主機(jī)器人單自由度擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型是一種主機(jī)器人單自由度擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊，包括有第一擺動(dòng)基座、第二擺動(dòng)基座、第一關(guān)節(jié)軸、第二關(guān)節(jié)軸，第一關(guān)節(jié)軸和第二關(guān)節(jié)軸的一端分別與第二擺動(dòng)基座固連，實(shí)現(xiàn)軸向定位，第一關(guān)節(jié)軸和第二關(guān)節(jié)軸的另一端與第一擺動(dòng)基座通過(guò)軸承做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，第一擺動(dòng)基座與第二擺動(dòng)基座能繞關(guān)節(jié)軸線作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。本實(shí)用新型關(guān)節(jié)模塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，裝配便捷，與其它模塊連接方便，可構(gòu)建成示教用的主機(jī)器人。是一種設(shè)計(jì)巧妙，性能優(yōu)良，方便實(shí)用的主機(jī)器人單自由度擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊。
【專(zhuān)利說(shuō)明】主機(jī)器人單自由度擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型是一種主機(jī)器人單自由度擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊，屬于主機(jī)器人單自由度擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊的創(chuàng)新技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]人類(lèi)越來(lái)越需要能在危險(xiǎn)或未知環(huán)境中工作的機(jī)器人。然而，受人工智能技術(shù)、機(jī)構(gòu)、控制和傳感技術(shù)等方面的限制，研制出能在未知環(huán)境中自主工作的智能機(jī)器人還需要很長(zhǎng)一段時(shí)間。因此目前依賴(lài)人的智能，工作在人機(jī)交互下的主從控制機(jī)器人是一種現(xiàn)實(shí)可行的選擇。這種主從控制將人的智能和機(jī)器人的執(zhí)行結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了人的感知能力和行為能力的延伸。操作者對(duì)主機(jī)器人進(jìn)行操作，處理器根據(jù)主機(jī)器人的位姿信息把操作者的控制意圖轉(zhuǎn)化為從機(jī)器人可以理解的命令，并以此控制從機(jī)器人運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的任務(wù)，同時(shí)通過(guò)視覺(jué)或力覺(jué)將其狀態(tài)信息反饋給操作者，操作者據(jù)此修改自己的控制行為。
[0003]國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)研制了很多主機(jī)器人，并有很多商業(yè)化的系統(tǒng)，例如帶力反饋的Phantom、外骨骼式的數(shù)據(jù)手套。但是目前的主機(jī)器人的構(gòu)型都是固定的，不能根據(jù)任務(wù)要求或從機(jī)器人的變化相應(yīng)地改換構(gòu)型；而且自由度也固定不變，不能根據(jù)需要進(jìn)行增減。這就導(dǎo)致了主機(jī)器人難以適應(yīng)各種不同的從機(jī)器人。例如，當(dāng)實(shí)際需要少自由度從機(jī)器人時(shí)造成主機(jī)器人自由度冗余，使得主從之間的映射復(fù)雜，計(jì)算量大，影響主從控制的實(shí)時(shí)性與穩(wěn)定性。因此，主機(jī)器人的通用性和靈活性是目前研究主機(jī)器人面臨的主要問(wèn)題。模塊化的設(shè)計(jì)方法能夠解決主機(jī)器人的通用性差以及結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜等問(wèn)題。模塊化主機(jī)器人能夠通過(guò)改變自身僅有的幾種模塊的連接順序或方式而獲得多種不同構(gòu)型，以滿足不同的從機(jī)器人構(gòu)型或者任務(wù)要求，容易實(shí)現(xiàn)主從機(jī)器人之間的同構(gòu)映射。相比傳統(tǒng)主機(jī)器人，模塊化主機(jī)器人具有良好的適應(yīng)性、靈活性、和容錯(cuò)性以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。模塊化結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，各模塊之間可以相互替換，實(shí)現(xiàn)快速組裝。模塊化主機(jī)器人并不是簡(jiǎn)單的機(jī)械裝配，而是模塊之間的有機(jī)連接。作為組成單元的各個(gè)模塊都是一種集通信、控制和傳動(dòng)為一體的獨(dú)立和完整的機(jī)電系統(tǒng)。因此，有必要開(kāi)發(fā)方便連接、易于操作和控制的主機(jī)器人單自由度關(guān)節(jié)模塊。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于考慮上述問(wèn)題而提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，連接和使用方便的主機(jī)器人單自由度回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊。本實(shí)用新型可以簡(jiǎn)化主從控制系統(tǒng)，提高主機(jī)器人的通用性和適應(yīng)性，降低主機(jī)器人的研制和使用成本。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:本實(shí)用新型的主機(jī)器人單自由度回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊，包括有第一擺動(dòng)基座、第二擺動(dòng)基座、第一關(guān)節(jié)軸、第二關(guān)節(jié)軸，第一關(guān)節(jié)軸和第二關(guān)節(jié)軸的一端分別與第二擺動(dòng)基座固連，實(shí)現(xiàn)軸向定位，第一關(guān)節(jié)軸和第二關(guān)節(jié)軸的另一端與第一擺動(dòng)基座通過(guò)軸承做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，第一擺動(dòng)基座與第二擺動(dòng)基座能繞關(guān)節(jié)軸線作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0006]本實(shí)用新型的關(guān)節(jié)軸線與模塊本身的中心軸線垂直，由外力矩驅(qū)動(dòng)能作擺轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并對(duì)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角檢測(cè)。第二關(guān)節(jié)軸的一端與編碼器中的碼盤(pán)固連。編碼器固定在第一擺動(dòng)基座上，對(duì)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角進(jìn)行采樣，處理器對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行處理。配重安裝臂可與第二擺動(dòng)基座或第一擺動(dòng)基座固定。調(diào)節(jié)配重塊在配重安裝臂上的位置可以使模塊在不同負(fù)載下保持隨遇平衡。信號(hào)線從轉(zhuǎn)動(dòng)基座的內(nèi)腔穿過(guò)，因而實(shí)現(xiàn)內(nèi)走線。與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0007]I)本實(shí)用新型一個(gè)模塊就是一個(gè)基本的單元系統(tǒng)，具有獨(dú)立性和完整性，能感知單關(guān)節(jié)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，便于與其它模塊構(gòu)成主機(jī)器人系統(tǒng)。
[0008]2)本實(shí)用新型相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)部件采用滑動(dòng)軸承(法蘭軸承)，實(shí)現(xiàn)定位的同時(shí)又能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝配便捷；且采用第二擺動(dòng)基座與關(guān)節(jié)軸分離的方式，各個(gè)部件之間緊密且可靠地連接布置，因而模塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、關(guān)節(jié)軸向尺寸小、安裝和拆卸便捷。
[0009]3)本實(shí)用新型采用配重的方式實(shí)現(xiàn)隨遇平衡，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單舒適。
[0010]4)本實(shí)用新型處理器集成到模塊內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了電氣與控制的模塊化。通過(guò)內(nèi)部走線與外界的總線連接可靠、快速和方便，且有利于操作和美觀。
[0011]5)本實(shí)用新型采用卡環(huán)結(jié)構(gòu)與其他模塊直接連接和鎖緊，不需要其它專(zhuān)用的過(guò)渡或換向連接件，連接和拆卸簡(jiǎn)單、方便和快捷。
[0012]本實(shí)用新型關(guān)節(jié)模塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，裝配便捷，與其它模塊連接方便，可構(gòu)建成示教用的主機(jī)器人。是一種設(shè)計(jì)巧妙，性能優(yōu)良，方便實(shí)用的主機(jī)器人單自由度擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型關(guān)節(jié)模塊的外觀圖；
[0014]圖2是本實(shí)用新型關(guān)節(jié)模塊的剖面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]實(shí)施例:
[0016]本實(shí)用新型的外觀圖如圖1所示,本實(shí)用新型關(guān)節(jié)模塊的剖面圖如圖2所示，本實(shí)用新型的主機(jī)器人單自由度擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊，包括有第一擺動(dòng)基座09、第二擺動(dòng)基座01、第一關(guān)節(jié)軸03、第二關(guān)節(jié)軸14，第一關(guān)節(jié)軸03和第二關(guān)節(jié)軸14的一端分別與第二擺動(dòng)基座01固連，實(shí)現(xiàn)軸向定位，第一關(guān)節(jié)軸03和第二關(guān)節(jié)軸14的另一端與第一擺動(dòng)基座09通過(guò)軸承做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，第一擺動(dòng)基座09與第二擺動(dòng)基座01能繞關(guān)節(jié)軸線作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0017]根據(jù)模塊組成主機(jī)器人后關(guān)節(jié)負(fù)載的情況，上述第一擺動(dòng)基座09或第二擺動(dòng)基座01上設(shè)置有配重塊11，配重塊11固定在配重安裝臂12上，配重安裝臂12固定在第一擺動(dòng)基座09或第二擺動(dòng)基座01上，移動(dòng)配重安裝臂12及配重塊11的安裝位置可以使配重塊11與負(fù)載平衡，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的隨遇平衡。
[0018]本實(shí)施例中，上述第一關(guān)節(jié)軸03和第二關(guān)節(jié)軸14的一端分別通過(guò)四個(gè)緊定螺釘02與第二擺動(dòng)基座01固連；上述該端為第一關(guān)節(jié)軸03和第二關(guān)節(jié)軸14的大端；上述配重塊11通過(guò)緊定螺母10與端面的螺柱固定在配重安裝臂12上，配重安裝臂12通過(guò)三個(gè)螺釘16懸掛固定在第一擺動(dòng)基座09或第二擺動(dòng)基座01上。
[0019]本實(shí)施例中，上述第一關(guān)節(jié)軸03和第二關(guān)節(jié)軸14的另一端與第一擺動(dòng)基座09通過(guò)法蘭軸承04做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。本實(shí)施例中，上述法蘭軸承04為滑動(dòng)軸承。上述法蘭軸承04以間隙配合套在關(guān)節(jié)軸上，法蘭軸承04的外徑與第一擺動(dòng)基座09的軸承孔緊配合，其法蘭把第二擺動(dòng)基座01與第一擺動(dòng)基座09隔開(kāi)，防止兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件直接接觸造成摩擦。
[0020]為了便于控制，上述第一擺動(dòng)基座09上還裝設(shè)有處理器08，處理器08固定到處理器安裝板06上，處理器安裝板06固定在第一擺動(dòng)基座09上。本實(shí)施例中，上述處理器08通過(guò)鎖緊螺釘和螺栓07固定到處理器安裝板06上，處理器安裝板06由圓頭螺釘05固定在第一擺動(dòng)基座09上。
[0021]此外，上述第一擺動(dòng)基座09上還裝設(shè)有編碼器13，編碼器13由四個(gè)對(duì)角螺釘15固連到第一擺動(dòng)基座09 —側(cè)支耳的內(nèi)側(cè)面上，第二關(guān)節(jié)軸14的末端插入編碼器13的中心孔中與編碼器13的碼盤(pán)固連，實(shí)現(xiàn)編碼器13的角度檢測(cè)的功能。
[0022]本實(shí)施例中，上述第一擺動(dòng)基座09為中空結(jié)構(gòu)，編碼器13的走線通過(guò)這個(gè)空腔連接到處理器8上。
[0023]本實(shí)施例中，上述第二擺動(dòng)基座01、第一關(guān)節(jié)軸03、第二關(guān)節(jié)軸14、法蘭軸承04及編碼器13的軸線重合，并與第一擺動(dòng)基座09和第二擺動(dòng)基座01的軸線同時(shí)垂直。第一擺動(dòng)基座09與第二擺動(dòng)基座01的軸線一般既不垂直，也不平行，當(dāng)關(guān)節(jié)伸直時(shí)重合。
[0024]本實(shí)施例中，上述第一擺動(dòng)基座09設(shè)計(jì)有兩個(gè)支耳，用于支撐固定其他轉(zhuǎn)動(dòng)部件；第一關(guān)節(jié)軸03和第二關(guān)節(jié)軸14分別從模塊的兩側(cè)依次裝配到第二擺動(dòng)基座01。
[0025]本實(shí)施例中，上述處理器08的上下端設(shè)計(jì)有電氣接口用于與編碼器13和兩端其他模塊的信號(hào)連接，實(shí)現(xiàn)電源信號(hào)的供應(yīng)和CAN總線信號(hào)傳輸。
[0026]本實(shí)施例中，上述第一擺動(dòng)基座09和第二擺動(dòng)基座01的外端設(shè)計(jì)統(tǒng)一的機(jī)械接口，在軸剖面上有梯形槽，使得關(guān)節(jié)模塊能與相鄰的模塊快速便捷地連接。關(guān)節(jié)模塊之間通過(guò)螺釘、用軸剖面為梯形的卡環(huán)實(shí)現(xiàn)快速連接和鎖緊。這種連接方式不但可以阻止相連模塊繞軸線的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的作用，而且可以使兩個(gè)模塊在軸向上固連。
[0027]本實(shí)用新型的工作原理如下:第一擺動(dòng)基座09與第二擺動(dòng)基座01能繞關(guān)節(jié)軸線作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角通過(guò)編碼器13檢測(cè)。配重塊11及配重安裝臂12懸掛固定在第二擺動(dòng)基座01或第一擺動(dòng)基座09的側(cè)邊。當(dāng)用這些模塊構(gòu)成主機(jī)器人時(shí)，從末端的擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)開(kāi)始，通過(guò)增減擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上配重塊11的數(shù)量和(松緊螺釘、沿滑槽移動(dòng))調(diào)節(jié)它們?cè)谂渲匕惭b臂12的緊固位置逐個(gè)調(diào)節(jié)擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的平衡。
【權(quán)利要求】
1.一種主機(jī)器人單自由度擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊，其特征在于包括有第一擺動(dòng)基座(09)、第二擺動(dòng)基座(01)、第一關(guān)節(jié)軸(03)、第二關(guān)節(jié)軸(14)，第一關(guān)節(jié)軸(03)和第二關(guān)節(jié)軸(14)的一端分別與第二擺動(dòng)基座(01)固連，實(shí)現(xiàn)軸向定位，第一關(guān)節(jié)軸(03)和第二關(guān)節(jié)軸(14)的另一端與第一擺動(dòng)基座(09)通過(guò)軸承做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，第一擺動(dòng)基座(09)與第二擺動(dòng)基座(01)能繞關(guān)節(jié)軸線作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主機(jī)器人單自由度擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊，其特征在于上述第一擺動(dòng)基座(09 )或第二擺動(dòng)基座(01)上設(shè)置有配重塊(11)，配重塊(11)固定在配重安裝臂(12)上，配重安裝臂(12 )固定在第一擺動(dòng)基座(09 )或第二擺動(dòng)基座(OI)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的主機(jī)器人單自由度擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊，其特征在于上述第一關(guān)節(jié)軸(03)和第二關(guān)節(jié)軸(14)的大端分別通過(guò)緊定螺釘(02)與第二擺動(dòng)基座(01)固連；上述配重塊(11)通過(guò)緊定螺母(10)與端面的螺柱固定在配重安裝臂(12)上，配重安裝臂(12)通過(guò)三個(gè)螺釘(16)懸掛固定在第一擺動(dòng)基座(09)或第二擺動(dòng)基座(01)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主機(jī)器人單自由度擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊，其特征在于上述第一關(guān)節(jié)軸(03)和第二關(guān)節(jié)軸(14)的另一端與第一擺動(dòng)基座(09)通過(guò)法蘭軸承(04)做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的主機(jī)器人單自由度擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊，其特征在于上述法蘭軸承(04)為滑動(dòng)軸承；上述法蘭軸承(04)以間隙配合套在關(guān)節(jié)軸上，法蘭軸承(04)的外徑與第一擺動(dòng)基座(09)的軸承孔緊配合，其法蘭把第二擺動(dòng)基座(01)與第一擺動(dòng)基座(09)隔開(kāi)，防止兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件直接接觸造成摩擦。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的主機(jī)器人單自由度擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊，其特征在于上述第一擺動(dòng)基座(09 )上還裝設(shè)有處理器(08 )，處理器(08 )固定到處理器安裝板(06 )上，處理器安裝板(06)固定在第一擺動(dòng)基座(09)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的主機(jī)器人單自由度擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊，其特征在于上述處理器(08)通過(guò)鎖緊螺釘和螺栓(07)固定到處理器安裝板(06)上，處理器安裝板(06)由圓頭螺釘(05)固定在第一擺動(dòng)基座(09)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的主機(jī)器人單自由度擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊，其特征在于上述第一擺動(dòng)基座(09)上還裝設(shè)有編碼器(13)，編碼器(13)由四個(gè)對(duì)角螺釘(15)固連到第一擺動(dòng)基座(09)—側(cè)支耳的內(nèi)側(cè)面上，第二關(guān)節(jié)軸(14)的末端插入編碼器(13)的中心孔中與編碼器(13)的碼盤(pán)固連，實(shí)現(xiàn)編碼器(13)的角度檢測(cè)的功能。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的主機(jī)器人單自由度擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊，其特征在于上述第一擺動(dòng)基座(09)為中空結(jié)構(gòu)，編碼器(13)的走線通過(guò)這個(gè)空腔連接到處理器(08)上；上述第二擺動(dòng)基座(01)、第一關(guān)節(jié)軸(03)、第二關(guān)節(jié)軸(14)、法蘭軸承(04)及編碼器(13)的軸線重合，并與第一擺動(dòng)基座(09)和第二擺動(dòng)基座(01)的軸線同時(shí)垂直，第一擺動(dòng)基座(09)的軸線與第二擺動(dòng)基座(01)的軸線當(dāng)關(guān)節(jié)伸直時(shí)重合。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的主機(jī)器人單自由度擺轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模塊，其特征在于上述第一擺動(dòng)基座(09)設(shè)計(jì)有兩個(gè)支耳，用于支撐固定其他轉(zhuǎn)動(dòng)部件；第一關(guān)節(jié)軸(03)和第二關(guān)節(jié)軸(14)分別從模塊的兩側(cè)依次裝配到第二擺動(dòng)基座(01);上述處理器(08)的上下端設(shè)計(jì)有電氣接口用于與編碼器(13)和兩端其他模塊的信號(hào)連接，實(shí)現(xiàn)電源信號(hào)的供應(yīng)和CAN總線信號(hào)傳輸；上述第一擺動(dòng)基座(09)和第二擺動(dòng)基座(01)的外端設(shè)計(jì)統(tǒng)一的機(jī)械接口，在軸剖面上有梯形槽，使得關(guān)節(jié)模塊能與相鄰的模塊連接。
【文檔編號(hào)】B25J17/00GK203945373SQ201420420385
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】管貽生, 鄭志芳, 吳品弘 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)