專利名稱：一種驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可應(yīng)用于易燃易爆等環(huán)境中的各式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，屬于機(jī)器人控制技術(shù)領(lǐng) 域。
背景技術(shù)：
目前，機(jī)器人已被成功地應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如工廠里的焊接與裝配、火星探測(cè)、軍事偵察、博物館內(nèi)導(dǎo)游以及課堂內(nèi)輔助教學(xué)等。不過(guò)這些工作環(huán)境大多比較安全，而對(duì)于易燃易爆等危險(xiǎn)環(huán)境，如在石油、天然氣、粉塵、可燃?xì)怏w等環(huán)境中作業(yè)，目前的絕大多數(shù)機(jī)器人都不能適應(yīng)，因?yàn)樗鼈冏陨黼娐分械拇箅娏骱痛箅姼卸伎赡芤鹑紵?或爆炸)。因此將機(jī)器人應(yīng)用于各種環(huán)境中便成了當(dāng)前需要解決的問(wèn)題，對(duì)于工作在危險(xiǎn)環(huán)境中的機(jī)器人， 首先應(yīng)該保證機(jī)器人中最容易引起不安全因素的驅(qū)動(dòng)模塊應(yīng)具有安全可靠的要求，這樣對(duì)于機(jī)器人本身和整個(gè)工作場(chǎng)所的安全都有一定的保護(hù)作用?，F(xiàn)有機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)模塊大多無(wú)安全性設(shè)計(jì)，不能應(yīng)用于危險(xiǎn)的場(chǎng)所。因此，對(duì)于工作在危險(xiǎn)場(chǎng)所的機(jī)器人，其運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)部分應(yīng)滿足安全可靠的要求。本發(fā)明的目的在于使機(jī)器人適合工作于各種工作環(huán)境，提供一種安全可靠的機(jī)器人驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它采用的是模塊化設(shè)計(jì)，分別由幾部分組成。各部分協(xié)同工作，從而完成對(duì)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)。由于采用分離式供電和超聲波電機(jī)，因此，減少了由單個(gè)電源供電時(shí)出現(xiàn)大電流和系統(tǒng)中有過(guò)大的電感和電容的問(wèn)題，這樣便有效地減少了在危險(xiǎn)場(chǎng)合工作時(shí)的不安全因素。由于本驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)僅依靠自身的特點(diǎn)來(lái)適合各種工作環(huán)境，因此它的安全性、可靠性進(jìn)一步增強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)器人難于工作在危險(xiǎn)的環(huán)境中、而且控制精度不太精確的不足，本發(fā)明提供一種安全性較高、物理上實(shí)現(xiàn)方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、且控制精度較高的一種驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題的方案是
一種驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)，用于為機(jī)器人提供驅(qū)動(dòng)功能，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)由兩個(gè)或兩個(gè)以上的供電獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)模塊4組成，所述的驅(qū)動(dòng)模塊4由分離式電源1、超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器2以及超聲波電機(jī)3構(gòu)成；所述的驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的分離式電源1對(duì)超聲波電機(jī) 3獨(dú)立供電；所述的驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器2負(fù)責(zé)對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的超聲波電機(jī)3進(jìn)行相應(yīng)控制，驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器2和驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的超聲波電機(jī)3 之間有控制信號(hào)的連接點(diǎn)，超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器2受機(jī)器人主控制器的控制；在所述的驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的超聲波電機(jī)3上安裝定位孔，在電機(jī)輸出軸和機(jī)器人相關(guān)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間安裝固定連接裝置。根據(jù)上述方案，獨(dú)立驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)采用了獨(dú)立電源，獨(dú)立電源僅對(duì)本驅(qū)動(dòng)模塊供電， 這樣使驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的電流僅作用于本驅(qū)動(dòng)模塊，由此可以避免由單一的電源為多個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊提供電源而引起機(jī)器人驅(qū)動(dòng)模塊中總電流過(guò)大的問(wèn)題。由驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的電源給其超聲波電機(jī)和超聲波電機(jī)控制器供電，由主控制器給出控制信號(hào)進(jìn)而驅(qū)動(dòng)超聲波電機(jī)工作，超聲波電機(jī)的工作則可驅(qū)動(dòng)各種運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，多個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊的協(xié)作則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。 各個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊的供電系統(tǒng)是獨(dú)立的，所有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的電源部分合稱為驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)的分離式電源。分離式電源由N(N>2)個(gè)相互獨(dú)立的供電電源(如電池組)組成，各供電電源之間不串聯(lián)也不并聯(lián)，但可以共地。每個(gè)供電模塊僅為一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)的控制電路與電機(jī)供電，其輸出值取決于該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。每個(gè)供電電源與其所供電的控制器和電機(jī)共同組成一個(gè)獨(dú)立電路回路。由于每個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊各有其獨(dú)立的電源，因而各驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的電流相對(duì)較小，使得整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)中的最大電流不是系統(tǒng)中所有耗電單元的電流總和，而是某一驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的最大電流。這一點(diǎn)相對(duì)于傳統(tǒng)單一電源供電的系統(tǒng)而言有本質(zhì)的區(qū)別單一電源供電的總電流大小是所有耗電單元的電流總和，使得電路中的電流過(guò)大。而現(xiàn)有的機(jī)器人供電系統(tǒng)大多是單一供電方式，因此單一電源的供電方式不適合工作在易燃易爆等環(huán)境中，所以采用分離式電源供電的方式可以使機(jī)器人安全可靠地工作在危險(xiǎn)的環(huán)境中。分離式電源1在結(jié)構(gòu)上具有相互分離，互不影響，其組成如圖2所示，分別由幾個(gè)不同且相互獨(dú)立的電源組成。驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)的電源可以是不同型號(hào)、不同類型的電源，只要能夠滿足驅(qū)動(dòng)要求即可。由于本驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)面對(duì)的工作環(huán)境是危險(xiǎn)的、多樣的，所以對(duì)機(jī)構(gòu)內(nèi)的各部分組成要求較高。以往以電磁方式工作的電機(jī)具有較大的電磁效應(yīng)，大的電感的特點(diǎn)，而這些特點(diǎn)不利于機(jī)器人工作于危險(xiǎn)的環(huán)境，因此采用電磁工作方式的電機(jī)作為機(jī)器人的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)，它工作在危險(xiǎn)的環(huán)境中會(huì)造成諸多的不利的因素。本驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)部分采用的是超聲波電機(jī)，它沒(méi)有電磁繞組，不依靠電磁感應(yīng)傳遞能量，而是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，將材料的微觀變形通過(guò)磨擦耦合和共振放大轉(zhuǎn)換為宏觀的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。與傳統(tǒng)的電磁電機(jī)相比，具有無(wú)電磁效應(yīng)、低速大扭、響應(yīng)時(shí)間快、斷電自鎖、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、運(yùn)行無(wú)噪聲、機(jī)構(gòu)上設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，能直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，控制特性好。由于超聲波機(jī)電機(jī)具有以上的特點(diǎn)，因此采用超聲波電機(jī)作為機(jī)器人的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，可以使機(jī)器人比較安全地工作在危險(xiǎn)的環(huán)境中?，F(xiàn)有的超聲波電機(jī)種類多，它所能工作的場(chǎng)合也不盡相同，因此對(duì)于本驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)的超聲波的選型也應(yīng)根據(jù)機(jī)器人所面臨的工作環(huán)境而選取。本驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)面對(duì)的環(huán)境是危險(xiǎn)的、多樣的，采用的超聲波電機(jī)使得系統(tǒng)中的電磁效應(yīng)明顯減弱，但超聲波電機(jī)也有其不足之處就是其發(fā)熱問(wèn)題，產(chǎn)生熱量過(guò)多會(huì)使整個(gè)工作環(huán)境的不安全因素增大，以往的控制器由于對(duì)環(huán)境因素要求不高，沒(méi)有將環(huán)境因素考慮進(jìn)去，因此本超聲波控制器就要將這一點(diǎn)考慮進(jìn)去，目前本驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)的超聲波電機(jī)控制器有別于其它控制器的不同之處就在于它對(duì)超聲波電機(jī)的溫度控制較好，在原有超聲波電機(jī)控制器的基礎(chǔ)上增加了對(duì)溫度處理部分，如圖3所示，當(dāng)超聲波電機(jī)溫度超過(guò)一定值時(shí)便產(chǎn)生信號(hào)給機(jī)器人的主控制系統(tǒng)，使得主控制系統(tǒng)采取相應(yīng)的動(dòng)作。采用這樣的控制使得整個(gè)系統(tǒng)的安全因素大大增強(qiáng)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比的有益效果是1.本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)合理且可以應(yīng)用于各種環(huán)境中的驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)。2.采用分離式電源可以可靠地工作在各種環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單可靠。3.采用超聲波電機(jī)可以直接驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，不需要減速機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，而且還具有自鎖功能。4.超聲波電機(jī)無(wú)電磁效應(yīng)，可以很好地適應(yīng)各種環(huán)境。5.分離式電源和超聲波電機(jī)的有機(jī)結(jié)合使得機(jī)器人 在驅(qū)動(dòng)上對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力增強(qiáng)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)、使用分離式電源、使用超聲波電機(jī)、控制器對(duì)環(huán)境的適應(yīng)較好。整個(gè)驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)使用分離式電源1對(duì)其供電，而每個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊使用各自的電源來(lái)供電，驅(qū)動(dòng)模塊使用超聲波電機(jī)3和超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器2對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，本驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)裝置可以很好地驅(qū)動(dòng)各種工作環(huán)境中的機(jī)器人，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣。


圖1為本發(fā)明驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)的總體框架示意圖。圖2為本發(fā)明分離式電源的組成結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明超聲波電機(jī)控制器的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖及實(shí)施例詳述本發(fā)明。如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明由兩個(gè)或兩個(gè)以上的獨(dú)立供電驅(qū)動(dòng)模塊4組成，而它由分離式電源1、控制驅(qū)動(dòng)裝置2、超聲波電機(jī)3組成。分離式電源之間相互獨(dú)立，它們的組成可以是不同類型，不同型號(hào)，但供電要滿足驅(qū)動(dòng)模塊的供電要求，組成簡(jiǎn)單。圖1為為本發(fā)明驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)的總體框架示意圖。所述驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)由兩個(gè)或兩個(gè)以上的供電獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)模塊4組成，所述的驅(qū)動(dòng)模塊4由分離式電源1、超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器2以及超聲波電機(jī)3構(gòu)成；所述的驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的分離式電源1對(duì)超聲波電機(jī)3獨(dú)立供電；所述的驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器2負(fù)責(zé)對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的超聲波電機(jī)3進(jìn)行相應(yīng)控制，驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器2和驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的超聲波電機(jī)3之間有控制信號(hào)的連接點(diǎn)，超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器2受機(jī)器人主控制器的控制；在所述的驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的超聲波電機(jī)3上安裝定位孔，在電機(jī)輸出軸和機(jī)器人相關(guān)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間安裝固定連接裝置。圖2為分離式電源的組成示意圖。分離式電源由N(N彡2)個(gè)相互獨(dú)立的供電電源(如電池組)組成，各供電電源之間不串聯(lián)也不并聯(lián)，但可以共地。每個(gè)供電模塊僅為一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)的控制電路與電機(jī)供電，其輸出值取決于該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。每個(gè)供電電源與其所供電的控制器和電機(jī)共同組成一個(gè)獨(dú)立電路回路。由于每個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊各有其獨(dú)立的電源， 因而各驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的電流相對(duì)較小，使得整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)中的最大電流不是系統(tǒng)中所有耗電單元的電流總和，而是某一驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的最大電流。這一點(diǎn)相對(duì)于傳統(tǒng)單一電源供電的系統(tǒng)而言有本質(zhì)的區(qū)別單一電源供電的總電流大小是所有耗電單元的電流總和，使得電路中的電流過(guò)大。而現(xiàn)有的機(jī)器人供電系統(tǒng)大多是單一供電方式，因此單一電源的供電方式不適合工作在易燃易爆等環(huán)境中，所以采用分離式電源供電的方式可以使機(jī)器人安全可靠地工作在危險(xiǎn)的環(huán)境中。分離式電源1在結(jié)構(gòu)上具有相互分離，互不影響，其組成如圖2 所示，分別由幾個(gè)不同且相互獨(dú)立的電源組成。驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)的電源可以是不同型號(hào)、不同類型的電源，只要能夠滿足驅(qū)動(dòng)要求即可。圖3為本發(fā)明超聲波電機(jī)控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。超聲波電機(jī)控制器帶有溫度傳感，對(duì)于超過(guò)容許的溫度，超聲波電機(jī)控制器便發(fā)出信息給主控制器，主控制器進(jìn)而采取相應(yīng)的動(dòng)作，這樣使機(jī)器人可以很好地適應(yīng)各種環(huán)境。 由于本發(fā)明針對(duì)的是工作環(huán)境是多樣的，因此對(duì)于超聲波電機(jī)3的選型應(yīng)根據(jù)機(jī)器人的特點(diǎn)和環(huán)境要求而定。獨(dú)立供電驅(qū)動(dòng)模塊4在結(jié)構(gòu)上是相同的，它們都和機(jī)器人的主控系統(tǒng)相聯(lián)，并受主控系統(tǒng)的控制而相互協(xié)作共同完成對(duì)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)或行走，但它們相互之間并沒(méi)有直接連接的關(guān)系。分離式供電裝置1可以組裝在一起，也可以根據(jù)機(jī)器人自身機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)分散布置，總之對(duì)于分離式供電裝置的布置，可根據(jù)機(jī)器人自身機(jī)構(gòu)空間靈活安排。每個(gè)獨(dú)立供電驅(qū)動(dòng)模塊4中的分離式供電裝置1負(fù)責(zé)對(duì)應(yīng)的超聲波電機(jī)控制器進(jìn)行供電，每個(gè)獨(dú)立供電驅(qū)動(dòng)模塊4中的超聲波電機(jī)控制器2安排的位置盡量接近于超聲波電機(jī)3。每個(gè)獨(dú)立供電驅(qū)動(dòng)模塊4中的超聲波電機(jī)3要接在超聲波電機(jī)控制器2上，超聲波電機(jī)3輸出的端接有各式各樣的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。以上所述的是本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)原理，并不限制于具體的類型，凡使用本原理或在本原理的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)，用于為機(jī)器人提供驅(qū)動(dòng)功能，其特征在于 所述驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)由兩個(gè)或兩個(gè)以上的供電獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)模塊(4)組成；所述的驅(qū)動(dòng)模塊(4)由分離式電源(1)、超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器(2)以及超聲波電機(jī) (3)構(gòu)成，所述的驅(qū)動(dòng)模塊(4)內(nèi)的分離式電源(1)對(duì)超聲波電機(jī)(3)獨(dú)立供電；所述的驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器(2 )負(fù)責(zé)對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的超聲波電機(jī)(3 ) 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器(2)和驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的超聲波電機(jī)(3) 之間有控制信號(hào)的連接點(diǎn)，超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器(2)受機(jī)器人主控制器的控制；在所述的驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)的超聲波電機(jī)(3)上安裝定位孔，在超聲波電機(jī)(3)電機(jī)輸出軸和機(jī)器人相關(guān)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間安裝固定連接裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)，其特征在于驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)使用分離式電源(1)對(duì)多個(gè)超聲波電機(jī)(3)進(jìn)行分離式供電，即每個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊由本驅(qū)動(dòng)模塊的分離式電源(1)對(duì)本驅(qū)動(dòng)模塊的超聲波電機(jī)(3)進(jìn)行獨(dú)立供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)，其特征在于超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器具有溫度檢測(cè)電路，能對(duì)整個(gè)驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)的溫度進(jìn)行檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)，該驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)由兩個(gè)或兩個(gè)以上獨(dú)立供電的驅(qū)動(dòng)模塊組成，獨(dú)立驅(qū)動(dòng)模塊由分離式電源、超聲波電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器以及超聲波電機(jī)組成；所述的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)模塊中的超聲波電機(jī)控制器輸出端連接超聲波電機(jī)；超聲波電機(jī)控制器輸入端連接分離式電源；超聲波電機(jī)輸出端可連接各種運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。三個(gè)模塊之間通過(guò)相互作用來(lái)共同完成對(duì)機(jī)器人的單個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，而兩個(gè)或兩個(gè)以上的驅(qū)動(dòng)模塊協(xié)調(diào)工作來(lái)完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)組合機(jī)構(gòu)具有安全可靠的控制信號(hào)、控制精度高、力矩大、無(wú)大電感、無(wú)減速器、可對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05B19/04GK102331724SQ20111014766
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月2日
發(fā)明者萬(wàn)婷, 何新強(qiáng), 李君科, 王宇俊, 譚興軍 申請(qǐng)人:西南大學(xué)