專利名稱：一種超冗余度機(jī)器人關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種超冗余度機(jī)器人關(guān)節(jié)。
背景技術(shù)：
超冗余度機(jī)器人(Hyper-Redundant Robots)是指自由度數(shù)遠(yuǎn)多于完成作業(yè)任務(wù) 所需最少自由度的機(jī)器人，具有良好的環(huán)境適應(yīng)性及相容性、容錯(cuò)性和魯棒性，在宇宙探 測(cè)、軍事偵察和搶險(xiǎn)救災(zāi)等復(fù)雜環(huán)境有光明的應(yīng)用前景。超冗余度機(jī)器人一般由多個(gè)相同 的關(guān)節(jié)模塊串聯(lián)而成，因此，關(guān)節(jié)模塊的設(shè)計(jì)與超冗余度機(jī)器人的整體性能密切相關(guān)。目 前，超冗余度機(jī)器人關(guān)節(jié)大都存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難制造、難控制等問題。
實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的超冗余度機(jī)器人關(guān)節(jié)存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難制造、難控制等不足，本 實(shí)用新型的目的是提供一種空間超冗余度機(jī)器人的關(guān)節(jié)，具有軸間距小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、剛 性好、驅(qū)動(dòng)力矩大、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)解耦、控制簡(jiǎn)單、工藝性能好等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型的目的 是通過如下的手段實(shí)現(xiàn)的。一種超冗余度機(jī)器人關(guān)節(jié)支架內(nèi)具有如下的齒輪傳動(dòng)副組合體一十字軸式齒輪 1相互正交的輪軸2、3分別與兩個(gè)關(guān)節(jié)支架的凸舌部4、5相聯(lián)結(jié)；二小齒輪6、7分置于兩 個(gè)關(guān)節(jié)支架上并與十字軸式齒輪1嚙合；所述二小齒輪上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)8和9。采用本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)，借鑒萬向節(jié)連接形式，將十字軸式齒輪傳動(dòng)引入到十字 軸萬向關(guān)節(jié)中。在保持傳統(tǒng)萬向關(guān)節(jié)空間運(yùn)動(dòng)靈活性的同時(shí)，由于采用了齒輪傳動(dòng)替代傳 統(tǒng)萬向關(guān)節(jié)中的鉸鏈傳動(dòng)，因而具有軸間距小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、剛性好、驅(qū)動(dòng)力矩大、運(yùn)動(dòng)平 穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。由于超冗余度機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程組是高度非線性耦合的，關(guān)節(jié)若能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)學(xué) 解耦，則動(dòng)力學(xué)方程和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)將大為簡(jiǎn)化。相關(guān)文獻(xiàn)的研究表明，關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)解耦 的關(guān)鍵是結(jié)構(gòu)解耦，而結(jié)構(gòu)解耦的條件是1)保證各回轉(zhuǎn)軸線相交于一點(diǎn)；2)保證桿的長(zhǎng) 度不發(fā)生變化和桿的回轉(zhuǎn)中心不發(fā)生平移。本實(shí)用新型關(guān)節(jié)兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸垂直相交于一點(diǎn)， 在運(yùn)動(dòng)過程中目標(biāo)位置P點(diǎn)到回轉(zhuǎn)中心0點(diǎn)的距離不變且回轉(zhuǎn)中心0不作平移，因此新型 關(guān)節(jié)是結(jié)構(gòu)解耦的。


圖1是本實(shí)用新型的局部剖視圖。圖2是本實(shí)用新型中十字軸式齒輪結(jié)構(gòu)。圖3是實(shí)用新型運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。圖4a和圖4b是本實(shí)用新型側(cè)擺運(yùn)動(dòng)示意圖。圖5a和圖5b是本實(shí)用新型俯仰運(yùn)動(dòng)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的詳述。結(jié)合圖1、圖2可看出，超冗余度機(jī)器人關(guān)節(jié)支架內(nèi)具有如下的齒輪傳動(dòng)副組合體一個(gè)十字軸式齒輪1相互正交的輪軸2和3后分別與兩個(gè)關(guān)節(jié)支架的凸舌部4、5相聯(lián)結(jié)。二小齒輪6、7分置于兩個(gè)關(guān)節(jié)支架上并與十字軸式齒輪1的兩個(gè)半圓齒扇相嚙合。所 述二小齒輪上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)8、9。當(dāng)電機(jī)8帶動(dòng)小齒輪6旋轉(zhuǎn)，繼而驅(qū)動(dòng)十字軸式齒輪1 及支架10旋轉(zhuǎn)，關(guān)節(jié)產(chǎn)生側(cè)擺運(yùn)動(dòng)；當(dāng)電機(jī)9帶動(dòng)小齒輪7旋轉(zhuǎn)，繼而驅(qū)動(dòng)十字軸式齒輪1 及支架11旋轉(zhuǎn)，關(guān)節(jié)產(chǎn)生俯仰運(yùn)動(dòng)；兩個(gè)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)時(shí)，關(guān)節(jié)產(chǎn)生復(fù)合運(yùn)動(dòng)。圖3表達(dá)了實(shí)用新型運(yùn)動(dòng)關(guān)系，本實(shí)用新型關(guān)節(jié)兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸垂直相交于一點(diǎn)，在 運(yùn)動(dòng)過程中目標(biāo)位置P點(diǎn)到回轉(zhuǎn)中心0點(diǎn)的距離不變且回轉(zhuǎn)中心0不作平移，因此新型關(guān) 節(jié)是結(jié)構(gòu)解耦的。圖4a和圖4b表達(dá)了本實(shí)用新型機(jī)器人關(guān)節(jié)完成側(cè)擺運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)狀態(tài)。圖5a和圖5b表達(dá)了本實(shí)用新型機(jī)器人關(guān)節(jié)完成俯仰運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)狀態(tài)。
權(quán)利要求一種超冗余度機(jī)器人關(guān)節(jié)，其特征在于，支架內(nèi)具有如下的齒輪傳動(dòng)副組合體一十字軸式齒輪(1)相互正交的輪軸(2、3)分別與兩個(gè)關(guān)節(jié)支架的凸舌(4、5)相聯(lián)結(jié)；二小齒輪(6、7)分置于兩個(gè)關(guān)節(jié)支架上并與十字軸式齒輪(1)嚙合；所述二小齒輪上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)(8、9)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種超冗余度機(jī)器人關(guān)節(jié)支架內(nèi)具有如下的齒輪傳動(dòng)副組合體一十字軸式齒輪(1)相互正交的輪軸(2、3)分別與兩個(gè)關(guān)節(jié)支架的凸舌部(4、5)相聯(lián)結(jié)；二小齒輪(6、7)分置于兩個(gè)關(guān)節(jié)支架上并與十字軸式齒輪(1)嚙合；所述二小齒輪上設(shè)置有驅(qū)動(dòng)電機(jī)(8、9)。采用本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)，借鑒萬向節(jié)連接形式，將十字軸式齒輪傳動(dòng)引入到十字軸萬向關(guān)節(jié)中。在保持傳統(tǒng)萬向關(guān)節(jié)空間運(yùn)動(dòng)靈活性的同時(shí)，由于采用了齒輪傳動(dòng)替代傳統(tǒng)萬向關(guān)節(jié)中的鉸鏈傳動(dòng)，因而具有軸間距小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、剛性好、驅(qū)動(dòng)力矩大、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B25J17/00GK201552579SQ20092008287
公開日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2009年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月27日
發(fā)明者李立, 陳禮順 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)