一種雙自由度機器人髖關節舵機的製作方法
2023-05-22 01:10:51
專利名稱：一種雙自由度機器人髖關節舵機的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於機器人技術領域，涉及一種雙自由度機器人髖關節舵機。
背景技術：
隨著機器人的不斷發展，機器人與人的交互越來越密切，從傳統的工業環境慢慢向人類的生活起居靠近。機器人根據仿生學原理，其運動模仿人類通過關節實現。每個關節在可實現準確控制的基礎上，與人的各個關節自由度保持一致。人體各個主要活動關節處的自由度不盡相同。傳統機器人關節為實現多自由度的運動，通常採用兩組結構上獨立的動力裝置，每組分別提供一個自由度，關節整體結構複雜，慣性大，動態響應性差，重構型差，裝配複雜，不 便維護。為解決上述問題，目前已研製出多種慣性小，動態響應較快，結構也相對較簡單的驅動裝置。中國專利N201736231U，機器人腕關節。該關節是一個二自由度轉動並聯機構。U形件的U形上部通過第一組同軸轉動副鉸鏈與環形件相連；拔杆的中部固聯在手掌連接件的一端，拔杆的兩端通過第二組同軸轉動副鉸鏈與環形件相連；手掌連接件通過轉動副鉸鏈與手掌幾座相聯，手掌幾座通過第三組同軸轉動副鉸鏈與腕關節基座相連。機器人手掌與所述手掌連接件的另一端相聯。儘管該實用新型結構簡單、響應速度快，並且也一定程度上改進了以往的並聯機構工藝性差的特點，但由於其本身結構的限制並不具有良好的重構性。美國專利US007429844B2，機器人用伺服模塊和關節伺服。該發明設計了兩種成L型的伺服模塊，在機器人的不同關節處，通過第三方連接件進行組合以實現不同的自由度。該發明重構性好，裝配簡單也易於維護。但由於其結構特點，機體慣性較大，動態響應性較差。
發明內容本實用新型的目的是針對現有機器人雙自由度關節驅動裝置的不足，提供一種採用雙電機交錯布置的雙自由度機器人髖關節舵機。本實用新型採用的技術方案如下本實用新型由設置在殼體內呈L型交叉的X向驅動機構、Y向驅動機構組成。所述的X向驅動機構包括X向端蓋、X向齒輪減速機構、X向角度傳感器、X向電機、X向電機端蓋。X向電機輸出軸上固定連接有電機齒輪，X向電機置於殼體內，由X向電機端蓋通過X向端蓋螺釘進行定位；X向齒輪減速機構包括X向第一齒輪、X向第二齒輪、X向第一心軸、X向第二心軸、X向惰輪和X向輸出齒輪。所述的X向電機齒輪與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，X向輸出齒輪還與X向惰輪嚙合；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向第二心軸穿過並固定在X向殼體中。所述的X向惰輪的下端輸出軸穿過X向惰輪下軸承和X向角度傳感器，X向角度傳感器通過螺釘固定在殼體內；另一端穿過至於X向端蓋內部的X向惰輪上軸承的內圈。所述的X向輸出齒輪的上端穿過X向輸出軸上 軸承和X向端蓋作為X向驅動機構的驅動軸；x向輸出齒輪的下端穿過置於殼體中的X向輸出軸下軸承。所述的Y向驅動機構包括Y向端蓋、Y向齒輪減速機構、Y向角度傳感器、Y向電機、Y向電機端蓋；Y向驅動機構與X向驅動機構結構相同。控制電路板置於殼體內部，通過Y向電機端蓋的一處凹槽進行定位，用以控制電機。本實用新型的有益效果通過將兩個電機內置於一個舵機之中，實現一個舵機提高兩個方向的輸出，大大減小了傳統機器人關節利用第三方連接件實現兩個方向輸出所佔的空間，使得關節結構更加緊湊，慣性更小，動態性能更優。
圖I為舵機外型示意圖；圖2為舵機裝配爆炸圖；附圖中1.Χ向端蓋螺釘、2. X向端蓋、3. X向輸出軸上軸承、4. X向輸出齒輪、5. X向第二齒輪、6. X向第二心軸、7. X向第一心軸、8. X向第一齒輪、9. X向惰輪上軸承、10. X向惰輪、11. X向輸出軸下軸承、12. X向惰輪下軸承、13. Y向電機端蓋螺釘、14. Y向電機端蓋、
15.控制電路板、16. Y向電機、17. X向角度傳感器、18. X向電機端蓋、19Χ向電機、20殼體、21. Y向第一齒輪、22. Y向第一心軸、23. Y向第二齒輪、24. Y向第二心軸、25. Y向輸出軸下軸承、26. Y向惰輪下軸承、27. Y向輸出齒輪、28. Y向惰輪、29. Y向輸出軸上軸承、30. Y向惰輪上軸承、31. Y向端蓋、32. Y向端蓋螺釘、33. Y向角度傳感器、34. Y向角度傳感器螺釘、35. X向電機端蓋、36. X向電機端蓋螺釘。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。如圖I和圖2所示，舵機由X向端蓋螺釘1、Χ向端蓋2、Χ向輸出軸上軸承3、Χ向輸出齒輪4、X向第二齒輪5、X向第二心軸6、X向第一心軸7、X向第一齒輪8、X向惰輪上軸承9、X向惰輪10、X向輸出軸下軸承11、X向惰輪下軸承12、Y向電機端蓋螺釘13、Y向電機端蓋14、控制電路板15、Υ向電機16、Χ向角度傳感器17、Χ向角度傳感器螺釘18、Χ向電機19、殼體20、Y向第一齒輪21、Y向第一心軸22、Y向第二齒輪23、Y向第二心軸24、Y向輸出軸下軸承25、Y向惰輪下軸承26、Y向輸出齒輪27、Y向惰輪28、Y向輸出軸上軸承29、Y向惰輪上軸承30、Y向端蓋31、Y向端蓋螺釘32、Y向角度傳感器33、Y向角度傳感器螺釘34、X向電機端蓋35、X向電機端蓋螺釘36組成。所述的X向端蓋螺釘I、X向端蓋2、Y向電機端蓋螺釘13、Y向電機端蓋14、殼體20,Y向端蓋31、Υ向端蓋螺釘32、Χ向電機端蓋35、Χ向電機端蓋螺釘36組成一個封閉空間。在該封閉空間內設置有X向輸出軸上軸承3、X向輸出齒輪4、X向第二齒輪5、X向第二心軸6、X向第一心軸7、X向第一齒輪8、X向惰輪上軸承9、X向惰輪10、X向輸出軸下軸承11、X向惰輪下軸承12、控制電路板15、Y向電機16、Χ向角度傳感器17、Χ向角度傳感器螺釘18、X向電機19、殼體20、Y向第一齒輪21、Y向第一心軸22、Y向第二齒輪23、Y向第二心軸23、Y向輸出軸下軸承25、Y向惰輪下軸承26、Y向輸出齒輪27、Y向惰輪28、Y向輸出軸上軸承29、Y向惰輪上軸承30、Y向角度傳感器33、Y向角度傳感器螺釘34。所述的X向電機19輸出軸固定連接有電機齒輪，其中X向電機通過X向電機端蓋35經由X向電機端蓋螺釘36固定在殼體20內的一個桶型結構內；所述的Y向電機16輸出軸固定連接有電機齒輪，其中Y向電機通過Y向電機端蓋15經由Y向電機端蓋螺釘14固定在殼體20內的一個桶型結構內。所述的X向第一齒輪8和X向第二齒輪5通過X向第一心軸7和X向第二心軸6固定在殼體20相應位置；所述的X向輸出齒輪4通過X向輸出軸上軸承3、Χ向輸出軸下軸承11固定在殼體20相應位置；所述的X向惰輪10通過X向惰輪上軸承9和X向惰輪下軸承12固定在殼體20相應位置。所述的Y向第一齒輪21和Y向第二齒輪23通過Y向第一心軸22和Y向第二心軸24固定在殼體20相應位置；所述的Y向輸出齒輪27通過Y向輸出軸上軸承29、Y向輸出軸下軸承25固定在殼體20相應位置；所述的Y向惰輪28通過Y向惰輪上軸承30和Y向惰輪下軸承26固定在殼體20相應位置。所述的X向輸出齒輪4，有X向惰輪10與之嚙合；在X向惰輪10下方連接有X向角度傳感器34 ;所述的Y向輸出齒輪27，有Y向惰輪28與之嚙合；在￥向惰輪28下方連接有Y向角度傳感器34。所述的X向角度傳感器17、Y向角度傳感器34與控制電路板相連；所述的控制電路板安置在Y向電機16的一側。舵機工作方式如下機體主控晶片發出控制信號傳輸到控制電路板15，要求X、Y向分別輸出兩個角度，控制電路板15經過處理，對電機進行控制，X向電機19與Y向電機16分別在一定的時間內旋轉不同的角度。電機啟動後，通過上述的動力傳輸路線，即電機通過齒輪減速機構，將動力傳遞至輸出軸。之後將輸出軸的角度經由角度傳感器反饋至控制電路板。由控制電路板進行反饋控制調整達到相應的精度。
權利要求1.一種雙自由度機器人髖關節舵機，由設置在殼體內呈L型交叉的X向驅動機構、Y向驅動機構組成，其特徵在於 所述的X向驅動機構包括X向端蓋、X向齒輪減速機構、X向角度傳感器、X向電機、X向電機端蓋； X向電機輸出軸上固定連接有電機齒輪，X向電機置於殼體內，由X向電機端蓋通過X向端蓋螺釘進行定位；X向齒輪減速機構包括X向第一齒輪、X向第二齒輪、X向第一心軸、X向第二心軸、X向惰輪和X向輸出齒輪； 所述的X向電機齒輪與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，X向輸出齒輪還與X向惰輪嚙合；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向第二心軸穿過並固定在X向殼體中； 所述的X向惰輪的下端輸出軸穿過X向惰輪下軸承和X向角度傳感器，X向角度傳感器通過螺釘固定在殼體內；另一端穿過至於X向端蓋內部的X向惰輪上軸承的內圈； 所述的X向輸出齒輪的上端穿過X向輸出軸上軸承和X向端蓋作為X向驅動機構的驅動軸；x向輸出齒輪的下端穿過置於殼體中的X向輸出軸下軸承； 所述的Y向驅動機構包括Y向端蓋、Y向齒輪減速機構、Y向角度傳感器、Y向電機、Y向電機端蓋；Y向驅動機構與X向驅動機構結構相同； 控制電路板置於殼體內部，通過Y向電機端蓋的一處凹槽進行定位，用以控制電機。
專利摘要本實用新型涉及一種雙自由度機器人髖關節舵機。現有的機器人關節舵機多為單軸輸出，即只能為機器人提供一個自由度。本實用新型包括端蓋、殼體。端蓋和殼體通過螺釘連接，形成一個封閉空間。在該封閉空間內設置有電機、電機齒輪、減速機構、軸承、控制電路板、角度傳感器等。電機齒輪與減速機構輸入齒輪嚙合，減速機構輸出軸輸出動力。在輸出軸處設置有角度傳感器。本實用新型通過在同一封閉空間內設置兩個電機，通過殼體中設置的齒輪減速機構，將動力向兩個方向同時輸出；通過內部設置的控制電路板和角度傳感器可分別對兩個方向的輸出角度進行控制，使得機器人舵機有提供兩個自由度的能力。
文檔編號B25J17/00GK202781185SQ20122049474
公開日2013年3月13日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者周建軍, 林阿斌, 張亞平, 傅丹丹 申請人:杭州電子科技大學