專利名稱：基于雙電磁離合器的二自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用雙電磁離合器的多自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年來，隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用，人類對(duì)機(jī)器人的需求量逐步增大。越來越復(fù)雜的動(dòng)作要求機(jī)器人具有很高的靈活性和多自由度，每個(gè)自由度都需要機(jī)器人關(guān)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。機(jī)器人關(guān)節(jié)是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)部件，是整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其結(jié)構(gòu)、重量、尺寸對(duì)機(jī)器人性能有直接影響。目前常見的機(jī)器人關(guān)節(jié)多是由電機(jī)、氣缸、液壓缸等驅(qū)動(dòng)的單一自由度關(guān)節(jié)，為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的多自由度操作，每個(gè)關(guān)節(jié)都分別包括驅(qū)動(dòng)、減速、傳動(dòng)等裝置。因此，導(dǎo)致整個(gè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量和尺寸大；同時(shí)，多自由度機(jī)器人各關(guān)節(jié)中使用大量的電機(jī)和減速器，這些關(guān)鍵部件在機(jī)器人中所占的成本最高，機(jī)器人制造成本難以降低；這些弊端都阻礙了關(guān)節(jié)及機(jī)器人的進(jìn)一步推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明機(jī)器人關(guān)節(jié)用一套電機(jī)、減速器裝置在一個(gè)模塊化關(guān)節(jié)中實(shí)現(xiàn)了二自由度運(yùn)動(dòng)，采用雙電磁離合器實(shí)現(xiàn)一組驅(qū)動(dòng)輸出兩組動(dòng)力的要求，目的是提供一種體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏、操作方便的基于雙電磁離合器的二自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)。具體技術(shù)方案如下—種基于雙電磁離合器的二自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)，包括外殼、連接端和輸出端，夕卜殼內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制部分，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由分裝式電機(jī)、諧波減速器組成；所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由雙電磁離合器、第一、二、三、四傳動(dòng)軸和第一、二輸出端組成；所述分裝式電機(jī)的輸出軸端與第一傳動(dòng)軸連接，第一傳動(dòng)軸與諧波減速器的輸入端連接，諧波減速器的輸出端與第二傳動(dòng)軸連接，第二傳動(dòng)軸與雙電磁離合器的輸入端連接，雙電磁離合器的輸出端分別與第三、四傳動(dòng)軸連接，上述第三傳動(dòng)軸與第一輸出端的輸入端連接，第四傳動(dòng)軸與第二輸出端的輸入端連接。所述分裝式電機(jī)具有定子、電樞、安裝軸套和第一、二電機(jī)支撐板，分裝式電機(jī)通過第一電機(jī)支撐板與關(guān)節(jié)外殼固定連接，上述安裝軸套與第一傳動(dòng)軸套接。所述諧波減速器包括第一、二固定端蓋、波發(fā)生器、剛輪、剛輪支撐板和柔輪，上述波發(fā)生器與第一傳動(dòng)軸連接，柔輪與第二傳動(dòng)軸連接，諧波減速器通過剛輪支撐板與關(guān)節(jié)外殼固定連接。所述雙電磁離合器包括定子、轉(zhuǎn)子、第一、二線圈、第一、二銜鐵、第一、二摩擦片、第一、二簧片和第一、二法蘭組成；上述定子通過固定板與關(guān)節(jié)外殼固定連接，轉(zhuǎn)子與第二傳動(dòng)軸連接，上述第一法蘭與第三傳動(dòng)軸連接，第二法蘭上設(shè)有傘形主動(dòng)齒輪。所述第一輸出端包括輸出軸端、第一、二、三、四壓板、第一、二、三軸承，上述輸出軸端與第三傳動(dòng)軸連接，第一輸出端通過第一、二壓板與關(guān)節(jié)外殼固定連接。所述第二輸出端的負(fù)載輸出軸端與第四傳動(dòng)軸連接，第四傳動(dòng)軸上設(shè)有與上述雙電磁離合器第二法蘭上的傘形主動(dòng)齒輪嚙合的傘形被動(dòng)齒輪。所述第一、二輸出端的軸向呈垂直角度。本發(fā)明基于雙電磁離合器的二自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)具有以下優(yōu)點(diǎn)1)該關(guān)節(jié)用一套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度，結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量輕、 成本低；2)兩個(gè)自由度由雙電磁離合器控制，不用頻繁啟停電機(jī)，動(dòng)作靈敏、操作方便；3)由齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)來控制第二個(gè)自由度的方向，可實(shí)現(xiàn)多種輸出軸夾角，設(shè)計(jì)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)。


圖I為本發(fā)明機(jī)器人關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖I的軸向剖面示意圖。圖3為圖2中連接端安裝的電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖2中諧波減速器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為圖2中雙電磁離合器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為圖I中第一輸出端的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步闡述本發(fā)明的技術(shù)原理及內(nèi)容，下文配合附圖進(jìn)行詳細(xì)的實(shí)例說明。見圖I至圖6，本發(fā)明實(shí)施例中關(guān)節(jié)裝置具有分裝式電機(jī)I、諧波減速器2，雙電磁離合器3和互相垂直的第一、二輸出端6、7。本實(shí)施為本發(fā)明的一種實(shí)施方式,傳動(dòng)系統(tǒng)可以由不同類型的齒輪對(duì)或其他傳動(dòng)形式實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)不同角度的兩輸出端。其他凡其原理和基本結(jié)構(gòu)與本實(shí)施例相同或近似的，均在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。見圖I,基于雙電磁離合器的二自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)由外殼、連接端12、第一、二輸出端6、7組成。所述外殼用于支撐整個(gè)關(guān)節(jié)，外殼內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制部分。上述連接端12用于將關(guān)節(jié)與機(jī)器人其他部分連接，如連桿、其他關(guān)節(jié)、連接端口等；第一、二輸出端用來輸出動(dòng)力。見圖2，上述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由分裝式電機(jī)I和諧波減速器2組成，所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由雙電磁離合器3、第一、二、三、四傳動(dòng)軸8、9、10、11和第一、二輸出端6、7組成。動(dòng)力由分裝式電機(jī)I驅(qū)動(dòng)第一傳動(dòng)軸8，經(jīng)諧波減速器減速2傳遞給第二傳動(dòng)軸9，再經(jīng)雙電磁離合器3通過第三、四傳動(dòng)軸10、11分別傳遞到第一、二輸出端。如圖3所示，分裝式電機(jī)I固定在關(guān)節(jié)外殼上，包括定子1-1、電樞1-2、安裝軸套
1-3、第一、二電機(jī)支撐板1-4、1_5和電刷組裝1-6。電機(jī)輸出力矩端通過安裝軸套1-3與第一傳動(dòng)軸8連接并由第一傳動(dòng)軸傳遞到諧波減速器，其中第二電機(jī)支撐板1-5帶有散熱片結(jié)構(gòu)。如圖4所示，諧波減速器2包括第一、二固定端蓋2-1、2_2，波發(fā)生器2_3、剛輪
2-4、剛輪支撐板2-5和柔輪2-6，波發(fā)生器與第一傳動(dòng)軸連接用來輸入動(dòng)力，柔輪與第二傳動(dòng)軸9連接，以輸出動(dòng)力。如圖5所示，雙電磁離合器3包括定子3-1、第一、二線圈3-2、3_3、轉(zhuǎn)子軸承3-4、轉(zhuǎn)子3-5、第一、二摩擦片3-6、3_7、固定板3-8、第一銜鐵3_11、第一簧片3_12、第二銜鐵3-9、第_■黃片 3-10 和第一、_■法蘭 3-13、3-14。其中，轉(zhuǎn)子3-5與第二傳動(dòng)軸9連接，用來輸入動(dòng)力，轉(zhuǎn)子與第一、二法蘭之間通過線圈、銜鐵、簧片和摩擦片的聯(lián)合控制實(shí)現(xiàn)互動(dòng)。工作原理是轉(zhuǎn)子與第二傳動(dòng)軸9相連，將動(dòng)力傳入離合器主動(dòng)端；線圈通電時(shí)，定 子、轉(zhuǎn)子、銜鐵形成磁回路，銜鐵克服簧片的作用力吸引運(yùn)動(dòng)，與轉(zhuǎn)子端摩擦片接觸后產(chǎn)生摩擦力，正常運(yùn)行時(shí)，銜鐵與摩擦片無相對(duì)滑轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子3-5將帶動(dòng)法蘭一起轉(zhuǎn)動(dòng)；斷電狀態(tài)下簧片將銜鐵拉回，轉(zhuǎn)子與法蘭斷開互動(dòng)聯(lián)系，法蘭停止運(yùn)動(dòng)。上述第一、二線圈、第一、二摩擦片、第一、二簧片和第一、二銜鐵分別控制轉(zhuǎn)子與第一、二法蘭之間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，通過磁路設(shè)計(jì)，可保證兩組銜鐵運(yùn)動(dòng)分別由兩線圈通斷來獨(dú)立控制，由第二傳動(dòng)軸輸入的動(dòng)力分別由第一、二法蘭傳遞出去。給雙電磁離合器第一線圈3-2通電,定子3-1、轉(zhuǎn)子3-5、第一銜鐵3_11形成磁回路，第一銜鐵向轉(zhuǎn)子移動(dòng)，與第一摩擦片3-6接觸發(fā)生滑移，隨著電磁力不斷增大，滑移結(jié)束，第一銜鐵與第一摩擦片完全接合，第一銜鐵的力矩通過第一簧片3-12傳遞給第一法蘭3-13,而第一法蘭I與第三傳動(dòng)軸10連接，動(dòng)力最終通過第三傳動(dòng)軸傳遞給第一輸出端6 ；給第二線圈3-3通電時(shí)，定子3-1、轉(zhuǎn)子3-5、第二銜鐵3-9形成磁回路，第二銜鐵向轉(zhuǎn)子移動(dòng)，與第二摩擦片3-7接觸發(fā)生滑移，隨著電磁力不斷增大，滑移結(jié)束，第二銜鐵與第二摩擦片完全接合，第二銜鐵的力矩通過第二簧片3-10傳遞給第二法蘭3-14，而第二法蘭上設(shè)有傘形主動(dòng)齒輪4，動(dòng)力最終通過第四傳動(dòng)軸11傳遞給第二輸出端7。第一、二線圈可以分別通電，也可以同時(shí)通電，分別對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)的三種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即第一輸出端旋轉(zhuǎn)、第二輸出端旋轉(zhuǎn)、兩個(gè)輸出端同時(shí)旋轉(zhuǎn)。如圖6所不，第一輸出端6包括輸出軸端6-1、第一壓板6-2、第一軸承6-3、第二、三壓板6-4、6_5、第二、三軸承6-6、6_7和第四壓板6_8。所述輸出軸端6_1與第三傳動(dòng)軸10連接，將關(guān)節(jié)產(chǎn)生的力矩傳遞給負(fù)載，第一輸出端通過第一軸承、第一、二壓板與外殼連接起來。上述第二輸出端7與第一輸出端結(jié)構(gòu)相似，其負(fù)載輸出軸端與第四傳動(dòng)軸11連接，第四傳動(dòng)軸上設(shè)有與上述雙電磁離合器第二法蘭3-14上的傘形主動(dòng)齒輪4嚙合的傘形被動(dòng)齒輪5，這樣由雙電磁離合器的第二法蘭傳遞的動(dòng)力經(jīng)第四傳動(dòng)軸11傳遞到第二輸出端的負(fù)載軸端。本實(shí)施例中第一、二輸出端的軸線呈垂直狀態(tài)。本發(fā)明工作時(shí)，控制系統(tǒng)控制分裝式電機(jī)啟停，動(dòng)力經(jīng)過諧波減速器，傳遞給雙電磁離合器；控制系統(tǒng)控制雙電磁離合器，實(shí)現(xiàn)雙離合器兩個(gè)銜鐵的分別運(yùn)動(dòng)，將動(dòng)力分別傳遞給兩個(gè)輸出端。此關(guān)節(jié)可用于多自由度機(jī)器人手臂，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度的分別或同時(shí)運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種基于雙電磁離合器的二自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)，包括外殼、連接端(12)和輸出端，外殼內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制部分，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由分裝式電機(jī)(I)、諧波減速器(2)組成；所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由雙電磁離合器(3)、第一、二、三、四傳動(dòng)軸(8、9、10、11)和第一、二輸出端(6、7)組成；所述分裝式電機(jī)的輸出軸端與第一傳動(dòng)軸(8)連接，第一傳動(dòng)軸與諧波減速器(2)的輸入端連接，諧波減速器的輸出端與第二傳動(dòng)軸(9)連接，第二傳動(dòng)軸與雙電磁離合器(3)的輸出端連接，雙電磁離合器的輸出端分別與第三、四傳動(dòng)軸(10、11)連接，上述第三傳動(dòng)軸與第一輸出端(6)的輸入端連接，第四傳動(dòng)軸與第二 輸出端⑵的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于雙電磁離合器的二自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)，其特征在于所述分裝式電機(jī)(I)具有定子(1-1)、電樞(1-2)、安裝軸套(1-3)和第一、二電機(jī)支撐板(1-4、1-5)，分裝式電機(jī)通過第一電機(jī)支撐板與關(guān)節(jié)外殼固定連接，上述安裝軸套與第一傳動(dòng)軸⑶套接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙電磁離合器的二自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)，其特征在于所述諧波減速器(2)包括第一、二固定端蓋(2-1、2-2)、波發(fā)生器(2-3)、剛輪(2-4)、剛輪支撐板(2-5)和柔輪(2-6)，上述波發(fā)生器與第一傳動(dòng)軸(8)連接，柔輪與第二傳動(dòng)軸(9)連接，諧波減速器通過剛輪支撐板與關(guān)節(jié)外殼固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于雙電磁離合器的二自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)，其特征在于所述雙電磁離合器包括定子(3-1)、轉(zhuǎn)子(3-5)、第一、二線圈(3_2、3_3)、第一、二銜鐵(3_11、3-9)、第一、二摩擦片(3-6、3-7)、第一、二簧片(3-12、3-10)和第一、二法蘭(3_13、3_14)組成；上述定子通過固定板(3-8)與關(guān)節(jié)外殼固定連接，轉(zhuǎn)子與第二傳動(dòng)軸(9)連接，上述第一法蘭與第三傳動(dòng)軸(10)連接，第二法蘭上設(shè)有傘形主動(dòng)齒輪(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于雙電磁離合器的二自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)，其特征在于所述第一輸出端(6)包括輸出軸端(6-1)、第一、二、三、四壓板(6-2、6-4、6-5、6_8)、第一、二、三軸承(6-3、6-6、6-7),上述輸出軸端與第三傳動(dòng)軸(10)連接,第一輸出端通過第一、二壓板與關(guān)節(jié)外殼固定連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于雙電磁離合器的二自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)，其特征在于所述第二輸出端(X)的負(fù)載輸出軸端與第四傳動(dòng)軸(Ii)連接，第四傳動(dòng)軸上設(shè)有與上述雙電磁離合器第二法蘭(3-14)上的傘形主動(dòng)齒輪(4)嚙合的傘形被動(dòng)齒輪(5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于雙電磁離合器的二自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)，其特征在于所述第一、二輸出端的軸向呈垂直角度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用雙電磁離合器的多自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。目的是提供一種體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏、操作方便的基于雙電磁離合器的二自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)?；陔p電磁離合器的二自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)，包括外殼、連接端和輸出端，外殼內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制部分，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由分裝式電機(jī)、諧波減速器組成；所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由雙電磁離合器、第一、二、三、四傳動(dòng)軸和第一、二輸出端組成；所述分裝式電機(jī)的輸出軸端與第一傳動(dòng)軸連接，第一傳動(dòng)軸與諧波減速器的輸入端連接，諧波減速器的輸出端與第二傳動(dòng)軸連接，第二傳動(dòng)軸與雙電磁離合器的輸入端連接。
文檔編號(hào)B25J17/00GK102615652SQ201210109038
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者張麗華, 時(shí)張杰, 李露, 畢世書, 牛曉慶, 王美玲 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院