自由運動裝置的製作方法
2023-05-19 16:12:46
專利名稱：自由運動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及機械控制技術領域，具體涉及一種自由運動裝置。
背景技術：
目前，為實現各類智慧機器人的頸部運動，現有的技術方案是用電機帶動絲杆和滑塊或使用伺服推桿或直接用直線電機等來驅動運動平臺運動，從而帶動機器人的頸部運動。這種處理方式存在著成本高、結構複雜、製造難度大、不易控制、精度低、要感知位置需加裝編碼器或其它傳感器，無法做到小體積等問題，不適用於小型裝置。類似技術有一種二自由度空間並聯機構(中國實用新型專利申請號:200620021872.7，
公開日:2007-11-28)，它包括定平臺、動平臺和連接定平臺和動平臺的分支，所述的連接定平臺和動平臺分支有3個；動平臺上設置有兩個運動副，其中兩個分支的結構相同，它們都包括滑動杆和連杆，滑動杆通過運動副與動平臺相連，連杆的一端和滑動杆的一端通過運動副連接，連杆的另一端與定平臺通過運動副連接；另一個分支包括兩根垂直杆，一根垂直杆的一端與定平臺固連並與定平臺垂直，另一根垂直杆的一端與動平臺固連且與動平臺垂直，兩根垂直杆之間通過虎克鉸鏈連接。其同樣存在著結構複雜，製造成本高及難度大的問題。
發明內容
本發明的特徵和優點在下文的描述中部分地陳述，或者可從該描述顯而易見，或者可通過實踐本發明而學習。為克服現有技術的問題，本發明提供一種自由運動裝置，通過驅動電機驅動擺臂，擺臂帶動連杆運動，從而推動運動平臺繞活動關節進行運動，具有體積小、結構簡潔、成本低、精度高、便於控制、運動方式明確的特點。本發明解決上述技術問題所採用的技術方案如下:根據本發明的一個方面，提供一種自由運動裝置，包括:底座，其上設置有活動關節，並通過活動關節支撐一運動平臺；至少一個驅動電機，其輸出端上設置有擺臂，驅動電機在轉動時驅動擺臂進行旋轉;至少一個連杆，其一端連接於擺臂的末端，另一端連接於運動平臺的一側，在擺臂的帶動下推動運動平臺繞活動關節進行運動。 根據本發明的一個實施例，驅動電機、擺臂以及連杆的數量均為兩個，驅動電機分別對稱布置於底座的兩側，連杆在相應的擺臂的帶動下推動運動平臺傾斜，使運動平臺繞活動關節做傾斜運動。根據本發明的一個實施例，驅動電機採用舵機。根據本發明的一個實施例，傾斜運動包括運動平臺繞活動關節的俯仰、搖擺或側傾動作。
根據本發明的一個實施例，活動關節採用萬向節。根據本發明的一個實施例，連杆的兩端分別裝有關節軸承，用於分別活動連接擺臂的末端和運動平臺。根據本發明的一個實施例，運動平臺上設置有連接塊，在連接塊與連杆的關節軸承之間採用連接銷進行活動連接，連接銷的末端設置卡簧進行卡緊。根據本發明的一個實施例，擺臂末端與連杆的關節軸承之間採用連接銷進行活動連接，連接銷的末端設置卡簧進行卡緊。根據本發明的一個實施例，活動關節與運動平臺或底座之間分別採用連接軸進行連接，並通過在連接軸與運動平臺或底座之間設置定位銷來保證安裝的相對位置關係。根據本發明的一個實施例，還包括下連接板，其與底座連接。本發明提供了一種自由運動裝置，通過安裝在底座的驅動電機(例如舵機)驅動擺臂，擺臂帶動連杆推動用活動關節(例如萬向節)支撐的運動平臺，在舵機的轉動下，運動平臺可作前後、左右及沿活動關節中軸線的組合運動，且多自由度運動節點在同一個點上，可以做成很小的體積，具有結構簡潔、成本低、精度高、便於控制、運動方式明確的特點。通過閱讀說明書，本領域普通技術人員將更好地了解這些技術方案的特徵和內容。
下面通過參考附圖並結合實例具體地描述本發明，本發明的優點和實現方式將會更加明顯，其中附圖所示內容僅用於對本發明的解釋說明，而不構成對本發明的任何意義上的限制，在附圖中:圖1為本發明實施例自由運動裝置的整體結構示意圖；圖2為本發明實施例自由運動裝置的分解結構示意圖；圖3為本發明實施例自由運動裝置中的運動平臺與萬向節結構示意圖；圖4為本發明實施例自由運動裝置的下部結構示意圖；圖5a和圖5b為本發明實施例自由運動裝置如後俯仰運動的不意圖；圖6a和圖6b為本發明實施例自由運動裝置左右運動的示意圖；圖7a、圖7b、圖7c和圖7d為本發明實施例自由運動裝置沿活動關節中軸線的組合運動示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。如圖1至圖4所示，為解決現有技術結構複雜、製造難度大、精度低、不易控制、體積大、成本高的問題，本發明提供一種自由運動裝置，包括:底座10，其上設置有活動關節20，並通過活動關節20支撐一運動平臺30 ;至少一個驅動電機40，其輸出端上設置有擺臂50，在驅動電機40轉動時驅動擺臂50旋轉；至少一個連杆60，其一端活動連接於擺臂50的末端，另一端活動連接於運動平臺30的一側，在擺臂50的帶動下推動運動平臺30繞活動關節20進行運動。
在本發明優選的實施例中，採用兩個驅動電機40，其分別設置於底座10的兩側；採用兩個擺臂50，其分別設置於各個驅動電機40的輸出端上，在各個驅動電機40轉動時分別驅動相應的擺臂50旋轉；採用兩個連杆60，各連杆60的一端活動連接於相應擺臂50的末端，各連杆60的另一端活動連接於相應運動平臺30的一側，在相應的擺臂50的帶動下推動運動平臺30傾斜，使運動平臺30進行俯仰、搖擺或側傾動作，繞活動關節20做前後、左右或沿活動關節20中軸線的組合運動。當然，本領域技術人員根據本說明書的描述，可以採用一個驅動電機與相應的一個擺臂和一個連杆，同樣可以實現本發明的基本目的，推動運動平臺繞活動關節進行運動。也可以採用多個驅動電機與相應的多個擺臂和多個連杆，同樣可以推動運動平臺繞活動關節進行運動。本發明以兩個驅動電機40、兩個擺臂50和兩個連杆60為例進行說明，並不意味著本發明的保護範圍僅局限於實施例中所描述的技術方案。在本實施例中，驅動電機40優選地採用舵機，驅動電機40在底座10的兩側對稱布置，活動關節20優選地採用萬向節。連杆60的兩端分別裝有關節軸承62、61，用於分別活動連接擺臂50的末端和運動平臺30。運動平臺30上設置有連接塊31，連接塊31與運動平臺30採用螺絲連接，在連接塊31與連杆60的關節軸承62之間採用連接銷35進行活動連接，連接銷35的一端與連接塊31連接，另一端與關節軸承62配合，連接銷35的末端設置卡簧36進行卡緊。擺臂50末端與連杆60的關節軸承61之間採用連接銷33進行活動連接，連接銷33的末端設置卡簧36進行卡緊。活動關節20與運動平臺30或底座10之間分別採用連接軸32進行連接(例如採用螺絲連接)，並通過在連接軸32與運動平臺30或底座10之間設置定位銷34來保證安裝的相對位置關係。本發明實施例還包括下連接板70，其與底座10連接。為簡化結構，降低成本，便於控制，採用舵機驅動擺臂50帶動兩端裝有關節軸承的連杆60，舵機只有旋轉運動，要使運動平臺30作前後、左右及繞活動關節中軸線的組合運動，必須將舵機的旋轉運動轉化為直線運動。在兩舵機的舵盤上安裝擺臂50，擺臂50與兩端裝有關節軸承的連杆60相連，兩連杆60的另一端與運動平臺30相連。關節軸承可以使連杆60與擺臂軸在一定的範圍內作空間多自由度運動。兩個舵機旋轉帶動連杆60，連杆60推動運動平臺30做多自由度空間運動。採用舵機作為驅動部件，體積小、易控制、精度高、反應速度快、運動方式明確，並且舵機具有位置、速度、溫度、電壓等反饋信息，解決了其它類似機構為獲得這些反饋信息而須額外加裝很多元器件的麻煩，廣泛適用於各類智慧機器人的頸部運動機構。本發明實施例的自由運動裝置為實現多自由度運動節點在同一點上，活動關節20採用萬向節部件，萬向節與運動平臺30連接，運動平臺30 —邊有兩組孔，用於與連杆60連接。連杆60的兩端分別裝有關節軸承，用於分別活動連接擺臂50的末端和運動平臺30。採用本發明實施例的自由運動裝置，與現有類似技術相比，取得了技術的進步，達至IJ 了更好的運動效果，節省了製造成本，提高了運動精度，縮小了體積，其結構簡潔，便於控制，運動方式明確，且多自由度運動節點在同一個點上，解決了現有技術成本高，結構複雜，製造難度大，不易控制，精度低，要感知位置需加裝編碼器或其它傳感器，無法做到小體積的問題。本實施例的自由運動裝置能實現的運動如圖5至圖7所示:
圖5a和圖5b為本發明實施例做如後俯仰運動的不意圖,運動過程描述如下:左右兩舵機以相同速率作相反方向運動，驅動擺臂50旋轉，帶動連杆60，連杆60推動運動平臺30即可實現俯仰運動。圖6a和圖6b為本發明實施例做左右運動的示意圖，運動過程描述如下:左右兩舵機以相同速率作相同方向運動，驅動擺臂50旋轉，帶動連杆60，連杆60推動運動平臺30即可實現左右運動。圖7a、圖7b、圖7c和圖7d為本發明實施例組合運動的示意圖，運動過程描述如下:通過兩舵機特定的角度組合，可同時實現前/後與左/右的組合動作，例如:左前(如圖7a所示)、左後(如圖7b所示)、右後(如圖7c所示)、右前(如圖7d所示)的動作。以上參照
了本發明的優選實施例，本領域技術人員不脫離本發明的範圍和實質，可以有多種變型方案實現本發明。舉例而言，作為一個實施例的部分示出或描述的特徵可用於另一實施例以得到又一實施例。以上僅為本發明較佳可行的實施例而已，並非因此局限本發明的權利範圍，凡運用本發明說明書及附圖內容所作的等效變化，均包含於本發明的權利範圍之內。
權利要求
1.一種自由運動裝置，其特徵在於，包括: 底座，其上設置有活動關節，並通過所述活動關節支撐一運動平臺； 至少一個驅動電機，其輸出端上設置有擺臂，所述驅動電機在轉動時驅動所述擺臂進行旋轉； 至少一個連杆，其一端連接於擺臂的末端，另一端連接於運動平臺，在所述擺臂的帶動下推動所述運動平臺繞所述活動關節進行運動。
2.根據權利要求1所述的自由運動裝置，其特徵在於:所述驅動電機、擺臂以及連杆的數量均為兩個，所述驅動電機分別對稱布置於所述底座的兩側，所述連杆在相應的擺臂的帶動下推動所述運動平臺傾斜，使所述運動平臺繞所述活動關節進行傾斜運動。
3.根據權利要求1或2所述的自由運動裝置，其特徵在於，所述驅動電機採用舵機。
4.根據權利要求2所述的自由運動裝置，其特徵在於，所述傾斜運動包括所述運動平臺繞所述活動關節的俯仰、搖擺或側傾動作。
5.根據權利要求1或2所述的自由運動裝置，其特徵在於，所述活動關節採用萬向節。
6.根據權利要求1或2所述的自由運動裝置，其特徵在於，所述連杆的兩端分別裝有關節軸承，用於分別活動連接所述擺臂的末端和所述運動平臺。
7.根據權利要求6所述的自由運動裝置，其特徵在於，所述運動平臺上設置有連接塊，在所述連接塊與所述連杆的關節軸承之間採用連接銷進行活動連接，所述連接銷的末端設置卡簧進行卡緊。
8.根據權利要求6所述的自由運動裝置，其特徵在於，所述擺臂末端與所述連杆的關節軸承之間採用連接銷進行活動連接，所述連接銷的末端設置卡簧進行卡緊。
9.根據權利要求1或2所述的自由運動裝置，其特徵在於，所述活動關節與所述運動平臺或所述底座之間分別採用連接軸進行連接，並通過在所述連接軸與所述運動平臺或所述底座之間設置定位銷來保證安裝的相對位置關係。
10.根據權利要求1或2所述的自由運動裝置，其特徵在於，還包括下連接板，其與所述底座連接。
全文摘要
本發明提供一種自由運動裝置，包括底座，其上設置有活動關節，並通過活動關節支撐一運動平臺；至少一個驅動電機，其輸出端上設置有擺臂，在驅動電機轉動時驅動擺臂旋轉；至少一個連杆，其一端活動連接於擺臂的末端，另一端活動連接於運動平臺的一側，在擺臂的帶動下推動運動平臺繞活動關節進行運動。在本發明的優選實施例中可以設置兩個驅動電機、兩個擺臂和兩個連杆，擺臂帶動相應的連杆運動，從而推動運動平臺繞活動關節做前後、左右或沿活動關節中軸線的組合運動。本發明具有體積小、結構簡潔、成本低、精度高、便於控制、運動方式明確的特點，取得了技術的進步，達到了更好的運動效果。
文檔編號B25J9/08GK103192377SQ20131008638
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月18日 優先權日2013年3月18日
發明者林天麟 申請人:安科智慧城市技術(中國)有限公司