專利名稱：雙自由度機器人腕關節(jié)舵機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機器人技術領域，涉及一種雙自由度機器人腕關節(jié)舵機。
背景技術：
隨著機器人的不斷發(fā)展，機器人與人的交互越來越密切，從傳統(tǒng)的工業(yè)環(huán)境慢慢向人類的生活起居靠近。機器人根據(jù)仿生學原理，其運動 模仿人類通過關節(jié)實現(xiàn)。每個關節(jié)在可實現(xiàn)準確控制的基礎上，與人的各個關節(jié)自由度保持一致。人體各個主要活動關節(jié)處的自由度不盡相同。傳統(tǒng)機器人關節(jié)為實現(xiàn)多自由度的運動，通常采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(jié)整體結構復雜，慣性大，動態(tài)響應性差，重構型差，裝配復雜，不便維護。為解決上述問題，目前已研制出多種慣性小，動態(tài)響應較快，結構也相對較簡單的驅(qū)動裝置。中國專利N201736231U，機器人腕關節(jié)。該關節(jié)是一個二自由度轉(zhuǎn)動并聯(lián)機構。U形件的U形上部通過第一組同軸轉(zhuǎn)動副鉸鏈與環(huán)形件相連；拔桿的中部固聯(lián)在手掌連接件的一端，拔桿的兩端通過第二組同軸轉(zhuǎn)動副鉸鏈與環(huán)形件相連；手掌連接件通過轉(zhuǎn)動副鉸鏈與手掌幾座相聯(lián)，手掌幾座通過第三組同軸轉(zhuǎn)動副鉸鏈與腕關節(jié)基座相連。機器人手掌與所述手掌連接件的另一端相聯(lián)。盡管該實用新型結構簡單、響應速度快，并且也一定程度上改進了以往的并聯(lián)機構工藝性差的特點，但由于其本身結構的限制并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(jié)伺服。該發(fā)明設計了兩種成L型的伺服模塊，在機器人的不同關節(jié)處，通過第三方連接件進行組合以實現(xiàn)不同的自由度。該發(fā)明重構性好，裝配簡單也易于維護。但由于其結構特點，機體慣性較大，動態(tài)響應性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有機器人雙自由度關節(jié)驅(qū)動裝置的不足，提供一種采用雙電機交錯布置的雙自由度機器人腕關節(jié)舵機。本發(fā)明采用的技術方案如下
本發(fā)明由設置在殼體內(nèi)呈十字交叉的X向驅(qū)動機構和Y向驅(qū)動機構組成。所述的X向驅(qū)動機構包括X向電機端蓋、X向電機、X向傳動軸、X向減速頭、X向角度傳感器、X向軸承襯座、X向軸承和X向輸出端蓋。X向電機輸出軸上固定連接有電機齒輪，X向電機由X向電機端蓋通過X向端蓋螺釘進行定位；x向減速頭輸入軸固定連接有X向減速頭齒輪，輸出軸設置有X向角度傳感器。
所述的X向電機齒輪與X向齒輪傳動軸一端哨合，該X向齒輪傳動軸另一端與減速頭齒輪嚙合；所述的X向齒輪傳動軸位于X向電機齒輪和減速頭齒輪的正上方。所述的軸承襯座一端由殼體內(nèi)一凸臺定位，另一端由輸出端蓋通過輸出端蓋螺釘進行定位；在軸承襯座內(nèi)設置有軸承；該軸承一端由軸承襯座一凸臺結構定位，另一端由輸出端蓋通過輸出端蓋螺釘進行定位。所述的X向減速頭的輸出軸穿過軸承和輸出端蓋，作為X向驅(qū)動軸。所述的Y向驅(qū)動機構包括Y向電機端蓋、Y向電機、Y向傳動軸、Y向減速頭、Y向角度傳感器、Y向軸承襯座、Y向軸承和Y向輸出端蓋。所述的Y向電機齒輪與Y向齒輪傳動軸一端哨合，該Y向齒輪傳動軸另一端與減速頭齒輪嚙合；所述的Y向齒輪傳動軸位于Y向電機齒輪和減速頭齒輪的側方。 Y向驅(qū)動機構的其余部分與X向驅(qū)動機構的結構相同。X向齒輪傳動軸和Y向齒輪傳動軸均通過十字固定件，固定于殼體一處；該十字固定件由頂蓋通過頂蓋螺釘進行定位。角度傳感器，用以檢測輸出端轉(zhuǎn)過的角度，并將角度信號反饋給電路控制板，控制電路板通過固定螺釘固定在殼體底部，用以控制電機。本發(fā)明的有益效果通過將兩個電機內(nèi)置于一個舵機之中，實現(xiàn)一個舵機提供兩個方向的輸出，大大減小了傳統(tǒng)機器人關節(jié)利用第三方連接件實現(xiàn)兩個方向輸出所占的空間，使得關節(jié)結構更加緊湊，慣性更小，動態(tài)性能更優(yōu)。


圖I為舵機外型示意 圖2為舵機裝配爆炸 圖3為航機傳動關系 附圖中1.頂蓋、2.十字固定件、3. Y向傳動軸、4. X向傳動軸、5.固定螺釘、6.控制電路板、7.頂蓋螺釘、8.殼體、9. Y向減速頭、10. Y向角度傳感器、11. Y向軸承襯座、12. Y向軸承、13. Y向輸出端蓋、14. Y向輸出端蓋螺釘、15. X向減速頭、16. X向角度傳感器、17. X向軸承襯座、18. X向軸承、19. X向輸出端蓋、20. X向輸出端蓋螺釘、21. Y向電機端蓋螺釘、22. Y向電機端蓋、23. Y向電機、24. X向電機端蓋螺釘、25. X向電機端蓋、26. X向電機、27. Y向電機齒輪、28. X向電機齒輪、29. X向減速頭齒輪、30. Y向減速頭齒輪。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。圖I所示，為該舵機外型示意圖。成十字交錯結構，兩個軸線方向分別有一輸出軸用以提供驅(qū)動力。如圖2所示，是舵機的裝配爆炸圖，舵機由頂蓋I、十字固定件2、Y向傳動軸3、X向傳動軸4、固定螺釘5、控制電路板6、頂蓋螺釘7、殼體8、Y向減速頭9、Υ向角度傳感器10、Y向軸承襯座11、Υ向軸承12、Y向輸出端蓋13、Υ向輸出端蓋螺釘14、Χ向減速頭15、Χ向角度傳感器16、Χ向軸承襯座17、Χ向軸承18、Χ向輸出端蓋19、Χ向輸出端蓋螺釘20、Υ向電機端蓋螺釘21、Y向電機端蓋22、Y向電機23、X向電機端蓋螺釘24、X向電機端蓋25、X向電機26組成。所述的頂蓋I與殼體8通過頂蓋螺釘7連接；X向輸出端蓋19、Y向輸出端蓋13分別通過X向輸出端蓋螺釘20及Y向輸出端蓋螺釘14與殼體8相連；X向電機端蓋25、Y向電機端蓋22分別通過X向電機端蓋螺釘24及Y向電機端蓋螺釘21與殼體8連接；上述的零件連接形成一個封閉空間。所述的封閉空間內(nèi)設置有十字固定件2、Y向傳動軸3、X向傳動軸4、固定螺釘5、控制電路板6、Y向減速頭9、Υ向角度傳感器10、Υ向軸承襯座11、Υ向軸承12、Χ向減速頭15、X向角度傳感器16、X向軸承襯座17、X向軸承18、Y向電機23、X向電機26 ；Υ向電機齒輪27、X向電機齒輪28、X向減速頭齒輪29、Y向減速頭齒輪30。所述的控制電路板6通過固定螺釘5固定在殼體8的底部，用以處理X向角度傳感器16和Y向角度傳感器10反饋回的角度信號，并控制控制X向電機26和Y向電機23的轉(zhuǎn)動。所述的X向角度傳感器16和Y向角度傳感器10分別于X向減速頭15的輸出軸和Y向減速頭9的輸出軸連接；其中X向減速頭15和Y向減速頭9設置在殼體輸出端位置；輸出軸處分別裝配有X向軸承18和Y向軸承12 ;所述的X向軸承18的外圈與X向軸承襯座17的內(nèi)圈配合，Y向軸承12與Y向軸承襯座11的內(nèi)圈配合。所述的X向電機26與Y向電機23設置在殼體輸入端出位置，分別通過X向電機端蓋25和Y向電機端蓋22進行定位。如圖3所示為型舵機的傳動關系圖，所述的X向電機齒輪28與X向傳動軸4 一側的齒輪嚙合，X向傳動軸4的另一側與X向減速頭齒輪29嚙合，動力經(jīng)由X向傳動軸4從X向電機26傳動到X向減速頭15通過減速從輸出軸輸出；所述的Y向電機齒輪27與Y向傳動軸3 —側的齒輪嚙合，Y向傳動軸3的另一側與Y向減速頭齒輪30嚙合，動力經(jīng)由Y向傳動軸3從Y向電機23傳動到Y向減速頭9通過減速從輸出軸輸出。所述的X向減速頭15與Y向減速頭9均為行星減速器。舵機工作方式如下
機體主控芯片發(fā)出控制信號傳輸?shù)娇刂齐娐钒?，要求Χ、Υ向分別輸出兩個角度，控制電路板6經(jīng)過處理，對電機進行控制，X向電機26與Y向電機23分別在一定的時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)不同的角度。電機啟動后，通過上述的動力傳輸路線，即電機通過傳動軸，將動力傳遞至輸出軸。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。由控制電路板進行反饋控制調(diào)整達到相應的精度。
權利要求
1.雙自由度機器人腕關節(jié)舵機，由設置在殼體內(nèi)呈十字交叉的X向驅(qū)動機構和Y向驅(qū)動機構組成，其特征在于 所述的X向驅(qū)動機構包括X向電機端蓋、X向電機、X向傳動軸、X向減速頭、X向角度傳感器、X向軸承襯座、X向軸承和X向輸出端蓋； X向電機輸出軸上固定連接有電機齒輪，X向電機由X向電機端蓋通過X向端蓋螺釘進行定位；x向減速頭輸入軸固定連接有X向減速頭齒輪，輸出軸設置有X向角度傳感器；所述的X向電機齒輪與X向齒輪傳動軸一端哨合,該X向齒輪傳動軸另一端與減速頭齒輪嚙合；所述的X向齒輪傳動軸位于X向電機齒輪和減速頭齒輪的正上方； 所述的軸承襯座一端由殼體內(nèi)ー凸臺定位，另一端由輸出端蓋通過輸出端蓋螺釘進行定位；在軸承襯座內(nèi)設置有軸承；該軸承一端由軸承襯座ー凸臺結構定位，另一端由輸出端蓋通過輸出端蓋螺釘進行定位； 所述的X向減速頭的輸出軸穿過軸承和輸出端蓋，作為X向驅(qū)動軸； 所述的Y向驅(qū)動機構包括Y向電機端蓋、Y向電機、Y向傳動軸、Y向減速頭、Y向角度傳感器、Y向軸承襯座、Y向軸承和Y向輸出端蓋； 所述的Y向電機齒輪與Y向齒輪傳動軸一端哨合,該Y向齒輪傳動軸另一端與減速頭齒輪嚙合；所述的Y向齒輪傳動軸位于Y向電機齒輪和減速頭齒輪的側方； Y向驅(qū)動機構的其余部分與X向驅(qū)動機構的結構相同； X向齒輪傳動軸和Y向齒輪傳動軸均通過十字固定件,固定于殼體ー處；該十字固定件由頂蓋通過頂蓋螺釘進行定位； 角度傳感器，用以檢測輸出端轉(zhuǎn)過的角度，并將角度信號反饋給電路控制板，控制電路板通過固定螺釘固定在殼體底部，用以控制電機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙自由度機器人腕關節(jié)舵機?，F(xiàn)有的機器人關節(jié)舵機多為單軸輸出，即只能為機器人提供一個自由度。本發(fā)明包括端蓋、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(nèi)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。本發(fā)明通過在同一封閉空間內(nèi)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(nèi)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B25J17/02GK102862166SQ20121036149
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權日2012年9月25日
發(fā)明者周建軍, 林阿斌, 張亞平, 傅丹丹 申請人:杭州電子科技大學