專利名稱：一種拼裝式通用機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)及其拼裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于機(jī)器人的關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。本發(fā)明還涉及-一種機(jī)器人的關(guān)節(jié)的組裝方法。
(二) 背景技術(shù) .機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)劣往往決定著機(jī)器人整體性能的好壞。以往機(jī)器人的機(jī)
構(gòu)往往是釆用特定的傳動方式、安裝特定的傳感器、為實(shí)現(xiàn)某特定功能而專門設(shè)計的。在機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，旋轉(zhuǎn)為關(guān)節(jié)的主要運(yùn)動形式，但很少有為實(shí)現(xiàn)通用目的和高可靠性要求而設(shè)計的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。另外，傳統(tǒng)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的尺寸也較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，拆裝維修困難。缺少通用的、尺寸小的，尤其適用于小型仿生機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。
在傳動方式上，機(jī)器人的傳動方式主要有齒輪傳動、腱傳動、帶輪傳動等。在小型仿生機(jī)器人中，齒輪傳動和腱傳動比較常用，但只能選擇一種傳動方式使用。這是因為機(jī)器人的關(guān)節(jié)一般屬于特定的設(shè)計，當(dāng)需釆用其他傳動方式時，則需要另行設(shè)計。
在機(jī)器人傳感方面，機(jī)器人關(guān)節(jié)處往往需要安裝傳感器以檢測關(guān)節(jié)位置、速度、力矩等信息。傳統(tǒng)的機(jī)器人關(guān)節(jié)大多設(shè)計成封閉的，將傳感器置于關(guān)節(jié)內(nèi)部，對傳感器形狀尺寸等因素造成限制，且往往需要拆下某些部件才能更換、修正傳感器，造成很大不便。
在安裝維修方面，以往機(jī)器人關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且很多使用了螺絲，給拆裝和維修帶來了不便，造成可靠性不高。另外，在腱傳動系統(tǒng)中，以往機(jī)器人關(guān)節(jié)的腱普遍容易損壞或松弛，需經(jīng)常維修。
關(guān)于機(jī)器人機(jī)構(gòu)技術(shù)的現(xiàn)狀，在"機(jī)器人關(guān)節(jié)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢"(機(jī)械傳動，2004年第28卷第4期，P1-5)中已有比較詳細(xì)的描述；中國專利申請?zhí)?2155646.6,名稱為"機(jī)器人靈巧手機(jī)構(gòu)"的專利文件中也有涉及。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種體積小、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，裝卸靈活，動力特性好,控制容易，適用于各種小型機(jī)器人的一種拼裝式通用機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。本發(fā)明的目的還在于提供一種拼裝式通用機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的拼裝方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
其組成包括關(guān)節(jié)突、滑輪片、鎖緊銷、關(guān)節(jié)窩和轉(zhuǎn)軸，滑輪片上有一缺口，鎖緊銷的形狀與滑輪片上的缺口的形狀相配合，滑輪片與關(guān)節(jié)突連接成一體，鎖緊銷置入滑輪片的缺口內(nèi)，關(guān)節(jié)突置于關(guān)節(jié)窩中，關(guān)節(jié)突、滑輪片、關(guān)節(jié)窩的孔同軸且轉(zhuǎn)軸穿在所述孔中并用鎖緊銷將轉(zhuǎn)軸卡緊。
本發(fā)明還可以包括
1、 所述的用鎖緊銷將轉(zhuǎn)軸卡緊是選用腱傳動方式，在腱的嵌入位置打個結(jié)，腱結(jié)嵌入鎖緊銷和關(guān)節(jié)突上平面之間的間隙內(nèi)，鎖緊銷由于被頂緊而產(chǎn)生鎖緊力，使轉(zhuǎn)軸與關(guān)節(jié)突固聯(lián)。
2、 所述的用鎖緊銷將轉(zhuǎn)軸卡緊是選用齒輪傳動，關(guān)節(jié)突和鎖緊銷之間填入一個頂緊塊，用以產(chǎn)生鎖緊力，并在轉(zhuǎn)軸帶切口一側(cè)安裝齒輪。
3、 所述滑輪片與關(guān)節(jié)突連接成一體是滑輪片與關(guān)節(jié)突加工成一整體。
4、 所述滑輪片與關(guān)節(jié)突連接成一體是滑輪片與關(guān)節(jié)突加工成兩整體，滑輪片膠合或焊接在關(guān)節(jié)突上。
5、 所述轉(zhuǎn)軸的一側(cè)細(xì)一側(cè)粗。
6、 所述轉(zhuǎn)軸的粗的一側(cè)有一個切面。
本發(fā)明的機(jī)器人關(guān)節(jié)的拼裝方法是
第一步，將滑輪片膠合或焊接在關(guān)節(jié)突上，并注意軸孔對齊，可參見附圖2，若滑輪片與關(guān)節(jié)突整體加工，則略去此步；第二步，將鎖緊銷置入滑輪片(在關(guān)節(jié)突上)的缺口內(nèi)，可參見附圖3;第三步，將關(guān)節(jié)突放入關(guān)節(jié)窩中，使它們的孔同軸，然后穿入轉(zhuǎn)軸；第四步，需要用鎖緊銷將轉(zhuǎn)軸卡緊，使關(guān)節(jié)突和轉(zhuǎn)軸相對固定，具體的卡緊方法與傳動方式有關(guān)如果選用腱傳動方式(腱的材料和尺寸自定，關(guān)節(jié)尺寸也可調(diào)整)，則需要在腱的嵌入位置打個結(jié)，將腱結(jié)嵌入鎖緊銷和關(guān)節(jié)突上平面之間的間隙內(nèi)，鎖緊銷由于被頂緊而產(chǎn)生鎖緊力，使轉(zhuǎn)軸與關(guān)節(jié)突固聯(lián)。這樣，當(dāng)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)時，軸就會連同關(guān)節(jié)突一起相對關(guān)節(jié)窩旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成一個轉(zhuǎn)動副；如果使用其它傳動方式，如齒輪傳動，僅需在關(guān)節(jié)突和鎖緊銷之間填入一個頂緊塊，用以產(chǎn)生鎖緊力，并在轉(zhuǎn)軸帶切口一側(cè)安裝齒輪。拆卸過程與
上述過程相反。根據(jù)使用需要，可在關(guān)節(jié)兩頭安裝機(jī)架、搖桿等，從而使該關(guān)節(jié)
融入整機(jī)。此外，轉(zhuǎn)軸一惻細(xì)一側(cè)粗，安裝后不會從另一惻滑出，粗的一側(cè)有一
個切面，用于同軸安裝齒輪或傳感器轉(zhuǎn)動端。安裝完傳感器后，轉(zhuǎn)軸就不能軸向
滑動了。在實(shí)際使用中，轉(zhuǎn)軸和切面形狀、尺寸由具體使用情況決定。轉(zhuǎn)軸與關(guān)
節(jié)突、滑輪片、鎖緊銷接觸面處可以磨砂，以增加轉(zhuǎn)軸與關(guān)節(jié)突之間的摩擦力。本發(fā)明的工作過程是該關(guān)節(jié)構(gòu)成一個轉(zhuǎn)動副，當(dāng)使用腱傳動時，腱跨越纏繞在滑輪片上，關(guān)節(jié)一側(cè)的腱松弛，另一側(cè)的腱張緊，從而牽動轉(zhuǎn)軸和關(guān)節(jié)突一同向一側(cè)旋轉(zhuǎn)；腱的張弛情況改變，則關(guān)節(jié)向另一側(cè)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動時關(guān)節(jié)突、滑輪
片、鎖緊銷和轉(zhuǎn)軸相對固定，與關(guān)節(jié)窩相對旋轉(zhuǎn)。由于滑輪片截面為圓形，動力臂恒等于滑輪片半徑，因此傳動比也是恒定的，動力特性好，控制容易。
本發(fā)明對于關(guān)節(jié)信息傳感的實(shí)現(xiàn)方法，例如需要測量關(guān)節(jié)角度時，在關(guān)節(jié)的一側(cè)安裝角度傳感器。角度傳感器的定子固連于關(guān)節(jié)窩外側(cè)(安裝方式自定)，轉(zhuǎn)子固連于轉(zhuǎn)軸，關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度由轉(zhuǎn)軸和關(guān)節(jié)窩的相對位置測出。當(dāng)需要調(diào)整角度傳感器的零點(diǎn)位置時，固定關(guān)節(jié)窩和關(guān)節(jié)突的相對位置，將鎖緊銷適當(dāng)放松，并將軸向某一方向旋轉(zhuǎn)一定的角度，到達(dá)所需的零點(diǎn)位置后，再將鎖緊銷鎖緊即可。
本發(fā)明在傳動方式上具有通用性，該機(jī)器人關(guān)節(jié)兼容齒輪傳動和腱傳動，使用者根據(jù)不同的使用需要選擇齒輪傳動方式或腱傳動方式，還能夠追加輔助零件和其他零件裝配在一起。如果使用齒輪傳動，僅需在關(guān)節(jié)突上平面和鎖緊銷之間
填入一個頂緊塊，用以產(chǎn)生鎖緊力，并在轉(zhuǎn)軸帶切口一側(cè)安裝齒輪。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)作為一個獨(dú)立機(jī)構(gòu)，關(guān)節(jié)兩端可用螺紋片與其他部件連接，若用于機(jī)器人關(guān)節(jié)，無論外骨骼或者內(nèi)骨骼式結(jié)構(gòu)均適用。此外，還可根據(jù)使用需要，在關(guān)節(jié)兩頭安裝機(jī)架、搖桿等，從而使該關(guān)節(jié)融入整機(jī)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)器人關(guān)節(jié)不使用螺絲，在需要鎖緊的部位靠機(jī)構(gòu)間的相
對鎖緊力來實(shí)現(xiàn)鎖緊功能，因此避免了使用螺絲，可以徒手拆裝；關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)開放，
可在外側(cè)安裝傳感器，便于在不拆卸關(guān)節(jié)的情況下更換和調(diào)整傳感器，同時對傳
感器尺寸、形狀限制較??；采用腱傳動時，便于對腱拆卸調(diào)整。
本發(fā)明適用于負(fù)載較輕的情況，當(dāng)負(fù)載較大時，可加螺絲固定鎖緊銷。本機(jī)
6器人關(guān)節(jié)為轉(zhuǎn)動副，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角范圍為土90度，如需其他的轉(zhuǎn)動范圍，需要適當(dāng)調(diào)整關(guān)節(jié)形狀和尺寸。
綜上所述，本發(fā)明的特點(diǎn)是，機(jī)器人關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)簡單緊湊，可靠性高，無螺絲，可徒手拆卸，便于使用和現(xiàn)場維護(hù)；可以兼容腱傳動和齒輪傳動等傳動方式；傳動比恒定，傳動線性度好，便于控制；開放式的關(guān)節(jié)使傳感器安裝在外側(cè)，便于更換、調(diào)整，而且對傳感器的選型限制較小，可根據(jù)使用需要，安裝不同的傳感器；本發(fā)明可適用于機(jī)器人手部的關(guān)節(jié)，特別適用于靈巧手的關(guān)節(jié)以及有尺寸限制的機(jī)器人，各種不要求周轉(zhuǎn)的低負(fù)載轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、角隨動伺服系統(tǒng)，需要通過腱傳動控制的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，玩具中的旋轉(zhuǎn)部件，以及其他轉(zhuǎn)動力量不大的轉(zhuǎn)動裝置中。
(四)


圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的A-A剖視圖；圖4是關(guān)節(jié)突的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是滑輪片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6關(guān)節(jié)窩的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是鎖緊銷的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明的應(yīng)用參考圖。
(五)
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述
結(jié)合圖1-圖8,本發(fā)明的拼裝式通用機(jī)器人關(guān)節(jié)的主要部件包括關(guān)節(jié)突1、滑輪片2、鎖緊銷3、關(guān)節(jié)窩4和轉(zhuǎn)軸5。若加工方便，可將滑輪片和關(guān)節(jié)突合做成一個部件加工，使其為一個整體。由于采用拼裝結(jié)構(gòu)思想，各部件互相配合限位，無需使用螺絲。其中的各個部件可以用輕合金、塑料或鋼材等加工得到，如轉(zhuǎn)軸)、鎖緊銷3可選用淬火鋼，其余部件可選用YL7075;形狀和尺寸由使用需要而定；角度傳感器可以選用電位器式角度傳感器，如RDC506或PVS01等，也可釆用其他類型傳感器以檢測關(guān)節(jié)力矩、關(guān)節(jié)角速度等；根據(jù)不同的傳動需要，自行選用腱或齒輪。
結(jié)合圖9本發(fā)明的具體組裝方法是以腱傳動為例，第一步，將滑輪片2膠
合在關(guān)節(jié)突l的上面，并注意軸孔對齊，若滑輪片與關(guān)節(jié)突整體加工，則略去此 步；第二步，將鎖緊銷3嵌入滑輪片2的缺口內(nèi)；第三步，將關(guān)節(jié)窩4套在關(guān)節(jié) 突l、滑輪片2和鎖緊銷3構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體的外側(cè)；第四步，將轉(zhuǎn)軸5插入關(guān)節(jié)突 1、滑輪片2、鎖緊銷3和關(guān)節(jié)窩4中間的軸孔中；第五步，將腱6打結(jié)嵌入鎖 緊銷3與關(guān)節(jié)突1之間的縫隙中，并注意腱6的結(jié)應(yīng)安裝在鎖緊銷3與關(guān)節(jié)突1 之間縫隙的中間，以此可以鎖緊鎖緊銷3,卡住轉(zhuǎn)軸；第六步，將角度傳感器7 安裝在轉(zhuǎn)軸5的切口一側(cè)。拆卸過程與上述過程相反。
由于采用了機(jī)構(gòu)間的相對鎖緊力來實(shí)現(xiàn)鎖緊功能，使得本發(fā)明的機(jī)器人關(guān)節(jié) 具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，無螺絲，且裝卸靈活，拆卸時不需要使用工具，可 徒手拆卸等特點(diǎn)。便于使用現(xiàn)場維護(hù)，可靠性高，可以兼容腱傳動和齒輪傳動等 傳動方式，開放式關(guān)節(jié)使傳感器安裝在外側(cè)，便于更換、調(diào)整，而且對傳感器的 選型限制較小，可擴(kuò)充性好?？梢愿鶕?jù)使用需要，安裝不同傳感器，傳動比恒定， 傳動線性度好，便于控制。本發(fā)明適用于機(jī)器人手部的關(guān)節(jié)，特別適用于靈巧手 的關(guān)節(jié)以及有尺寸限制的機(jī)器人，各種不要求周轉(zhuǎn)的低負(fù)載轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、角隨動伺 服系統(tǒng)，需要通過腱傳動控制的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，玩具中的旋轉(zhuǎn)部件，以及其他轉(zhuǎn)動力 量不大的轉(zhuǎn)動裝置中，尤其適于野外、太空等不便使用工具的環(huán)境。
權(quán)利要求
1、一種拼裝式通用機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其組成包括關(guān)節(jié)突、滑輪片、鎖緊銷、關(guān)節(jié)窩和轉(zhuǎn)軸，其特征是滑輪片上有一缺口，鎖緊銷的形狀與滑輪片上的缺口的形狀相配合，滑輪片與關(guān)節(jié)突連接成一體，鎖緊銷置入滑輪片的缺口內(nèi)，關(guān)節(jié)突置于關(guān)節(jié)窩中，關(guān)節(jié)突、滑輪片、關(guān)節(jié)窩的孔同軸且轉(zhuǎn)軸穿在所述孔中并用鎖緊銷將轉(zhuǎn)軸卡緊。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種拼裝式通用機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其特征是所述的用鎖緊銷將轉(zhuǎn)軸卡緊是選用腱傳動方式，在腱的嵌入位置打個結(jié)，腱結(jié)嵌入鎖緊銷和關(guān)節(jié)突上平面之間的間隙內(nèi)，鎖緊銷由于被頂緊而產(chǎn)生鎖緊力，使轉(zhuǎn)軸與關(guān)節(jié)突固聯(lián)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種拼裝式通用機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其特征是所述的用鎖緊銷將轉(zhuǎn)軸卡緊是選用齒輪傳動，關(guān)節(jié)突和鎖緊銷之間填入一個頂緊塊，用以產(chǎn)生鎖緊力，并在轉(zhuǎn)軸帶切口一側(cè)安裝齒輪。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的一種拼裝式通用機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其特征是所述滑輪片與關(guān)節(jié)突連接成一體是滑輪片與關(guān)節(jié)突加工成一整體。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的一種拼裝式通用機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其特征是所述滑輪片與關(guān)節(jié)突連接成一體是滑輪片與關(guān)節(jié)突加工成兩整體，滑輪片膠合或焊接在關(guān)節(jié)突上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的一種拼裝式通用機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其特征是所述轉(zhuǎn)軸的一側(cè)細(xì)一側(cè)粗。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種拼裝式通用機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其特征是所述轉(zhuǎn)軸的一側(cè)細(xì)一側(cè)粗。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種拼裝式通用機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其特征是所述轉(zhuǎn)軸的一惻細(xì)一側(cè)粗。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種拼裝式通用機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其特征是所述轉(zhuǎn)軸的粗的 一側(cè)有 一個切面。
10、 一種拼裝式通用機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的拼裝方法，其特征是第一步，將滑輪片(2 )與關(guān)節(jié)突(1 )結(jié)合成一體；第二步，將鎖緊銷(3 )置入滑輪片(2 )的缺口內(nèi)；第三步，將關(guān)節(jié)突U)放入關(guān)節(jié)窩(4)中，使它們的孔同軸，然后穿入轉(zhuǎn)軸(5);第四步，用鎖緊銷(3)將轉(zhuǎn)軸(5)卡緊，使關(guān)節(jié)突(1)和軸轉(zhuǎn)(5)相對固定。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種拼裝式通用機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)機(jī)器拼裝方法。包括關(guān)節(jié)突、滑輪片、鎖緊銷、關(guān)節(jié)窩和轉(zhuǎn)軸，滑輪片上有一缺口，鎖緊銷的形狀與滑輪片上的缺口的形狀相配合，滑輪片與關(guān)節(jié)突連接成一體，鎖緊銷置入滑輪片的缺口內(nèi)，關(guān)節(jié)突置于關(guān)節(jié)窩中，關(guān)節(jié)突、滑輪片、關(guān)節(jié)窩的孔同軸且轉(zhuǎn)軸穿在所述孔中并用鎖緊銷將轉(zhuǎn)軸卡緊。本發(fā)明采用了拼裝結(jié)構(gòu)思想，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，可靠性高，無螺絲，可徒手拆卸，便于使用和現(xiàn)場維護(hù)；本發(fā)明可適用于機(jī)器人手部的關(guān)節(jié)，特別適用于靈巧手的關(guān)節(jié)以及有尺寸限制的機(jī)器人，各種不要求周轉(zhuǎn)的低負(fù)載轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、角隨動伺服系統(tǒng)，需要通過腱傳動控制的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，玩具中的旋轉(zhuǎn)部件，其他轉(zhuǎn)動力量不大的轉(zhuǎn)動裝置中。
文檔編號B25J17/00GK101628418SQ20091007264
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月5日
發(fā)明者任化龍, 盧逢春, 邊信黔 申請人:哈爾濱工程大學(xué)