本發明涉及一種機器人技術，尤其是一種機器人手腕結構，具體地說是一種三自由度完全垂直且完全解耦、導線和光纖穿裝方便不會纏繞和干涉運動的基于中空超聲電機的基于中空超聲電機且帶有支架和波紋管的機器人手腕。

背景技術：

超聲電機突破了傳統電機的概念，它沒有磁鋼和繞組，不依靠電磁感應傳遞能量，是利用壓電陶瓷的逆壓電效應，通過壓電陶瓷的伸縮振動模式的轉換與耦合以及特殊結構的設計，將材料的微觀變形通過共振放大和摩擦耦合轉換成轉子的宏觀運動。超聲電機具有低速大扭矩的特點，可直接驅動負載，無需齒輪箱進行降速以提高輸出扭矩，結構設計靈活，可方便地設計成中空形式。

現有機器人手腕一般采用電磁電機驅動，為實現三個相互垂直方向的運動，往往首先采用類似皮帶輪的線傳動，進行扭矩的提升，然后采用錐齒輪進行轉動方向的變換，或者選用萬向接頭進行傳動方向的變換，這些不僅使得手腕整體的體積較大，重量較重，而且線傳動的鋼絲松弛和齒輪傳動的間隙都會影響控制精度。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有機器人手腕結構復雜，體積大、重量重、控制精度難以提高的問題，設計一種三自由度完全垂直且完全解耦、導線和光纖穿裝方便不會纏繞和干涉運動的基于中空超聲電機且帶有支架和波紋管的機器人手腕。

本發明的技術方案是：

一種基于中空超聲電機且帶有支架和波紋管的機器人手腕，其特征是它包括三個中空超聲電機、三個聯接環和一個波紋管，所述的一個聯接環用于聯接一個電機的轉子和另一個電機的底座，另二個聯接環用于聯接中二個中空超聲電機的底座和波紋管的兩端。

手腕的三個自由度相互垂直且完全解耦，手腕內部能穿過導線和光纖。

首尾兩個中空超聲電機的自由度實現 360°旋轉，中間一個中空超聲電機的自由度能實現大于180°往復擺動。

第一個中空超聲電機的轉子與第二個中空超聲電機的底座通過聯接環連接，所述中空超聲電機上轉子和底座的接口結構均采用凸臺環形式，與之相配的聯接環的構型是凹環。

第二個中空超聲電機的轉子通過支架與第三個中空超聲電機的底座連接，第二個中空超聲電機的底座一端與第三個中空超聲電機的底座一端均通過聯接環與可伸縮的波紋管連接，波紋管內部能穿過導線和光纖。

三個中空超聲電機中的第一中空超聲電機1的第一底座11通過螺紋孔14與機器人的機械臂相連，它的第一中空轉子13伸出第一底座的一端上設有第一環形凸臺12，第二中空超聲電機2的第二底座21的側面設有分別與第一中空超聲電機1和第三中空超聲電機3相對的第二環形凸臺22第三環形凸臺24，所述的第一環形凸臺12和第二環形凸臺22通過第一聯接環4相連；所述的第二中空超聲電機2的第二中空轉子23的兩端均與支架5的一端相連，每個支架5的另一端均與第三中空超聲電機3的第三底座31相連；所述的第三環形凸臺24通過第二聯接環6與波紋管8一端的環形凸臺相連，波紋管8另一端的環形凸臺與第三中空超聲電機3的第三底座31上的第四環形凸臺32通過第三聯接環7相連，第二中空超聲電機2在支架5和波紋管的約束下能作不小于180度的來回擺動。

本發明的有益效果：

本發明由于采用超聲電機，避免了齒輪和鋼絲存在的問題，電機的中空結構，可以使得手腕內部可以穿過導線和光纖，聯接環的結構使得手腕更加緊湊。

本發明首次創造性地將中空超聲電機應用于機器人手腕控制中，不僅擴大了其應用范圍，而且對提高機器人手腔的靈活性、減小體積、重量，提高控制精度有著十分重要的意義。

本發明克服傳統觀念束縛，通過對中空超聲電機連接方式的改變擴大了其應用范圍。

本發明使用三個中空超聲電機構成內部可穿導線和光纖, 而且首尾兩個電機的自由度均可 360°旋轉，中間電機能實現不小于180度的擺動回轉，有利于延長手腕的長度，解決空間受限位置的靈活性，手腕的三個自由度相互垂直，運動完全解耦，手腕內部可以穿過導線和光纖。

本發明手腕內部不存在會產生運動間隙的齒輪傳動和產生松弛的線傳動，易于控制，結構緊湊，易于微小型化。

本發明中波紋管一方面可以起到防止導線和光纖外露，另一方面它的伸縮性和延展性不影響相關自由度的擺動。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為本發明中第一中空超聲電機的結構示意圖（含導線和光纖的走向）。

圖3為本發明中第二中空超聲電機的結構示意圖（含導線和光纖的走向）。

圖4為本發明中第三中空超聲電機的結構示意圖（含導線和光纖的走向）。

圖5為本發明中第一聯接環、第二聯接環和第三聯接環的結構示意圖。

圖中：1、第一中空超聲電機，2、第二中空超聲電機，3、第三中空超聲電機， 4、第一聯接環，5、支架，6、第二聯接環，7、第三聯接環，8、波紋管，9、導線和光纖，11、第一中空超聲電機的底座，13、第一中空超聲電機的中空轉子，21、第二中空超聲電機的底座，23、第二中空超聲電機的中空轉子，31、第三中空超聲電機的底座，33、第三中空超聲電機的中空轉子。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。

如圖1-5所示。

一種基于中空超聲電機且帶有支架和波紋管的機器人手腕，它包括三個中空超聲電機1、2、3、三個聯接環4、6、7（如圖5）和一個波紋管8，所述的一個聯接環4用于聯接一個電機的轉子和另一個電機的底座，另二個聯接環6、7用于聯接中二個中空超聲電機的底座和波紋管8的兩端。如圖1所示，手腕的三個自由度相互垂直且完全解耦，手腕內部能穿過導線和光纖。首尾兩個中空超聲電機的自由度實現 360°旋轉，中間一個中空超聲電機的自由度能實現大于180°往復擺動。第一個中空超聲電機1的轉子與第二個中空超聲電機的底座通過聯接環連接，所述中空超聲電機上轉子和底座的接口結構均采用凸臺環形式，與之相配的聯接環的構型是凹環。第二個中空超聲電機3的轉子通過支架5與第三個中空超聲電機3的底座連接，第二個中空超聲電機2的底座21一端與第三個中空超聲電機的底座31一端均通過聯接環6、7與可伸縮的波紋管8連接，波紋管內部能穿過導線和光纖。三個中空超聲電機中的第一中空超聲電機1（如圖2）的第一底座11通過螺紋孔14與機器人的機械臂相連，它的第一中空轉子13伸出第一底座的一端上設有第一環形凸臺12，第二中空超聲電機2（如圖3）的第二底座21的側面設有分別與第一中空超聲電機1和第三中空超聲電機3相對的第二環形凸臺22第三環形凸臺24，所述的第一環形凸臺12和第二環形凸臺22通過第一聯接環4相連；所述的第二中空超聲電機2的第二中空轉子23的兩端均與支架5的一端相連，每個支架5的另一端均與第三中空超聲電機3（如圖4）的第三底座31相連；所述的第三環形凸臺24通過第二聯接環6與波紋管8一端的環形凸臺相連，波紋管8另一端的環形凸臺與第三中空超聲電機3的第三底座31上的第四環形凸臺32通過第三聯接環7相連，第二中空超聲電機2在支架5和波紋管的約束下能作不小于180度的來回擺動。

詳述如下：

第一中空超聲電機的底座11上的螺紋孔用以連接機器人的機械臂，第一中空超聲電機的中空轉子13的環形凸臺與第二中空超聲電機的底座21側面上的凸臺相接觸，對準后用第一聯接環4將第一中空超聲電機的中空轉子13和第二中空超聲電機的底座21進行連接，第一中空超聲電機1的旋轉軸線與第二中空超聲電機2的旋轉軸線相垂直；第二中空超聲電機的中空轉子23的上下端面通過螺紋與支架5連接，支架5的另一端與第三中空超聲電機的底座31通過螺紋連接，第二中空超聲電機的底座21的另一端側面上的環形凸臺與波紋管8的凸臺相接觸，對準后用第二聯接環6將第二中空超聲電機的底座21和波紋管8進行連接，波紋管8另一端的環形凸臺與第三中空超聲電機的底座31上的凸臺相接觸，對準后用第三聯接環7將第三中空超聲電機的底座31和波紋管8進行連接， 第二中空超聲電機2的旋轉軸線與第三中空超聲電機3的旋轉軸線相垂直；第一中空超聲電機1的旋轉軸線、第二中空超聲電機2的旋轉軸線和第三中空超聲電機3的旋轉軸線相互垂直，第一中空超聲電機1和第三中空超聲電機3的旋轉軸線可實現360°旋轉，第二中空超聲電機2的旋轉軸線可實現大于180°的往復擺動；第三中空超聲電機的中空轉子33上的螺紋孔用以連接機器人的手部；與手部相連的導線和光纖9可以從第三中空超聲電機的中空轉子33穿過，經第三中空超聲電機的底座31、波紋管8、第二中空超聲電機的底座21的內部穿過，再經第二中空超聲電機的底座21與第一中空超聲電機的中空轉子13的接口，穿過第一中空超聲電機的中空轉子13進入機器人的機械臂；第二中空超聲電機2和第三中空超聲電機3的各自導線如同導線和光纖9一樣順次進入機器人的機械臂，第一中空超聲電機1導線從第一超聲電機的底座11直接進入機器人的機械臂。

本發明未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。