用於多節式移動機器人的主被動結合連接機構的製作方法

2023-05-06 19:01:31 2

用於多節式移動機器人的主被動結合連接機構的製作方法
【專利摘要】用於多節式移動機器人的主被動結合連接機構，它涉及一種用於多節式移動機器人的連接機構，以解決現有機器人連接機構採用液壓傳動，存在結構複雜、控制不精確的問題。絲槓調整模塊的一端與第一連接件鉸接、另一端與第二連接件鉸接，第一連接件的另一端通過傳動軸與被動齒輪連接，被動齒輪與主動齒輪嚙合，主動齒輪安裝在電機上，第二連接件的另一端與插接體固定連接，三自由度主從動模塊設置在兩個絲槓調整模塊的下面，三自由度主從動模塊上的Y方向轉動塊位於垂直連接板一端，階梯軸位於三自由度主從動模塊的下面，且階梯軸與三自由度主從動模塊上的X方向轉動塊連接，電磁緊固器固裝在階梯軸上。本發明用於機器人模塊與機器人模塊之間的連接。
【專利說明】用於多節式移動機器人的主被動結合連接機構
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於多節式移動機器人的連接機構，具體涉及用於多節式移動機器人的主被動結合連接機構。
【背景技術】
[0002]隨著社會的發展和機器人技術的發展，人們對機器人的需求越來越大，要求越來越高，機器人朝著小型化、高精度化、靈敏化、輕型化發展，機器人關節是機器人的基礎部件，其性能的好壞直接影響機器人的性能。機器人連接機構不僅能夠應用於各種各樣的機器人的關節，還能夠應用於機器人模塊之間的連接、汽車等領域。現有的機器人連接機構的傳動是靠液壓傳動，該傳動方式雖然能夠很好的實現設計的功能，但是結構較複雜，控制不夠靈敏，精準度和可靠性低，體積比較大，這些不足都大大的增加了機器人的成本，限制了機器人的發展，影響了機器人的性能。

【發明內容】

[0003]本發明為解決現有機器人連接機構的傳動是靠液壓傳動，存在結構複雜、控制不靈敏、不精確的問題，而提供一種用於多節式移動機器人的主被動結合連接機構。
[0004]本發明的用於多節式移動機器人的主被動結合連接機構包括階梯軸、三自由度主從動模塊、第一連接件、第二連接件、傳動軸、插接體、被動齒輪、主動齒輪、電機、電磁緊固器和兩個絲槓調整模塊，所述兩個絲槓調整模塊並排平行設置，每個絲槓調整模塊的一端與第一連接件鉸接，絲槓調整模塊的另一端與第二連接件鉸接，第一連接件的另一端通過傳動軸與被動齒輪連接，被動齒輪與主動齒輪嚙合，主動齒輪安裝在電機上，第二連接件的另一端與插接體固定連接，所述三自由度主從動模塊設置在兩個絲槓調整模塊的下面，三自由度主從動模塊上的Y方向轉動塊位於插接體一側，階梯軸位於三自由度主從動模塊的下面，且階梯軸與三自由度主從動模塊上的X方向轉動塊連接，電磁緊固器固裝在階梯軸上。
[0005]本發明的有益效果是:
[0006]一、本發明採用電機作為驅動原件，通過驅動絲槓調整第一連接件與第二連接件之間的距離，這種傳動方式與液壓傳動方式相比，結構較簡單、控制精準、可靠性高。
[0007]二、本發明的體積與現有技術相比減少了一倍以下。
[0008]三、本發明所採用的零部件製造簡單。
[0009]四、本發明用於機器人模塊與機器人模塊之間的連接，還可用於機器人的關節以及兩個部件之間的連接。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發明的整體結構俯視立體圖(圖中標記13為主動結合件、標記12為被動結合件)；圖2是本發明的主視立體圖；圖3是三自由度主從動模塊2和兩個絲槓調整模塊3的位置關係俯視立體圖；圖4是三自由度主從動模塊2和兩個絲槓調整模塊3的位置關係主視立體圖；圖5是三自由度主從動模塊2的立體圖；圖6是絲槓調整模塊3的剖視圖。
【具體實施方式】
[0011]【具體實施方式】一:結合圖1?圖4說明本實施方式，本實施方式包括階梯軸1、三自由度主從動模塊2、第一連接件4、第二連接件5、傳動軸6、插接體7、被動齒輪8、主動齒輪9、電機10、電磁緊固器11和兩個絲槓調整模塊3，所述兩個絲槓調整模塊3並排平行設置，每個絲槓調整模塊3的一端與第一連接件4鉸接，絲槓調整模塊3的另一端與第二連接件5鉸接，第一連接件4的另一端通過傳動軸6與被動齒輪8連接，被動齒輪8與主動齒輪9嚙合，主動齒輪9安裝在電機10上，第二連接件5的另一端與插接體7固定連接，所述三自由度主從動模塊2設置在兩個絲槓調整模塊3的下面，三自由度主從動模塊2上的Y方向轉動塊2-6位於插接體7 —側，階梯軸I位於三自由度主從動模塊2的下面，且階梯軸I與三自由度主從動模塊2上的X方向轉動塊2-1連接，電磁緊固器11固裝在階梯軸I上。電磁緊固器8與被動結合件連接，通過電磁緊固器8來控制三自由度主從動模塊2的X軸方向的移動。
[0012]【具體實施方式】二:結合圖6說明本實施方式，本實施方式的每個絲槓調整模塊3包括轉動端連接塊3-1、第一活動塊3-2、絲槓連接件3-3、絲槓3-4、絲槓螺母3_5、絲槓套外3-6、絲槓套連接件3-7、第二活動塊3-8、固定連接件3-9和六個銷軸3_10，轉動端連接塊3-1的外端與第一連接件4鉸接，第一活動塊3-2的一端通過一個銷軸3-10與轉動端連接塊3-1鉸接，第一活動塊3-2的另一端通過一個銷軸3-10與絲槓連接件3-3的一端鉸接，絲槓連接件3-3的另一端通過一個銷軸3-10與絲槓3-4的一端鉸接，絲槓3-4的另一端與絲槓螺母3-5螺紋連接，絲槓螺母3-5固定安裝在絲槓套外3-6的一端內，絲槓套外3-6的另一端通過一個銷軸3-10與絲槓套連接件3-7絲槓套連接件3-7的另一端通過一個銷軸3-10與第二活動塊3-8的一端鉸接，第二活動塊3-8的另一端通過一個銷軸3-10與固定連接件3-9鉸接，固定連接件3-9的外端與第二連接件5鉸接。電機10驅動絲槓4轉動，從而調節第一連接件4與第二連接件5之間的距離，絲槓3-4的目的是為了實現絲槓調整模塊長度的變化，用絲槓3-4調整模塊相比於氣缸和液壓具有良好的可控性，較高的精度，並且絲槓3-4與絲槓套外3-6之間具有自鎖功能，能有效控制和調節絲槓調整模塊的長度，進而精確而有效的控制連接關節繞Z軸、Y軸的轉動角度，轉動端連接塊3-1、第一活動塊3-2和絲槓連接件3-3可以很好的把電機10的轉動傳遞到絲槓3-4上，絲槓套連接件3-7、第二活動塊3-8和固定連接件3-9組成了萬向聯軸節。其它組成及連接關係與【具體實施方式】一相同。
[0013]【具體實施方式】三:結合圖5說明本實施方式，本實施方式的三自由度主從動模塊2包括X方向轉動塊2-1、Z方向轉動塊2-2、螺栓2-3、銷釘2_4、螺母2_5和Y方向轉動塊2-6，X方向轉動塊2-1與Z方向轉動塊2-2的一端通過銷釘2-4鉸接，Z方向轉動塊2_2的另一端設有叉板安裝槽2-2-1，Y方向轉動塊2-6的連接端設置在叉板安裝槽2-2-1中，且Y方向轉動塊2-6通過螺栓2-3和螺母2-5與Z方向轉動塊2_2鉸接。
[0014]本實施方式中Z軸為豎直方向，X軸和Y軸為水平面上的直角坐標系。其它組成及連接關係與【具體實施方式】一或二相同。
[0015]【具體實施方式】四:結合圖5說明本實施方式，本實施方式的X方向轉動塊2-1由水平板2-1-1和垂直板2-1-2組成，垂直板2-1-2與水平板2_1_1垂直設置。這樣設置便於X方向轉動塊2-1與外接部件的連接。其它組成及連接關係與【具體實施方式】三相同。
[0016]【具體實施方式】五:結合圖5說明本實施方式,本實施方式的水平板2-1-1和垂直板2-1-2的厚度為3mm?5mm。水平板2-1-1和垂直板2-1-2米用3mm?5mm厚度，能夠減小轉動的阻力，具有很好的抗震功能，從而實現高精度控制和和較高的控制穩定性。其它組成及連接關係與【具體實施方式】四相同。
[0017]【具體實施方式】六:結合圖5說明本實施方式，本實施方式的水平板2-1-1和垂直板
2-1-2的厚度為4_。水平板2-1-1和垂直板2-1-2採用4_厚度，能夠減小轉動的阻力，具有很好的抗震功能，從而實現高精度控制和和較高的控制穩定性。其它組成及連接關係與【具體實施方式】五相同。
[0018]【具體實施方式】七:結合圖5說明本實施方式，本實施方式的垂直板2-1-2上設有階梯軸安裝孔2-1-3。階梯軸安裝孔2-1-3用於安裝階梯軸I。其它組成及連接關係與【具體實施方式】五相同。
[0019]【具體實施方式】八:結合圖5說明本實施方式，本實施方式的Y方向轉動塊2-6為片狀，其厚度為5_?10_。片狀結構能夠減小轉動的阻力，具有很好的抗震功能，從而實現高精度控制和和較高的控制穩定性。其它組成及連接關係與【具體實施方式】七相同。
[0020]【具體實施方式】九:結合圖5說明本實施方式，本實施方式的Y方向轉動塊2-6的厚度為6_。片狀結構能夠減小轉動的阻力，具有很好的抗震功能，從而實現高精度控制和和較高的控制穩定性。其它組成及連接關係與【具體實施方式】八相同。
[0021]【具體實施方式】十:結合圖5說明本實施方式，本實施方式的Y方向轉動塊2-6的外端設有插槽2-6-1。在Y方向轉動塊2-6上設置插槽2-6-1可以減輕整體的重量。其它組成及連接關係與【具體實施方式】九相同。
[0022]工作原理
[0023]繞Z軸旋轉:分別控制兩個電機10的轉角，從而控制絲槓3-4所轉的角度，使絲槓調整模塊的長度發生變化，根據連接關節所連接的兩個部件的具體參數，就可以計算出兩個絲槓調整模塊對應繞Z軸旋轉所需要的變化長度，控制兩個絲槓調整模塊長度隨時間的變化率，就可以使關節連接的兩個部件繞Z軸轉動，並且保證Y方向轉動塊2-6不動，從而實現繞Z軸轉動，若左邊的絲槓調整模塊3的長度大於右邊的絲槓調整模塊3的長度就向右轉，反之左轉。
[0024]繞Y軸轉動:分別控制兩個電機10的轉角，從而控制絲槓3-4所轉的角度，使兩個絲槓調整模塊變化的長度一致，就可以使關節連接的兩個部件正好繞著Y軸轉動，Z方向轉動塊2-2不動，從而實現繞Y軸的轉動，兩個絲槓調整模塊3變短就是向上轉動，變長就是向下轉動。
[0025]同時繞Y軸和Z軸轉動:分別控制兩個電機10，使兩個絲槓調整模塊3的長度變化，根據連接關節所連接的兩個部件的具體參數，就可以計算出左右絲槓調整模塊3對應繞Z軸旋轉所需要的變化長度，控制長度變化就可以使關節既繞著Z軸轉動一定的角度又繞著Y軸轉動一定的角度。[0026]X方向移動:當電磁緊固器鬆開時，階梯軸I可以在X方向移動，從而使X方向轉動塊2-1可以在X方向移動，當電磁緊固器8壓緊時，階梯軸I不能在X方向移動，則X方向轉動塊2-1就不能在X方向移動，當X方向轉動塊2-1在X方向發生了移動後，關節也會繞著Y軸轉動，可以通過增加傳感器來感知，然後控制電機10轉動來中和繞Y軸的轉動。
[0027]混合變化:當X軸方向移動和繞Y軸和Z軸轉動需要同時發生時，可以分開分析每一個單獨運動的特點，電機10所需轉動的角度，最後再把各種情況疊加在一起，便可以實現混合變化。
[0028]當關節繞著Z軸或Y軸轉動以後，轉動端連接塊3-1與絲槓連接件3-3會產生一個轉角，絲槓套連接件3-7與固定連接件3-9同樣會產生一個轉角。當關節再一次繞著Z軸或Y軸旋轉時，電機10的轉動和絲槓3-4的轉動由於連接件之間存在夾角所以不再呈線性關係，轉動端連接塊3-1、第一活動塊3-2和絲槓連接件3-3的結構原理與萬向聯軸器的結構原理相同。
【權利要求】
1.用於多節式移動機器人的主被動結合連接機構，其特徵在於:所述用於多節式移動機器人的主被動結合連接機構包括階梯軸(I)、三自由度主從動模塊(2)、第一連接件(4)、第二連接件(5 )、傳動軸(6 )、插接體(7 )、被動齒輪(8 )、主動齒輪(9 )、電機(10 )、電磁緊固器(11)和兩個絲槓調整模塊(3 )，所述兩個絲槓調整模塊(3 )並排平行設置，每個絲槓調整模塊(3)的一端與第一連接件(4)鉸接，絲槓調整模塊(3)的另一端與第二連接件(5)鉸接，第一連接件(4)的另一端通過傳動軸(6)與被動齒輪(8連接，被動齒輪(8)與主動齒輪(9)嚙合，主動齒輪(9)安裝在電機(10)上，第二連接件(5)的另一端與插接體(7)固定連接，所述三自由度主從動模塊(2設置在兩個絲槓調整模塊(3)的下面，三自由度主從動模塊(2)上的Y方向轉動塊(2-6位於插接體(7) —側，階梯軸(I)位於三自由度主從動模塊(2)的下面，且階梯軸(I)與三自由度主從動模塊(2)上的X方向轉動塊(2-1)連接，電磁緊固器(11)固裝在階梯軸(I)上。
2.根據權利要求1所述用於多節式移動機器人的主被動結合連接機構，其特徵在於:所述每個絲槓調整模塊(3)包括轉動端連接塊(3-1)、第一活動塊(3-2)、絲槓連接件(3-3)、絲槓(3-4)、絲槓螺母(3-5)、絲槓套外(3-6)、絲槓套連接件(3-7)、第二活動塊(3-8)、固定連接件(3-9)和六個銷軸(3-10)，第一活動塊(3-2)的一端通過一個銷軸(3-10)與轉動端連接塊(3-1)鉸接，第一活動塊(3-2)的另一端通過一個銷軸(3-10與絲槓連接件(3-3 )的一端鉸接，絲槓連接件(3-3 )的另一端通過一個銷軸(3-10 )與絲槓(3-4)的一端鉸接，絲槓(3-4)的另一端與絲槓螺母(3-5)螺紋連接，絲槓螺母(3-5固定安裝在絲槓套外(3-6)的一端內，絲槓套外(3-6)的另一端通過一個銷軸(3-10)與絲槓套連接件(3-7)絲槓套連接件(3-7)的另一端通過一個銷軸(3-10)與第二活動塊(3-8)的一端鉸接，第二活動塊(3-8)的另一端通過一個銷軸(3-10)與固定連接件(3-9)鉸接。
3.根據權利要求1或2所述用於多節式移動機器人的主被動結合連接機構，其特徵在於:所述三自由度主從動模塊(2)包括X方向轉動塊(2-1 )、Z方向轉動塊(2-2)、螺栓(2-3),銷釘(2-4)、螺母(2-5)和Y方向轉動塊(2-6)，X方向轉動塊(2_1)與Z方向轉動塊(2-2)的一端通過銷釘(2-4)鉸接，Z方向轉動塊(2-2)的另一端設有叉板安裝槽(2-2-1)，Y方向轉動塊(2-6 )的連接端設置在叉板安裝槽(2-2-1)中，且Y方向轉動塊(2-6 )通過螺栓(2-3)和螺母(2-5)與Z方向轉動塊(2-2)鉸接。
4.根據權利要求3所述用於多節式移動機器人的主被動結合連接機構，其特徵在於:所述X方向轉動塊(2-1)由水平板(2-1-1)和垂直板(2-1-2 )組成，垂直板(2-1-2 )與水平板(2-1-1)垂直設置。
5.根據權利要求4所述用於多節式移動機器人的主被動結合連接機構，其特徵在於:所述水平板(2-1-1)和垂直板(2-1-2)的厚度為3mm~5mm。
6.根據權利要求5所述用於多節式移動機器人的主被動結合連接機構，其特徵在於:所述水平板(2-1-1)和垂直板(2-1-2)的厚度為4mm。
7.根據權利要求5所述用於多節式移動機器人的主被動結合連接機構，其特徵在於:所述垂直板(2-1-2 )上設有階梯軸安裝孔(2-1-3 )。
8.根據權利要求7所述用於多節式移動機器人的主被動結合連接機構，其特徵在於:所述Y方向轉動塊(2-6)為片狀，其厚度為5mm~10mm。
9.根據權利要求8所述用於多節式移動機器人的主被動結合連接機構，其特徵在於:所述Y方向轉動塊(2-6)的厚度為6mm。
10.根據權利要求8所述用於多節式移動機器人的主被動結合連接機構，其特徵在於:所述Y方向轉動塊(2-6 )的外端`設有插槽(2-6-1)。
【文檔編號】B25J19/00GK103707317SQ201310716968
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月23日 優先權日:2013年12月23日
【發明者】臧希喆, 朱延河, 趙傑 申請人:哈爾濱工業大學