一種磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)伸縮關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)伸縮關(guān)節(jié)的【技術(shù)領(lǐng)域】，是屬于機(jī)械制造、智能控制、機(jī)器人技術(shù)、自動(dòng)化控制、電磁【技術(shù)領(lǐng)域】，技術(shù)的主要內(nèi)容是把磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)盤(pán)和磁保持并行步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器結(jié)合在一起，構(gòu)成一個(gè)既能旋轉(zhuǎn)又可以伸縮的機(jī)械關(guān)節(jié)，磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)盤(pán)和磁保持并行步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)單元都是有單元磁保持驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成，所以能并行執(zhí)行，只需一個(gè)脈沖的時(shí)間就可以旋轉(zhuǎn)到要到達(dá)的角度，同時(shí)伸縮到需要的長(zhǎng)度。
【專利說(shuō)明】一種磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)伸縮關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)伸縮關(guān)節(jié)的【技術(shù)領(lǐng)域】，是屬于機(jī)械制造.智能控制.機(jī)器人技術(shù).自動(dòng)化控制.電磁【技術(shù)領(lǐng)域】，技術(shù)的主要內(nèi)容是把磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)盤(pán)和磁保持并行步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器結(jié)合在一起，構(gòu)成一個(gè)既能旋轉(zhuǎn)又可以伸縮的機(jī)械關(guān)節(jié)，磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)盤(pán)和磁保持并行步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)單元都是有單元磁保持驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成，所以能并行執(zhí)行，只需一個(gè)脈沖的時(shí)間就可以旋轉(zhuǎn)到要到達(dá)的角度，同時(shí)伸縮到需要的長(zhǎng)度。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著機(jī)器人的空前發(fā)展，機(jī)器人在人類的各行各業(yè)多漸漸的出現(xiàn)，機(jī)器人對(duì)人類的影響越來(lái)越重要，隨著機(jī)器人成本不斷的降低，機(jī)器人會(huì)很快普及到各行各業(yè)，其實(shí)機(jī)器人已經(jīng)發(fā)展到國(guó)和國(guó)之間的生死存亡的激烈競(jìng)爭(zhēng)，隨著機(jī)器人的發(fā)展一般的勞力勞動(dòng)都會(huì)被機(jī)器人代替，如果發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)，上戰(zhàn)場(chǎng)的多是機(jī)器人，機(jī)器人比人有很多的優(yōu)越性，由于關(guān)系到國(guó)家的生死存亡，機(jī)器人會(huì)得到快速的發(fā)展，當(dāng)然機(jī)械關(guān)節(jié)是機(jī)器人制造的關(guān)鍵部件，關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)極為重要，現(xiàn)在機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)方式有液壓式、氣動(dòng)式和電動(dòng)式。1、液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動(dòng)，有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):(1)液壓容易達(dá)到較高的壓力，可以獲得較大的推力或轉(zhuǎn)矩；(2)液壓系統(tǒng)介質(zhì)的可壓縮性小，工作平穩(wěn)可靠，并可得到較高的位置精度；(3)液壓傳動(dòng)中，力、速度和方向比較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；(4)液壓系統(tǒng)采用油液作介質(zhì)，具有防銹性和自潤(rùn)滑性能，可以提高機(jī)械效率，使用壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是:(1)油液的黏度隨溫度變化而變化，影響工作性能，高溫容易引起燃燒爆炸等危險(xiǎn)；(2)液體的泄漏難于克月艮，要求液壓元件有較高的精度和質(zhì)量，故造價(jià)較高；(3)需要相應(yīng)的供油系統(tǒng)，尤其是電液伺服系統(tǒng)要求嚴(yán)格的濾油裝置，否則會(huì)引起故障。液壓驅(qū)動(dòng)方式的輸出力和功率大，能構(gòu)成伺服機(jī)構(gòu)，常用于大型機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)。2、氣壓驅(qū)動(dòng)與液壓驅(qū)動(dòng)相比，氣壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是:(1)壓縮空氣黏度小，容易達(dá)到高速；(2)利用工廠集中的空氣壓縮機(jī)站供氣，不必添加動(dòng)力設(shè)備；(3)空氣介質(zhì)對(duì)環(huán)境無(wú)污染，使用安全，可應(yīng)用于高溫作業(yè)；(4)氣動(dòng)元件工作壓力低，故制造要求比液壓元件低。缺點(diǎn)是:(I)壓縮空氣常用壓力為0.4?0.6MPa，若要獲得較大的力，其結(jié)構(gòu)就要相對(duì)增大；(2)空氣壓縮性大,工作平穩(wěn)性差,速度控制困難,要達(dá)到準(zhǔn)確的位置控制很困難；(3)壓縮空氣的除水問(wèn)題是一個(gè)很重要的問(wèn)題，處理不當(dāng)會(huì)使鋼類零件生銹，導(dǎo)致機(jī)器人失靈。此外，排氣還會(huì)造成噪聲污染。氣動(dòng)式驅(qū)動(dòng)多用于開(kāi)頭控制和順序控制的機(jī)器人。3、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)可分為普通交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，交、直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。普通交、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)需加減速裝置，輸出力矩大，但控制性能差，慣性大，適用于中型或重型機(jī)器人。伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出力矩相對(duì)小，控制性能好，可實(shí)現(xiàn)速度和位置的精確控制，適用于中小型機(jī)器人。交、直流伺服電動(dòng)機(jī)一般用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則主要用于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，一般用于速度和位置精度要求不高的場(chǎng)合。但上面3種驅(qū)動(dòng)都存在共同的不足，1.反應(yīng)速度慢，2.耗電大或耗油多，3.體積大，4.重量太重，5靈活性差，6.結(jié)構(gòu)復(fù)雜，7.精度一般，8.控制難度大，并且現(xiàn)在的機(jī)器人的關(guān)節(jié)比較單一，有的只能轉(zhuǎn)到，有的只能推動(dòng)，不像人的關(guān)節(jié)那樣靈活。根本無(wú)法滿足高端技術(shù)的要求，更不要說(shuō)滿足智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求，所以我們必須發(fā)明新的技術(shù)來(lái)滿足高端智能機(jī)器人的關(guān)節(jié)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]由于現(xiàn)在的機(jī)械關(guān)節(jié)存在很多的弊端，還沒(méi)有制造出像人手一樣的機(jī)器手，其中一個(gè)重要原因是關(guān)節(jié)問(wèn)題，我們發(fā)明的磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)伸縮關(guān)節(jié)，在這個(gè)關(guān)節(jié)上它不但會(huì)旋轉(zhuǎn)，并且可以伸縮到需要的長(zhǎng)度，也就是說(shuō)這個(gè)關(guān)節(jié)可以轉(zhuǎn)動(dòng)到某個(gè)角度，同時(shí)可以伸縮到需要的長(zhǎng)度，并且這個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)是通過(guò)磁保持技術(shù)驅(qū)動(dòng)，它是并行驅(qū)動(dòng)的，它的驅(qū)動(dòng)是離散的，也就是說(shuō)由一步一步組成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所以只有花費(fèi)一個(gè)電脈沖的時(shí)間，就把轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和伸縮到需要的長(zhǎng)度同時(shí)完成，世界上還沒(méi)有發(fā)明出比這樣更快的機(jī)械速度，并且它耗電小，因?yàn)橹灰o它一個(gè)脈沖電流，不要持續(xù)供電，所以大大的增加了機(jī)器人的電池的使用時(shí)間，并且它體積小，重量輕，靈活性好，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，精度高，控制簡(jiǎn)單靈活，其特征是，磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)伸縮關(guān)節(jié)的推動(dòng)單元是單元磁保持驅(qū)動(dòng)器，單元磁保持驅(qū)動(dòng)器具有給它一個(gè)正向脈沖電流，它就會(huì)向外推進(jìn)，給它一個(gè)反向脈沖電流，它就會(huì)縮進(jìn)，把它們按需求的個(gè)數(shù)首尾連接起來(lái)，排成直線，裝上外殼和其他的構(gòu)件就構(gòu)成磁保持并行步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，這樣就可以按照需求的長(zhǎng)度，推進(jìn)或收縮多少個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器，就能達(dá)到所需長(zhǎng)度，磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)盤(pán)的設(shè)計(jì)方法是第一條的橫桿和中心軸是固定死的，其他的橫桿都是對(duì)中心軸是活動(dòng)的，最后的橫桿是和圓盤(pán)是固定死的，單元磁保持驅(qū)動(dòng)器是安裝在兩根橫桿中間，每?jī)筛喔舻臋M桿中間都安上一個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)設(shè)備的需求安多少個(gè)，這樣給其中任何一個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器一個(gè)正向脈沖電流，單元磁保持驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)軸就會(huì)向前推進(jìn)，驅(qū)動(dòng)軸就會(huì)推動(dòng)前面的橫桿，橫桿就會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，如果同時(shí)給每一個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器正向脈沖電流，那么磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)盤(pán)就給出最大的旋轉(zhuǎn)角，如果同時(shí)給每一個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器一個(gè)反向脈沖電流，那么磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)盤(pán)給出最小的角度，當(dāng)你需要多大的旋轉(zhuǎn)角，就啟動(dòng)多少個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器，每一個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器的行程定義為一步，也就是旋轉(zhuǎn)的最小單元角。把上面的磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)盤(pán)和磁保持并行步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器固定在一起，固定方法是，把磁保持并行步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器固定在磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)盤(pán)上，并且固定死的，這樣就構(gòu)成一個(gè)既可旋轉(zhuǎn)又可以伸縮的關(guān)節(jié)，這樣的關(guān)節(jié)只需一個(gè)脈沖的時(shí)間，就可以同時(shí)完成需要旋轉(zhuǎn)的角度和伸縮的長(zhǎng)度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0004]圖1是磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)伸縮關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)結(jié)合圖，a代表是磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)盤(pán)，b代表磁保持并行步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，b是固定在a的旋轉(zhuǎn)盤(pán)上，并且是固定死的。圖2是磁保持并行步進(jìn)旋盤(pán)的結(jié)構(gòu)圖，1.代表旋轉(zhuǎn)盤(pán)，2.代表第I條橫桿它是和中心軸連接死的，也可以當(dāng)外部連接的固定桿，3和4代表活動(dòng)的橫桿，它可以繞中心軸旋動(dòng)，5是代表最后一條橫著，它也可以繞中心軸旋動(dòng)，并且它是和旋轉(zhuǎn)盤(pán)固定在一起的，6是代表活動(dòng)桿上面的軸承，他是套在中心軸上，一根橫桿連接一個(gè)軸承，如果有η條橫桿，就有η-1個(gè)軸承，7是代表中心軸，8.9.10.代表單兀鐵芯磁保持驅(qū)動(dòng)器,11代表最后的橫桿和旋轉(zhuǎn)盤(pán)的固定點(diǎn)。圖3是磁保持并行步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，I代表外殼，2代表后一個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)軸連接到前一個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器的后面，并且是連接死的，3代表最前面的單元磁保持驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)軸，是穿過(guò)外殼對(duì)外做功的，4代表線圈，是繞在單元磁保持驅(qū)動(dòng)器的里面的殼和單元磁保持驅(qū)動(dòng)器的外殼之間，5代表最后一個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器和外殼是連接的，并且是連死的,6.7.8.9.10是代表單元磁保持驅(qū)動(dòng)器,這里是按設(shè)計(jì)需求安多少個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器，不一定是五個(gè)，11.12.13.14.15.16.17.18.19.20是代表線圈的引線，圖4是代表單元磁芯磁保持驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)圖，I是代表單元磁芯磁保持驅(qū)動(dòng)器的外殼，2是代表單元磁芯磁保持驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)殼，3.4代表鐵片，5是代表磁芯，6是代表線圈，7是代表驅(qū)動(dòng)軸，8.9是線圈的引線，S.N代表磁鐵的極性。圖5是單元鐵芯磁保持驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)圖，I是代表單元鐵芯磁保持驅(qū)動(dòng)器的外殼，2是代表單兀鐵芯磁保持驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)殼,3.4代表磁鐵,5是代表鐵芯,6是代表線圈，7是代表驅(qū)動(dòng)軸，8.9是線圈的引線，S.N代表磁鐵的極性。圖4和圖5是2種單元驅(qū)動(dòng)器的不同設(shè)計(jì)方法，都可以作為單元驅(qū)動(dòng)器使用。
[0005]實(shí)施方法
磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)伸縮關(guān)節(jié)是要在處理器和編碼器的作用下工作的，當(dāng)處理器給磁保持并行步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器里面的某一個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器一個(gè)正向脈沖電壓，或給磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)盤(pán)上的單元磁保持驅(qū)動(dòng)器一個(gè)正向脈沖電壓，通過(guò)外圍的電路，就會(huì)給這個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器一個(gè)正向脈沖電流，這個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器就會(huì)向前推進(jìn)，編碼器就會(huì)記錄這個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)，當(dāng)處理器給磁保持并行步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器里面的某一個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器一個(gè)反向電壓，或給磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)盤(pán)上的單元磁保持驅(qū)動(dòng)器一個(gè)反向脈沖電壓，通過(guò)外圍的電路，就會(huì)給這個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器一個(gè)反向脈沖電流，這個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器就會(huì)向后縮進(jìn)，編碼器就會(huì)記錄這個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)，，并且每個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器的前端或后端安上傳感器，傳感器的作用是感知到單元磁保持驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)是推進(jìn)狀態(tài)還是收縮狀態(tài)，這樣處理器讀取編碼器的數(shù)據(jù)或根據(jù)傳感器的信息都可以知道當(dāng)前磁保持并行步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器里面的每一個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)和磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)盤(pán)上每個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)，當(dāng)按照運(yùn)動(dòng)需要，要旋轉(zhuǎn)的角度和伸縮的長(zhǎng)度時(shí)，處理器就會(huì)根據(jù)目前編碼器或傳感器的狀態(tài)，就會(huì)馬上作出決定，推出或收縮磁保持并行步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器里面的單元磁保持驅(qū)動(dòng)器推出狀態(tài)多少個(gè)或收縮狀態(tài)多少個(gè)，同時(shí)推出或收縮磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)盤(pán)上的單元磁保持驅(qū)動(dòng)器推出狀態(tài)多少個(gè)或收縮狀態(tài)多少個(gè)，把磁保持并行步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器固定在磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)盤(pán)上，并且是固定死的，這樣就可以構(gòu)成一個(gè)磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)伸縮關(guān)節(jié)，它可以在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，可以伸縮到需要的長(zhǎng)度，完成所有這樣的復(fù)雜動(dòng)作，總共只需花費(fèi)一個(gè)脈沖的時(shí)間，速度之快是現(xiàn)在任何其他設(shè)備不能達(dá)到的。
【權(quán)利要求】
1.一種磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)伸縮關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)方法，其特征是，磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)伸縮關(guān)節(jié)的推動(dòng)單元是單元磁保持驅(qū)動(dòng)器，單元磁保持驅(qū)動(dòng)器具有給它一個(gè)正向脈沖電流，它就會(huì)向外推進(jìn)，給它一個(gè)反向脈沖電流，它就會(huì)縮進(jìn)，把它們按需求的個(gè)數(shù)首尾連接起來(lái)，排成直線，裝上外殼和其他的構(gòu)件就構(gòu)成磁保持并行步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，這樣就可以按照需求的長(zhǎng)度，推進(jìn)或收縮多少個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器，就能達(dá)到所需長(zhǎng)度，磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)盤(pán)的設(shè)計(jì)方法是第一條的橫桿和中心軸是固定死的，其他的橫桿都是對(duì)中心軸是活動(dòng)的，最后的橫桿是和旋轉(zhuǎn)盤(pán)是固定死的，單元磁保持驅(qū)動(dòng)器是安裝在兩根橫桿中間，每?jī)筛喔舻臋M桿中間都安上一個(gè)單兀磁保持驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)設(shè)備的需求安多少個(gè)，這樣給其中任何一個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器一個(gè)正向脈沖電流，單元磁保持驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)軸就會(huì)向前推進(jìn)，驅(qū)動(dòng)軸就會(huì)推動(dòng)前面的橫桿，橫桿就會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，如果同時(shí)給每一個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器正向脈沖電流，那么磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)盤(pán)就給出最大的旋轉(zhuǎn)角，如果同時(shí)給每一個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器一個(gè)反向脈沖電流，那么磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)盤(pán)給出最小的角度，當(dāng)你需要多大的旋轉(zhuǎn)角，就啟動(dòng)多少個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器，每一個(gè)單元磁保持驅(qū)動(dòng)器的行程定義為一步，也就是旋轉(zhuǎn)的最小單元角，把上面的磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)盤(pán)和磁保持并行步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器固定在一起，固定方法是，把磁保持并行步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器固定在磁保持并行步進(jìn)旋轉(zhuǎn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)盤(pán)上，并且固定死的，這樣就構(gòu)成一個(gè)既可旋轉(zhuǎn)又可以伸縮的關(guān)節(jié)，這樣的關(guān)節(jié)只需一個(gè)脈沖的時(shí)間，就可以同時(shí)完成需要旋轉(zhuǎn)的角度和伸縮的長(zhǎng)度。
【文檔編號(hào)】B25J17/02GK103475287SQ201310435414
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】胡明建 申請(qǐng)人:胡明建