一種具有柔順特性的機器人舵機制造技術

本實用新型專利技術涉及一種具有柔順特性的機器人舵機。現有的裝置剛度不可調整，導致其不能滿足日益提高的對機器人的要求。本實用新型專利技術包括長螺釘、底蓋、殼體、電機、電機齒輪、頂蓋、上軸承、下軸承、多個齒輪組和柔性齒輪，底蓋、殼體、頂蓋通過長螺釘連接，形成一個封閉的空間，在該封閉的空間內設置有電機、電機齒輪、上軸承、下軸承、多個齒輪組和柔性齒輪；在電機輸出軸上設置有電機齒輪，電機齒輪通過多個齒輪組帶動柔性齒輪轉動；所述的柔性齒輪通過上軸承與頂蓋活動配合，通過下軸承與殼體活動配合。本實用新型專利技術采用扭簧片式的柔順結構，大大減少了彈性元件所占的空間，有利于機器人關節的小型化與輕量化。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于機器人
，涉及一種具有柔順特性的機器人舵機。
技術介紹
隨著機器人的不斷發展，機器人與人的交互越來越密切，從傳統的工業環境慢慢向人類的生活起居靠近。機器人根據仿生學原理，其運動模仿人類通過關節實現。每個關節在可實現準確控制的基礎上，與人的各個關節自由度保持一致。為了實現精確地位置控制和特定軌跡跟蹤，傳統機器人關節驅動結構和算法采用高剛性的設計，導致其安全性與環境適應性較差，能耗也較高。這就要求新一代機器人關節驅動系統要具有一定的柔順特性。 為解決上述問題，目前已研制出多種具有柔順特性的機器人驅動裝置。中國專利CN101870111A，機器人的關節驅動裝置，包括氣動人工肌肉驅動部，直流伺服電機驅動部，機器人關節部，機器人關節轉角測量部。該專利技術利用電機驅動與氣動人工肌肉驅動相結合，實現了關節驅動裝置的柔順性。因但由于氣動人工肌肉的非線性較大，給控制帶來不便。并且由于氣動人工肌肉工作需要使用氣泵，增加了機器人的負載。中國專利CN102189556A，帶緩沖彈簧和柔性軸套的氣動肌肉柔順肘關節裝置，它主要由前連桿、后連桿、關節轉軸、關節軸承、柔性軸套、氣動肌肉、緩沖機構、偏置彈簧。該專利技術利用氣動肌肉實現關節的柔順特性，同時在關節中加入緩沖彈簧和柔性軸套，能有效緩解沖擊并可擴展轉動關節的運動自由度。提高了關節的抗沖擊能力和工作性能。但同樣由于氣動肌肉本身的一些局限性，導致其不能滿足日益提高的對機器人的要求。美國專利US2010/0253273A1，一種用于機器人的彈性旋轉舵機和其控制方法。該舵機由繞一軸能旋轉的外殼和繞此軸能旋轉的內部組件以及一組彈簧結構組成。外殼和內部組件由這一組彈簧結構連接。內部組件中有一個電機，和兩個傳感器。兩個傳感器分別檢測內部組件的轉動角度，和其與外殼相對轉動的角度。內部組件中還包括控制電機旋轉和傳感器信號處理的控制電路部分。由于該舵機采用的是利用三組螺旋彈簧實現的柔順特性。該舵機的彈性部分剛度不可調整，且只與螺旋彈簧的本身剛度有關；如果想獲得不同的剛度區域，必須置換所有彈簧，安裝拆卸麻煩。
技術實現思路
本技術的目的是針對現有仿人機器人驅動裝置的不足，提供一種采用扭簧預緊的舵機。本技術技術方案如下一種具有柔順特性的機器人舵機，包括長螺釘、底蓋、殼體、電機、電機齒輪、頂蓋、上軸承、下軸承、多個齒輪組和柔性齒輪，底蓋、殼體、頂蓋通過長螺釘連接，形成一個封閉的空間，在該封閉的空間內設置有電機、電機齒輪、上軸承、下軸承、多個齒輪組和柔性齒輪；在電機輸出軸上設置有電機齒輪，電機齒輪通過多個齒輪組帶動柔性齒輪轉動；所述的柔性齒輪通過上軸承與頂蓋活動配合，通過下軸承與殼體活動配合。其中的柔性齒輪采用兩種技術方案。方案一柔性齒輪包括輪轂、齒圈和柔性結構，輪轂外套置有齒圈，輪轂和齒圈之間設置有柔性結構，所述的輪轂、齒圈和柔性結構同軸設置。所述的齒圈上在靠近齒根處開有螺紋孔，輪轂靠近輸出軸處也開有螺紋孔。所述輪轂和齒圈組成的內表面之間安裝有墊片和片式扭簧，墊片和片式扭簧構成柔性結構，其中片式扭簧位于墊片下方；墊片和片式扭簧通過第一螺釘和第二螺釘分別與齒圈和輪轂進行定位和安裝；片式扭簧采用彈簧鋼。所述的片式扭簧由外圈、內圈和四對連接內外圈的菱形段組成，整體成薄片結構，每對菱形段相對處開有一對螺紋孔，該對螺紋孔的孔間距為dl。所述的墊片開有與片式扭簧上螺紋孔對相對的兩類通孔，第一類通孔對的孔間距為d2，第一類通孔對之間開有第二類通孔對，第二類通孔對的孔間距為d3，其中d3>d2>dl。方案二柔性齒輪包括輪轂、齒圈和柔性結構，輪轂外套置有齒圈，輪轂和齒圈之間設置有柔性結構，所述的輪轂、齒圈和柔性結構同軸設置。所述的齒圈上在靠近齒根處開有螺紋孔，輪轂靠近輸出軸處也開有螺紋孔。所述輪轂和齒圈組成的內表面之間安裝有第一片式扭簧、第二片式扭簧和墊片，第一片式扭簧、第二片式扭簧和墊片構成柔性結構，其中墊片位于第二片式扭簧和第一片式扭簧之間；墊片、第一片式扭簧和第二片式扭簧通過第三螺釘和第四螺釘分別與齒圈和輪轂進行定位和安裝；第一片式扭簧和第二片式扭簧采用彈簧鋼。所述的第一片式扭簧和第二片式扭簧均由外圈、樣條曲線段、內圈、內圈螺紋孔、外圈螺紋孔組成，整體成片式結構；其中第一片式扭簧的第一間距角和第二間距角兩者相等；第二片式扭簧的第一間距角和第二間距角兩者不相等。本技術的有益效果將末級齒輪的齒圈與輪轂分開，在其中加入扭簧，有效實現了柔順驅動；并通過改變扭簧的預緊量，控制系統整體剛度，在實現柔順特性的同時，保證所驅動關節的工作性能；由于本技術所采用扭簧有別于傳統的螺旋形式，采用片式的柔順結構，大大減少了彈性元件所占的空間，有利于機器人關節的小型化與輕量化。附圖說明圖I為本技術裝配爆炸圖；圖2為本技術旋轉剖視圖；圖3為實施例一的柔性齒輪剖視圖；圖4為實施例一的柔性齒輪爆炸圖；圖5為實施例一的片式扭簧結構圖圖6為實施例一的片式扭簧預緊示意圖；圖7為實施例二的柔性齒輪剖視圖；圖8為實施例二的柔性齒輪爆炸圖；圖9為實施例二的片式扭簧結構圖；圖10為實施例二的片式扭簧預緊示意圖；圖中1.長螺釘、2.底蓋、3.殼體、4.下軸承、5.第三心軸、6.第二心軸、7.第一心軸、8.電機、9.電機齒輪、10.頂蓋、11.第二齒輪組、12.上軸承、13.第三齒輪組、14.第一齒輪組、15.柔性齒輪、16.第一輪轂、17.第一墊片、18.第一螺釘、19.第一片式扭簧、20.第一齒圈、21.第二螺釘、22.第一外圈、23.第一內圈、24.菱形段、25.第一外圈螺紋孔、26.螺紋孔、27.第一孔間距、28.第二孔間距、29.第三孔間距、30.第二輪轂、31.第三螺釘、32.第二墊片、33.第二片式扭簧、34.第四螺釘、35.第三片式扭簧、36.第二齒圈、37.第二外圈、38.樣條曲線段、39.第二外圈、40.內圈螺紋孔、41.第二外圈螺紋孔、42.第一間距角、43.第二間距角。具體實施方式以下結合附圖和實施例對本技術作進一步說明。如圖I所示，本技術包括頂蓋10、殼體3、底蓋2、長螺釘I、電機8、電機齒輪·9、下軸承4、上軸承12、第一齒輪組14、第二齒輪組11、第三齒輪組13、柔性齒輪15、第一心軸7、第二心軸6和第三心軸5。所述的底蓋2、殼體3、頂蓋10通過長螺釘I連接，形成一個封閉的空間，在該封閉的空間內設置有電機8、電機齒輪9、上軸承12、下軸承4、多個齒輪組和柔性齒輪15。所述的電機8在輸出軸上設置有電機齒輪9,其中電機齒輪9與電機8固連,并且整體安裝在殼體3處一桶型結構內，電機8上表面緊貼該結構頂部。所述的電機齒輪9通過多個齒輪組帶動柔性齒輪15轉動，其中多個齒輪組包括有第一齒輪組14、第二齒輪組11、第三齒輪組13，三者分別通過第一心軸7、第二心軸6、第三心軸5進行定位和安裝；所述的柔性齒輪15通過上軸承12與頂蓋10活動配合，通過下軸承4與殼體3活動配合。如圖2所示，為舵機的旋轉剖視圖，沿各齒輪組的中心連線依次剖開。所述的電機齒輪9與第一齒輪組14中的大齒輪相嚙合；第一齒輪組14中的小齒輪與第二齒輪組11中的大齒輪相嚙合；第二齒輪組11中的小齒輪與第三齒輪組13中的大本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有柔順特性的機器人舵機，包括長螺釘(1)、底蓋(2)、殼體(3)、電機(8)、電機齒輪(9)、頂蓋(10)、上軸承(12)、下軸承(4)、多個齒輪組和柔性齒輪(15)，底蓋(2)、殼體(3)、頂蓋(10)通過長螺釘(1)連接，形成一個封閉的空間，在該封閉的空間內設置有電機(8)、電機齒輪(9)、上軸承(12)、下軸承(4)、多個齒輪組和柔性齒輪(15)；在電機(8)輸出軸上設置有電機齒輪(9)，電機齒輪(9)通過多個齒輪組帶動柔性齒輪(15)轉動；所述的柔性齒輪(15)通過上軸承(12)與頂蓋(10)活動配合，通過下軸承(4)與殼體(3)活動配合，其特征在于：所述的柔性齒輪(15)包括輪轂(16)、齒圈(20)和柔性結構，輪轂(16)外套置有齒圈(20)，輪轂(16)和齒圈(20)之間設置有柔性結構，所述的輪轂(16)、齒圈(20)和柔性結構同軸設置；所述的齒圈(20)上在靠近齒根處開有螺紋孔，輪轂(16)靠近輸出軸處也開有螺紋孔；所述輪轂(16)和齒圈(20)組成的內表面之間安裝有墊片(17)和片式扭簧(19)，墊片(17)和片式扭簧(19)構成柔性結構，其中片式扭簧(19)位于墊片(17)下方；墊片(17)和片式扭簧(19)通過第一螺釘(18)和第二螺釘(21)分別與齒圈(20)和輪轂(16)進行定位和安裝；片式扭簧(19)采用彈簧鋼；所述的片式扭簧(19)由外圈(22)、內圈(23)和四對連接內外圈的菱形段(24)組成，整體成薄片結構，每對菱形段(24)相對處開有一對螺紋孔，該對螺紋孔的孔間距為d1；所述的墊片(17)開有與片式扭簧(19)上螺紋孔對相對的兩類通孔，第一類通孔對的孔間距為d2，第一類通孔對之間開有第二類通孔對，第二類通孔對的孔間距為d3，其中d3>d2>d1。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：周建軍，林阿斌，張亞平，
申請(專利權)人：杭州電子科技大學，
類型：實用新型
國別省市：