一種多自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種多自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂，屬于多自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂的創(chuàng)新技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]對于控制機(jī)器人運動的驅(qū)動器，目前應(yīng)用最多是旋轉(zhuǎn)電機(jī)和直線電機(jī)，其結(jié)構(gòu)均由電機(jī)基座、電機(jī)機(jī)罩以及內(nèi)部動力元件組成。每個電機(jī)負(fù)責(zé)控制機(jī)器人在一個自由度方向上的運動，且在電機(jī)負(fù)載較大或者在旋轉(zhuǎn)自由度方向上旋轉(zhuǎn)角度范圍較小的情況下，需要配合精密減速器的作用。另外，由于現(xiàn)有的機(jī)器人產(chǎn)品大多為多關(guān)節(jié)式，而驅(qū)動關(guān)節(jié)運動所需的電機(jī)和精密減速器無論在成本還是重量方面均占據(jù)較大的比重，因此成本和自重過高。此外，為了承擔(dān)電機(jī)和精密減速器的重量，機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)要做得足夠粗壯，進(jìn)一步增加了機(jī)器人的成本和自重，響應(yīng)速度降低。同時，氣動關(guān)節(jié)機(jī)器人由于精度要求高、制造成本高及輸出扭矩小等特點，無法完全滿足現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、慣量小、靈活度大的多自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂。本發(fā)明機(jī)器人手臂的制造成本低，機(jī)器人手臂響應(yīng)快，控制可靠。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明的多自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂，包括有旋轉(zhuǎn)電機(jī)及機(jī)器人基座，其中旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括有電機(jī)機(jī)座、旋轉(zhuǎn)體、線圈組、電機(jī)輸出軸、永磁體、永磁體支撐套、電機(jī)機(jī)罩、導(dǎo)線，其中電機(jī)機(jī)座及電機(jī)機(jī)罩都設(shè)有中空腔體，電機(jī)輸出軸固定在旋轉(zhuǎn)體上，旋轉(zhuǎn)體上裝設(shè)有若干線圈組，永磁體裝設(shè)在永磁體支撐套上，旋轉(zhuǎn)體能在永磁體支撐套所設(shè)的中空腔體內(nèi)轉(zhuǎn)動，永磁體支撐套置于電機(jī)機(jī)座所設(shè)的中空腔體內(nèi)，永磁體支撐套的外表面與電機(jī)機(jī)座的內(nèi)表面接觸，電機(jī)機(jī)座與電機(jī)機(jī)罩連接，導(dǎo)線的一端外接電源正、負(fù)電極，另一端與旋轉(zhuǎn)體所設(shè)的線圈組相連，電機(jī)輸出軸伸出電機(jī)機(jī)罩與機(jī)器人基座連接。
[0005]本發(fā)明的多自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂，在確定的尺寸結(jié)構(gòu)及高精度要求前提下，具有以下優(yōu)點:
1)本發(fā)明的三自由度旋轉(zhuǎn)電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)單一主軸的360°旋轉(zhuǎn)及兩副軸一定角度的擺動旋轉(zhuǎn)，定位精度高；
2)本發(fā)明能實現(xiàn)三軸聯(lián)動旋轉(zhuǎn)，相對現(xiàn)有技術(shù)控制簡單，結(jié)構(gòu)簡化，降低了制造成本；
3)本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)動慣量小、靈活度大，控制范圍廣；
4)本發(fā)明使用旋轉(zhuǎn)電機(jī)，降低了機(jī)器人整體的制造成本，簡化機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)，且減輕機(jī)器人手臂的負(fù)荷。
[0006]5)本發(fā)明通過控制關(guān)節(jié)點旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)動作即能實現(xiàn)3維空間對關(guān)節(jié)機(jī)器人三維空間任意姿態(tài)的控制，極大的擴(kuò)大了機(jī)器人運動和控制范圍。
[0007]6)本發(fā)明通過控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)內(nèi)部并聯(lián)的工作線圈的電流，扭矩輸出大、機(jī)器人手臂響應(yīng)快，且控制可靠。
[0008]本發(fā)明是一種結(jié)構(gòu)緊湊、慣量小、靈活度大的多自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂，能夠?qū)崿F(xiàn)三維空間任意姿態(tài)的控制，本發(fā)明中的旋轉(zhuǎn)電機(jī)可用于其他旋轉(zhuǎn)自由度控制的機(jī)床控制、特種加工及機(jī)醫(yī)療器械領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明若干個旋轉(zhuǎn)電機(jī)串聯(lián)后與機(jī)器人基座連接的原理圖；
圖2為本發(fā)明中旋轉(zhuǎn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)分解圖；
圖3為本發(fā)明中旋轉(zhuǎn)體裝設(shè)在永磁體支撐套所設(shè)的中空腔體內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為圖3的P-P剖視圖；
圖5為本發(fā)明旋轉(zhuǎn)體上裝設(shè)12個線圈組，4個線圈組組成一個圓平面，12個線圈組組成3個圓平面的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為圖5的主視圖；
圖7為圖6中的Q-Q剖視圖；
圖8為本發(fā)明中旋轉(zhuǎn)體的外表面開有環(huán)形線圈組卡槽及導(dǎo)線槽的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9為本發(fā)明線圈組的工作原理圖。
【具體實施方式】
[0010]實施例:
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1、2、3、4所示，本發(fā)明的多自由度關(guān)節(jié)機(jī)器人手臂，包括有旋轉(zhuǎn)電機(jī)14及機(jī)器人基座15，其中旋轉(zhuǎn)電機(jī)14包括有電機(jī)機(jī)座1、旋轉(zhuǎn)體2、線圈組3、電機(jī)輸出軸4、永磁體5、永磁體支撐套6、電機(jī)機(jī)罩7、導(dǎo)線10，其中電機(jī)機(jī)座I及電機(jī)機(jī)罩7都設(shè)有中空腔體，電機(jī)輸出軸4固定在旋轉(zhuǎn)體2上，旋轉(zhuǎn)體2上裝設(shè)有若干線圈組3，永磁體5裝設(shè)在永磁體支撐套6上，旋轉(zhuǎn)體2能在永磁體支撐套6所設(shè)的中空腔體內(nèi)轉(zhuǎn)動，永磁體支撐套6置于電機(jī)機(jī)座I所設(shè)的中空腔體內(nèi)，永磁體支撐套6的外表面與電機(jī)機(jī)座I的內(nèi)表面接觸，電機(jī)機(jī)座I與電機(jī)機(jī)罩7連接，導(dǎo)線10的一端外接電源正、負(fù)電極，另一端與旋轉(zhuǎn)體2所設(shè)的線圈組3相連，電機(jī)輸出軸4伸出電機(jī)機(jī)罩7與機(jī)器人基座15連接。若干旋轉(zhuǎn)電機(jī)14可以串聯(lián)在一起，相鄰旋轉(zhuǎn)電機(jī)14之間形成連接關(guān)節(jié)，最端部的旋轉(zhuǎn)電機(jī)14的電機(jī)輸出軸4與機(jī)器人基座15連接。
[0011 ] 本實施例中，上述永磁體支撐套6分有兩部分，合并呈球形。永磁體支撐套6用于支撐和固定永磁體5，永磁體支撐套6的表面鑲有永磁體5，永磁體支撐套6的中空腔體內(nèi)安裝球型軸承12，旋轉(zhuǎn)體2支承在球型軸承12上，永磁體支撐套6的球心精度和球型軸承12的精度高，保證旋轉(zhuǎn)體2球心的定位精度。
[0012]本實施例中，上述球形軸承12包括有球型軸承內(nèi)圈120、球型軸承外圈121、球型軸承滾珠122、球型軸承上部123及球型軸承下部124，球型軸承上部123與球型軸承下部124合并呈球形，球型軸承內(nèi)圈120與旋轉(zhuǎn)體2連接，球型軸承外圈121與永磁體支撐套6連接，球型軸承滾珠122置于球型軸承內(nèi)圈120與球型軸承外圈121之間。
[0013]本實施例中，上述旋轉(zhuǎn)體2為球形結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)體2的外表面開有環(huán)形線圈組卡槽8，線圈組卡槽8的幾何中心與旋轉(zhuǎn)體2的幾何中心重合。
[0014]此外，上述線圈組卡槽8上還設(shè)有通向旋轉(zhuǎn)體2的幾何中心方向的導(dǎo)線槽9，導(dǎo)線10通過線圈卡槽8、導(dǎo)線槽9及永磁體支撐套6上所設(shè)的接線孔13與電源相連。
[0015]上述導(dǎo)線槽9為通槽，旋轉(zhuǎn)體2的線圈組3固定在旋轉(zhuǎn)體線圈組卡槽8上，導(dǎo)線10穿進(jìn)導(dǎo)線槽9中，旋轉(zhuǎn)體2中的線圈組3的兩端與導(dǎo)線10的一端連接；線圈組3中的線圈都是由四分之一圓形線圈并聯(lián)而成，尺寸空間小，同時降低質(zhì)量、阻抗值，增大響應(yīng)速度和電磁力。
[0016]上述旋轉(zhuǎn)電機(jī)14與機(jī)器人基座15相連，旋轉(zhuǎn)電機(jī)14的電機(jī)輸出軸4中裝設(shè)有用于加工的鉆頭16或其他工具或其他刀具等。
[0017]本實施例中，上述旋轉(zhuǎn)體2上位于同一圓平面上裝設(shè)的若干線圈組3中的線圈為并聯(lián)連接。
[0018]本實施例中，上述旋轉(zhuǎn)體2上裝設(shè)的線圈組3的數(shù)量為12個，其中4個線圈組3組成一個圓平面，4個線圈組3分別是線圈組31、線圈組32、線圈組33、線圈組34，線圈組31與線圈組32的兩端之間是位置B，線圈組32與線圈組33的兩端之間是位置C，線圈組33與線圈組34的兩端之間是位置D，線圈組34與線圈組31的兩端之間是位置A，旋轉(zhuǎn)體2的幾何中心是位置0，12個線圈組3組成3個圓平面，3個圓平面中兩兩互相垂直，位于同一圓平面上的4個線圈組3中的線圈為并聯(lián)連接，各個圓平面中的線圈組3彼此之間不連接。
[0019]本實施例中，上述旋轉(zhuǎn)體2中的線圈組3固定在旋轉(zhuǎn)體2所設(shè)的線圈組卡槽8上，線圈組3的兩端與導(dǎo)線10的一端連接。
[0020]在每一個圓平面內(nèi)，相對安裝的線圈組3通過導(dǎo)線10傳遞的電流11的方向相同，在垂