專利名稱：一種具有柔順特性的機器人關節驅動器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于服務機器人技術領域，涉及一種具有柔順特性的機器人關節驅動器。
背景技術：
機器人技術涉及機械、電子、通信、計算機、自動化、傳感器及仿生學等多個學科和領域，是各領域先進技術的綜合。傳統的機器人主要應用于工業機器人領域，其工作環境相對固定，且無需與人協同工作。所以，用于這些場合的機器人設計笨重，剛性較大，是一種高帶寬的快速響應系統，以確保機器人有很高的位置精度和實現對運行軌跡的精確跟蹤，能高效的實現重復性的工作。隨著機器人技術的不斷發展，機器人已經不僅僅存在于傳統的工業領域。近些年來，越來越多的機器人開始出現在人類的日常生活中，如家庭服務機器人、娛樂機器人、導覽機器人、醫療康復機器人以及機器人玩具等，這些機器人工作時與人存在不同程度的交互，工作過程中會受到人的強制性干擾，同時，機器人也可能會對人造成傷害。所以，在設計此類機器人時應降低對剛度、精度的要求，主要考慮機器人有良好的安全性，能減緩意外沖擊，防止發生意外損傷。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。該發明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。該發明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。
發明內容本實用新型的目的是針對現有服務機器人關節驅動裝置的不足，提出一種具有柔順特性的機器人關節驅動器。本實用新型技術方案如下:本實用新型包括諧波減速電機、輸入轉盤、柔性部件、輸出轉軸、交叉滾子軸承、夕卜殼體。輸入轉盤通過第一批螺釘與諧波減速器連接，柔性部件通過輸入轉盤和輸出轉軸相對端面上的扇形凸臺定位安裝，夕卜殼體通過第二批螺釘與電機的端面連接，輸出轉軸的端面開有螺紋孔，用來連接關節輸出件。所述的柔性部件包括基圓環、薄壁圓環，基圓環和薄壁圓環之間由柔性鉸鏈連接，薄壁圓環均布在基圓環外圍。[0010]所述的輸入轉盤和輸出轉軸均具有扇形凸臺，用于定位、夾緊。所述的輸入轉盤、柔性部件、輸出轉軸都具有穿線孔，便于穿線。本實用新型的有益效果是:本實用新型在減速器帶動輸入轉盤轉動或輸出轉軸受到外界沖擊力時，柔性部件會被壓縮，起到緩沖的作用，可以很好的保護人機安全；并且被壓縮是柔性部件存儲的能量可以在特定時間釋放，可節省能量。本實用新型結構設計簡單緊湊，各部件工藝性簡單，加工實現容易；根據不同關節，可靈活改變柔性部件的參數，使得機器人具有了柔順特性，能更加自然地與人交互。

圖1為本實用新型的裝配爆炸圖；圖2為本實用新型的局部剖視圖；圖3為本實用新型的柔性部件安裝端面剖視圖；圖4(a)和圖4(b)為本實用新型的輸入轉盤結構圖；圖5(a)和圖5(b)是本實用新型的柔性部件結構圖；圖6(a)和圖6(b)是本實用新型的輸出轉軸結構圖；圖7是本實用新型的工作初期柔性部件的變形情況圖；圖8(a)和圖8(b)是本實用新型輔助安裝件的使用方法原理圖；圖中，諧波減速電機1、輸入轉盤2、螺釘3、柔性部件4、輸出轉軸5、交叉滾子軸承6、外殼體7、螺釘8、通孔9、扇形凸臺10、凹槽11、穿線孔12、基圓環13、薄壁圓環14、扇形凸臺15、螺紋孔16、穿線孔17、阻尼元件18、輔助安裝件19。
具體實施方式
以下結合附圖進一步說明本實用新型。如圖1、圖2和圖3所示，本實用新型包括諧波減速電機1、輸入轉盤2、螺釘3、柔性部件4、輸出轉軸5、交叉滾子軸承6、外殼體7、螺釘8 ;輸入轉盤2通過凹槽11與諧波減速電機I端面定位，用螺釘3和通孔9安裝固定，參見圖4(a)和圖4(b);通過均布于柔性部件4基圓環13上的薄壁圓環14與輸入轉盤2上的三個均布的扇形凸臺10的側面貼緊，并保證穿線孔12和基圓環13同軸，參見圖5 (a)和圖5 (b)，來定位安裝柔性部件4 ;用輔助安裝件19擠壓薄壁圓環14使其徑向發生若干毫米的位移，以便將輸出轉軸5上的扇形凸臺15壓入已定位好的柔性部件4薄壁圓環14之間，參見圖8(a)和圖8(b);將交叉滾子軸承6安裝在輸出轉軸5上，再把外殼體7通過螺釘8與諧波減速電機I端面固定。輸出轉軸的端面開有螺紋孔16，用來連接關節輸出件，螺紋孔16圍繞中心的穿線孔17，參見圖6(a)和圖 6 (b)。如圖7所示，諧波減速電機I工作時，帶動輸入轉盤2轉動，并擠壓柔性部件4上的薄壁圓環14發生變形，徑向產生一定的位移時不在變形，開始推動輸出轉軸5轉動；阻尼元件18是一種特殊的聚合物材料，可有效減弱輸出轉軸5剛開始轉動時的震動；關節反向轉動時，薄壁圓環14儲存的能量釋放,輸出轉軸5實現快速反轉。若諧波減速電機I不工作，輸出轉軸5受到意外沖擊力時發生偏轉，柔性部件4上的薄壁圓環14受到扇形凸臺15的擠壓，發生變形，但輸入轉盤2不轉動，保護了諧波減速電機I不被損壞。根據機器人不同關節對柔順性的需求不同，可以改變柔性部件4基圓環13的大小，薄壁圓環14的大小、形狀和厚度及柔性部件4的整體厚度，得到恰當柔順特性的柔順元件4。以上通過參考在附圖中表示的示例性實施例對本實用新型做了特別的展示和說明，對本領域的技術人員來說，應該明白，在不背離本實用新型的思想和范圍下做出在形式上和細節上的各種修改和改變，都將是對本實用新型專利的侵犯。因此本實用新型要保護的真正思想和范圍由所附的權利要求書來限定。
權利要求1.一種具有柔順特性的機器人關節驅動器，包括諧波減速電機、輸入轉盤、柔性部件、輸出轉軸、交叉滾子軸承、外殼體，其特征在于:輸入轉盤通過第一批螺釘與諧波減速器連接，柔性部件通過輸入轉盤和輸出轉軸相對端面上的扇形凸臺定位安裝，外殼體通過第二批螺釘與電機的端面連接，輸出轉軸的端面開有螺紋孔，用來連接關節輸出件。
2.根據權利要求1所述的機器人關節驅動器，其特征在于:所述的柔性部件包括基圓環、薄壁圓環，基圓環和薄壁圓環之間由柔性鉸鏈連接，薄壁圓環均布在基圓環外圍。
3.根據權利要求1所述的機器人關節驅動器，其特征在于:所述的輸入轉盤和輸出轉軸均具有扇形凸臺，用于定位、夾緊。
4.根據權利要求1、2或3所述的機器人關節驅動器，其特征在于:所述的輸入轉盤、柔性部件、輸出轉軸都具有穿線孔，便于穿線。
專利摘要本實用新型公開了一種具有柔順特性的機器人關節驅動器。本實用新型包括諧波減速電機、輸入轉盤、柔性部件、輸出轉軸、交叉滾子軸承、外殼體。輸入轉盤通過第一螺釘與諧波減速器連接，柔性部件通過輸入轉盤和輸出轉軸相對端面上的扇形凸臺定位安裝，外殼體通過第二螺釘與電機的端面連接，輸出轉軸的端面開有螺紋孔，用來連接關節輸出件。本實用新型結構設計簡單緊湊，加工實現容易，有利于改善機器人儲能特性和提高人機交互安全性。
文檔編號B25J17/00GK203019381SQ20132002864
公開日2013年6月26日 申請日期2013年1月18日 優先權日2013年1月18日
發明者周建軍, 張亞平, 王瑤煒, 林阿斌 申請人:杭州電子科技大學