本難以降低；這些弊端都阻礙了關節及機器人的進一步推廣。

發明內容
本發明機器人關節用一套電機、減速器裝置在一個模塊化關節中實現了二自由度運動，採用雙電磁離合器實現一組驅動輸出兩組動力的要求，目的是提供一種體積小、結構緊湊、動作靈敏、操作方便的基於雙電磁離合器的二自由度機器人關節。具體技術方案如下—種基於雙電磁離合器的二自由度機器人關節，包括外殼、連接端和輸出端，夕卜殼內設有驅動機構、傳動機構和控制部分，所述驅動機構由分裝式電機、諧波減速器組成；所述傳動機構由雙電磁離合器、第一、二、三、四傳動軸和第一、二輸出端組成；所述分裝式電機的輸出軸端與第一傳動軸連接，第一傳動軸與諧波減速器的輸入端連接，諧波減速器的輸出端與第二傳動軸連接，第二傳動軸與雙電磁離合器的輸入端連接，雙電磁離合器的輸出端分別與第三、四傳動軸連接，上述第三傳動軸與第一輸出端的輸入端連接，第四傳動軸與第二輸出端的輸入端連接。所述分裝式電機具有定子、電樞、安裝軸套和第一、二電機支撐板，分裝式電機通過第一電機支撐板與關節外殼固定連接，上述安裝軸套與第一傳動軸套接。所述諧波減速器包括第一、二固定端蓋、波發生器、剛輪、剛輪支撐板和柔輪，上述波發生器與第一傳動軸連接，柔輪與第二傳動軸連接，諧波減速器通過剛輪支撐板與關節外殼固定連接。所述雙電磁離合器包括定子、轉子、第一、二線圈、第一、二銜鐵、第一、二摩擦片、第一、二簧片和第一、二法蘭組成；上述定子通過固定板與關節外殼固定連接，轉子與第二傳動軸連接，上述第一法蘭與第三傳動軸連接，第二法蘭上設有傘形主動齒輪。所述第一輸出端包括輸出軸端、第一、二、三、四壓板、第一、二、三軸承，上述輸出軸端與第三傳動軸連接，第一輸出端通過第一、二壓板與關節外殼固定連接。所述第二輸出端的負載輸出軸端與第四傳動軸連接，第四傳動軸上設有與上述雙電磁離合器第二法蘭上的傘形主動齒輪嚙合的傘形被動齒輪。所述第一、二輸出端的軸向呈垂直角度。本發明基於雙電磁離合器的二自由度機器人關節具有以下優點1)該關節用一套驅動系統實現兩個自由度，結構緊湊、尺寸小、重量輕、 成本低；2)兩個自由度由雙電磁離合器控制，不用頻繁啟停電機，動作靈敏、操作方便；3)由齒輪傳動系統來控制第二個自由度的方向，可實現多種輸出軸夾角，設計靈活、適應性強。


圖I為本發明機器人關節的結構示意圖。圖2為圖I的軸向剖面示意圖。圖3為圖2中連接端安裝的電機結構示意圖。圖4為圖2中諧波減速器的結構示意圖。圖5為圖2中雙電磁離合器的結構示意圖。圖6為圖I中第一輸出端的結構示意圖。
具體實施例方式為能進一步闡述本發明的技術原理及內容，下文配合附圖進行詳細的實例說明。見圖I至圖6，本發明實施例中關節裝置具有分裝式電機I、諧波減速器2，雙電磁離合器3和互相垂直的第一、二輸出端6、7。本實施為本發明的一種實施方式,傳動系統可以由不同類型的齒輪對或其他傳動形式實現，以實現不同角度的兩輸出端。其他凡其原理和基本結構與本實施例相同或近似的，均在本發明保護範圍內。見圖I,基於雙電磁離合器的二自由度機器人關節由外殼、連接端12、第一、二輸出端6、7組成。所述外殼用於支撐整個關節，外殼內設有驅動機構、傳動機構和控制部分。上述連接端12用於將關節與機器人其他部分連接，如連杆、其他關節、連接埠等；第一、二輸出端用來輸出動力。見圖2，上述驅動機構由分裝式電機I和諧波減速器2組成，所述傳動機構由雙電磁離合器3、第一、二、三、四傳動軸8、9、10、11和第一、二輸出端6、7組成。動力由分裝式電機I驅動第一傳動軸8，經諧波減速器減速2傳遞給第二傳動軸9，再經雙電磁離合器3通過第三、四傳動軸10、11分別傳遞到第一、二輸出端。如圖3所示，分裝式電機I固定在關節外殼上，包括定子1-1、電樞1-2、安裝軸套
1-3、第一、二電機支撐板1-4、1_5和電刷組裝1-6。電機輸出力矩端通過安裝軸套1-3與第一傳動軸8連接並由第一傳動軸傳遞到諧波減速器，其中第二電機支撐板1-5帶有散熱片結構。如圖4所示，諧波減速器2包括第一、二固定端蓋2-1、2_2，波發生器2_3、剛輪
2-4、剛輪支撐板2-5和柔輪2-6，波發生器與第一傳動軸連接用來輸入動力，柔輪與第二傳動軸9連接，以輸出動力。如圖5所示，雙電磁離合器3包括定子3-1、第一、二線圈3-2、3_3、轉子軸承3-4、轉子3-5、第一、二摩擦片3-6、3_7、固定板3-8、第一銜鐵3_11、第一簧片3_12、第二銜鐵3-9、第_■黃片 3-10 和第一、_■法蘭 3-13、3-14。其中，轉子3-5與第二傳動軸9連接，用來輸入動力，轉子與第一、二法蘭之間通過線圈、銜鐵、簧片和摩擦片的聯合控制實現互動。工作原理是轉子與第二傳動軸9相連，將動力傳入離合器主動端；線圈通電時，定 子、轉子、銜鐵形成磁迴路，銜鐵克服簧片的作用力吸引運動，與轉子端摩擦片接觸後產生摩擦力，正常運行時，銜鐵與摩擦片無相對滑轉，轉子3-5將帶動法蘭一起轉動；斷電狀態下簧片將銜鐵拉回，轉子與法蘭斷開互動聯繫，法蘭停止運動。上述第一、二線圈、第一、二摩擦片、第一、二簧片和第一、二銜鐵分別控制轉子與第一、二法蘭之間的聯動關係，通過磁路設計，可保證兩組銜鐵運動分別由兩線圈通斷來獨立控制，由第二傳動軸輸入的動力分別由第一、二法蘭傳遞出去。給雙電磁離合器第一線圈3-2通電,定子3-1、轉子3-5、第一銜鐵3_11形成磁迴路，第一銜鐵向轉子移動，與第一摩擦片3-6接觸發生滑移，隨著電磁力不斷增大，滑移結束，第一銜鐵與第一摩擦片完全接合，第一銜鐵的力矩通過第一簧片3-12傳遞給第一法蘭3-13,而第一法蘭I與第三傳動軸10連接，動力最終通過第三傳動軸傳遞給第一輸出端6 ；給第二線圈3-3通電時，定子3-1、轉子3-5、第二銜鐵3-9形成磁迴路，第二銜鐵向轉子移動，與第二摩擦片3-7接觸發生滑移，隨著電磁力不斷增大，滑移結束，第二銜鐵與第二摩擦片完全接合，第二銜鐵的力矩通過第二簧片3-10傳遞給第二法蘭3-14，而第二法蘭上設有傘形主動齒輪4，動力最終通過第四傳動軸11傳遞給第二輸出端7。第一、二線圈可以分別通電，也可以同時通電，分別對應關節的三種運動狀態，即第一輸出端旋轉、第二輸出端旋轉、兩個輸出端同時旋轉。如圖6所不，第一輸出端6包括輸出軸端6-1、第一壓板6-2、第一軸承6-3、第二、三壓板6-4、6_5、第二、三軸承6-6、6_7和第四壓板6_8。所述輸出軸端6_1與第三傳動軸10連接，將關節產生的力矩傳遞給負載，第一輸出端通過第一軸承、第一、二壓板與外殼連接起來。上述第二輸出端7與第一輸出端結構相似，其負載輸出軸端與第四傳動軸11連接，第四傳動軸上設有與上述雙電磁離合器第二法蘭3-14上的傘形主動齒輪4嚙合的傘形被動齒輪5，這樣由雙電磁離合器的第二法蘭傳遞的動力經第四傳動軸11傳遞到第二輸出端的負載軸端。本實施例中第一、二輸出端的軸線呈垂直狀態。本發明工作時，控制系統控制分裝式電機啟停，動力經過諧波減速器，傳遞給雙電磁離合器；控制系統控制雙電磁離合器，實現雙離合器兩個銜鐵的分別運動，將動力分別傳遞給兩個輸出端。此關節可用於多自由度機器人手臂，實現兩個自由度的分別或同時運動。
權利要求
1.一種基於雙電磁離合器的二自由度機器人關節，包括外殼、連接端(12)和輸出端，外殼內設有驅動機構、傳動機構和控制部分，其特徵在於所述驅動機構由分裝式電機(I)、諧波減速器(2)組成；所述傳動機構由雙電磁離合器(3)、第一、二、三、四傳動軸(8、9、10、11)和第一、二輸出端(6、7)組成；所述分裝式電機的輸出軸端與第一傳動軸(8)連接，第一傳動軸與諧波減速器(2)的輸入端連接，諧波減速器的輸出端與第二傳動軸(9)連接，第二傳動軸與雙電磁離合器(3)的輸出端連接，雙電磁離合器的輸出端分別與第三、四傳動軸(10、11)連接，上述第三傳動軸與第一輸出端(6)的輸入端連接，第四傳動軸與第二 輸出端⑵的輸入端連接。
2.根據權利要求I所述的基於雙電磁離合器的二自由度機器人關節，其特徵在於所述分裝式電機(I)具有定子(1-1)、電樞(1-2)、安裝軸套(1-3)和第一、二電機支撐板(1-4、1-5)，分裝式電機通過第一電機支撐板與關節外殼固定連接，上述安裝軸套與第一傳動軸⑶套接。
3.根據權利要求2所述的基於雙電磁離合器的二自由度機器人關節，其特徵在於所述諧波減速器(2)包括第一、二固定端蓋(2-1、2-2)、波發生器(2-3)、剛輪(2-4)、剛輪支撐板(2-5)和柔輪(2-6)，上述波發生器與第一傳動軸(8)連接，柔輪與第二傳動軸(9)連接，諧波減速器通過剛輪支撐板與關節外殼固定連接。
4.根據權利要求3所述的基於雙電磁離合器的二自由度機器人關節，其特徵在於所述雙電磁離合器包括定子(3-1)、轉子(3-5)、第一、二線圈(3_2、3_3)、第一、二銜鐵(3_11、3-9)、第一、二摩擦片(3-6、3-7)、第一、二簧片(3-12、3-10)和第一、二法蘭(3_13、3_14)組成；上述定子通過固定板(3-8)與關節外殼固定連接，轉子與第二傳動軸(9)連接，上述第一法蘭與第三傳動軸(10)連接，第二法蘭上設有傘形主動齒輪(4)。
5.根據權利要求4所述的基於雙電磁離合器的二自由度機器人關節，其特徵在於所述第一輸出端(6)包括輸出軸端(6-1)、第一、二、三、四壓板(6-2、6-4、6-5、6_8)、第一、二、三軸承(6-3、6-6、6-7),上述輸出軸端與第三傳動軸(10)連接,第一輸出端通過第一、二壓板與關節外殼固定連接。
6.根據權利要求5所述的基於雙電磁離合器的二自由度機器人關節，其特徵在於所述第二輸出端(X)的負載輸出軸端與第四傳動軸(Ii)連接，第四傳動軸上設有與上述雙電磁離合器第二法蘭(3-14)上的傘形主動齒輪(4)嚙合的傘形被動齒輪(5)。
7.根據權利要求I所述的基於雙電磁離合器的二自由度機器人關節，其特徵在於所述第一、二輸出端的軸向呈垂直角度。
全文摘要
本發明涉及一種機器人技術領域，具體涉及一種採用雙電磁離合器的多自由度機器人關節結構。目的是提供一種體積小、結構緊湊、動作靈敏、操作方便的基於雙電磁離合器的二自由度機器人關節。基於雙電磁離合器的二自由度機器人關節，包括外殼、連接端和輸出端，外殼內設有驅動機構、傳動機構和控制部分，所述驅動機構由分裝式電機、諧波減速器組成；所述傳動機構由雙電磁離合器、第一、二、三、四傳動軸和第一、二輸出端組成；所述分裝式電機的輸出軸端與第一傳動軸連接，第一傳動軸與諧波減速器的輸入端連接，諧波減速器的輸出端與第二傳動軸連接，第二傳動軸與雙電磁離合器的輸入端連接。
文檔編號B25J17/00GK102615652SQ201210109038
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月13日 優先權日2012年4月13日
發明者張麗華, 時張杰, 李露, 畢世書, 牛曉慶, 王美玲 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院